資訊物理系統是實現鋼鐵工業智慧化的關鍵技術
目前鋼鐵工業面臨前所未有的嚴峻挑戰。資源、能源消耗大、環境汙染嚴重;過程與產品穩定性不高、一致性差，生產效率低;產品同質化嚴重，產品結構不合理，高階產品自主生產能力不足;供給側為需求側服務不足等問題嚴峻。因此，構建鋼鐵行業的以市場為導向的綠色技術創新體系，減少鋼鐵生產工藝流程的資源和能源消耗，減少汙染和排放，推動行業鋼鐵轉型發展，實現 “工藝綠色化、裝備智慧化、產品高質化、供給服務化”，意義重大。
我國鋼鐵工業現在迫切需要攻克四座高峰，實現“四化”：第一是鋼鐵生產資源、能源消耗大，汙染排放嚴重，迫切需要實現“工藝綠色化”;第二是生產裝備的穩定性、均勻性、一致性差，生產效率低，“裝備智慧化”的任務迫在眉睫;第三是產品質量不夠高，產品結構失衡，“產品優質化”需求強烈;第四是供給側為需求側服務不足，急需加強供給側結構性改革，與使用者融合發展，為使用者提供整體解決方案，實現“供給服務化”。
在此，僅就鋼鐵的智慧製造與大家探討。
自1784年第一次工業革命至今，人類已經經歷了3次工業革命，即以機械化為核心的第一次工業革命，以電氣化為核心的第二次工業革命，以自動化、數字化為核心的第三次工業革命。目前處於第四次工業革命階段，其核心是智慧化，目標是建立智慧化、數字化工廠，實現智慧製造。
鋼鐵行業是智慧化需求最強的行業，也是離智慧化最近的行業。為解決我國鋼鐵行業產品結構失衡、高階產品供給能力不足、產品外形尺寸精度低以及組織效能控制穩定性差等問題，需要實行生產、物流等的智慧控制與優化協同，著力開發與應用智慧化技術，實現資訊深度感知、智慧優化決策、精準協調控制、自主學習提升。資訊物理系統(CPS)是實現智慧化的關鍵技術。
目前，我國大多數鋼鐵企業已經實現了機械化、自動化與數字化，基本達到了工業2.0的水平。經過努力，相當一部分鋼廠將基本達到工業3.0+的水平。但是，鋼鐵工業屬於大型複雜流程工業，我國尚未形成全流程一體化的智慧化控制與全域性的協調優化。
未來應以第四次工業革命的核心技術CPS為目標，對鋼鐵行業現有的自動化系統進行改造，拓展網路功能，強化計算能力和感知能力，建成可靠的、實時的、安全的、協作的智慧化鋼鐵生產資訊物理系統，實現鋼鐵行業的智慧化發展。
我們要綜合利用現代通訊與資訊科技、計算機網路技術、智慧控制技術、行業技術，建立資訊物理系統，使我們的控制系統具有感知、記憶、思維、學習和自適應能力以及行為決策能力。在這個系統中，鋼鐵工業將利用物聯網、大資料、雲端計算等最新資訊科技提供的環境和手段，建立起一體化的管控平臺。它與全鏈條生產線互聯互通，構成兩層式的系統架構，對鋼鐵生產過程全流程實現扁平化、一體化、一竿子插到底的智慧管控，實現資訊採集、處理、監控和一體化生產排程管理的智慧、協調，做到“資訊的深度感知、網路的互聯互通、精準協調控制、優化智慧決策、自主學習提升”。只有這樣，鋼鐵工業這個典型的流程工業，才會克服過去的孤島式、單工序的“單打獨奏”的解決問題方式，充分利用一體化的智慧製造來解決穩定性、均勻性、一致性等方面的問題，提供全流程、一體化的解決方案，做到鋼鐵生產全過程的一體化控制、鋼鐵生產各層次的協調優化、大規模定製下產品個性化與定製化以及裝備、物流、能源的智慧控制與協同優化等，大幅提高生產效率，提升企業的勞動生產率。
應當特別注意的是，鋼鐵工業是典型的流程工業，作為全流程主體的高爐、轉爐、精煉爐、鋼包、連鑄坯、熱軋軋件、冷軋軋件等均為“黑箱”，即我們無法獲取各個反應器或者軋件內部的資訊。即使建立起大資料管控平臺，仍然無法精準把握“黑箱”內的物理與化學變化。當前，欲實現鋼鐵工業的智慧製造，必須利用可以採集到的大量相關資訊，基於新型的數字感知技術，“逼真”地描繪出“黑箱”中的變化，建立物理世界的“虛擬映像”或“數字孿生”，並進而進行智慧決策和控制。這是智慧控制的核心環節，是鋼鐵智慧製造的特點和難點，是我們在實現智慧製造過程中必須攻克的制高點。
在目前由實體(物理)向數字(虛擬)的轉變與發展中，如何利用大資料、網際網路、雲端計算、人工智慧等資訊科技，對生產中物理系統內部不可測的物理引數進行數字感知，是材料人長期以來的夢想，也是材料科學與技術發展面臨的重大問題。數字感知為我們提供了非常理想的解決方案。數字感知將虛擬現實(VR)和增強現實(AR)及人工智慧(AI)結合，攻克以往無法逾越的“黑箱”障礙，從而建立起CPS的核心部分，即與現實系統成鏡面對映並即時互動的虛擬系統。在這個具有足夠精度的虛擬系統上，再加上精準、協調的智慧控制，則鋼鐵生產過程的智慧設計與實時精準控制將成為可能。
鋼鐵行業智慧製造可以實現如下目標：建立跨系統、跨工序、跨領域的鋼鐵工藝質量大資料平臺，實現資料自動流動;材料組織、效能、表面等關鍵工藝質量引數的精準預報與線上狀態感知;工藝、裝置和質量的關係分析，質量線上綜合評判與異常原因追溯;工藝引數和製備工序流程的優化，質量引數精準控制與多工序協調匹配;基於工藝裝備狀態的多工序動態排程，產供銷全流程協同的智慧決策。更重要的是，智慧製造還能面向使用者進行多規格、小批量、定製化生產，使上下游實現高質量的協同發展，提高全產業鏈效益。正如習近平總書記在2018年兩院院士大會講話中指出：“要以智慧製造為主攻方向推動產業技術變革和優化升級，推動製造業產業模式和企業形態根本性轉變，以‘鼎新’帶動‘革故’，以增量帶動存量，促進我國產業邁向全球價值鏈中高階。”