一、研究背景與問(wèn)題
隨著鋼鐵業(yè)產(chǎn)能集中，國(guó)內(nèi)眾多鋼鐵企業(yè)形成了“一總部多基地”的產(chǎn)業(yè)布局，其總體業(yè)務(wù)流程如圖1所示。公司總部接單后，首先要決策的是訂單在哪個(gè)基地生產(chǎn)，這是關(guān)乎公司全局性、整體性效益的決策問(wèn)題。訂單分配至生產(chǎn)基地后，由于多品種小批量需求與規(guī)模化生產(chǎn)的矛盾，中間庫(kù)存除包含正常合同物料外，還包含部分滯留物料。這些滯留物料主要分為兩類：一類是無(wú)合同余材，例如，當(dāng)訂單量為180噸，而煉鋼需以300噸為單爐批量生產(chǎn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生120噸的余材；另一類是存在質(zhì)量問(wèn)題的物料。這些滯留物料不僅占用庫(kù)存空間，若處理不當(dāng)還可能引發(fā)重大經(jīng)濟(jì)損失，因此被列為重點(diǎn)管控對(duì)象。最后，為滿足用戶個(gè)性化定制需求，企業(yè)在供應(yīng)鏈端設(shè)立了加工中心，提供剪切套裁等增值服務(wù)，將鋼卷加工成用戶指定規(guī)格后再進(jìn)行交付，提高了用戶粘性與服務(wù)水平。
圖1 鋼鐵企業(yè)一總部多基地業(yè)務(wù)流程
因此，在一公司多基地、多品種小批量需求等行業(yè)共性背景下，公司總部承擔(dān)著多基地資源優(yōu)化配置的核心職能。然而，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，公司面臨整體效益難以最大化、小品種煉鋼成本高等痛點(diǎn)問(wèn)題。以寶鋼為例，其每年需處理近百萬(wàn)份合同，業(yè)務(wù)覆蓋4+生產(chǎn)基地，由于不同基地在制造物流成本方面存在顯著差異，通過(guò)科學(xué)合理地分配訂單，可降低噸鋼成本100元。生產(chǎn)基地的職能是保障生產(chǎn)順暢以及維持合理的庫(kù)存水平，但在實(shí)際中面臨庫(kù)存積壓多、滯留物料處置周期長(zhǎng)等痛點(diǎn)問(wèn)題，若能將滯留物料處置率提升1%，即可減少100余萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)損失。加工中心的核心職能是滿足用戶的個(gè)性化定制需求，但在實(shí)際生產(chǎn)中面臨剪切成材率低、勞動(dòng)負(fù)荷大等痛點(diǎn)問(wèn)題。以取向硅鋼套裁加工為例，若能將成材率提升1%，則可降低噸鋼成本100元。
針對(duì)上述各環(huán)節(jié)存在的痛點(diǎn)問(wèn)題，該技術(shù)制定并實(shí)施了針對(duì)性的解決方案：在公司總部，遵循公司整體效益最大化原則進(jìn)行訂單分配，并采用小品種集中煉鋼的生產(chǎn)策略，對(duì)應(yīng)該技術(shù)中的多基地訂單分配技術(shù)與多基地集約煉鋼技術(shù)；在生產(chǎn)基地，通過(guò)實(shí)施余材高效匹配與質(zhì)量材快速處置等措施，有效解決滯留物料問(wèn)題，對(duì)應(yīng)該技術(shù)中的余材智能匹配技術(shù)與質(zhì)量材智能處置技術(shù)；在加工中心，通過(guò)優(yōu)化剪切方案提升剪切成材率，對(duì)應(yīng)該技術(shù)中的鋼卷剪切套裁技術(shù)。
二、解決問(wèn)題思路與技術(shù)方案
該技術(shù)成果以寶鋼股份牽頭，聯(lián)合冶金自動(dòng)化院、武鋼有限、寶信軟件、湛江鋼鐵、寶鋼高強(qiáng)鋼加工中心等單位，以多基地協(xié)同、AI賦能為核心理念，形成3項(xiàng)創(chuàng)新點(diǎn)，突破9項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)AI驅(qū)動(dòng)鋼鐵多基地全流程優(yōu)化決策，既提升公司效益，又推動(dòng)工藝知識(shí)傳承，助力行業(yè)智能化升級(jí)。
圖2 總體思路與技術(shù)方案
三、主要?jiǎng)?chuàng)新性成果
1、國(guó)際領(lǐng)先開(kāi)發(fā)了多基地協(xié)同生產(chǎn)下訂單資源優(yōu)化配置技術(shù)，包括多基地訂單分配、多基地集約煉鋼等技術(shù)，助力公司整體效益最大化
（1）多基地訂單分配模型。針對(duì)熱軋等大類同質(zhì)化品種，在維持各基地訂單總量不變前提下，以生產(chǎn)與物流總成本最低為目標(biāo)，基于GA算法、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等技術(shù)，解決了訂單在多個(gè)基地間最優(yōu)分配的問(wèn)題。
（2）多基地?zé)掍摷s模型。針對(duì)小品種（指每月訂貨量≤2爐的品種）煉鋼行業(yè)痛點(diǎn)問(wèn)題，以集約效益最大化為目標(biāo)，基于知識(shí)庫(kù)、數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，將小品種歸并到一個(gè)基地生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)小品種集中煉鋼。
圖3 多基地集約煉鋼模型技術(shù)
（3）質(zhì)量設(shè)計(jì)AI推薦模型。運(yùn)用知識(shí)自動(dòng)化+AI模型，借助 BERT 技術(shù)解析非結(jié)構(gòu)化訂單,實(shí)現(xiàn)了新品種、新規(guī)格產(chǎn)品產(chǎn)線與工藝參數(shù)自動(dòng)推薦，解決了新品種、新規(guī)格產(chǎn)品設(shè)計(jì)依賴人工，效率低且缺乏科學(xué)性的問(wèn)題。
圖4 基于知識(shí)+AI的質(zhì)量設(shè)計(jì)智能推薦技術(shù)
2、國(guó)際領(lǐng)先開(kāi)發(fā)了全流程物料智能處置與最優(yōu)利用技術(shù)，有效提升鋼鐵生產(chǎn)加工過(guò)程中的材料利用率
（1）余材智能匹配技術(shù)。獨(dú)創(chuàng)“規(guī)則知識(shí)庫(kù) + AI 算法” 雙核驅(qū)動(dòng)技術(shù)，構(gòu)建超千條規(guī)則的知識(shí)庫(kù)，結(jié)合分組降維等大規(guī)?？绻ば蚱ヅ浣M合優(yōu)化高效算法，實(shí)現(xiàn)余材與期貨合同高效匹配。
圖5 余材智能匹配示意圖
（2）質(zhì)量材智能處置技術(shù)。基于知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)對(duì)齊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量材放行、復(fù)驗(yàn)、返修（切除頭尾長(zhǎng)度等）、降級(jí)等自動(dòng)化處置。形成覆蓋數(shù)十類品種、數(shù)百條規(guī)則的知識(shí)庫(kù)，大幅提升處置效率與準(zhǔn)確性。
（3）加工中心剪切套裁技術(shù)。以切損少、成材率高為目標(biāo)，將鋼卷加工成用戶指定規(guī)格。OA 板規(guī)格多、訂貨量小，而硅鋼套裁更復(fù)雜，需避讓缺陷，應(yīng)用數(shù)字鋼卷獲取缺陷信息，結(jié)合規(guī)則解析與AI異形套裁模型，實(shí)現(xiàn)了“一鍵套裁”，提高了套裁成材率與計(jì)劃效率。
圖6 加工中心剪切套裁示意圖
3、國(guó)際領(lǐng)先開(kāi)發(fā)了AI+知識(shí)融合的模型平臺(tái)技術(shù)，賦能鋼鐵行業(yè)智能決策應(yīng)用場(chǎng)景高效研發(fā)
（1）知識(shí)平臺(tái)+AI模型對(duì)接技術(shù)。創(chuàng)新“AI+知識(shí)”融合模式。通過(guò)規(guī)則平臺(tái)解決規(guī)則多變與復(fù)雜約束條件，與AI模型深度集成，增強(qiáng)模型靈活性，適配多場(chǎng)景需求。
（2）通用工藝規(guī)則平臺(tái)。針對(duì)工藝知識(shí)傳承難題，研發(fā)無(wú)編程人機(jī)交互平臺(tái)，支持規(guī)則配置、版本管理等功能，覆蓋25+應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)鋼鐵工藝規(guī)則數(shù)字化、結(jié)構(gòu)化，有效解決知識(shí)碎片化、傳承積累問(wèn)題。
（3）AI優(yōu)化算法庫(kù)。針對(duì)工業(yè)優(yōu)化求解難題，開(kāi)發(fā)三層架構(gòu)（基礎(chǔ)層、問(wèn)題層、應(yīng)用層）算法庫(kù)。提煉工業(yè)共性問(wèn)題，形成100余種標(biāo)準(zhǔn)算法包與代碼庫(kù)，為在線模型開(kāi)發(fā)提供強(qiáng)大算法支撐。
四、應(yīng)用情況與效果
AI驅(qū)動(dòng)的多基地全流程優(yōu)化決策技術(shù)在寶鋼股份實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。
在多基地訂單分配方面，該技術(shù)已全面覆蓋寶鋼四大生產(chǎn)基地。截至目前，累計(jì)完成近300萬(wàn)噸小品種鋼的集中煉鋼生產(chǎn)，小品種煉鋼發(fā)生次數(shù)降低65%；熱軋產(chǎn)品訂單分配總量突破6000萬(wàn)噸，近地化銷售比例提升4%。該技術(shù)已從熱軋品種拓展至普冷、彩涂等品種，逐步向全品種覆蓋，在鋼鐵行業(yè)首次實(shí)現(xiàn)訂單分配的機(jī)器自主決策。
全流程物料智能處置技術(shù)已在寶鋼四大基地完成大規(guī)模部署應(yīng)用。通過(guò)構(gòu)建智能化處置體系，累計(jì)完成數(shù)百萬(wàn)噸余材與質(zhì)量材的智能匹配與高效處置，其中余材處理時(shí)間從多人2小時(shí)縮至模型5分鐘，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)全自動(dòng)值守式運(yùn)行；質(zhì)量材自動(dòng)處置率達(dá)到80%左右，節(jié)省了業(yè)務(wù)人員60%-70%的時(shí)間；相關(guān)技術(shù)正加速向馬鋼、山鋼等推廣應(yīng)用。硅鋼及OA板智能套裁技術(shù)已在多個(gè)加工中心投入使用，其中取向硅鋼累計(jì)完成智能套裁數(shù)十萬(wàn)噸，套裁成材率提升4%以上，OA板套裁成材率提升2%以上。該技術(shù)團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了云套裁系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了套裁模型的高效復(fù)用與智能化運(yùn)維管理，后續(xù)可向?qū)氫摂?shù)十家加工中心推廣使用。
該技術(shù)申請(qǐng)國(guó)內(nèi)外專利31件，形成了一套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)體系。該技術(shù)成果創(chuàng)建了AI與知識(shí)深度融合的技術(shù)范式，開(kāi)創(chuàng)了多基地協(xié)同優(yōu)化新模式，挖掘了高價(jià)值A(chǔ)I應(yīng)用場(chǎng)景，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。相關(guān)成果入選 2024年工業(yè)和信息化部人工智能賦能新型工業(yè)化典型應(yīng)用案例，經(jīng)中國(guó)金屬學(xué)會(huì)組織成果鑒定被一致評(píng)價(jià)為具有國(guó)際領(lǐng)先水平。
信息來(lái)源：寶山鋼鐵股份有限公司
