一、項目實施的背景
（一）鋼鐵行業(yè)發(fā)展的現狀
鋼鐵素有“工業(yè)糧食”之稱，鋼鐵工業(yè)作為基礎原材料產業(yè)，在我國國民經濟發(fā)展中具有舉足輕重的地位。它是衡量一個國家工業(yè)化程度和綜合國力的重要指標，其產業(yè)關聯度高、消費拉動大，在經濟建設、國防建設、社會發(fā)展及穩(wěn)定就業(yè)等方面發(fā)揮著重要作用。凡是世界上成功實現工業(yè)化的國家，尤其是經濟規(guī)模較大的國家?guī)缀鯚o一例外優(yōu)先發(fā)展了包括鋼鐵在內的基礎產業(yè)，鋼鐵工業(yè)在這些國家的工業(yè)化進程中起到了不可替代的作用，作為我國國民經濟的重要基礎產業(yè)之一，鋼鐵企業(yè)承擔著國家重要原材料的生產和加工任務。鋼鐵行業(yè)處于產業(yè)鏈的中間位置，支撐著國民經濟中的大部分行業(yè)。鋼鐵行業(yè)的生產工藝流程獨特而又復雜，在行業(yè)進入方面有很高的資金和技術要求，具有較高的產業(yè)關聯度以及明顯的經濟周期性，體現著典型的規(guī)模經濟應，是當今世界各國追求工業(yè)文明和提高國際地位的重要標志之一，鋼鐵企業(yè)是否具有核心競爭力在一定程度上展現著一個國家的經濟實力。
2023年鋼鐵行業(yè)遭遇了近五年來最嚴重的挑戰(zhàn)，鋼材市場價格明顯下跌，鋼鐵企業(yè)的利潤大幅度萎縮。“產能過剩加劇，國內需求不足，出口大幅下降，原料價格堅挺，成材均價下移，行業(yè)利潤微薄?！敝袊撹F工業(yè)協會黨委書記何文波用這樣一句話概括了2023年鋼鐵行業(yè)的發(fā)展境況。走出行業(yè)發(fā)展的困境，活下去，成為大型鋼鐵聯合企業(yè)的最直接、最核心、最現實的問題。
（二）鐵水成本管控是關鍵：
鋼鐵企業(yè)之間的競爭主要表現在三個方面，即生產成本、產品質量以及銷售服務的竟爭。對于鋼鐵企業(yè)而言其中最基礎、最關鍵的是成本競爭，鋼鐵企業(yè)為提高競爭力要采取降低成本的途徑。一般來說，鐵水成本占鋼企全流程總成本的80%左右，見下圖1。煉鐵安全、穩(wěn)定、高效運行對鋼鐵企業(yè)提高市場競爭力具有基礎支撐作用。因此，鐵水成本的高低是煉鐵工序綜合競爭力的體現，也是決定后道工序成本高低的關鍵所在。
圖1 鋼鐵全流程生產成本構成餅狀圖
（三）配煤配礦優(yōu)化是核心
對生鐵制造成本數據進行分析，主要原燃料占生鐵制造成本的 70%以上,見圖2。含鐵原燃料的性能決定了入爐焦比的高低，這也同時說明，含鐵原料即高爐爐料結構是制約高爐生鐵成本的主要因素。國內外鋼鐵企業(yè)一直普遍關注著配煤配礦優(yōu)化問題。配煤配礦優(yōu)化是從高爐原燃料入手降低鐵水成本的有效手段之一。高爐利用系數、燃料比和生鐵成本等主要技術經濟指標在很大程度上取決于高爐配煤配礦。
圖2 生鐵成本構成餅狀圖
配煤配礦是鋼鐵企業(yè)生產的核心，高爐利用系數、燃料比和生鐵成本等主要技術經濟指標與高爐配煤配礦密切相關，是生產穩(wěn)定及降本增效的關鍵。由傳統注重生產過程向經營方式的轉變，成本核算將成為配煤配礦重中之重，實現以成本為中心的配煤配礦運營管理，助推企業(yè)突圍解困、高質量發(fā)展。
二、創(chuàng)新點及理論依據
（一）創(chuàng)新點
1.以鋼鐵聯合企業(yè)“鐵水成本核算”這個“牛鼻子”為綱，以組織結構搭建、核心技術智能化開發(fā)應用以及工作專班制度為手段，實施管理創(chuàng)新和技術革新。
2.開發(fā)、研究、應用燒結-球團-焦化-高爐一體化配煤配礦平臺和多維度的煉焦煤評價系統。兩項智能化成果獲得了多項國家專利和軟件著作權。
（二）理論依據
1.事物矛盾的主要方面辯證理論
解決和突破問題要掌握矛盾的主要方面辯證關系原理。鋼鐵聯合企業(yè)生存和發(fā)展的主要矛盾是制造成本高、利潤薄。矛盾的主要方面就是鐵水成本這個核心，抓住鐵水成本這個核心就能夠牽一發(fā)而動全身，而配煤配礦則是這是鐵水成本這個核心的主要矛盾和矛盾的主要方面。
2.神經網絡算法大數據理論
采用神經網絡算法、規(guī)劃求解等大數據理論建立數據分析計算模型。神經網絡是一種模仿生物神經系統的計算模型，由多個相互連接的節(jié)點（成為神經元）組成。其工作原理是基于分布式并行處理和大量節(jié)點連接，通過激活函數處理復雜的非線性關系。每個神經元通過權重與其他神經元相連，通過調整這些權重，神經網絡可以實現學習和適應新的數據迭代。
3.系統管理理論。
系統管理理論是運用系統論和控制論的理論方法，以系統解決管理的理論體系。組織架構實現集中管理原則，集中管理強調信息的集中和資源的共享。
4.無邊界組織的工作專班制理論
無邊界組織打破固有的層級、地域、職能界限，以責任驅動，項目驅動、激勵驅動完成非常規(guī)任務。工作專班制具有集思廣益、統籌兼顧、高效協作、責任明確、持續(xù)跟進、工作共享的特點和優(yōu)勢。工作專班制度是指為了完成某項重要任務或解決某些“急難險重”的問題而特別組建的機構。工作專班一般由領導層和工作組層構成。工作專班制度由來不同的部門和專業(yè)人員組成，充分利用各部門的優(yōu)勢和背景，為全面完成任務提供全面支持。
三、項目實施過程
（一）組織架構與管理
機構的設置和管理是推進工作有效開展的基礎和前提，為強化配煤配礦技術與管理，整合和優(yōu)化資源力量，統籌配煤煤礦技術以及資源利用、質量管控、成本優(yōu)化、高爐穩(wěn)產高產，實現鐵前系統資源的整體優(yōu)化配置和能力提升。成立由總經理任組長的配煤配礦技術領導小組，下設配煤技術組和配礦技術組，統籌配煤配礦技術工作。2022年企業(yè)推進一貫制改革，強化鐵前成本、技術、效益一體化管理，發(fā)揮配煤配礦技術和管理突出作用，提級至股份公司制造部，提高和充實了配煤配礦技術領導小組，賦職強能，補充技術專家，增強技術力量后成立配煤配礦管理室，全面統籌和管理公司配煤配礦技術。
起草制定配煤配礦管理的制度性文件和技術性文件，先后制定并實施了《包鋼股份配煤配礦管理規(guī)定》、《包鋼股份制造部新煤種新礦種開發(fā)管理辦法》、《包鋼股份煉焦煤庫存管理規(guī)定》、《包鋼股份配比變更管理辦法》等管理制度，基本搭建起了配煤配礦管理的“四梁八柱”。
集中管理和提級管理的創(chuàng)新性實施，以管理制度為基礎的規(guī)范運行，突破了管理的桎梏，在螺旋式的持續(xù)完善運行的過程中，成效顯著，碩果不斷。組織結構日臻完善、各項成果累累。2023年完成配煤配礦結構調整67次，焦炭、球團、燒結質量創(chuàng)歷史最好水平。
（二）開發(fā)燒結-球團-焦化-高爐一體化配煤配礦決策系統平臺
通過對成本事前預測、事中控制、事后分析，從而實現對成本的過程控制，成本的預測就成為成本核算的核心和基礎，更是有效實施鐵水降本的關鍵。
配煤配礦降本研究的關鍵技術是建立并實施精準的配煤配礦優(yōu)化模型，依據市場條件，選礦、燒結、球團、焦化產線生產情況，高爐的工作狀況設定好配煤配礦模型的約束條件，利用模型模擬測算出鐵水成本最優(yōu)的配煤配礦結構。公司依據配煤配礦模型提供的方案進行原燃料采購方案、配用方案進行決策，最終實現系統降低鐵水成本的目標。
建立燒結-球團-焦化-高爐一體化優(yōu)化配煤配礦平臺，系統平臺含有兩大分析系統，一是成本分析系統，二是技術分析系統，并將兩大系統以智能深度學習算法密切結合，通過平臺可實現高爐煉鐵一體化配煤配礦優(yōu)化方案設計。平臺包括燒結優(yōu)化配礦模塊、高爐優(yōu)化配礦模塊、焦化優(yōu)化配煤模塊、、鐵水原料成本核算模塊、高爐經濟技術指標預測模塊。
1.應用優(yōu)化配煤配礦平臺優(yōu)化方案設計
以燒結礦生產原理、煉鐵原理、焦化生產原理和專家知識為理論指導，結合遺傳算法優(yōu)化方法，以噸鐵成本為目標函數，構建燒結礦質量、燒結礦原料結構、鐵水質量、高爐原料結構等為約束條件的煉鐵全過程優(yōu)化模型，計算并得到滿足所有條件下的最佳煉鐵爐料結構配料方案。
首先依據各產線產能確定高爐爐料結構；其次確定滿足高爐需求的燒結礦球團礦焦炭的技術質量標準；再次在平臺上設定燒結礦球團礦焦炭質量約束條件，通過平臺尋找到滿足高爐需求的燒結礦球團礦質量、焦炭質量要求的鐵水成本最低的配煤配礦結構。
方案的跟蹤與修正：跟蹤焦化、燒結、球團產線生產過程，保證燒結礦球團礦焦炭質量設計方案吻合，若不吻合則需及時對配煤配礦方案進行調整。跟蹤高爐生產運行狀況，驗證高爐經濟技術指標是否達到設計預期，若達不到預期指標需對高爐原燃料技術質量標準進行調整。通過持續(xù)不斷的PDCA循環(huán)實現高爐穩(wěn)定、高效、低耗生產。
配煤配礦智能操作系統平臺，包括數據庫系統、高爐優(yōu)化配礦系統、燒結配礦優(yōu)化系統、球團配礦優(yōu)化系統、焦化優(yōu)化配煤系統、高爐經濟技術指標預測系統、配煤配礦決策分析系統。要實現配煤配礦優(yōu)化首先要采集鐵礦石煉焦煤市場信息、燒結球團高爐生產的歷史數據進入系統數據庫；其次以鐵前系統各工藝物料平衡、工藝計算計算為基礎，采用規(guī)劃求解、線性回歸、多元非線性回歸、神經網絡算法建立數據分析計算模型；通過模型計算形成配煤配礦優(yōu)化初步方案。再次應用分析系統分析方案的可行性，如不可行則調整邊界條件重新代入模型形再次形成配煤配礦優(yōu)化方案，多次重復上述過程后確定配煤配礦最優(yōu)方案；再者通過系統實現生產運行管理與優(yōu)化配煤配礦計劃的偏差比較分析，對生產運行或優(yōu)化配煤配礦計劃進行調整；最終可實現配煤配礦管理的智能化、數字化、精準化。系統流程如圖3所示。
圖3 系統流程圖
數據庫系統主系統數據庫和焦化配煤子系統數據庫。其中主系統統數據庫包括鐵礦石性能價格數據庫、熔劑燃料數據庫、燒結生產數據數據庫、高爐生產數據數據庫、燒結配礦方案數據庫等；焦化配煤系統單獨建立數據庫，其包括煉焦煤性能價格數據庫、配煤方案數據庫等。
2.高爐優(yōu)化配礦系統設計
要實現高爐全流程優(yōu)化配礦首先要采集鐵礦石市場信息、燒結球團高爐生產的歷史數據進入系統數據庫；其次以高爐煉鐵工藝計算、物料平衡計算為基礎，采用規(guī)劃求解、線性回歸、多元非線性回歸、神經網絡算法建立數據分析計算模型；通過對數據的分析形成配礦優(yōu)化決策，給出特定時間、特定條件下的鐵礦石最優(yōu)配置方案，編制出鐵礦石最優(yōu)的采購與配置計劃；再者通過實現生產運行管理與優(yōu)化配礦計劃的偏差比較分析，對生產運行或優(yōu)化配礦計劃進行調整。高爐全流程優(yōu)化配礦系統的流程如圖4所示。
圖4高爐優(yōu)化配礦系統流程圖
要完成優(yōu)化配礦，就要對高爐配礦各工序進行模擬計算，對數據庫內數據進行統計分析，對配礦方案進行尋優(yōu)。為此系統建立了一系列數學模型，包括選礦成本測算模型、燒結配料計算模型、球團配料計算模型、高爐物質流能量流平衡計算模型、鐵礦石性價比評價模型、燒結礦質量預測模型、燒結配礦尋優(yōu)模型、球團配礦尋優(yōu)模型、高爐爐料結構優(yōu)化模型等。
選礦成本測算模型、燒結礦配料計算模型、球團礦配料計算模型、高爐物質流能量流平衡計算模型均是基于物料平衡和煉鐵工藝計算的模型。通過上述模型可計算出選礦鐵精礦、燒結礦、球團礦的化學成分及成本，燒結球團所需要鐵料熔劑的配比，高爐的入爐品位、礦比、渣比、爐渣堿度、爐渣鎂鋁比等工藝參數以及鐵水的原料成本。
3.焦化優(yōu)化配煤系統
優(yōu)化配煤系統結構包括單種煤性質及價格數據庫、配煤方案數據庫、焦炭質量預測模塊、配煤尋優(yōu)設計模塊、單種煤性價比評價模塊構成。要實現焦化優(yōu)化配煤首先要采集煉焦煤市場信息、焦化生產及小焦爐試驗的數據進入數據庫；其次以焦化工藝計算、物料平衡計算為基礎，采用規(guī)劃求解、線性回歸、多元非線性回歸算法建立數據分析計算模型；通過對數據的分析形成配煤優(yōu)化決策，給出特定時間、特定條件下的單種煤最優(yōu)配置方案，編制出煉焦煤最優(yōu)的采購與配置計劃。其實現過程如圖5所示:
圖5 焦化配煤系統流程圖
（三）建立鐵水成本測算分析專班制度
工作專班制度是指為了完成某項重要任務或解決某些“急難險重”的問題而特別組建的臨時性機構。它通常由來自不同的部門或具有不同專業(yè)背景的人員組成，以確保任務得到全面、專業(yè)和高效的處理。工作專班制具有集思廣益、統籌兼顧、高效協作、責任明確、持續(xù)跟進、工作共享的特點和優(yōu)勢。工作專班制度由來不同的部門和專業(yè)人員組成，充分利用各部門的優(yōu)勢和背景，為全面完成任務提供全面支持。工作專班將人力、物力、財力等資源集中起來，共同致力于某項重要任務，有利于資源的合理配置和高效利用。工作專班具有明確的工作計劃和責任分工，各成員能夠協同工作，快速有效的推進任務的執(zhí)行。
以成本為中心的綜合考量下，建立鐵水成本測算分析專班制度，成立由制造部、財務部、營銷中心、煤焦化工分公司、煉鐵廠等單位構成的鐵水成本測算分析專班，由公司主要領導牽頭掛帥，明確各單位職責，形成合力，每周測算鐵水成本，系統深入分析鐵水成本結構、價格、與全國行業(yè)平均水平差距與優(yōu)勢等數據，深度實施“業(yè)財融合”，打通生產與財務的“任督二脈”，以高爐穩(wěn)定順行為中心，實現鐵水成本最優(yōu)為原則，統籌優(yōu)化配煤配礦，對高爐所使用的原燃料燒結礦、球團礦和焦炭進行整體設計優(yōu)化。
（四）多維度的煉焦煤評價系統的研究與實施
煉焦煤是鐵前系統最大的原燃料，占到鐵水總成本的35-42%，煉焦煤質量的客觀、精準評價是有效降低煉焦配煤成本的重要前提和基礎，更是實現鐵前系統降本的關鍵。
多維度的煉焦煤評價系統的方法，總體包括：核定基準、分級權重、階梯賦分、綜和計算、總分評定、性價比判斷。
將指標分為：定性指標、基礎指標、核心指標、提升指標、經濟指標、補充指標。其中基礎指標包括灰分、硫份、粘結指數（G）；核心指標包括，反應后強度（CSR）和活惰比；經濟指標包括價格；提升指標包括催化指數（MIC）、鉀鈉含量、吉氏最大流動度(αmax)、巖相標準偏差(SR)；補充指標包括奧亞膨脹度（b）。
將定性指標、基礎指標、核心指標、經濟指標、提升指標、補充指標中的各包含的子指標確定基本值，作為評定計算的基礎線。具體見表1。將定性指標、基礎指標、核心指標、提升指標、經濟指標、補充指標中的各包含的子指標根據煉焦生產以及在焦炭質量影響中的作用賦以不同的權重值為基礎分值，并以權重值為基礎分值。
將定性指標、基礎指標、核心指標、提升指標、經濟指標、補充指標中的各包含的子指標根據煉焦生產以及在焦炭質量影響中的作用確定評定分值的大小的標準和區(qū)間范圍。具體見表2。
以給定各單種煤的指標作為評定計算的基礎線，以權重值為基礎分值，起始分值均為100分，然后以基礎指標值與待評定煤樣指標值之差乘以賦分值，再乘以該指標值的權重，與該指標的基礎分值進行代數計算得出該指標值的評定分值，然后將各評定分值加和計算得出總評定分值。
數學表達式為：Q=∑i1[?+K（A1-A2)λ]
其中：Q—待評定單種煤總分值；
∑i1—求和，評定方法中的各指標計算值，i=1，2，……，10；
?—基礎分值；
K—權重；
A1-—基礎指標值；
A2-—待評定煤樣指標值；
λ—賦分值。
計算出總評定分值后，總評定分值與價格指標的比值作為煉焦單種煤性價比評定的最終指標，形成評價表，具體見表3；
數學表達式為：η=Q/￥
其中：η—待評定煉焦單種煤性價比評定；
Q—待評定煉焦單種煤總分值；
￥—待評定煉焦單種煤價格。
表1 煉焦單種煤評價指標明細表
該系統平臺能夠比較客觀真實的反映煉焦煤的性能和價格，對于冶金焦炭質量管控和價格計算具有很強的指導作用，通過本發(fā)明專利的應用可以不斷優(yōu)化配煤技術結構，降低煉焦配煤成本，高效使用煉焦煤，產生可觀的經濟效益和良好的社會效益。
（五）原料低庫存生產精益管理，加快物流和資金流轉速度
在企業(yè)資產中，庫存的數量關系到企業(yè)生產的穩(wěn)定性和資金流動性，若想要提高企業(yè)的整體水平，庫存管理不容忽視。
該大型鋼鐵聯合企業(yè)股份公司為了降低進口礦庫存，要求各生產單位出臺一些列的降庫措施。生產管理部門根據公司要求，以安全生產為前提，制定出合理的庫存使用天數。生產單位嚴格依據計劃組織生產，采購部門根據公司庫存使用天數要求均衡組織到貨，并嚴格執(zhí)行公司的庫存管理規(guī)定。為有效控制庫存管理，對生產單位、采購單位強化技術監(jiān)督和考核，每周由制造部配煤配礦管理室根據來煤情況、生產使用情況分析繪制煉焦煤周到貨率、累計到貨率和使用天數，并在每周一的公司早調會上全公司通報，形成強有力的監(jiān)督和警示作用，營造“有人管事、事有人管”的良好局面。
四、項目實施效果及應用
（一）項目實施效果總論
1.經濟效益顯著，思維轉變革新
創(chuàng)新成果經濟效益顯著，年經濟創(chuàng)效1.778億元。以鐵水成本核算為核心的管理思維的變革，由生產向經營思維的蝶變。
2.智能化長足發(fā)展
配煤配礦決策系統和煉焦煤評價系統的開發(fā)與應用極大地推動公司信息化、智能化和數字化的發(fā)展與進步。
3.組織結構優(yōu)化
創(chuàng)新組織架構，實施集中管理與提級管理，首創(chuàng)鐵水測算工作專班制度，提升決策效率，確保技術革新與管理創(chuàng)新同步進行、持續(xù)推進。
4.系統應用迭代升級
鐵前系統配煤配礦核心技術質得飛躍和提升，為高爐穩(wěn)產高產提供根本保障，增強市場競爭力。
（二）項目實施配煤配管結構優(yōu)化及經濟創(chuàng)效
項目實施過程中，優(yōu)化配礦結構、配煤結構方向，實施優(yōu)化措施，取得重要成效，創(chuàng)造巨大經濟效益。
配礦結構優(yōu)化主要是降低了塊礦、PB、FMG、巴西粗粉、蒙古粉配比，提高了自產精礦、高硅巴粗、區(qū)內精礦、麥克粉配比。高爐噸鐵消耗礦石成本較2022年度降低17.38元/噸；增加燒結球團制造成本后高爐噸鐵消耗礦石成本較2022年度降低18.3元/噸。
噴煤結構優(yōu)化，無煙煤配比降低2.11%，煙煤配比提高2.67%，高爐煤比提高3Kg/T，噴煤成本降低47.69元/噸。
焦炭配煤結構優(yōu)化，山西肥煤增加4.52%，有利于改善焦炭強度和粒度，降低焦粉率；蒙古焦煤增加11.56%，氣煤增加3.27%，降低焦炭硫分和灰分，降低配煤成本；2023年配煤成本較2022年降低45.05元/噸。
高爐消耗焦炭成本較2022年度降低330.16元/噸。高爐燃料成本較2022年度降低377.85元/噸，其中燃料比下降5.1Kg/T，降低燃料成本10元/噸。
公司財務確認2023年實現公司配煤結構降本9957.4萬元/年，實現公司配礦結構降本7826.8萬元/年，為公司降本增效做出了巨大貢獻。
五、項目推廣
該大型鋼鐵聯合企業(yè)生產工藝流程鏈條完備，生產多規(guī)格、齊品種的鋼材產品，具有典型性和示范性。創(chuàng)新實踐具有極強地可復制性、可推廣性，能為舉步維艱的鋼鐵企業(yè)的生存和發(fā)展提供一點借鑒和思路方法。
燒結-球團-焦化-高爐一體化配煤配礦決策系統軟件技術先進、功能強大、適用性廣泛，創(chuàng)效顯著。
項目抓住鐵水成本管理這一鋼鐵聯合企業(yè)生存的核心和“命門”，以鐵水成本管理為中心，以組織結構為基礎，以智能化、信息化系統平臺開發(fā)為創(chuàng)新手段，以配煤配礦技術與管理為抓手，以工作專班制和集中管理為突破點，成功實現了技術與管理的創(chuàng)新與突破。
