導(dǎo)語:對于資產(chǎn)重、成本高、政策緊、市場不穩(wěn)定的鋼鐵企業(yè)來說,數(shù)字化轉(zhuǎn)型迫在眉睫。亞新鋼鐵集團以山西中升鋼鐵為試點,打造智能決策動力引擎,破除多部門信息壁壘,激活數(shù)據(jù)能量,實現(xiàn)全局優(yōu)化和全鏈路協(xié)同,靈活響應(yīng)市場變化,提升運營效率和效益,降低了采購和生產(chǎn)成本。從人工運營到智能決策,從“摸著石頭過河”到運籌帷幄之中,亞新鋼鐵為鋼鐵企業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型探出了一條新路。
隨著國家雙碳政策的出臺,鋼企面臨著從“去產(chǎn)能”到“產(chǎn)能產(chǎn)量雙控”的嚴峻局面,國家《關(guān)于促進鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》明確提出,到2025年80%以上鋼鐵產(chǎn)能完成超低排放改造,并確保2030年完成鋼鐵行業(yè)碳達峰。從市場端看,鋼鐵原材料及物流負荷成本持續(xù)增加,企業(yè)的利潤空間越來越窄,數(shù)據(jù)顯示,不同鋼鐵企業(yè)利潤差異明顯,最優(yōu)企業(yè)噸鋼利潤能達到行業(yè)平均水平的4倍+,如何在低碳環(huán)保的前提下實現(xiàn)降本增效成為鋼企孜孜以求的目標。但是鋼鐵生產(chǎn)鏈復(fù)雜,從哪個環(huán)節(jié)入手,通過什么方式改變?
河南亞新鋼鐵集團有限公司成立于2003年,擁有河南亞新、山西中升、內(nèi)蒙古亞新隆順特鋼、連云港亞新、福建鼎盛5大生產(chǎn)基地。面對新的行業(yè)形勢,亞新鋼鐵一直積極探索轉(zhuǎn)型升級新路徑,希望借助數(shù)智化手段優(yōu)化成本和效率。由于鋼廠是重資產(chǎn)型企業(yè),數(shù)智化升級“牽一發(fā)而動全身”,亞新鋼鐵決定把山西中升鋼鐵作為第一個試點,逐步推進改革步伐。
成立于2007年的山西中升鋼鐵有限公司,是山西百強民營企業(yè)。經(jīng)過十幾年發(fā)展,已成為集燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼、運輸為一體的鋼鐵企業(yè)。中升鋼鐵具備年產(chǎn)120萬噸鐵、170萬噸鋼(優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼坯)、100萬噸棒材以及100萬噸高速線材的生產(chǎn)能力,生產(chǎn)的鋼種在工藝設(shè)備上起點高、目標遠,公司采用“轉(zhuǎn)爐煉鋼、連鑄連軋、一火成材”的全連軋生產(chǎn)工藝,裝備工藝技術(shù)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。
轉(zhuǎn)型升級的第一步是要確定方向,對于鋼鐵企業(yè)來說,由于國內(nèi)鋼鐵成品市場價格透明,冶煉工序生產(chǎn)成本是影響噸鋼效益的關(guān)鍵因素,而在鋼鐵冶煉工序中,原燃料配比方案是非常關(guān)鍵的一步,如果原燃料配比不合理,不僅會浪費成本和資源,還可能會影響生產(chǎn)效率和最終的鋼鐵質(zhì)量。中升鋼鐵希望找到行之有效的方式,通過原料配比優(yōu)化實現(xiàn)降本增效的目的。
鋼鐵冶煉工藝流程
但在原燃料配比優(yōu)化方面,業(yè)內(nèi)僅有一些基于局部因素優(yōu)化的應(yīng)用,而沒有貫穿全流程的解決方案,一個偶然的機會,中升鋼鐵了解到在工業(yè)智能化轉(zhuǎn)型方面有著深厚服務(wù)經(jīng)驗的杉數(shù)科技。杉數(shù)科技的全局優(yōu)化方案獨辟蹊徑,是以企業(yè)的最優(yōu)收益為核心目標來確定鐵前等工序的原燃料配比方案,可以綜合考慮全工藝流程約束,并利用自研的國產(chǎn)求解器COPT快速求解,這和中升鋼鐵的業(yè)務(wù)需求高度契合,雙方很快達成合作,確定了以原燃料配比優(yōu)化為突破口,帶動采購決策和生產(chǎn)配料決策的全局決策優(yōu)化方案。
深入場景,把脈運營決策三大痼疾
與杉數(shù)科技合作之前,中升鋼鐵的生產(chǎn)、采購、市場等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)相對獨立,各部門僅在業(yè)務(wù)范圍內(nèi)進行優(yōu)化運營,原燃料選礦配比、采購策略和生產(chǎn)計劃都以人工經(jīng)驗決策為主。隨著供應(yīng)鏈和市場需求的不確定性增加,人工經(jīng)驗進行決策的難度增加,很多看不見的成本被忽略,預(yù)計產(chǎn)出與實際產(chǎn)出偏差較大,預(yù)計收益與實際收益也偏差很大。要改變這種局面,必須要破除數(shù)據(jù)、協(xié)同性和效率等三大關(guān)鍵問題:
1、數(shù)據(jù)依靠人工統(tǒng)計,協(xié)同效率低
鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)運營數(shù)據(jù)基本依靠人工統(tǒng)計,數(shù)據(jù)分散不統(tǒng)一,各個場景產(chǎn)生的數(shù)據(jù)未被有效利用。在運營管理過程中,信息透傳主要依靠電話、微信等工具,很多工作無法量化,計劃和執(zhí)行難以統(tǒng)一,運營管理效率低。
中升鋼鐵的信息協(xié)同困境
比如,各礦石的成分、品位等數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)過程用料情況為線下手工統(tǒng)計,信息不清晰,數(shù)據(jù)不準確。當有新的訂單產(chǎn)生需要采購原料時,采購員在數(shù)據(jù)整理及校對環(huán)節(jié)耗時大約2天以上,工藝員需要根據(jù)不同礦石品位調(diào)整生產(chǎn)可執(zhí)行參數(shù),耗時1天左右,最終決策計算也需要1天左右,從訂單產(chǎn)生到確定原料采購方案大約耗時一周,效率很低,整體交付周期較長,而且人工統(tǒng)計和計算可能存在誤差,會影響最終的決策結(jié)果。
2、決策依靠人工經(jīng)驗,缺乏科學(xué)性
由于缺乏數(shù)據(jù)支撐,決策人員通常依靠過往經(jīng)驗“拍腦袋”做出采購和生產(chǎn)決策,工藝員在投料生產(chǎn)時也是依靠經(jīng)驗執(zhí)行原料配比,對人工依賴性很強,但是這種決策方式已經(jīng)不再適應(yīng)復(fù)雜多變的市場。一方面,原燃料品種多達數(shù)百種,人工無法把所有的約束都考慮進去,也無法對所有可能性組合進行分析,決策具有片面性;另一方面,原燃料品質(zhì)與市場變化日新月異,人工決策無法快速響應(yīng),可能會造成不必要的浪費或丟失市場機會。
鋼鐵冶煉工藝約束示例
原燃料在不同工藝環(huán)節(jié)的配比選擇性很多,科學(xué)來看,在燒結(jié)/球團、高爐煉鐵環(huán)、轉(zhuǎn)爐煉鋼三大核心環(huán)節(jié)中,人工決策存在明顯的不足。
在燒結(jié)/球團環(huán)節(jié),需要將不同的礦粉、返礦、燃料等原料進行組合,確定每種原料的用量范圍。假如利用人工EXCEL檢核,大約5秒判斷一種,找出市場不同種類礦粉的所有可行組合需要超過一年的持續(xù)嘗試。
在高爐煉鐵環(huán)節(jié),對鐵水產(chǎn)量、原料投料量、爐渣脫硫、焦炭/煤粉等使用量、礦石比例等都有非常嚴格的約束要求。焦炭、煤粉、廢鋼、富氧投入有上萬種可能方案組合,綜合計算復(fù)雜度萬億量級起步,已經(jīng)超越傳統(tǒng)計算范疇。
在轉(zhuǎn)爐煉鋼環(huán)節(jié),需將鐵水和鋼坯、廢鋼等進行混合加工。其中要考慮鋼坯產(chǎn)量、廢鋼比例、鐵水成本等約束,求解規(guī)模大,人工計算分析效率低。
3、采銷數(shù)據(jù)斷層,收益預(yù)測不精準
鋼鐵企業(yè)收益由生產(chǎn)成本和產(chǎn)品市場價格共同決定,但企業(yè)進行收益計算和預(yù)測時,在生產(chǎn)、采購和銷售各模塊是互相割裂的,很多影響因素被忽略掉,導(dǎo)致企業(yè)收益預(yù)測和實際達成情況偏差較大。舉例來說,銷售額的增加意味著更高的原燃料成本、運輸成本、能源消耗、人力成本等,如果只考慮營業(yè)額和原料采購成本,收益預(yù)測就會偏高。
以上問題不僅是中升鋼鐵面臨的難題,也是很多鋼鐵企業(yè)運營現(xiàn)狀的真實寫照。由于行業(yè)內(nèi)沒有成熟的經(jīng)驗可以參考,中升鋼鐵和杉數(shù)科技雙方項目人員深入場景挖掘問題點,“逢山開路遇水架橋”,精益求精地打磨每一個環(huán)節(jié)的方案設(shè)計和實施,最終構(gòu)建的智能采銷平臺于2021年12月正式上線。
破除壁壘,鑿開從數(shù)據(jù)到?jīng)Q策的智能通衢
基于中升鋼鐵生產(chǎn)運營狀況,通過對生產(chǎn)流程和業(yè)務(wù)場景的深入研究分析,中升鋼鐵和杉數(shù)科技擬定了數(shù)字化轉(zhuǎn)型路徑:從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)入手,突破部門和系統(tǒng)的鴻溝,通過數(shù)據(jù)整合、算法建模和優(yōu)化求解,幫助中升鋼鐵打造數(shù)據(jù)驅(qū)動的采銷智能決策平臺。該平臺可以結(jié)合原燃料成本與鋼材市場價格,快速計算和決策,給出滿足生產(chǎn)要求的原料配比方案,實現(xiàn)成本最小化和收益最大化。
采銷智能決策平臺界面示例
方案主要包括以下幾大模塊:
構(gòu)建基礎(chǔ)原料數(shù)據(jù)庫。在鋼鐵生產(chǎn)過程中,可選原燃料多達數(shù)百種,而且品類和價格一直處于變化之中。通過系統(tǒng)采購員可以隨時錄入原料成分數(shù)據(jù)和市場價格數(shù)據(jù),系統(tǒng)支持手工錄入、EXCEL表格導(dǎo)入和系統(tǒng)集成,從而讓企業(yè)數(shù)據(jù)收集實現(xiàn)標準化和實時化。這些數(shù)據(jù)可以作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)長期存儲,將為決策算法提供輸入值。
構(gòu)建工廠及工藝模型。以中升鋼鐵的實際生產(chǎn)工藝和運營情況構(gòu)建工廠及工藝模型。工廠模型可以根據(jù)不同區(qū)域或者不同工廠進行系統(tǒng)設(shè)置,以維護車間、設(shè)備的基本信息,如燒結(jié)、球團產(chǎn)投入出量、高爐投入產(chǎn)出量、轉(zhuǎn)爐投入產(chǎn)出量等信息。工藝模型包括工藝定義、約束配置和產(chǎn)品策略設(shè)置,可以為決策算法提供輸入值,由生產(chǎn)工藝員配置調(diào)整參數(shù),主要是對工藝流程進行定義,并設(shè)置影響決策的約束上下限,包括燒結(jié)約束、球團約束、煉鐵約束、煉鋼約束;同時,設(shè)置實際生產(chǎn)工藝中入爐原料的最佳投入比例。
構(gòu)建智能采銷決策平臺。從全局視角出發(fā),構(gòu)建生產(chǎn)成本算法模型。在原燃料配比選礦方面綜合考慮種類、成分、質(zhì)量、價格等因素,同時考慮原燃料質(zhì)量對燒結(jié)設(shè)備、高爐產(chǎn)量、能耗、成本等影響,并協(xié)同考慮采購、生產(chǎn)、市場等各經(jīng)營指標的相互作用及變化趨勢,在預(yù)設(shè)產(chǎn)能要求的條件下,尋求最低成本的原料配比方案,在滿足約束條件下達成利潤最大化。并通過多場景仿真模擬,收集使用當前工藝約束/生產(chǎn)成本/經(jīng)營成本等信息,做出最優(yōu)化產(chǎn)銷決策及不同場景下的備用方案供企業(yè)決策者使用。
通過以上幾大模塊,可以將鋼鐵冶煉過程中的各個因素綜合考慮,得出最優(yōu)的配比方案,以指導(dǎo)生原料配比和采購決策,讓企業(yè)告別“Excel式”和經(jīng)驗式運營決策,真正實現(xiàn)“運籌帷幄之中”。具體運營過程中,采購員可及時同步市場上原材料的成分及價格信息,供相關(guān)決策者了解市場行情變動;工藝員可及時同步各項工藝的指標參數(shù)要求,并可以使用決策軟件進行最優(yōu)生產(chǎn)配比;決策者通過查看原料成分價格趨勢和產(chǎn)品成分價格趨勢,比對系統(tǒng)給出的多版本采購決策方案,做出最優(yōu)的采購決策。
由點到面,為企業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型多維賦能
對于中升鋼鐵來說,打造采銷智能決策平臺是一項立足當下、面向未來的重要工程。該方案打通了生產(chǎn)運營各個環(huán)節(jié)的多方面數(shù)據(jù),實現(xiàn)了采購、生產(chǎn)和銷售等數(shù)據(jù)的透傳和共享,將數(shù)據(jù)資產(chǎn)變?yōu)樯a(chǎn)力,將為企業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型多維賦能。該方案不僅提升了企業(yè)整體運營決策的效率和效益,為企業(yè)帶來了實實在在的成果和收益。同時,也為企業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型奠定了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),是數(shù)據(jù)驅(qū)動企業(yè)發(fā)展的重要動力。
智能決策運營相對于傳統(tǒng)人工決策的顯著優(yōu)勢
和傳統(tǒng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型方案相比,中升鋼鐵采銷智能決策平臺是一次開拓性的嘗試和跨越,在鋼鐵生產(chǎn)優(yōu)化上實現(xiàn)了三大突破。
首先,打破了局部優(yōu)化的限制,以利潤最大化為目標實現(xiàn)全局優(yōu)化,可全面提升資源利用率,降低鋼鐵生產(chǎn)成本。此前,鋼鐵企業(yè)在解決類似決策優(yōu)化問題時,僅能覆蓋部分工藝流程,中升鋼鐵將全流程多工藝串聯(lián),進行綜合決策優(yōu)化,是從點到面的創(chuàng)新突破,全流程的成本計算相對全面和精準,得出的配比方案不會局限于某個單一因素,從整體效果來看,相較人工決策,單噸鐵水成本節(jié)約2.3%,單噸鋼坯成本節(jié)約1.8%。
其次,大幅提升了求解和決策速度,解決了之前通過人工無法計算和量化的問題。基于算法模型和杉數(shù)求解器COPT,系統(tǒng)可快速解決冶煉工藝從燒結(jié)/球團、高爐煉鐵到轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中千萬級乃至億萬級的求解問題。對于一般決策求解問題,系統(tǒng)可實現(xiàn)1分鐘集成信息、1分鐘快速計算、1分鐘對比決策、5分鐘內(nèi)做出決策。進一步來看,求解和決策效率的提升可以幫助企業(yè)敏捷響應(yīng)市場變化,提升運營管理柔性和抗風險能力。當原料和需求市場出現(xiàn)變動時,企業(yè)可以針對不同情景,實現(xiàn)快速模擬仿真,做出最優(yōu)采購決策:如果短期內(nèi)需求驟增,可保障最大產(chǎn)量;如果短期內(nèi)需求驟減,可保障最低生產(chǎn)要求。
第三,消除了多工廠、多部門、多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鴻溝,實現(xiàn)全局協(xié)同運營,達成精細化、透明化管理,提升協(xié)同效率。借助一體化平臺,各部門和各環(huán)節(jié)信息全面同步,可降低數(shù)據(jù)錯誤帶來的風險。同時,能夠打破割裂的運營現(xiàn)狀,將粗放式運營決策升級為精細化運營決策,讓決策、計劃和執(zhí)行高度聯(lián)動和統(tǒng)一,進而提升整體生產(chǎn)運營效率和服務(wù)履約水平。
智能決策技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)運營中的成功落地應(yīng)用,意味著中升鋼鐵數(shù)智化轉(zhuǎn)型踏出了重要一步,也顯示出智能決策對于鋼鐵行業(yè)的巨大價值。除了原燃料配比優(yōu)化方面,杉數(shù)科技提供的智能決策解決方案覆蓋鋼鐵生產(chǎn)計劃、產(chǎn)能優(yōu)化、物流運輸、節(jié)能減碳、碳素流模型優(yōu)化、電力分配等多個場景。隨著中升鋼鐵一期項目的順利上線,未來雙方還將深化合作,將智能決策技術(shù)應(yīng)用到更多鋼鐵生產(chǎn)運營場景中,為鋼鐵企業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型注入更多活力。
