利用物联网数据和MindSphere来提高质量和透明度

作为全球最大的钢铁制造商之一，河钢集团有限公司（简称河钢集团）致力于为各行各业提供最具价值的钢铁材料和工业服务解决方案，以建设最具竞争力的钢铁企业为愿景。河钢集团是中国最大的家电用钢供应商，第二大汽车用钢供应商，海洋工程、建筑桥梁用钢的领军企业。

河钢集团引以为豪的是，在先进装备、节能环保技术方面处于行业领先地位。在中国钢铁企业综合竞争力报告中，河钢集团被评为最高等级。

数字化应对关键挑战

与其他采用传统生产方式的钢铁企业一样，河钢集团衡水横板厂（简称河钢）的工厂设备和系统工艺的数据被困在不同的信息孤岛中。轧机实时运行状态数据被隔离在可编程逻辑控制器（PLC）中；板厚偏差数据被保存在质量体系中；计量电表的数据没有连接到系统中；而实时生产数据则存储在制造执行系统（MES）中。

虽然整个钢铁生产过程自动化信息化程度比较高，但面向管理层的生产运营信息透明度非常低，现有的管理平台无法有效地汇集来自多种设备和系统的数据，流程无法准确调整和实时优化，管理层缺少用于综合分析和快速决策的有效数据支持。河钢意识到数字化和物联网（IoT）技术在解决关键业务挑战方面的潜力 并寻求解决方案。

过去，河钢使用人工来监测和评估机器健康状况，由此造成了不必要的非计划停机和较低的设备利用率，往往需要花费大量成本和时间来维护。此外，由于轧钢缺陷率高而造成轧钢质量不稳定又增加了公司的运营成本。

钢铁生产是能源密集型产业，能源在成本中占有很大比重。提高能源效率可以帮助河钢降低生产成本，提高竞争优势，但在没有能源使用数据支持的情况下，河钢很难有效节约能源消耗。

携手西门子应对挑战

为应对这些挑战，2019年河钢集团与西门子签署战略合作协议，共同打造数字化工厂模式，建立联合实验室，作为基于工业物联网的智能制造创新示范基地。根据协议，双方将采用西门子提供的工业物联网即服务解决方案MindSphere™，从而打造钢铁行业通过数字化技术进行转型升级的标杆。河钢集团成为MindSphere在中国的首家钢铁企业用户。

通过利用MindSphere的轻松连接和高级数据分析功能，河钢寻求克服其业务挑战并创建最佳模型来加速整个行业的数字化转型。

使用物联网解决方案来连接和监控关键设备

通过实施和部署MindSphere，河钢打破了以往孤立的设备和系统之间的障碍。利用MindConnect®硬件与MindSphere连接，公司实现了关键设备和系统数据的收集，包括来自电机、PLC、仪表和MES的数据。所有收集到的数据都会上传到MindSphere，为进一步的数据分析提供依据。

作为轧钢企业的核心设备，轧钢机及其稳定运行是有效生产的关键。一旦轧机出问题，轧出来的钢卷在某个位置就会出现残缺或裂纹，严重影响钢卷质量。持续采集轧机上的卷材电机和轧辊电机的温度变化数据，有助于操作人员和管理人员实时清晰地了解轧机的运行和健康状况。

河钢使用了MindSphere组件Fleet Manager，该组件允许用户访问和监测已连接和配置到MindSphere的工业设备的基本数据。Fleet Manager有助于查找和管理设备，检查其配置细节，长期监控关键设备，并定义规则以检测和纠正超标。

例如，当电机温度超过指定阈值时，Fleet Manager会触发事件，并向维护经理推送通知。同时，设备厂家可以通过远程访问分析故障原因，进行远程维护，提高设备健康水平。通过监测和分析，及时有效地进行维护，从而最大限度地减少设备的非计划停机时间，提高生产效率。

“通过MindSphere，我们可以轻松监控关键设备设备和系统，减少计划外停机时间。”河钢维护经理苗志伟说。”远程访问和诊断也能快速解决关键设备故障问题，让我们从传统的被动维护转为高效的智能维护。”

提高产品质量 持续改进钢材质量

先进的数据分析带来的洞察力，为稳定产品质量、降低能耗提供了数据驱动的指导。

使用MindSphere，河钢可以记录钢卷在加工过程中何时超过基准阈值（±5微米），将实时质量数据与生产钢卷的时间和位置相关联。通过这些数据，该公司能够比较和分析故障发生的频率、故障发生时的工作条件以及历史数据，为质量持续改进提供数据驱动的见解。

MindSphere结合生产的工艺参数和指标，为河钢提供了实时监控最终产品质量数据的能力。例如，冷轧生产过程中使用的轧辊状态对冷轧板的质量有重要影响。通过利用MindSphere的高级数据分析，河钢能够轻松发现轧辊异常，减少质量缺陷和事故。

能源优化

对于传统的钢铁企业，能源一直在其生产和运营成本中占据着较大的比重，而在其冷轧工序，需要大量消耗电力能源以满足其实际生产的需要。针对不同厚度的原材料，要把其轧制为满足最终客户需求的薄板，需要综合考虑其原材料成本、设备的运行和折旧成本、主要能源介质的消耗成本，综合一系列的相关数据，才能最终考量如何配置原材料、设备、人员、能源以使其综合成本最低。要达到这一目标，需要综合采集相关数据，通过相应的数理算法来优化其生产过程。

通过MindSphere的应用，河钢可以采集实时生产过程中的能源使用数据。通过对能源使用情况的跟踪和分析，操作人员可以准确定位可能出现能源泄漏和浪费的原因。 一方面优化现有的能源配给情况，另一方面，可以对其整个生产运营过程进行成本优化

行业洞察转变为基于MindSphere构建的应用程序

MindSphere试点项目帮助河钢实现了对关键设备的实时监控，并为提高产品质量和优化能耗提供了数据驱动的见解。不仅如此，河钢结合自身对于行业的深刻理解和洞察，基于MindSphere开发了不同场景的APP应用, 为数字化转型赋能。譬如通过监测轧机温度、电机转速、健康状态、轧卷质量等多专业参数，并集成进轧机的实时3D模型的应用，可以让管理层对于关键设备运行和健康状态一目了然，能够逐步形成设备预测性维护的可靠模型，有效减少计划外停机；质量数据监控应用会收集工艺过程中每道工序的质量偏差数据，从而可以帮助河钢稳步提高质量水平，始终在国内外市场上保持强劲的竞争力；轧辊档案管理应用分析每根轧辊的使用和磨损情况，减少轧辊意外造成的冷轧板质量缺陷。而监控乳化液指标的应用，可以分析乳化液与轧制力的关系，为逐步提高生产效率提供了数据支持。 在MindSphere的支持下，河钢对集团和钢铁行业的全面数字化充满信心。

“我们对与西门子在工业数字化和智能制造领域的进一步合作充满信心。”河钢战略总监李毅仁说。”MindSphere带来了运营的转型，提高了产品质量的稳定性，降低了成本。我们将与西门子一起，共同推动钢铁行业的转型升级和长远发展。”