中國工程院院士、東北大學(xué)教授王國棟認為，鋼鐵全流程各工序均為“黑箱”，實(shí)時(shí)信息極度缺乏；物理與化學(xué)過(guò)程十分復雜，多相共存，多變量、強耦合、非線(xiàn)性和大滯后；鋼鐵工業(yè)各單元為孤島式控制，尚未做到單元間界面無(wú)縫精準銜接……“作為大型復雜流程工業(yè)，巨大的不確定性是鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程面臨的重大挑戰?！彼f(shuō)。

“在數字時(shí)代，鋼鐵行業(yè)最大的受益點(diǎn)就在于數字技術(shù)對“黑箱”問(wèn)題的破解上。數據科學(xué)和數字技術(shù)將支撐鋼鐵行業(yè)解決‘黑箱’問(wèn)題，鋼鐵行業(yè)利用數字驅動(dòng)恰到好處、恰逢其時(shí)?！?月18日，第二屆中國軋鋼與軋輥新技術(shù)推進(jìn)大會(huì )召開(kāi)，王國棟出席會(huì )議并做主旨演講。王國棟表示，鋼鐵行業(yè)數字化轉型的需求極為強烈，特別是豐富的應用場(chǎng)景是鋼鐵行業(yè)數字化崛起的重要機遇。在報告中，他還介紹了鋼鐵產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級的路徑，同時(shí)，針對鋼鐵行業(yè)、制造業(yè)共同面對的“黑箱”問(wèn)題做了深入分析。

數字時(shí)代來(lái)臨，鋼鐵行業(yè)怎么辦？

“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數據、人工智能等新一代信息技術(shù)快速發(fā)展和應用，正式宣告了數字時(shí)代的來(lái)臨?！蓖鯂鴹澖榻B，作為數字時(shí)代構建數字生產(chǎn)力、推動(dòng)經(jīng)濟發(fā)展的新型生產(chǎn)要素，數據成為數字時(shí)代社會(huì )發(fā)展的重要驅動(dòng)力，甚至成為全球新一輪產(chǎn)業(yè)競爭的制高點(diǎn)。

在此背景下，鋼鐵行業(yè)如何用好數字技術(shù)？王國棟認為，鋼鐵行業(yè)擁有數據資源優(yōu)勢，發(fā)達的自動(dòng)化控制系統和研發(fā)設施，可以積累并提供海量實(shí)驗數據，這些數據中蘊含企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的全部規律?！斑@是最寶貴的資源，是關(guān)鍵生產(chǎn)要素?！彼f(shuō)。

通過(guò)分享美國材料基因組計劃、韓國浦項高爐運行五大狀態(tài)變量數據深度學(xué)習、日本JFE智能鋼廠(chǎng)建設、美國大河鋼廠(chǎng)等案例，王國棟提出，數字技術(shù)將為鋼鐵行業(yè)帶來(lái)超級智能的邊緣計算機、綠色化工藝與裝備研發(fā)創(chuàng )新、高效率及低成本產(chǎn)品創(chuàng )新、5G下全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)調管理優(yōu)化運行等幾大功能。

通過(guò)比較制造業(yè)與材料行業(yè)數字化轉型路徑的不同，王國棟提出，材料行業(yè)要發(fā)揮場(chǎng)景、數據資源、反饋循環(huán)對物料賦能的優(yōu)勢，走特色道路，采用數據/機器學(xué)習等數據分析方法，數據驅動(dòng)，破解全流程“黑箱”難題，實(shí)現全流程信息物理系統化。

如何解決工業(yè)實(shí)踐中的“黑箱”問(wèn)題？

王國棟介紹，在工業(yè)時(shí)代，由于“黑箱”問(wèn)題的嚴重不確定性，只能借助模擬仿真系統CAE/CAD系統，采用理論或經(jīng)驗模型計算，模擬解決。其間，雖然人們不斷探尋各種方法解決“黑箱”問(wèn)題，但均以失敗告終。

“這表明，除了數據時(shí)代的數據/機器學(xué)習方法，任何其他時(shí)代的方法都對‘黑箱’問(wèn)題束手無(wú)策?！蓖鯂鴹潖娬{。

那么，數字時(shí)代如何解決工業(yè)實(shí)踐中的“黑箱”問(wèn)題？王國棟提供了一種思路——數字孿生，即“黑箱”的高保真度建模。他解釋道，數字孿生是一系列描述輸入（操作變量、材料成分）與輸出（組織、性能）之間關(guān)系的預測性模型，高保真度數字孿生建模是材料科學(xué)與技術(shù)研究的關(guān)鍵核心。利用數據/機器學(xué)習對“黑箱”問(wèn)題進(jìn)行高保真度建模，將有力提升鋼鐵行業(yè)的核心競爭力。

“此外，鋼鐵企業(yè)還可以構建創(chuàng )新基礎設施?！彼f(shuō)道。何謂創(chuàng )新基礎設施？即基于創(chuàng )新、協(xié)調、綠色、開(kāi)放、共享發(fā)展理念，以技術(shù)創(chuàng )新為驅動(dòng)、以信息網(wǎng)絡(luò )為基礎，面向高質(zhì)量發(fā)展，為提高產(chǎn)業(yè)核心競爭力而打造的產(chǎn)業(yè)升級、融合、創(chuàng )新的基礎設施體系。

對于鋼鐵企業(yè)而言，創(chuàng )新基礎設施主要包括“一網(wǎng)”（5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)）、“三大平臺”（底層實(shí)體設備平臺、邊緣數字化核心平臺、資源配置與管理云平臺、“四大功能”（綠色化轉型、數字化轉型、高質(zhì)化發(fā)展、強鏈化運行）。

制造業(yè)解決“黑箱”問(wèn)題的方法較落后

通過(guò)分析軋輥制造技術(shù)、高鐵車(chē)輪與輪箍的生產(chǎn)工藝過(guò)程、齒輪制造過(guò)程、軸承制造工藝、全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同一體式汽車(chē)結構件熱沖壓技術(shù)等案例，王國棟提出，制造技術(shù)的不斷創(chuàng )新和進(jìn)步，使得用鋼產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率都得到了顯著(zhù)提升，為金屬加工行業(yè)發(fā)展做出了重要貢獻。

基于此，王國棟提出，鋼鐵行業(yè)和制造業(yè)要攜手并進(jìn)，破解共同面對的“黑箱”問(wèn)題。從制造業(yè)使用金屬材料的工藝過(guò)程來(lái)看，“白箱”決定了產(chǎn)品外形尺寸精度，而“黑箱”決定了材料的組織和性能?！昂谙洹迸c“白箱”有不同的評價(jià)標準，但都很重要。在制造業(yè)使用金屬材料過(guò)程中，“白箱”與“黑箱”必然并存。

分別來(lái)看，“白箱”在制造業(yè)使用材料過(guò)程中，通常為冷機械加工（車(chē)、銑、刨、鉆、鏜、磨）外形、尺寸高精度加工?！鞍紫洹眴?wèn)題并不引起內部材料組織與性能的變化。而“黑箱”通常為鑄鍛焊、成形加工、熱處理等，不僅涉及材料的外形、尺寸的變化，還涉及材料內部組織和性能的變化。

王國棟強調，“黑箱”問(wèn)題直接影響著(zhù)產(chǎn)品內部的組織和性能，即與產(chǎn)品制造的最終質(zhì)量、效率、成本、環(huán)境及后續使用性能等密切相關(guān)。目前，制造業(yè)“黑箱”問(wèn)題的解決方法是通過(guò)工業(yè)時(shí)代的理論分析（計算機模擬）或經(jīng)驗，但這遠遠落后于時(shí)代。

“面向數字時(shí)代，我們必須把注意力轉向‘黑箱’，把制造業(yè)實(shí)體經(jīng)濟與數字經(jīng)濟、數字技術(shù)結合起來(lái)。鋼鐵行業(yè)與制造業(yè)要攜手并進(jìn)、協(xié)同創(chuàng )新，共同攻克‘黑箱’問(wèn)題，攜手走向高質(zhì)量發(fā)展?！蓖鯂鴹澱f(shuō)。