目前局部生产环节的连接设备数据和供应链上的各种资源已经被接入这样的大数据平台，但作为生产制造的核心技术“工业自动化控制系统”如果不能灵活、可扩展的接入平台，就会仍然存在大量单体设备、PLC分散部署的现象，这样的工业服务体系严重制约未来全产业价值链发展。并且众所周知，在工业控制系统方面，德国、美国等西方国家企业在大中型可编程逻辑控制器（PLC）方面独具优势，我国已部分实现国产化产品替代，小型PLC方面占有一定的份额，但核心市场与技术的掌控力不强。在工业网络方面，国外自动化企业掌控了主要市场以及网络核心标准，我国企业仍然处于产业边缘环节。所以“控制系统独立分散”和“控制设备垄断”两大制约因素，也促进我国工业发展想要打破这种依靠底层硬件和私有协议的专属PLC控制模式，形成新的标准化软件定义PLC系统和组态软件一体化架构，构建开放式PLC新生态。 低时延高可靠的网络通信是软件定义PLC系统的重要组成部分。随着5G标准及产业链的逐渐完善，5G的设计引入MBB、URLLC、mMTC三大应用场景，3GPP面向5G发布的R16版本标准则重点完成URLLC技术特性，提供低时延高可靠性的能力，为保障5G技术在工业控制领域的规模化应用提供了技术可行路径。国家工信部陆续出台政策，指导各地区积极开展5G全连接工厂建设，加快“5G+工业互联网”向工业生产各领域各环节深度拓展，加快5G与软件定义PLC系统、分布式控制系统（DCS）等工控系统融合。 基于5G软件定义的钢铁工业控制系统研发与应用项目工作主要解决问题有： （1）建设无线网络切片和异频双网冗余覆盖的跨市区域5G专网 （2）突破5G通讯与工业控制协议融合的智能传输技术 （3）自主研发工业级云架构软件定义控制系统 （4）完成国内首次5G+云化工业控制系统在鞍钢两地炼钢厂远程协同控制的工业应用

随着国内环保需求和国内废钢量的不断增加，同时受国家“十四五”规划电炉发展政策和双碳政策的影响，电弧炉炼钢将迎来新的历史性发展机遇。短流程电弧炉炼钢过程的能源消耗和碳排放均只有高炉-转炉长流程的1/3，是钢铁工业实现可持续、绿色化发展的重要路径。 目前短流程电弧炉存在生产效率偏低、能量消耗高、生产成本高、电网冲击大、质量不稳定、电极消耗高、二噁英污染等重大关键问题。针对长期困扰短流程炼钢的这些问题，中冶赛迪进行了逐项技术攻关，并取得了一系列重大技术突破，并实现了首台套装备的落地实施。 围绕着如何解决国内外全废钢电弧炉生产效率偏低、能量消耗高、生产成本高、质量不稳定、二噁英污染等企业痛点问题，中冶赛迪以高效化、绿色化、智能化作为电弧炉炼钢冶金建设的发展方向，以节能环保为抓手，不断寻求提供绿色制造和提升冶炼技术水平的整体解决方案。 中冶赛迪自主研发的第3代废钢预热型电弧炉-绿色智能超级电弧炉（CISDI-SuperARC）是继第2代废钢预热型电弧炉-阶梯连续加料型电弧炉（CISDI-AutoARC）后，应用了新型IGBT柔性直流供电技术、电极无级双控智能调节技术、废钢连续预热技术、废钢阶梯连续加料技术、风冷触针底电极技术、二噁英治理和余热回收技术、智能炼钢技术等先进技术，可快速响应电弧炉内的冶炼供能需求和应对短路过流冲击工况，可缩短冶炼周期至30min以内，电耗可低至250-300kwh/t，电极消耗0.6-0.8kg/t，是新一代绿色、节能、环保、高效型电炉，在提高生产效率、降低电耗和电极消耗、提升金属收得率等方面相比常规电炉有极大的优势。

为了促进制造业高端钢铁材料升级迭代，引领我国制造行业“高性能、新材料”技术领域的巨大改革和突破，实现国产化超高强度钢产品替代进口，打破欧洲垄断地位，2017年1月至2021年12月，河钢邯钢与东北大学、终端客户以产学研用合作的方式，开展“板带材多功能高精度热处理核心关键技术的创新及应用”项目的研究实施：1）研发板带材冷却路径可控的控温淬火、约束淬火工艺，实现热处理可视化、交互性顺序及板区域位置坐标控制，温度精度±4.5℃，时间同步精度±0.01秒，达到国际同类设备领先水平。2）国际上首次实现“烧嘴明火+热风循环”强制对流循环混合回火加热技术，建成国内首套高精度热风循环式回火炉，在钢板上下表面形成对称的有序流场，强化传热效率、传热精度，实现大温度跨度回火热处理精度为±3℃，能耗排放降低15%，实现绿色生产、绿色制造。

大型整体构件是现代大型飞机关键结构件，其性能是影响整机性能与可靠性的重要因素。而此类结构件制造中所面临的问题，已成为制约我国乃至世界各主机厂急需解决的重大关键技术问题。随着飞机结构件向着轻量化、大型化、整体化制造方向发展，低成本高效率地制造高性能高可靠性、功能结构一体化的大型整体轻量化航空结构件对航空制造技术提出新的挑战。例如，尺寸为3600 mm×1500 mm×150 mm的铝合金主承力构件飞机框梁、飞机吊挂、吊挂盒段。一体化的设计可减轻结构重量，但采用传统减材、等材加工的制造方法面临巨大困难。如美国F35的主承力构件需万吨级水压机压制成形，之后还需要大量繁琐的铣削、打磨等复杂工序，制造周期和流程长。又如，吊挂底梁腹板模锻件重量为760 Kg，而实际成品只有77.625 Kg，材料利用率仅10%。由此可见，大型结构件的传统制造方法，不仅需要大型水压机、大型多轴数控机床，而且其材料利用率低，工序繁多，制造周期长，有些构件甚至无法用传统工艺完成加工。正是由于传统加工技术的局限性，现代飞机的大型复杂形状零部件往往只能在结构、重量、形状、性能等诸多方面进行妥协，因而，严重制约了其高性能一体化设计的灵活性。为此，本项目的出发点是：面向高性能一体化大型复杂结构的设计与制造需要，研究一种大型整体结构制造的新技术。

轿车作为家庭的高端消费品，鉴于对轿车外观日益严苛的要求，汽车外板成为表面质量要求最高的钢铁产品。在汽车外板的炼钢连铸、热轧、冷轧和热镀锌等各生产工序中都可能产生表面缺陷，其中炼钢连铸工序中产生的表面缺陷（炼钢缺陷）占比达到 70%左，由于其产生机理复杂，又与其他缺陷相互交织，造成其判定、识别和改进非常困难。因此汽车外板表面炼钢缺陷控制近年来成为各大钢铁公司炼钢连铸技术领域最重要的研发课题。 上海大学联合宝钢、首钢京唐、首钢迁钢、鞍钢等数家在汽车外板制造技术国内领先的钢铁公司，2010 以来围绕该技术持续研究，取得显著成效。

通过对国内近百条热连轧生产线的过程控制模型精度和产品质量指标研究发现，造成非稳态过程难以控制的原因，既有板带材轧制本身的工艺因素，又受制于热连轧自身的控制特点，长期面临如下突出问题： （1）热连轧各机架存在着弹性变形和塑性变形的交叉耦合作用。热连轧各机架与带材直接接触并产生压下量时，轧机设备会发生弹性变形，轧件又会发生塑性变形，这种设备弹性状态和带钢压下产生的塑性状态耦合到一起，导致传统数学模型很难对其进行精准计算和表述，尤其在频繁换规格或换钢种状态下，一种弹塑性耦合状态下的模型未完自学习至最优状态，又会过渡到另外一种弹塑性状态，导致整个机组形成长时间的非稳态过渡过程。 (2)非稳态过程难以建立高精度的热轧数学模型。该过程具有不确定性、非线性等特点，存在润滑状态、设备工况等多种多样难以表述的变化，这些对薄带材轧制的影响远超过普通带材。而实际控制过程采用的单一常参数模型难以满足连续变化的要求，模型匹配性差，实际生产过程中轧制力、前滑等关键参数存在很大偏差。 (3)多工序间的过程控制参数波动的影响。热连轧生产过程装备由加热炉、定宽压力机、粗轧机组、精轧机组、控制冷却及卷取机组等多个区域组成，各个工序均具有非线性、快响应以及时变、不确定性、工艺控制模型复杂、过程变量维数高、规模大等特点，这就决定了各个工序的建模过程比一般的工业过程复杂得多。这种非稳态下的过程参数波动，均可对下游工序产生很大的影响，从而导致产品质量问题，如板形、尺寸精度以及工艺性能等。 针对热连轧制造领域内过程精准控制科学问题和相关技术瓶颈，2019年河钢集团有限公司、华为、东北大学在深圳举行联合组建“工业互联网赋能钢铁智能制造联合创新中心”签约挂牌仪式。三方成立的联创中心将作为钢铁行业工业互联网与智能制造产学研用平台，以钢铁全流程产线为基点，着力实现网络化、数字化、智能化的新钢铁，促进钢铁产业转型升级、高质量发展。 项目团队依托河钢邯钢公司邯宝2250mm热连轧生产线，基于现有自动化与信息化系统，深度融合数据驱动模型与机理模型，首次开发了热连轧过程动态数字孪生模型并建立了CPS控制系统平台，提高了轧制工艺对复杂多变工况的原位分析能力，改善了热连轧过程三维尺寸控制指标。

为大幅度提高焊接效率，降低建造成本，大线能量高效焊接技术在现代钢结构制造业中应用日益广泛。在大线能量焊接条件下，热影响区组织急剧恶化，强度和韧性下降，并且随着钢板强度的提高，焊接裂纹敏感性增加，给大型钢结构的安全带来危害。开发适于大线能量焊接，同时具有高强度、低焊接裂纹敏感性的钢材是国内外钢铁研发领域的重要课题。 船舶、海工、原油储罐等立式结构多采用EGW气电立焊大线能量焊接方式，而桥梁隧道等平面结构焊接中气电立焊并不适用，一般采用常规多道次焊接工艺，严重制约施工进度。针对平面结构，工程上采用FCB焊接技术，可一道次成型，使施工效率成数十倍提高。但FCB焊接过程中上下表面同时被焊剂覆盖，导热性能极差，又缺少气电立焊采用的强制水冷，导致焊后冷却速度更为缓慢，热影响区的组织粗化、脆化问题更为严重，这对大线能量焊接用钢的性能要求更为苛刻。特别在重大工程的大规模应用中，对钢板大线能量焊接性能的稳定性要求极高，这又对高效批量化稳定生产提出特殊要求。 鞍钢股份有限公司、东北大学和广船国际有限公司等单位针对上述背景和问题，联合开展了大线能量焊接桥隧用钢开发及重大工程应用项目研发工作，取得了创新性成果。

钒是我国的优势战略资源，是发展现代工业、现代国防不可缺少的重要材料。中国是钒资源大国，储量、产量均居世界第一；其中攀西钒资源得天独厚，钒资源储量占全国63%。目前全球88%的钒来自钒钛磁铁矿—钒渣提钒流程，已工业化的钒渣提钒技术有两种，但均没有解决绿色制造、高品位氧化钒与低成本生产的难题。 传统的钠盐提钒工艺是应用最早、也最成熟的提钒技术，但在人们对美好生活越来越强烈的绿色发展需求下，该工艺存在：高钠高氨氮废水处理能耗高、废硫酸钠难利用、固废总量大、辅材消耗量大、生产成本高等难题，全行业采用该工艺每年产生310万m3高盐废水、170万吨提钒固废，消耗.25×107GJ能源，排放340万吨二氧化碳，这是制约全球钒产业高质量发展的瓶颈问题。 另一种是俄罗斯石灰提钒工艺，因所得产品品位低，仅90%～94%，不能满足市场对高质量氧化钒的需求，目前仅Evraz公司图拉钒厂使用。进一步提纯制备高品位氧化钒产品，同样存在与钠盐提钒工艺相似的废水处理和成本高的难题。 此外，国内外研究了各种绿色提钒工艺，但因存在各种问题，多处于实验室研发或规模验证中，尚未实现大规模产业化。 综上，亟需开发新的钒渣提钒工艺，解决绿色制造、高品位钒产品与低成本生产的全行业共有的难题。

特殊钢是钢铁强国的重要标志，也是一个国家工业化程度的重要标志之一。轴承、齿轮、紧固件、弹簧、轴类等基础件作为先进制造业的核心部件，量大面广，对制造业具有重大支撑作用，其发展趋势是更高可靠性、更长寿命、以及更好的环境适应性。目前，我国基础件及其用特殊钢整体上与国外先进水平存在较大差距，导致制造业大而不强，汽车、机械、航空、新型能源等行业的先进装备目前尚未完全实现国产化，成为“中国制造2025”制造业转型升级的重要瓶颈。与日本、德国等装备制造业发达国家相比，我国基础件用特殊钢产量大，但其质量稳定性、加工和使用性能与国外先进水平存在明显差距，导致基础件可靠性低、寿命波动大、服役环境适应性差，无法满足高端装备制造业的需求，急需在相关基础理论、关键共性技术以及应用等方面开展追赶工作，以满足制造业转型升级的发展需求。 针对以上问题，钢铁研究总院联合兴澄特钢等十家单位，在国家重点研发计划“先进制造业基础件用特殊钢及应用”等项目支持下，选取轴承钢、齿轮钢、弹簧钢、非调质钢、紧固件用钢、轴类用钢等量大面广的典型基础件用特殊钢，开展了长寿命机理研究及质量稳定性控制等系列关键技术、高效测试表征技术与产品开发攻关，以满足汽车、航空、机床、新能源等先进装备的需求，为先进装备的国产化和制造业升级奠定基础，从而带动我国特殊钢行业的升级换代，提升基础材料产业的整体竞争力。

通过对国内近百条中厚板生产线的工艺技术装备现状研究发现，产线普遍在关键工艺质量参数感知、多工序协调优化方面，长期面临如下突出问题： 1、生产过程中轧制、剪切等工序的自动化达到较高水平，但是各工序控制系统相对孤立，尚未形成联动，部分工序缺失关键质量参数，不能基于反馈进行动态优化控制，机理模型的预测和控制精度低，严重影响产品质量、生产效率和成材率的提升； 2、缺少钢板轮廓识别和板形检测关键大型仪表，导致轧后钢板头尾形貌、轮廓和板形等关键质量参数难以在线精准识别，仍以人工方式线下测量，无法与轧制过程形成在线反馈控制，难以通过在线工艺优化来保证最终产品质量； 3、依靠人工经验的传统组板系统订单匹配度低、精准剪切控制能力偏低，无法根据钢板实时轮廓信息优化组板策略导致组板余材过多，影响生产效率和成材率。剪切工序也无法根据实时轮廓形状优化剪切策略。此外，剪切工序与轧制过程、组坯过程除基础的产品信息交互之外，无其它过程质量数据交互，迫切需要将轧后钢板实际轮廓形状与订单合同进行实时动态匹配，急需开发面向多目标约束的优化剪切和动态组板策略，以实现减少切损的同时提高订单的匹配度。 针对宽厚板制造领域内过程精准控制科学问题和相关技术瓶颈，2010年由山钢与东北大学等单位组建联合研发团队，在国家十三五重点研发计划《基于CPS架构的多工序协调优化与质量精准控制及应用示范》（2017YFB0304103）项目和山东省《宽厚板智能轧制数字化车间是的试点示范》项目的支撑下，依托山东省山钢王国栋院士工作站科研平台，深入推进开展产学研合作和协同创新，发挥高校基础研究理论创新优势与企业产工程技术优势，联合开展本项目关键共性技术的科研攻关工作。