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“钢铁侠”们的“突围”战

单位(作者):田瑞颖 | 来源:中国科学报 | 更新时间:2021-02-24 | 点击数:


疫情期间投产的扬州恒润1780毫米热连轧现场。北科工研院供图

■本报见习记者 田瑞颖

引进、落后、再引进、再落后。由于缺乏关键核心技术,这一尴尬的循环长期制约着我国钢铁工业的发展。受制、被动、昂贵、运维困难……随着我国钢铁厂商对国产钢铁设备的呼声日益高涨,刻苦攻关的“钢铁侠”们逐渐意识到靠“单打独斗”的技术研发是行不通的,必须“集团化作战”。

北京科技大学工程技术研究院(以下简称北科工研院)拥有高效轧制国家工程研究中心和国家板带生产先进装备工程技术研究中心,“集团化作战”让更多拥有自主知识产权的先进装备走向市场的“突围”战有了保障。

“国家级科技创新平台主要从事前期研发工作,科研成果交由北京科技大学设计研究院有限公司推广转化。”北科工研院副院长张勇军在接受《中国科学报》采访时说,“这是一个无缝衔接的成果转化过程。”

大团队啃“硬骨头”

“两个国家工程中心的加入,为北科工研院组建了健全的科技成果深度开发队伍,形成了涵盖冶金、材料、机械、控制、物流、计算机等方向的多学科方阵。这种学科交叉与融合更利于科研成果的协同创新和应用集成。”张勇军告诉记者。

在他看来,与传统高校科研人员不同,北科工研院的队伍实行团队化管理,“这不仅能避免单兵作战的不足,有效保证项目实施的时间及质量,还有利于开展国家或行业重大需求课题的研发,以及实施大型工业企业的工程项目”。

热连轧计算机控制系统就是在这种大团队作战下取得的突破性成果。“计算机控制系统好比是钢铁生产线的‘大脑’,但长期以来,它的核心技术都被外国公司‘攥’在手中,引进国外系统不仅价格高昂,后续运维和升级还需要请国外工程师来完成,这会带来很大的时间和资金成本。”北京科技大学设计研究院有限公司总经理郭强告诉《中国科学报》,“不仅如此,没有自主研发的系统,也严重影响我们的国际话语权。”

为彻底扭转没有核心技术和受制于人的局面,高效轧制国家工程研究中心从成立之初就决心自主研发计算机控制系统。然而,“革命”并非易事。

“这不同于在现有的高楼上改造,而是另建地基盖大楼,一路上可谓是摸着石头过河。”郭强说,“我们要解决软件平台、编程、数学模型、控制逻辑、硬件平台、网络通信系统、传感器和执行器等一系列技术难题,每一个细节都很关键。”

如何将生产情况显示在计算机屏幕上?在现在看来很容易实现的人机交互技术,当初团队花了近3个月的时间,才打通计算机与控制器之间的数据交互。

“经过多年的技术迭代和系统升级,自主研发的最新一代控制系统具有调试时间更短、维护更方便、运行更加稳定可靠、控制精度更高、更加智能化的特点。”郭强说,“我国有了自己的热连轧计算机控制系统,也倒逼国外系统的价格大幅下降。”

对于常规热连轧来讲,生产1.0mm和1.1mm的超薄规格带钢是一项很困难的工作。热连轧计算机控制系统先后于2016年11月在日照钢铁公司1580mm生产线上成功生产出1.1mm的花纹卷,2020年6月在福建三宝特钢有限公司又实现了1.0mm热轧带卷的突破。

化解钢铁企业的烦恼

由于国外钢铁工业起步早,我国要想追赶、超越,需要不断地突破和创新。记者从北科工研院获悉,表面缺陷是影响热轧带钢产品质量的重要因素,几乎60%以上的质量问题由它引起,这也使我国高端金属板带产品的索赔及降级损失每年超50亿元,而当时的在线检测系统严重依赖进口。

2000年,北科工研院决定自主研发在线检测系统。“在线检测系统涉及光学、计算机、机械电子等交叉学科,最初我们开展了国际合作,也得到了国外高校的很多支持。”高效轧制国家工程研究中心副主任徐科坦言。

“当时,市面上的在线检测设备大多存在缺陷检出率与识别率不高等问题。这意味着,如果将检测门槛值调低,则会出现大量缺陷误报事件,但调高门槛值,则会放过很多轻微缺陷,这让钢铁企业十分烦恼。” 徐科告诉记者。

解决这一问题的关键就是引入新的算法。2012年,徐科又开始带领团队涉足深度学习这一陌生的领域。

经过近十年的钻研,团队终于研发出具有自主知识产权的基于深度学习的热轧带钢表面在线检测与质量评级系统。“这种新的算法使在线检测的准确率提高到90%以上,也成为我们与众多产品抗衡的一大优势。”徐科说。

中国金属学会组织的成果评价认为:“项目成果总体达到国际先进水平,其中基于分类优先网络与多尺度感受野的热轧带钢表面缺陷检测算法处于国际领先水平。”

近五年,该系统被应用于国内外15条热轧带钢生产线,仅2017年2月至2019年11月,就在太原钢铁公司、马鞍山钢铁公司、酒泉钢铁公司等3条热轧生产线上新增产值13.66亿元、利润2.05亿元。

从“深闺”走入“市井”

性价比高的系统一定有市场吗?“虽然自主设计集成的热连轧计算机控制系统不仅有良好性能,价格也远低于进口系统,但很多钢铁厂用惯了国外的系统,改变他们的传统观念、赢得信任在初期是非常艰难的。”郭强说。

随着系统在莱芜钢铁集团的热连轧生产线上取得重大的业绩突破,越来越多的企业开始关注并信任北科工研院的系统。郭强介绍,目前已有数十条生产线采用了团队的控制系统。

赢得市场信任的背后,还有科研团队的勇敢担当。2020年3月,在新冠疫情的影响下,为了帮助广西梧州市鑫峰特钢公司新建的生产线尽快投产,北科工研院协调了多名员工抵达现场。由于气候原因,其中几名员工刚到现场就出现了感冒发烧的症状。“虽然后来经过检测排除了新冠风险,但大家的心都提到了嗓子眼儿。”郭强回忆道。

长期以来,让科研成果从“深闺”走入“市井”是摆在众多高校面前的“老大难”问题。

张勇军认为,科研成果接轨市场难,一方面是众多科研成果的技术成熟度较低,工程化开发和技术集成力度不够,另一方面是成果相对市场需求滞后,且缺少开放性窗口和联络渠道。

为了更好地推动科研成果的产业化,北京科技大学设计研究院有限公司依托北科工研院进一步建设,对相关科研成果进行集成创新和应用技术开发,工程化、产业化推广。有了自家的“红娘”牵线,与企业的“联姻”也变得更为顺畅。

原文链接:《中国科学报》 (2021-02-24 第3版 转移转化)

(责编:孟婍、陈丽萍)