大部分鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)EMS 建設(shè)于2013-2014年間，該EMS系統(tǒng)僅做到了對數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)的展示，對于能源管理的業(yè)務(wù)支持非常有限，已經(jīng)無法滿足鋼鐵企業(yè)在綠色發(fā)展和雙碳發(fā)展的戰(zhàn)略需求。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、邊緣計算等新技術(shù)逐漸引入生產(chǎn)環(huán)境的技術(shù)實踐趨勢下，優(yōu)也以提升鋼鐵能源效率為目標，為鋼鐵企業(yè)提供能源系統(tǒng)資源平衡調(diào)配的智能化升級解決方案，推動企業(yè)在能源資源效率和節(jié)能降本上的顯著提升。

一、項目概況

1.項目背景

本案例的服務(wù)對象是河南省年產(chǎn)1000萬噸鋼鐵的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，2021年成為河南省工信廳行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的培育單位，引領(lǐng)河南省鋼鐵行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的建設(shè)示范。優(yōu)也作為技術(shù)服務(wù)商幫助企業(yè)建設(shè)行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，并選擇能源效率場景作為實踐應(yīng)用。

鋼鐵行業(yè)屬于高能耗行業(yè)，原燃料成本占比高達60-70%；企業(yè)噸鋼能耗標準煤平均水平距離國際上最好的水平還有有30-40%的差距。在鋼鐵行業(yè)采用新一代的信息化技術(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺去提升企業(yè)的能源數(shù)字化運營水平以及為實現(xiàn)雙碳目標具有重要的意義。

本案例主要解決的行業(yè)問題如下：

（1）提高能源資源利用效率，降低噸鋼能耗

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的能介智能化應(yīng)用，利用專業(yè)知識和大數(shù)據(jù)技術(shù)的相關(guān)模型、算法，提供時效最優(yōu)的實時調(diào)度策略，實現(xiàn)從粗放管理向精準管控轉(zhuǎn)型，提高資源回收利用率。

（2）提升企業(yè)基于數(shù)字驅(qū)動的決策效率

企業(yè)現(xiàn)有能源計量存在不完善，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不全面的情況，難以實現(xiàn)“數(shù)據(jù)指導(dǎo)生產(chǎn)”的管理主旨。借助此類項目的實施完善計量基礎(chǔ)設(shè)施，搭建能源大數(shù)據(jù)中心，為未來實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的生產(chǎn)管控一體化提供夯實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（3）促進能源業(yè)務(wù)協(xié)同效率提升，為管理賦能

鋼鐵企業(yè)能源運行過程中關(guān)鍵的能源生產(chǎn)、輸配、發(fā)生、放散等環(huán)節(jié)復(fù)雜，通過利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，消除能源系統(tǒng)各環(huán)節(jié)信息孤島及協(xié)同壁壘，提高協(xié)同效率。

（4）助力智能制造轉(zhuǎn)型升級，增強核心競爭力

國內(nèi)鋼鐵行業(yè)數(shù)字化、智能化水平不斷提升，特別是能源系統(tǒng)作為鋼鐵企業(yè)管理創(chuàng)效的重要突破口，能源智能管控系統(tǒng)項目的實施，有助于提升整體數(shù)字化、信息化水平，進一步增強企業(yè)核心競爭力。；

因此，本案例項目根據(jù)該鋼鐵企業(yè)能源系統(tǒng)平衡調(diào)度業(yè)務(wù)運營現(xiàn)狀，通過搭建鋼鐵行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，建設(shè)企業(yè)最急需的煤氣、蒸汽和壓縮空氣的智能調(diào)度系統(tǒng)，并實現(xiàn)對基礎(chǔ)的能源數(shù)據(jù)進行梳理和監(jiān)控，為下一步拓展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用建立夯實的基礎(chǔ)。

2.項目簡介

本項目采用先進的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)、數(shù)字孿生體、工業(yè)大數(shù)據(jù)算法等新一代信息技術(shù)，基于案例企業(yè)目前能源系統(tǒng)（煤氣、蒸汽、壓空）痛點，植入“能效精益運營理念”及精益管理工具，通過搭建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，形成能源系統(tǒng)大數(shù)據(jù)，開發(fā)部署具備角色定制、全景呈現(xiàn)、異常分析（狀態(tài)識別-誘因分析）、數(shù)據(jù)挖掘智能尋優(yōu)、輔助決策導(dǎo)航等功能的數(shù)字化、智能化能源運行調(diào)度軟件。通過該項目的實施，可顯著提升案例企業(yè)能介系統(tǒng)業(yè)務(wù)信息化、運營數(shù)字化、管控智能化水平，持續(xù)促進案例企業(yè)能源資源運營效率提升和綜合利用價值最大化。

3. 項目目標

結(jié)合公司承接河南省鋼鐵行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺以及兩化融合的戰(zhàn)略部署，本項目的總體目標如下：

（1）充分結(jié)合鋼鐵企業(yè)場景特點和需求，搭建滿足鋼鐵企業(yè)業(yè)務(wù)需求的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，以平臺更具通用性和良好操作性為目標，并最終形成適合鋼鐵行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺；

（2）依托互聯(lián)網(wǎng)平臺采取總體設(shè)計、分階段實施的方式，設(shè)計開發(fā)滿足鋼鐵企業(yè)主要能介調(diào)度業(yè)務(wù)智能化升級的智能導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括煤氣/壓縮空氣/蒸汽三個介質(zhì)的智能調(diào)度子系統(tǒng)，未來覆蓋氧氮氬、水、電、鼓風(fēng)等子系統(tǒng)的智能調(diào)度系統(tǒng)；

（3）通過本項目將連接不少于以下生產(chǎn)工序：焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼、動力、制氧、公輔等，并連接不少于50套設(shè)備，梳理基礎(chǔ)能源管理數(shù)據(jù)，并采集不少5000個數(shù)據(jù)點；

（4）開發(fā)不少于15個基于工藝機理和大數(shù)據(jù)挖掘的能源算法模型庫，包括機理模型、數(shù)學(xué)模型、邏輯模型和混合模型等。

二、項目實施概況

1. 項目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容

（1）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺功能架構(gòu)

本案例采用基于優(yōu)也Thingswise iDOS來搭建，Thingswise iDOS平臺是面向工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)場景，融合云計算與大數(shù)據(jù)、機器學(xué)習(xí)與人工智能、模型和應(yīng)用研發(fā)工具為一體，為實現(xiàn)工業(yè)運營的智能化而自主開發(fā)的數(shù)據(jù)驅(qū)動工業(yè)操作系統(tǒng)。

圖  Thingswise iDOS平臺功能架構(gòu)Thingswise iDOS具備三個核心功能層即物聯(lián)層、數(shù)孿層和應(yīng)用層，如下圖所示：

物聯(lián)層：面向生產(chǎn)現(xiàn)場實現(xiàn)對人、機、料、法、環(huán)等多維數(shù)據(jù)的集成，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)存儲，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)和控制的雙向流動的能力，滿足對現(xiàn)場設(shè)備和系統(tǒng)物聯(lián)，數(shù)據(jù)采集和實時控制的需求。

數(shù)孿層：通過數(shù)字孿生體梳理和整合數(shù)據(jù)、算法，對業(yè)務(wù)關(guān)注的物理實體和生產(chǎn)、業(yè)務(wù)過程在數(shù)字空間進行系統(tǒng)性描述和表征。數(shù)孿的對象既可包括物理實體，也可包括生產(chǎn)的組織結(jié)構(gòu)，每個數(shù)孿體均包含所描述對象的屬性和狀態(tài)參數(shù)，及分析計算的算法模型。平臺提供統(tǒng)一的數(shù)字孿生體的定義和配置體系，在數(shù)字空間對生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備等系統(tǒng)建立模型，并實現(xiàn)一次建模，多處復(fù)用。提高研發(fā)效率、縮短研發(fā)周期。

應(yīng)用層：基于數(shù)孿層提供的規(guī)范化數(shù)據(jù)和數(shù)字孿生體，開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)，通過API 和數(shù)孿層的模型進行交互，構(gòu)建前端交互界面。

同時，工業(yè)數(shù)據(jù)平臺提供統(tǒng)一管理入口可以提供對于用戶權(quán)限管理，邊緣管理，容器管理，微服務(wù)管理，多租戶管理，系統(tǒng)及安全管理等多個維度對平臺及其運行組件進行實時準確的監(jiān)控和管理。

（2）能源智能導(dǎo)航系統(tǒng)軟件架構(gòu)

在Thingswise iDOS 平臺基礎(chǔ)上搭建鋼鐵行業(yè)的能源管控平臺，規(guī)范化管理多元多流能源數(shù)據(jù)、構(gòu)建能源大數(shù)據(jù)中心、開發(fā)能源系統(tǒng)的數(shù)字孿生，通過數(shù)據(jù)建模滿足業(yè)務(wù)功能，具體軟件架構(gòu)如下：

圖：鋼鐵企業(yè)能源智能導(dǎo)航系統(tǒng)頂層設(shè)計架構(gòu)

（3）主要建設(shè)內(nèi)容

能效全景智慧監(jiān)屏支持對鋼鐵企業(yè)全廠范圍內(nèi)能源系統(tǒng)運行全貌實施數(shù)字化展現(xiàn)，并從公司運行成本追蹤、關(guān)鍵公輔設(shè)備運行狀態(tài)、能源運行經(jīng)濟性指標（放散率、余熱余能資源回收與利用、緩沖用戶運行）、關(guān)鍵管控參數(shù)等維度，可視化反映當(dāng)前能源運營管控水平。

煤氣智能平衡系統(tǒng)按“監(jiān)測-診斷-調(diào)度”的業(yè)務(wù)管理邏輯設(shè)計整體功能框架，目前主要包括“智慧監(jiān)屏”、“智能診斷”、“智能調(diào)度”三大部分,其中1）“智慧監(jiān)屏”：以信息互聯(lián)互通的可視化監(jiān)測為主的相關(guān)功能，支持煤氣系統(tǒng)實時監(jiān)測和動態(tài)平衡異常揭示；2）“智能診斷”：以運行異常識別、效率診斷分析為主的相關(guān)功能，支持煤氣平衡狀況辨識、根因追溯、煤氣供需平衡趨勢預(yù)測、平衡策略調(diào)配損益測算等等；3）“智能調(diào)度”，以協(xié)同優(yōu)化、策略響應(yīng)、聯(lián)調(diào)聯(lián)控為主導(dǎo)的相關(guān)工作，支持單介質(zhì)煤氣平衡優(yōu)化、多介質(zhì)煤氣系統(tǒng)協(xié)同、跨工序策略

調(diào)配、關(guān)鍵設(shè)備尋優(yōu)控制。通過上述系統(tǒng)功能的實施，最終實現(xiàn)全網(wǎng)產(chǎn)用氣協(xié)同運行、生產(chǎn)端穩(wěn)定保供、煤氣管網(wǎng)穩(wěn)定性提升、系統(tǒng)放散降低、系統(tǒng)維持在經(jīng)濟運行模式。

蒸汽智能平衡系統(tǒng)以鋼鐵企業(yè)蒸汽系統(tǒng)資源數(shù)字化、運行過程可視化為基礎(chǔ)，支持熱力公司圍繞蒸汽資源（余熱+鍋爐）供需平衡的最優(yōu)配置實施策略化調(diào)度，并以蒸汽資源平衡為切入點圍繞“煤氣-蒸汽-發(fā)電”資源的價值最大化配置，支持用戶實施跨能介系統(tǒng)的策略導(dǎo)航及聯(lián)合調(diào)配。

“壓縮空氣智能平衡”主要以壓縮空氣介質(zhì)為主要對象設(shè)計研發(fā)智能化平衡業(yè)務(wù)支持功能。支持用戶實現(xiàn)對安陽鋼鐵壓縮空氣系統(tǒng)端到端可視化、運行異常識別-誘因分析，基于角色推送“單體-集群-系統(tǒng)供應(yīng)”運行策略，支持空壓站多機組、空壓機單體策略化經(jīng)濟運行。

2. 具體應(yīng)用場景和應(yīng)用模式

本案例對鋼鐵企業(yè)能源平衡調(diào)度場景將帶來全新的智能化運行調(diào)度模式，具體表現(xiàn)如下：

（1）支持用戶自定義運行規(guī)則（煤氣運行規(guī)則進行結(jié)構(gòu)化梳理和數(shù)字化定義過程），為系統(tǒng)自主運行建立響應(yīng)機制、跟蹤機制、評價機制；

（2）在日常運行過程中，通過對能源介質(zhì)關(guān)鍵運行參數(shù)的實時監(jiān)控，推送全網(wǎng)運行平衡狀態(tài)，依托異常識別引擎由系統(tǒng)自動向能源調(diào)度推送識別的異常；

（3）由系統(tǒng)根據(jù)響應(yīng)機制自主研判和生成調(diào)度策略，并向能源調(diào)度推送指令，通過能源調(diào)度實施確認/修改/忽略等人機交互操作，完成該調(diào)度指令的在線下達；

（4）在下達指令的同時，系統(tǒng)自動啟動跟蹤機制，對推送到指令執(zhí)行情況進行全過程跟蹤包括指令下發(fā)后的響應(yīng)和執(zhí)行效果；

綜合上述業(yè)務(wù)操作，最終幫助用戶實現(xiàn)從策略形成-策略推送-策略跟蹤-策略評價的全流程的在線閉環(huán)管理，并實現(xiàn)從人工判斷向智能化調(diào)度轉(zhuǎn)變的應(yīng)用模式：

3. 其他亮點

1、得益于Thingswise iDOS平臺的數(shù)據(jù)可視化、圖形快開、低代碼開發(fā)特點，本系統(tǒng)具有十分良好的擴展性。用戶在使用系統(tǒng)的過程中，一樣可以根據(jù)自身需求，在原有平臺和功能基礎(chǔ)上進行進一步擴充，從而使得本系統(tǒng)逐漸趨于完善和適用于自身需求。

2、上海優(yōu)也是產(chǎn)品公司同時也是咨詢公司，在數(shù)字化產(chǎn)品中融入了精益和資源有效性理念，讓產(chǎn)品能有效減少運營浪費、充分挖掘企業(yè)增效潛力。

三、下一步實施計劃

本項目成果鋼鐵行業(yè)能源智能管控系統(tǒng)項目采用成熟的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)及數(shù)字孿生技術(shù)。系統(tǒng)功能強調(diào)能源業(yè)務(wù)協(xié)同性和對能源波動響應(yīng)前置決策，突出運營異常在線識別、根因診斷、策略推送、執(zhí)行監(jiān)督的閉環(huán)管理，著力于業(yè)務(wù)全景數(shù)字化呈現(xiàn)和策略導(dǎo)航，處于相對領(lǐng)先地位。從實際場景應(yīng)用迭代，整體運行效果良好，技術(shù)先進成熟，在鋼鐵行業(yè)具有較高的復(fù)制推廣的可行性。

下一步實施計劃是向河南省地區(qū)的鋼企和全國260多家長流程鋼鐵聯(lián)合企業(yè)進行推廣。按5%節(jié)能計算，每家能源成本可節(jié)降幾千萬元，對整個行業(yè)的能源節(jié)降和減碳效果可產(chǎn)生巨大影響。

四、項目創(chuàng)新點和實施效果

1. 項目先進性及創(chuàng)新點

（1）分層解耦提高開發(fā)效率

構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺、統(tǒng)一的數(shù)字孿生數(shù)字空間和統(tǒng)一的DevOps應(yīng)用開發(fā)環(huán)境的三層結(jié)構(gòu)，將數(shù)字孿生體工業(yè)應(yīng)用開發(fā)過程進行解耦化、標準化、體系化，簡化了開發(fā)過程，提升了開發(fā)效率。

（2）統(tǒng)一數(shù)字空間靈活配置數(shù)字孿生體

獨創(chuàng)統(tǒng)一的數(shù)字空間，靈活定義和配置數(shù)字孿生體，快速構(gòu)建復(fù)雜系統(tǒng)并很好支持機理模型與大數(shù)據(jù)模型融合，提高建模效率和質(zhì)量。通過數(shù)字孿生體的靈活組合，構(gòu)造出系統(tǒng)級、系統(tǒng)之系統(tǒng)級的數(shù)字孿生，快速實施對工序或產(chǎn)線數(shù)字孿生體靈活動態(tài)配置。

（3）多云適配和流式計算提高實時響應(yīng)

多云適配和可邊可云的靈活部署能力，保障系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全性和可控性，確保低時延高流量的計算需求。原生設(shè)計的流式計算工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，對數(shù)據(jù)即來即算，保證實時動態(tài)響應(yīng)物理實體。

（4）以策略導(dǎo)航方式支持用戶開展能源調(diào)度工作

具備狀態(tài)感知-異常識別-誘因分析-策略推送（策略設(shè)計與角色推送）-執(zhí)行跟蹤-績效評價的閉環(huán)自主調(diào)度指令形成-上傳/下達-追蹤與評價，實現(xiàn)能源運行調(diào)度業(yè)務(wù)從“人工”向“信息化+智能化”升級。

（5）基于角色實現(xiàn)分級管控

為突出調(diào)度的層次性和管控范圍差別，通過創(chuàng)新性提出多層級系統(tǒng)策略尋優(yōu)推送模式，支持用戶按系統(tǒng)、集群、單體三個不同層面實施不同方式的能介運行尋優(yōu)調(diào)度，保障能源供應(yīng)及提高整體能源資源利用效率。

（6）源于數(shù)據(jù)挖掘建模驅(qū)動業(yè)務(wù)高階分析

將業(yè)務(wù)運行規(guī)則、精益診斷工具與AI數(shù)據(jù)分析技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建場景高階能效分析模型。例如“能效根因分析”：基于對各個能源介質(zhì)影響因子進行結(jié)構(gòu)化梳理，按“宏觀-微觀”與“淺顯-深究”的方式，自上而下的層級分析邏輯架構(gòu)的設(shè)計和邏輯建模，為企業(yè)提供能介運行異常時的智能化診斷業(yè)務(wù)支持。

2. 實施效果

（1）直接經(jīng)濟效益可達5%能源節(jié)降

降低煤氣放散損失，提高煤氣回收利用價值

增加余熱回收利用，提高余熱發(fā)電價值

降低壓空運營損失，減少資源排放損失，降低空壓機綜合電耗

（2）間接經(jīng)濟效益

平抑系統(tǒng)管網(wǎng)波動，穩(wěn)定生產(chǎn)

通過對高爐/焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)壓力波動的調(diào)控和優(yōu)化，促進煤氣系統(tǒng)管網(wǎng)窄幅波動，穩(wěn)定煤氣供應(yīng)及產(chǎn)線生產(chǎn)。

優(yōu)化窯爐燃燒，提升精益運行水平

通過對工業(yè)爐窯關(guān)鍵運行數(shù)據(jù)監(jiān)控、分析、異常識別，支持單體智能診斷及“單體-集群-系統(tǒng)”控制優(yōu)化。如降爐窯低排煙損失、改善加熱質(zhì)量、增加熱爐時機產(chǎn)量等。

降碳減排

項目的實施有助于進一步降低能源放散損失、優(yōu)化爐窯效率、提高能源利用率，降低碳排放量，為企業(yè)創(chuàng)造碳減排收益。

提升企業(yè)數(shù)字化運營水平

通過能源流、設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)物流等信息融合和價值關(guān)聯(lián)的能源大數(shù)據(jù)構(gòu)建，將業(yè)務(wù)數(shù)字化，整體提升能源管理數(shù)字化運營水平，為后續(xù)企業(yè)數(shù)字化升夯實數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（3）社會效益

本項目屬于基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺設(shè)計研發(fā)的工業(yè)智能APP，項目涉及到的問題點，屬于行業(yè)普遍存在的共性問題，在案例企業(yè)實施后具有較好的社會推廣價值，具有解決行業(yè)共性問題的能力，為推動鋼鐵行業(yè)能源高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展提供借鑒和參考。

由于企業(yè)對于自身能源資源的最優(yōu)配置、數(shù)字化展現(xiàn)、智能化調(diào)度業(yè)務(wù)支持在系統(tǒng)管控原理和指導(dǎo)思想方面存在異曲同工的情況，因此本項目跨行業(yè)可推廣性較強，不僅適合鋼鐵行業(yè)，還適合于有色、石油、化工、園區(qū)等大型流程行業(yè)的能介系統(tǒng)智能平衡與決策。