王國棟，東北大學，金屬材料加工專家，中國工程院院士，現任鋼鐵共性技術協同創(chuàng)新中心主任，研究方向為金屬材料加工及數字化轉型。

生成式AI（AIGC）助力鋼鐵行業(yè)轉型升級

數字化浪潮席卷世界，鋼鐵行業(yè)處于百年未有之大變局之中。AIGC作為數字時代的前沿技術，為鋼鐵行業(yè)突破發(fā)展瓶頸、實現高質量發(fā)展帶來了新的曙光。本文將深入剖析AIGC在我國鋼鐵行業(yè)的發(fā)展應用現狀及未來構想，全面呈現這一技術融合為鋼鐵行業(yè)帶來的深刻變革。

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數字時代的技術背景與AIGC崛起

世紀之交：新一代信息技術快速發(fā)展和應用，正式宣告了數字時代的來臨。人類社會進入了數字時代，大數據/機器學習為特征的AIGC穩(wěn)步發(fā)展，開始主宰世界。

2

AIGC+鋼鐵的國際動向與我國的發(fā)展情況

2.1

國際上AI+鋼鐵的探索

隨著數字時代的到來，時代變換，AI登場。2011年，美國政府公布“材料基因組計劃”。該計劃旨在指導企業(yè)建設材料創(chuàng)新基礎設施，加快先進材料的發(fā)現和部署，降低開發(fā)成本，提高研發(fā)效率。但是美國產業(yè)空心化嚴重，鋼鐵行業(yè)衰敗不堪，在鋼鐵行業(yè)數字化轉型方面并無建樹。

2016年開始，韓國浦項利用深度學習分析處理高爐操作五大變量數據，智能預測與控制高爐運行狀態(tài)，鋼鐵工業(yè)開始跨入數字時代。JFE Steel提出建立鋼鐵主流程數字孿生和CPS（Cyber Physical System），實現鋼廠最優(yōu)自動運行。在完成8座高爐的數字化轉型后，又計劃將CPS系統向后部工序拓展。

2.2

我國鋼鐵行業(yè)數字化轉型背景與優(yōu)勢

改革開放以來，我國鋼鐵行業(yè)迅猛發(fā)展，經過多年的引進和創(chuàng)新，工藝裝備和控制系統硬件以及運行環(huán)境都達到了工業(yè)時代的巔峰水平。鋼鐵工業(yè)作為大型復雜流程工業(yè)，全流程各工序均為充滿不確定性的黑箱。這些黑箱為我們提供了應用數字技術的最佳場景。工業(yè)時代后期的自動化控制系統有全面的數據采集和豐富的數據積累，數據資源優(yōu)勢明顯。進入數字時代，對鋼鐵工業(yè)的落后大腦——邊緣系統進行數據驅動、軟件定義、雙層架構的信息技術改造，構建先進的CPS，實現低成本的系統升級換代，成為一個亟待解決的重大問題。我國鋼鐵科技工作者早在20世紀90年代，即率先開始了利用人工神經元網絡預測材料組織性能的研究；在完成國家重點科技計劃項目過程中，產學研合作進行了建立軋制過程CPS的深入研究。這些創(chuàng)新的工作為我國鋼鐵工業(yè)奮戰(zhàn)Al+鋼鐵、沖刺數字技術的新賽道、攀登鋼鐵工業(yè)的新高峰，奠定了理論與實踐的基礎，培育了數字化創(chuàng)新的人才隊伍。

2.3

我國鋼鐵行業(yè)的轉型路徑

基于上述基本觀點，我國鋼鐵行業(yè)必須以產品生產線為主線，以生產線的大數據和應用場景為基本資源，圍繞安全、質量、效益和低碳發(fā)展，主攻全流程邊緣黑箱，通過AIGC+鋼鐵，建設全流程一體化的數字孿生平臺、CPS和SEII，形成鋼鐵行業(yè)自學習、自組織、自適應、最優(yōu)智能控制的RS（ROBOTSTEEL），從而實現數字經濟、人工智能與實體經濟的深度融合，走中國式現代化的光輝道路。

目前我國已經率先在一些生產線的各生產單元建立起單元級的CPS和SEII，推出生成式AI+單元的樣板，推動鋼鐵行業(yè)的各基本單元數字化轉型，高質量發(fā)展。

下一步，AI+鋼鐵的工作有兩個方面。一方面，在單元的AI+鋼鐵執(zhí)行中，有一個重要的難點問題，即一些材料成分、組織、性能等微觀信息目前尚無法直接在線、實時、連續(xù)獲取。經過30余年的探索研究，目前已經采用離線獲取實測值+理論經驗+多模態(tài)輔助等方法初步解決這一難題，基本可以保證實時預測精度。這些重要的基本信息的可靠獲取是各單元數字化轉型方面的最大的攔路虎，將是下面需要解決的重要問題。目前已經布局開發(fā)相關在線檢測儀表，但真正實現還需相當的時間。另一方面，鋼鐵生產全流程是一個整體，上下游之間互相影響。AI+鋼鐵下一階段的主要目標是全流程一體化的AIGC+鋼鐵，數字換腦，模型換代，登頂RS，完成鋼鐵工業(yè)中國式現代化的光榮任務。

2.4

我國鋼鐵行業(yè)實施AI+鋼鐵的中國特色

特色1：遵照習近平總書記提出的新時代中國特色社會主義思想，以鋼鐵行業(yè)中國式現代化為目標，發(fā)揮社會主義制度的優(yōu)越性，集中力量辦大事，貫徹“深度融合”三原則，即產學研深度融合、科技創(chuàng)新與產業(yè)創(chuàng)新深度融合、數字經濟與實體經濟深度融合，促進鋼鐵工業(yè)全流程、一體化AI+鋼鐵，加速實現中國式現代化。

特色2：我國鋼鐵行業(yè)以鋼鐵產品生產線為主線，以生產線的大數據為基本資源，圍繞質量、成本、低碳、安全發(fā)展，主攻全流程邊緣黑箱，通過“AIGC+鋼鐵”，開發(fā)建設全流程一體化的數字孿生平臺與SEII，構筑鋼鐵行業(yè)SEII的標準化通用技術體系，建成鋼鐵行業(yè)的RS，從而實現數字經濟、人工智能與實體經濟的深度融合。

特色3：提出鋼鐵行業(yè)各單元SEII的“一網-三平臺-四功能”的雙層扁平化基本架構，作為鋼鐵行業(yè)中國式現代化的數字底座，已經在鋼鐵行業(yè)的主要單元建成運行，發(fā)揮效益、樹立樣板。

特色4：由于鋼鐵生產過程的高度復雜性和某些數據無法獲取，應充分利用近年發(fā)展的最新AI技術，例如深度學習、多模態(tài)、多智能體、算力輕量化、端到端、具身智能等，與鋼鐵行業(yè)實體經濟相結合；同時充分利用離線獲取的數據和傳統理論、專家經驗等，與AI結合，為鋼鐵行業(yè)賦能，助推鋼鐵行業(yè)轉型升級。

特色5：充分利用鋼鐵行業(yè)工業(yè)時代最先進的計算機硬件系統和運行環(huán)境，以扁平化雙層架構、數字換腦、模型換代、AI+邊緣數控為核心，實現數據驅動、軟件定義等信息技術改造，走出了低成本、高效率、易推廣、零風險的數字化轉型的鋼鐵工業(yè)升級換代之路。

特色6：基于AIGC+鋼鐵，我國鋼鐵工作者提出了SEII標準化通用技術體系，它包括數據、模型、算法、算力、體系架構、工業(yè)軟件等核心標準化通用技術，可以應用于熱連軋、冷連軋、中厚板、型材、無縫管材、棒線材等各種不同的鋼材門類。同時，基于AIGC+材料，還可以將這個標準化通用技術體系拓展應用于有色、化工、建材等各類原材料工業(yè)過程控制的升級換代以及機械制造業(yè)零件制造的冶金、加工過程。

3

AIGC+材料行業(yè)的標準化通用技術體系

（1）數據。數據是事實或觀察結果的邏輯歸納，用于表示客觀事物的原始素材，其本質是對客觀事物的抽象記錄。它的核心價值在于通過挖掘數據中隱藏的模式、趨勢和關聯性，為決策、預測和創(chuàng)新提供支持。數據采集的準確性、完整性、保真度和數據ETL治理，是科學利用數據前提。

（2）模型。數學模型是用數學語言描述的一類模型，它們可以是一個或一組方程或其他數學工具描述的模型。AIGC生成的數據驅動工控型控制模型系統包括邊緣黑箱系統的數字孿生模型、位于云中的無監(jiān)督機器學習模型、位于云中的語言解釋大模型。

（3）算力。算力用來表達計算的能力，主要通過算力中心等算力基礎設施向社會提供服務。鋼鐵工控型模型的目標是企業(yè)的實時控制，它使用企業(yè)數據池中的個性化數據，涉及的數據量很小，但是需要極短的時延和極高的保真度。

（4）算法。算法是對解題方案的準確描述，它通過清晰指令將輸入轉化為有效輸出。端到端算法將輸入到輸出作為一個整體來考慮，將OT與IT結合，簡單高效、易于維護。流程工業(yè)的機器學習主要使用端到端算法。

（5）系統架構。系統架構是構成系統要素間相互聯系、相互作用方式和秩序，即系統聯系的全體集合。數字時代采用扁平化的雙層IT架構，在邊緣構成5G工業(yè)互聯網下的CPS。

（6）工業(yè)軟件。工業(yè)軟件是指在工業(yè)領域里應用的軟件，包括系統、應用、中間件、嵌入式等。鋼鐵行業(yè)的AIGC+鋼鐵主要是對原有系統的改造，邊緣過程控制部分、數據ETL處理部分要進行軟件獨立開發(fā)。

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關于2025—2035年鋼鐵行業(yè)AI+鋼鐵發(fā)展規(guī)劃的建議

今后10年是我國鋼鐵工業(yè)實現中國式現代化的關鍵時期，經過政產學研用的研討、論證，提出下述關于2025—2035年鋼鐵行業(yè)AI+鋼鐵發(fā)展規(guī)劃的建議。

AI+鋼鐵目標：致力于全方位提升鋼鐵行業(yè)的競爭力，目標是提高產品質量、改進工藝技術、形成創(chuàng)新生態(tài)。為實現這些目標，需要夯實數字底座，強化應用牽引、強化技術服務、營造良好生態(tài)。

2025—2026年重點打造10條以上鐵-鋼-鑄-軋全流程一體化AI+鋼鐵樣板生產線。同時，制定標準體系、驗收評測指標體系及方法。

2027—2030年大面積推廣，完成30條以上全流程一體化AI+鋼鐵生產線的建設。

2031—2035年全行業(yè)推廣，全面實現鋼鐵行業(yè)的AI+鋼鐵。

在未來的發(fā)展進程中，鋼鐵行業(yè)需持續(xù)關注技術創(chuàng)新，加強人才培養(yǎng)，不斷優(yōu)化產業(yè)生態(tài)，以應對不斷變化的市場環(huán)境和技術挑戰(zhàn)，在數字化轉型的道路上不斷探索前行，實現鋼鐵產業(yè)的全面振興與升級，在世界東方率先建立國際領先的中國式現代化的鋼鐵工業(yè)集群。

相關內容將在《科技導報》近期紙刊上發(fā)表。

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