摘要：中钢集团邢台机械轧辊有限公司（以下简称“中钢邢机”）始建于1958年，是中国政府投资创建的国内第一家专业生产冶金轧辊和冶金成台（套）设备的冶金机械及备件制造企业，轧辊产品国内市场综合占有率50%，全球市场占有率达20%以上，是目前世界上引领行业发展、产销规模最大、市场占有率最高、综合实力最强的冶金轧辊专业研发制造企业。为满足钢铁工业新的技术进步和转型发展需求，促进国家基础产业的健康发展，将中钢邢机打造为钢铁工业提供系统化产品解决方案的服务商，中钢邢机通过全面开展工序作业自动化自主改造、业务管理在线化的两化融合创新实践，打造了贯穿轧辊全生命周期的综合集成系统，实现对轧辊生产过程工序作业操作质量、工艺执行、单件产品单工序成本、生产准时化、设备远程运维等精细化管控，中钢邢机精益化管理水平显著提升，生产准时化保持在10分钟以内，研发周期缩短20%，产品综合成本降低3%，产品一级品99.37%，打造了企业独具特色的核心竞争力。

图1  中钢邢机两化融合管理体系贯标实践

       一、企业推进数字化转型的需求分析

       轧辊制造覆盖完整的铸造、锻造、热处理、机械加工，属于典型的多品种、小批量、多批次、定制化的生产模式，轧辊品种规格繁多、制造工艺复杂、生产流程长，生产过程自动化流水线作业实现难度大，行业企业普通存在生产加工设备老旧、物联网覆盖程度低、底层数据缺乏有效的采集和集成、生产过程多数采取人工判读和人工操作的方式，整体自动化、信息化水平不高等问题，在生产资源调度、过程标准化控制、质量成本精确管控、精益化生产等方面还存在很大的提升空间。

       国内轧辊行业虽然经过上一轮的大规模投资建设热潮，产能已基本能满足国内轧钢业需求并出口海外，但在产品结构、资源配置效率、生产技术水平等方面参差不齐，行业整体发展水平很不均衡，且由于整体产能过剩，恶性竞争日益蔓延，行业盛行的低成本竞争不仅拉低了行业整体制造水平，还使高端产品的推广和应用速度受到影响，最终使产品用户——钢铁企业的技术进步和发展也受到不良冲击。

       中钢邢机作为为钢铁企业提供重要大宗消耗类备件——轧辊产品的研发和制造商，经过五十多年的创新发展，目前已成为国内轧辊行业的技术领先者和综合竞争实力最强的行业龙头企业，能够为钢铁行业轧制新技术的推广应用及产品结构调整提供创新型成果和技术支持。企业清晰地认识到，轧辊行业已从“规模扩张”转变为“高质量发展”，传统生产过程中非精确性操作模式和粗放式管理方式已不适应市场对产品交货期、产品质量、产品使用成本、轧辊使用技术等方面的更高要求，需要依靠创新驱动助推企业高质量发展，依靠数字化、智能化手段，实现以数据驱动为核心的管理决策，支撑企业生产模式和管理方式的精益化、科学化和智能化变革。另外，传统的单项业务应用系统各自为战、单一业务系统缺乏有效的流程和数据整合的情况也已经无法满足互联网时代的发展需求，企业迫切需要基于信息化技术构建一套全新的价值创造平台，使得企业的发展能够摆脱低端竞争、减少资源浪费，打造为钢铁工业提供系统化产品解决方案和服务商，并引领国内轧辊行业实现健康发展。

       二、新型能力识别和打造的方法和路径

       （一）新型能力识别的方法和路径

       质量、效率、效益的提升，成本的降低是制造企业恒久的主题，中钢邢机紧握时代脉搏，以支撑企业生产模式和管理方式的精益化、科学化和智能化变革为目标，提出了四个转变的战略思想：

       ——由追求产量扩张向注重品种、质量、效益提高转变；

       ——.企业经营方式由产品生产商向产品运营服务商转变；

       ——产品研发与生产由注重产品本身向更加注重材料基础研究、制造工艺基础研究以及使用技术研究和产品适用性研究转变；

       ——产品的生产过程由传统方式向更加依靠数字化、智能化手段和信息化管理方式转变。

       通过SWOT（态势分析法）及波特五力分析法，就企业战略优势、劣势、机会、威胁、客户及供应商、替代产品、竞争对手等分析，企业当前需要获取差异化可持续竞争优势应重点考虑生产成本、精益化生产、新产品研发、人力成本等方面。根据企业的四个转变战略，将国家法律法规、政策、企业现状、客户需求、市场态势、竞争对手实力、技术发展新趋势等作为输入，识别出与企业战略相匹配的可持续竞争优势为：保持并提升企业在全球市场开发、核心技术研发、精益化生产管控、降本增效能力方面的可持续竞争优势。

       基于可持续竞争优势的需求和依靠数字化、智能化手段实现以数据驱动为核心的管理决策，企业提出了建立产品全生命周期一体化管控系统，采用大数据分析、数据驱动等技术实现精益化管理和智能化决策的发展需求，将先进制造技术、新一代信息技术与公司管理要求相融合，打造中钢邢机独有的“基于产品全生命周期的一体化管控”新型能力，推动企业向“制造+服务”的模式转型升级。

       产品全生命周期一体化管控能力旨在构建轧辊全生命周期一体化管控系统，以实时生产数据自动采集为基础，以生产、业务数据充分融合为路径，实现产品设计与研发、生产制造、产供销协同的一体化集成应用，发展面向用户需求的产品监测追溯、远程诊断、在线服务新模式，实现产品全生命周期信息的互联互通、上下游企业信息共享与协同，进而提升企业产品创新能力、工艺技术、产品质量和服务水平，打造企业独具特色的核心竞争力。通过新型能力的建设主要实现以下量化指标:

表1  新型能力建设量化指标表

       ——基于用户现场使用数据，加快新产品研发，提升创新能力，工艺改进增加5-10项/年。

       ——通过对生产过程的数据采集与精准控制，达到主要工序质量与成本的100%受控，综合废品损失率降至1%以下。

       ——通过自动排产系统建设，生产准时化率提升至95%，设备OEE综合效率提升至85%，产品交货期平均缩短15%。

       ——轧辊产品使用问题处置速度提高35%以上，差旅费减少10%。

       （二）新型能力打造过程的方法和路径

       1. 实施方案策划

       中钢邢机采用“整体设计、分步实施”的两化融合建设思路，以打造新型能力为目标，抢占行业的制高点，率先提出通过建立产品全生命周期一体化综合管理系统的方式，实现企业的精益化管控和生产服务型转型升级。具体策划如下：

       （1）升级原有的单机系统数据库环境，构建企业数据存储中心。通过数据接口实现实时数据和关系型数据的交互集成，为打通业务间业务流程融合奠定基础。

       （2）推动公司应用系统的业务和数据集成，打通订单接收、物资采购、生产计划、生产执行情况、用户使用现场的数据及业务流程，实现各业务对公司的经营管理要求的即时响应和统一协调。

       （3）通过轧辊全生命周期的一体化管控，打造以数据驱动为基础的管理模式，实现数字化产品研发及工艺设计，全工序自动计划排程，生产过程关键工序工艺、质量、成本的100%受控。

       2. 业务流程优化

       （1）产品设计方面，引入模拟仿真软件和构建工艺知识库，通过虚拟仿真模型验证研发工艺参数代替原有靠实物生产新产品进行验证的方式，极大地提升效率和降低成本。

       （2）生产计划资源调度方面，搭建适合轧辊生产过程的自动排产系统，实现效率、产能、成本多维度的自动排程及滚动优化，计划排程的效率、科学性大幅提升。

       （3）生产过程质量管控方面，构建生产过程三级预报警系统，通过生产过程数据与标准值的实时对标即时发现生产异常，并根据系统判定的问题级别触发班组、车间、公司三级报警和处置流程，改变原来仅由车间或分厂技术科进行管理的模式，形成问题分级别报警、处置、验证、优化的动态管理。

       （4）成本管控方面，改变轧辊行业几十年来以品种、重量进行成本分摊的核算模式，革命性的创建了以单件产品、单个工序为核算对象的单件成本核算管理系统。通过系统实现每支产品、每个工序的成本数据归集，并采取产前预算、产中控制和产后分析的三层管控体系，细化成本管控，促进了公司成本会计由核算型向管理型转变。

       （5）在产品售后服务方面，构建面向客户现场的远程运维云服务平台，生产现场技术人员和外部专家可随时随地通过移动终端，接收用户现场服务人员发起的视频会议、技术文档、产品检测图像视频等，提供远程技术服务，提高了现场的服务效率和水平。

       3. 组织结构变革

       中钢邢机建立两化融合领导组、管理组和实施组三级管理组织，实行逐级“一把手”负责制，确保两化融合在企业战略层面得到安排和部署，在业务层面得到落实和保障，保证两化融合目标的有效落地。

       中钢邢机在二级生产单位成立由制造工艺、信息化、设备自动化三方面技术人员构成的，以数据挖掘和两化融合的应用推进及系统的管理维护为主要职责的数据管理科，强化对生产车间两化融合具体实施过程的监督、考评和过程的管控。

       4. 技术实现

       （1）通过对设备的自主升级改造，构建具有轧辊生产特点的企业物联网

       中钢邢机通过自主设备工控系统改造、增加传感器、引入先进的视觉识别技术等，实现产品生产全过程数据采集：通过工控系统PLC自主开发，实现冷、热加工设备运行参数的实时采集和动态监控；通过RFID、条形码、二维码等扫码方式，追踪轧辊在生产过程中工序执行和物流情况，记录设备点巡检数据；通过实现对生产现场产成品、在制品、原料、工具等的位置信息采集。

       （2）构建基于企业私有云的统一数据中台

       中钢邢机为解决现场系统异构、数据库异构且分散、数据格式多样等问题，建立了企业私有云计算、云存储数据中台，部署PI实时数据库、ORACLE关系型数据库，满足海量实时生产数据和业务运行管理数据的统一处理、统一存储。数据中台采用面向服务的技术架构，通过Web服务、API接口等松耦合方式，将异构系统、平台、数据进行整合，实现各种应用系统跨数据库、跨系统平台的无缝接入和集成，支撑个性化业务应用的高效开发、集成、部署与管理。

       5. 数据开发利用

       中钢邢机构建轧辊产品全生命周期一体化集成管理系统，形成不同数据维度的全生命周期数据驱动管理模型，通过不同业务系统整合，实现数据共享、数据驱动、业务协同。

       （1）数字化产品研发及工艺设计系统

       中钢邢机大力推动数字化产品研发，引进国际一流热模拟机和仿真模拟软件，包括ANSYS、DEFORM、PROCAST等熔炼浇注、锻造过程和热处理过程模拟仿真软件及Gleeble金属受热及变形过程模拟试验机，可以模拟不同材料配比、不同工艺参数在轧辊铸造、热处理、锻造等工序中，材料组织性能的变化情况，高效率、低成本的验证并优化产品制造工艺参数，缩短产品研发周期，降低研发成本。

       建立数字工艺设计体系，基于每支轧辊的生产过程数据、设备运行参数、质量性能检测数据、钢厂用户的使用反馈等产品全生命周期数据，构建轧辊工艺核心知识库，计算出成本、质量、生产效率的最佳平衡点，为不同客户需求智能化提供最优的产品工艺设计依据，提升产品市场竞争力。

       （2）生产过程精益化管理

       ①生产工序智能化自动控制

       中钢邢机实施数字驱动战略，大力推动生产工序和加工设备的“一键式操作、无人化工序、集成式作业”，对造型、冶炼、浇注、热处理、锻造、机械加工等全过程生产工序，进行设备自动化、智能化升级改造，集成工艺、物料、设备运行等数据，构建了各生产工序的智能化自动控制模型。

       通过造型工具智能喷涂、冶炼工序自动配料、炉群智能化控制、智能化锻造、机械加工智能生产等工序及生产单元的自动化、智能化升级实现了轧辊生产过程的一键式自动执行、无人化参与生产模式的大力推进，大幅度提升了操作过程的精准性和标准化。

       ②轧辊生产计划自动排程

       中钢邢机为了更好的优化生产节拍、协调生产资源、提高设备利用率、降低资源库存占用，自主设计和打造轧辊行业中首个APS高级排产系统，综合订单、工装、设备、工艺、产品、生产流程等约束条件，搭建面向冶炼、锻造、热处理、机械加工全过程生产工序的协同排产算法，实现设备利用率最大、交货期最短、成本最优、重点产品优先等不同排产模型，通过接收生产作业反馈信息实现滚动排产和动态调整。同时以生产计划为核心，自动产生物料采购计划、工具准备计划等辅助性计划，实现计划调度的统一性、一致性。

       ③冶炼过程动态监控和预警

       中钢邢机对熔炼设备进行自主改造，建立逻辑判断数字模型，通过冶炼设备运行参数、工艺执行数据、各类传感器等数据的实时采集、监控和对比分析，自动判断熔炼过程的用时、用能及质量情况，针对生产异常自动报警，管理者可即时、准确地掌握每一熔炼炉次的完整生产数据，找出熔炼操作工步中的不合理、不规范、不标准的环节，针对性制定熔炼操作步骤和工艺优化改进方案，熔炼用时大幅度缩短，生产效率得到极大提升。

       ④热加工能源监控与智能调度

       中钢邢机建立了集能源管理、能源调度为一体的能源管控中心，覆盖了企业冶炼、锻造、热处理三大工序300余台重点耗能设备，生产、工艺、技术、能耗2万余个数据的实时监控，实现了风、氧、电、气等能源从生产、储存到使用的全过程监控与优化平衡调度，建立能源调度的可视化管理和精益化控制，为企业稳定生产、节能减排提供依据。

       （3）单件轧辊成本核算管理系统

       中钢邢机充分应用信息技术，将生产过程中每一道工序的能源、物料消耗等数据的进行实时采集，自主设计构建了单件产品成本核算管理系统，实现了核算对象由一直沿用的“产品类别”到“每件产品、每一生产工序”的轧辊成本管理的革命性转变。系统通过成本预测、成本控制和分析改进实现了成本闭环管理，为成本的精细化管控提供了有力的支撑，推动成本会计由核算型向管理型的转变。

       （4）轧辊产品移动远程云服务平台

       为了给用户提供更周到、更全面、更及时的服务，中钢邢机构建了基于用户使用现场的移动远程云服务系统，通过不受时空限制的移动远程视讯方式，搭起了生产厂家与用户现场技术支持与服务实时互动的桥梁，实现了异地技术专家对钢企使用现场的使用技术指导、产品超声波检测及金相检测、远程视频技术交流、远程紧急技术征询与调查等，有效提升了技术服务的效率和水平。

       三、实施效果和主要作用

       在轧辊行业整体处于错综复杂的市场形势下，中钢邢机通过两化深度融合，打造并保持了企业新型能力的有效发展，有力支撑了中钢邢机“四个转变”发展战略的落地。产品全生命周期一体化管控能力进一步促进企业绿色、可持续生产，中钢邢机已发展为一家资源集约型和环境友好型的绿色制造企业，经济效益和社会效益得到进一步提升，为本地区和行业企业提供了有益的参考和示范作用，彰显了中央企业的良好风范。

       （一）实施成效

       1. 研发创新能力大幅提升

       依托计算机辅助研发技术和工艺设计系统，构建了轧辊工艺核心知识库，形成研发、生产、改进的闭环模式，新技术、新工艺、新方法的研发与应用全面提升了企业自主创新能力，保持了轧辊首研首发的领先地位。2017年以来，公司工艺改进223项，新获授权专利167项，新产品研发20项，研发周期平均缩短20%。

       2. 生产精益化水平和降本增效能力逐年提升

       通过生产过程三级监控预报警系统和单件产品成本核算管理系统的实施，改变了原本主要依靠人工的粗放式生产管理模式，实现生产过程操作、工艺、质量、成本等全面受控，企业精益化水平和降本增效能力逐年提升，生产制造过程主要工序质量、成本100%受控，吨产品综合成本降低3%。在轧辊行业普遍不景气甚至亏损的状态下，中钢邢机实现了连续18年的盈利。

       3. 产品质量稳定受控

       广泛应用物联网、工业数据分析、自动化控制等技术，自主对重点工序和关键设备进行数字化改造，推进实施“一键式操作、无人化工序、集成式作业”项目，国内率先实现了程序自动控制的自由锻，进一步提高了锻件的精度和效率。设备自动化程度的提升进一步提高了生产作业的标准化和一致性，进而提升产品质量的稳定性，企业综合废品损失率降至1%以下，在全球同行业中处于领先水平。

       4. 生产效率进一步提升

       在轧辊行业建立首家APS自动排程系统，实现冷、热加工工序的全流程排程，在满足合同和交货期的前提下，综合考虑设备利用率、成本和产量最大化等要求，建立动态排程模型，代替原有的人工排产，将产品生产按小时、分钟具体排到工序、设备、人员上，实现设备利用率最优、生产成本最低、产量最大的最优化排程，从而提高排程的效率、减少生产等待时间、提高设备利用率，生产准时化率提升至96%，设备OEE综合效率提升至87%，产品交货期平均缩短20%。

       5.“互联网+”服务新模式促进企业转型升级

       应用“互联网+”模式建立的轧辊可视化远程运维云服务平台，实现生产现场与产品使用现场的有效对接，实现了用户服务需求的及时响应、快速分析和迅速处理。两个现场的数据共享，使得轧辊使用现场问题处置速度提高40%以上，差旅费用支出减少超过15%，功能计价模式的承包轧线在4年内增加20余条，产品技术服务收入占比逐年上升。

表2  新型能力建设实施成效表

       （二）主要作用

       1. 促进企业的管理变革和流程优化

       中钢邢机将“深耕细作”管理思想和“深、细、严、稳、准、精”工作要求，具体融入、落实和固化到产品全生命周期一体化管理系统中，改变原来只有在生产出现问题后的事后分析为产前预测、产中控制、产后分析总结的三级管控机制和班组、车间、分厂（部室）三级监控报警机制，提高管理效率和水平。进一步优化业务流程，削减过程不增值环节，进一步提高企业精细化管理和精确化操作水平，保证了产品质量的提升和成本的降低，进而提高了企业在激烈市场中的竞争力。

       2. 提高企业技术创新能力

       企业立足材料、工艺、制造前沿技术，基于产品全生命周期大数据资源，开展轧辊复合材料研究，不断开发高性能、低成本、绿色环保新型产品，引领全球轧辊研发方向，为全世界现代化轧机提供最新、最优产品和满意服务，将企业建设成为世界钢铁生产最重要的依靠力量，轧辊和冶金设备研发与制造领域主导型企业、世界上最优秀的专业供应商。

       3. 创新企业数据驱动管理新模式

       产品全生命周期一体化管理系统的构建支撑了中钢邢机敏捷、高效的数字管理模式，通过对各流程环节及上下游的大数据分析，推进了以数据为核心驱动力的管理新模式，实现了以数据为支撑的智能化辅助决策、数据驱动业务数字化、智能化管理，提高了企业的业务运行效率和管理水平。

 中钢集团邢台机械轧辊有限公司材料执笔人：薛灵虎  王敬军  李风刚