专访中国工程院院士、广西发展战略研究会专家王国栋

以问题为创新的原点

做绿色钢铁技术的全球领跑者

——访中国工程院院士、广西发展战略研究会专家王国栋

文/江东洲

自小，他便与钢铁结下“情缘”。8岁就随同父母来到鞍钢，鞍钢的“大型”“无缝”“七高炉”是他幼小心灵中的一座崇高殿堂；本科和硕士都选择了钢铁相关专业，钢铁是他日夜追思的伴侣；多年来投身钢铁事业，他把振兴中国钢铁工业的重担扛在肩头。在“超级钢”开发和应用这一国际钢铁强国群雄逐鹿的科研领域，由他领军的中国军团一马当先，骄傲地走在世界前列。

他长期致力于钢铁材料轧制的理论、工艺、自动化方面的研究并取得了卓越的成就，多年来在新一代钢铁材料、中厚板核心轧制技术开发和集成、轧制过程人工智能优化等方面不断取得创新成果，为我国钢铁工业的发展作出了重要贡献。

“如果你的工作不是经常遇到挫折，表明你做的事情没有很大的创新性。新一代科技工作者需要对科学和技术有一种痴情，他可以为科学生，也可以为科学死，科学胜过他的生命。”这是他最常说的一句话。

他就是中国工程院院士、“孔雀西南飞”人才战略研究——以广西壮族自治区为例课题组院士专家、广西发展战略研究会专家、东北大学教授王国栋。围绕钢铁材料轧制的研究等话题，科技日报广西站站长、海南站站长江东洲与王国栋院士展开了全方位对话。

▲中国工程院院士、“孔雀西南飞”人才战略研究——以广西壮族自治区为例课题组院士专家、广西发展战略研究会专家、东北大学教授王国栋

轧钢研究要与世界同步

江东洲：学科前沿、国际领先、世界纪录，您的创新成果鉴定几乎都打上了这些标签。这么多年来，您攻克了一道道技术难题，填补了一块块工艺空白，在新一代钢铁材料的开发和产业化中立下了赫赫显功。而我们知道，您从小就与钢铁结下了“不解之缘”？

王国栋（中国工程院院士、广西发展战略研究会专家）：1950年，我的父母作为知识分子到鞍钢参加工作，8岁时我便随同父母来到鞍山。这个时期的鞍山，是中国名副其实的钢都。鞍钢承担我国钢铁的大部分生产任务，并不断向全国新建的钢铁厂输送技术和人才。鞍钢的“大型”“无缝”“七高炉”是我心中一座崇高的殿堂。1958年，在当时建设的“共青团工程”——鞍钢冷轧厂的建设工地上，我第一次领略了钢铁厂的恢宏气势和国家对钢铁的渴求。1961年，我高中毕业，迎来了人生的第一次重大抉择：报什么专业?是当时颇为时髦的机电，还是“傻大黑粗”的钢铁？母亲跟我说，要学习主体专业，钢铁专业是钢铁企业的主体。于是，我填报了东北工学院钢铁冶金系钢铁压力加工专业并被顺利录取。在当时我国最先进的钢铁工业基地鞍钢，我跟着师傅操作轰鸣的轧机，见证钢锭变成钢材的过程，感受轧机的巨大与无穷威力；跟随着老师卡量钢材的尺寸，观察钢材的组织，感受钢材组织的细微与钢材测量精密。五年的理论学习和接触实践，让我对钢铁有了更深层次的认识：看似“傻大黑粗”的钢铁，拥有显微镜下才能看清的精细组织，并要求尺寸偏差少于几微米；看似千篇一律的轧制过程，若稍加控制，材料的性能就会有千差万别的变化。这五年的经历，让我可以像老师们那样，如数家珍般地把我们的专业、我们的钢铁、我们的1150初轧机、1700半连轧机、800轨梁轧机一一介绍给我的亲戚朋友。我可以绘声绘色地告诉他们，那些巨大的钢锭怎样变成钢坯，又怎样变成一根根钢轨；也可以深入浅出地告诉他们，一根实心的钢棒怎样会在穿孔机里变成无缝钢管。1968年，我被分配到鞍钢小型厂，当时的鞍钢小型厂主要生产螺纹钢和焊管用带钢，还有一部分周期断面型材。在整个钢铁行业里，小型厂的生产条件最为艰苦，危险性最大。在这段艰苦岁月中，我逐渐理解了金属变形的规律和轧机工作的原理，也发现了设备的缺陷和生产中存在的问题。这段经历使我对自己有了比较深刻的认识，对钢铁工业、钢铁厂、钢铁工人有了深层次的了解。我觉得，我国钢铁工业还很落后，钢铁厂需要我，钢铁工业需要我，钢铁工人需要我。我有责任为我国钢铁工业的崛起贡献自己微薄的力量。

▲王国栋院士（左）在参观实验室

经过10年的积累和沉淀，我希望能够以更广阔的视角、站在更高的高度来考虑中国的轧制技术。在这种愿望的驱使下，1978年，我考取了北京钢铁研究总院压力加工专业硕士研究生，师从于著名的轧钢专家张树堂教授。毕业后，我在导师和母校老师的推荐下，回到了阔别十多年的母校任教。1984年，我来到离学校最近的本钢，在国产设备上开展工作。1987年、1989年宝钢引进的2030冷连轧机和2050热连轧机相继竣工投产，我又来到宝钢，开始了对引进设备的消化、吸收和再创新。我和课题组的老师、学生长期生活在宝钢，重点消化宝钢引进的关键的冷热连轧机的核心技术，特别是过程机计算机控制软件。通过这段时间的工作，我逐渐领悟到了当代轧制技术的丰富内涵，开始触摸到当代轧制技术的核心。

这么多年来，我主要承担国家重大技术装备研制项目，集成和开发了大型中厚板轧机控轧控冷、中厚板轧制钢材组织性能预测与控制、中厚板生产线自动控制等技术，形成了具有我国自主知识产权的成套中厚板核心轧制技术，闯出了大型中厚板轧机实现国产化的新路；在超级钢的研究中，提出晶粒适度细化、复合强化等学术思想，解决了提高材料抗拉强度、降低屈强比和在现有轧机上生产超级钢两个关键问题；综合运用人工智能、组织性能预测、有限元等方法，建立连轧过程数模开发工具和模型参数调优工具，利用轧制过程得到的海量信息，进行轧制过程优化与数模调优。在板形理论和板形控制、热轧板带组织和性能的预测与控制、塑性加工理论与有限元方法、轧制过程的人工智能优化、板带新产品的开发等方面做出一系列创新成果。

钢铁材料轧制的研究，必须与世界同步，与科学发展同步。去过实验室的人都有一个共识：要想知道轧钢的国际前沿是什么，不用出国，到实验室看一看就行了。近年来，我们自己动手，开发大型实验仪器装备，例如热轧实验轧机、冷轧实验轧机、热力模拟试验机、连续退火模拟试验机、疲劳试验机等。这些自制设备和购置的仪器、仪表组成了良好的研究平台，为实验室的研究人员进行新一代钢铁材料的源头创新以及成果转一化提供了巨大的创新空间。这些平台设备输出到企业，又为钢铁企业技术中心的开发工作提供了强力手段，支撑了企业的自主创新。

推动钢铁工业迈进中高端

江东洲：钢铁行业在国民经济、人民生活和国家安全等方面发挥着不可替代的作用。新一轮科技革命和产业变革与我国加快转变经济发展方式形成历史性交汇，为我们实施创新驱动发展战略提供了难得的重大机遇。怎样充分利用这一重大机遇，推动钢铁工业向中高端水平迈进？

王国栋（中国工程院院士、广西发展战略研究会专家）：钢铁行业要实现中高端发展，提升行业竞争力，必须坚持绿色化的发展方向，构建生态化技术体系。生态化的技术体系，就是要坚持减量化、低碳化、数字化。从减量化角度来看，生态化的技术体系是通过提高单位资源效率的方法来增加产品总量，在生产、分配、交换和消费等全部经济、社会过程中，减少资源消耗和废物产生，对废物进行资源化和再利用。从低碳化的角度来看，生态化技术体系是以清洁能源包括太阳能、风能、生物能、水能等可再生能源为依托，把排放和污染维持在大自然自洁能力的范围以内。从数字化角度来看，生态化的技术体系是以数字化为基础，把原子世界引入比特世界，从而使物与物、人与人、人与物之间联系起来，可以在生产的每一个环节和生活的全部过程，实时感知、分析和控制。只要我们把握住绿色化这个大方向，沿着绿色化这个大方向配置我们的资源，组织我们的力量，安排我们的研究与创新，就一定可以实现我国钢铁工业领跑世界钢铁工业发展的中国钢铁梦。

▲王国栋院士（左）在参观相关实验室

我们钢铁行业一定要明确国际上钢铁科技发展的趋势，努力跟踪全球钢铁科技发展方向。同时，又要从我国国情出发，以国家的重大需求为牵引，明确我国钢铁科技创新主攻方向和突破口。因此，我们要高度重视原始性钢铁专业基础理论突破，保证基础性、系统性、前沿性钢铁技术研究和技术开发持续推进，不断推出一批具有颠覆性的重大钢铁技术，强化我国钢铁行业自主创新成果的源头供给。我们还要准确把握钢铁行业重点领域科技发展的战略机遇，选准关系钢铁全局和长远发展的战略必争领域和优先方向，通过高效合理的资源优化配置，深入推进协同创新和开放创新，构建高效强大的钢铁共性关键技术供给体系，努力实现钢铁关键技术重大突破，把钢铁关键技术掌握在自己手里。

当前，我国钢铁工业已经步入发展的“新常态”，必须转型发展，走绿色化、生态化的道路，实现减量化、低碳化、数字化发展。技术创新是我国钢铁工业迈进中高端的重要推动力。展望未来，钢铁行业将进一步围绕科技创新驱动行业产业发展的宏大任务，转方式，调结构，使我国钢铁工业生产步入中高端行列，成为绿色钢铁技术的全球领跑者。

钢铁行业要瞄准绿色化目标

江东洲：您刚才提到，当前，我国钢铁工业已经步入发展的“新常态”，必须转型发展，走绿色化、生态化的道路，实现减量化、低碳化、数字化发展。具体来说，新常态下，钢铁行业应该如何发展？

王国栋（中国工程院院士、广西发展战略研究会专家）：钢铁行业对我国社会经济发展十分重要。钢铁材料不仅是性能优良、应用广泛、作用重大的经济、环保材料，也是最重要的结构和功能材料，在国民经济、人民生活和国家安全等方面发挥着不可替代的作用。过去30年以来，特别是最近十几年，我国钢铁工业产量迅速增长，支撑着国家经济社会的高速发展，目前我国粗钢产量已经接近世界总产量的50%。但是这种增长是一种“模仿型排浪式消费”，这种消费是大家一哄而上、攀比模仿、你有我也要有的集中式消费阶段，到一定程度以后，反而凸显出产品缺乏特色、品牌等问题，演变成非常困难的竞争局面。同时，我国钢铁行业存在诸多弊病：铁矿石对外依存度接近80%，合金多数依赖进口；能耗占我国工业总耗能的10%，吨钢能耗比世界平均水平高10%～5%；吨钢二氧化碳排放比世界先进水平高20%，是雾霾的重要源头之一。难以为继的资源和能源，以及不堪重负的环境，再加上我国在技术装备上主要还是依靠引进或仿制，缺乏自主创新和特色，这一切都倒逼着我国钢铁行业必须要进行自主创新，绿色制造，制造绿色，减少资源和能源消耗，制造出环境友好、低成本、高性能的产品。在新常态下，我国钢铁行业也要随之进行深刻调整。一方面要淘汰落后产能；另一方面在调整存量的过程中，企业要进行大量的技术改造。不仅是落后企业，只要不符合标准的企业都需要进行技术改造，突破瓶颈、提高质量、增加效率。同时要根据自然需求进行差异化的发展，要有自己的品牌和“绝活”。我国钢铁产业制定“十三五”规划，要依据国际钢铁产业的发展方向和我国钢铁行业存在的问题，确立重点领域和主攻方向，确定突破口来攻克关键共性技术。“绿色制造，制造绿色”是目前全球钢铁行业的发展趋势。我国钢铁行业也应该瞄准绿色化目标，建设绿色钢铁行业关键共性技术创新基地，把我国建设成绿色钢铁工艺技术的全球领跑者。我国钢铁领域目前有条件做到这一点。这就要求我国钢铁行业要坚持问题导向。实践中的问题、市场的需求是创新的原点，我们要根据问题开展基础理论、学科交叉、工艺开发和装备研制，同时通过创新解决前沿、关键、共性技术问题。

▲王国栋院士到企业调研

技术改造调整存量。我国在经济结构调整上正在进行调整存量、做优增量并存的深度调整。在此当中，技术改造是新常态下以科技创新调整存量的一个重要方式。在《国务院关于促进企业技术改造的指导意见》中，将技术改造作为淘汰落后产能，实现内涵式发展的投资活动。淘汰落后产能不能只是淘汰小高炉，在每条生产线上所存在的落后的瓶颈环节也是落后产能，也需要通过技术改造进行水平的提升。指导意见中提出要着重强调五个方面：更加注重促进技术创新能力的增强和创新成果的产业化，提升产业核心竞争力；更加注重节能降耗减排治污，促进绿色发展；更加注重信息技术的集成应用，推进信息化与工业化深度融合；更加注重产业公共服务能力建设，夯实产业基础；更加注重产业转移和集聚发展，优化立业布局。这五大方面也应该成为钢铁企业未来进行技术改造的中心和重点。从全球钢铁行业来看，发达国家在不断地进行钢铁产业的技术改造。也正是由于这些技术改造，才使得发达国家至今仍然能够生产出全世界最好的产品。20世纪六七十年代，发达国家的轧制设备生产出世界上水平最高的产品。随后为应对能源危机、生态化发展压力，他们又大胆进行技术创新。同时，机械制造行业与冶金行业开展合作，进行新型板形控制轧机、大侧压、立辊调宽、热处理装备等大型化、连续化装备的更新换代。信息产业也与冶金行业开展各种合作，研制出高度自动化的控制系统，实现尺寸、形状、张力控制等自动化、智能化的生产线。同时，他们也进行了生态化短流程装备生产线的研发与应用。正是由于技术改造使得他们可以开发出一大批新技术，也使得他们目前的钢铁行业仍然处于先进水平。我国钢铁产业必须要进行自己再开发的过程，这个再开发的过程就是进行技术改造。我国钢铁行业在工艺、装备上的确具有很大的改造需求。因为我国钢铁行业一部分引进了国外的先进技术，部分企业的装备水平甚至超过国外20世纪90年代的水平。有一部分企业的引进设备存在问题，有的放置没有处理，有的仍花重金由国外公司进行改造，大多数企业并没有掌握设备的核心技术。局部落后会影响全局效益的提高，通过技术改造解决局部性落后产能问题对全局的升级换代具有重大作用。特别是生态化建设为全球提出了新的问题和需求，目前国外的企业也尚未提出理想的解决方案。因此这必须依靠我们自己解决，我们要经过技术改造，出特色、出个性、出创新、出质量、出效益。要树立敢于在“洋设备”上动刀的勇气，要培养在“洋设备”上动刀的能力。

创新驱动做优增量。经济结构调整的另一方面是做优增量。要根据市场需求，差异特色，创新驱动，技术领跑来得到明显的效益和实现产业化目标。新常态下，科技创新、做优增量的重要形式是发现新的增长点，这主要依赖于市场需求，依靠市场发现和培育新增长点。我国在海洋工程用钢、舰艇主要用钢与国外存在着近30年的技术差距。而厚规格、高强度的海工钢依旧依赖进口，造成了欧洲、日本等少数企业的价格垄断，导致价格一度升至1万欧元/吨。海底管线钢水深仅能做到国际先进水平的1/10。北极航线对我国海上交通线畅通至关重要，但极地船舶用钢完全依赖进口。钢铁行业下一步应该在这些方面开展一系列的基础研究、关键工艺技术和关键品种研究，覆盖我国海洋建筑工程服役环境的高强、高耐蚀系列化不锈钢钢筋产品和应用技术。

协同创新“办大事”。要实现中国梦，我们就要集中力量办大事。这就要求钢铁行业要大力开展协同创新，集中力量办大事，抓重大、抓尖端、抓基本，形成推进自主创新的强大合力。钢铁行业要进行产学研用的无缝结合，实现“工艺—装备—产品—服务—体化创新”，实现学科交叉，行业协同。在“工艺—装备—产品—服务—体化创新”当中，工艺是龙头，装备是手段，产品见效果，服务是终极目标。只有工艺、装备的改变，才能给产品带来大的改变，产生大的突破，而工艺装备的改变实际上就是技术改造。从学科交叉和行业协同来讲，学科交叉点、行业的汇聚点是创新的金库和新的增长点。现代科学技术问题的解决和工程的实施，需要多学科、多行业、多层次队伍协同攻关，实现群体跃进。特别是行业协同，我们的工作往往和机械制造业、信息产业紧密相连，老学科拓宽领域、老工业部门改造，实现减量化、低碳化、数字化、生态化的发展，都需要学科交叉和行业协同。钢铁产业要将创新链由研发延伸到整个产业化过程。过去所推广的“R&D”导致很多成果到研发过程就已经结束。下一步，钢铁产业应该实现由“R&D”到“R&DES”（基础研究—技术研发—工程转化—服务推广）的转变，打通教育、科技与经济之间的通道，实现转化，解决“两张皮”的问题。

实现钢铁行业的智能化发展

江东洲：无论是德国工业4.0、美国工业互联网、还是中国制造2025的两化深度融合战略，其共同点、核心均是CPS信息物理系统。随着工业4.0、中国制造2025等战略的推进及普及，CPS必将成为这些战略的突破口与落脚点，成为这些战略成功的关键。对钢铁行业而言，应该如何依托信息物理系统，实现智能化发展？

王国栋（中国工程院院士、广西发展战略研究会专家）：为解决我国钢铁行业产品结构失衡、高端产品供给能力不足、产品外形尺寸精度低以及组织性能控制稳定性差等问题，需要实行生产、物流等的智能控制与优化协同，着力开发与应用智能化技术，实现信息深度感知、智慧优化决策和精准协调控制。信息物理系统(CPS)是实现智能化的关键技术。未来应以第四次工业革命的核心技术CPS为目标，对钢铁行业现有的自动化系统进行改造，拓展网络功能，强化计算能力和感知能力，建成可靠的。实时的、安全的、协作的智能化钢铁生产信息物理系统，实现钢铁行业的智能化发展。

▲王国栋院士在作“钢铁产业技术前沿”报告

改革开放以来，特别是进入21世纪以来，我国钢铁工业取得快速发展，钢铁产量迅速增长，支撑了我国经济的高速发展。但目前我国钢铁行业存在产品结构失衡，高端产品供给能力不足，低端产品同质化严重，缺少创新、特色与核心竞争力，环境污染严重等问题。而且，尽管我国钢材产量占世界钢材总产量的一半以上，但钢材生产过程与产品性能的稳定性、均匀性、一致性与国外相比仍有较大差距，尚未建立钢铁生产全过程的一体化控制与各层次的协调优化。此外，我国钢材产品质量的可靠性和适用性不高，产品的外形尺寸精度和组织性能的控制尚待提高，在大规模、连续化生产条件下，产品个性化、定制化亟待加强。为此，我们必须进行科技创新，开发高性能、绿色化钢铁材料，开发减量化绿色工艺与装备(含自动化)，减少资源和能源消耗，减少污染和排放。在实施绿色化的过程中，要实行生产、物流、能源等的智能控制与优化协同，着力开发与应用智能化技术，实现信息深度感知、智慧优化决策和精准协调控制，以智能提高我国钢铁生产过程和产品的绿色化、智能化水平。

第四次工业革命正在到来，国际上的发达国家，如美国、德国、日本，纷纷制定规划，大力推行智能制造，实现制造业的智能化转型。德国政府提出的工业 4.0是运用智能去创建更灵活的生产程序、支持制造业的革新以及更好地服务消费者，它代表着集中生产模式的转变。“工业4.0”的目标是对供应、制造、销售的全过程进行智能化的改造，转型升级，建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式，最后实现快速、有效、个性化的产品供应。智能制造的核心，是将工业技术(IT:industry technology)与信息技术(IT:information technology)和智能技术(IT:intelligenttechnology)深度融合，形成绿色化、智能化的工业技术，即Green IT3=Ind.T+Inf.T+Int.T。实施智能制造，就是要将这一技术应用于设计、生产、管理和服务的全生命周期，实现智能设计、智能生产、智能管理、智能制造服务，在制造过程中进行感知、分析、推理、决策与控制，实现对产品需求的快速动态响应，对生产和供应链网络实时优化，迅速开发市场需求的新产品。智能制造是创新的先导共性技术。它是产品创新的共性使能技术，使产品向中高端、绿色化、低成本、高性能方向发展，从根本上提高产品精度、性能和市场竞争力。它又是生产技术创新的共性使能技术，使制造业向数字化、网络化、智能化集成制造发展，全面提升产品设计、制造和管理水平。它还是产业模式创新的共性使能技术，将大大促进规模定制生产方式的发展，延伸发展基本产品的服务价值，深刻地改变制造业的生产模式和产业形态。智能制造的发展需要用两条腿走路，一条腿是企业对工艺技术和产品技术的开发能力；一条腿是企业对信息化、智能化技术的应用能力。这两个方面是相辅相成的，制造技术的推进会促进智能技术应用的深化，智能技术的导入也会在一定程度上助推企业生产水平的提升。这是一个动态联动的过程，任何一条腿有短板都会让企业走不快、走不远。智能制造通过数字基础设施的铺设，打通、融合价值链上的研发、设计、制造、销售和服务等各个环节，最终形成虚实合一的生产系统。在这些环节中，制造是最难且最关键的一环。制造以经验为主，有自己的话语体系，依赖于技术工人的经验，隐含太多的隐性知识，难以被“编码化”。如果没有深度理解产业知识，仅仅对表层数据进行收集分析，效果不大，盲目使用一些低质量数据来指导生产更有可能走偏方向，造成误导。所以，绿色智能制造的重心应当在制造。不创新，不掌握核心制造技术，不熟悉制造过程，智能化无从谈起。没有强大的制造实体，智能化是空中楼阁。所以，智能制造的重心在制造过程本身，发展绿色化、颠覆性、引领性的制造技术是绿色智能制造的根本。我们的智能化、信息化技术，不能加在落后于时代要求的传统技术上，而要添加在绿色化的颠覆性技术上。只有智能制造和产业升级充分结合，在升级的产业技术上，再插上双翼，则我们不仅能够跟上世界前进的步伐，还有很大的机会实现并行乃至超越式发展，走到世界发展的前列。

自1784年至今，人类已经历了3次工业革命，即以机械化为核心的第一次工业革命，以电气化为核心的第二次工业革命，以自动化、数字化为核心的第三次工业革命。目前处于第四次工业革命阶段，其核心是智能化，目标是建立智能化、数字化工厂，实现智能制造。数字化技术支撑起信息技术的发展，是第三次工业革命中的关键技术。在数字化发展的过程中，将绿色化生产设施与数字化基础设施(包括工业网络、数字化软硬件、数据库、智能技术等关键共性技术)结合起来，信息的获取、使用、控制以及共享变得极其快速和便捷。在数字化工厂中，不仅存在着我们能轻易看到的生产自动化、物流自动化，还广泛存在我们不易察觉的数据采集自动化、管理自动化。数字不仅仅是生产过程中产生的结果，更是引导生产、优化生产的主要依据。制造业变成数据驱动型的制造，工人、装备和产品之间实现了互联互通，数据流和物质流以及价值流实现了有机统一，车间由“黑箱”走向了透明，这是革命性的变化。第四次工业革命的核心是智能化 ；而CPS 系统(Cyber-Physical Systems)是实现智能化的关键技术，是下一代智能化控制系统。什么是CPS系统? CPS系统是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，通过 3C(Computing、Communication、Control)技术的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。CPS实现计算、通信与物理系统的一体化设计，可使系统更加可靠、高效、实时协同，具有重要而广泛的应用前景。它是实时适应环境变化的动态系统。信息物理系统作为计算进程和物理进程的统一体，是集成计算、通信与控制于一体的下一代智能系统。信息物理系统通过人机交互接口实现和物理进程的交互，使用网络化空间以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控一个物理实体。信息物理系统包含了将来无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程，使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治五大功能。它注重计算资源与物理资源的紧密结合与协调，主要用于一些智能系统上，如物联传感、智能家居、机器人、智能导航等。CPS是在环境感知的基础上，深度融合计算、通信和控制能力的可控、可信、可扩展的网络化物理设备系统，它通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环实现深度融合和实时交互来增加或扩展新的功能，以安全、可靠、高效和实时的方式检测或者控制一个物理实体。

应当说，在各类生产系统中，钢铁工业的生产系统，特别是轧制系统，其管理、控制水平是最高的，具有最好的条件，去发展、改造成为先进的智能化系统，即CPS系统。现有的钢铁生产管理与控制系统，基本是嵌入式系统，与CPS系统有一定的关系。CPS系统和嵌入式系统同属于控制系统，CPS系统的前身就是嵌入式系统。或者说，CPS系统是嵌入式系统发展而来的。因此，现有的钢铁生产控制系统，即最发达、最先进的嵌入式系统，经过改进，可以“进化”为CPS系统。作为一个智能系统，智能钢铁生产系统同样应当具有感知能力、记忆和思维能力、学习能力和自适应能力、行为决策能力，具有感知、记忆、思维、自学习、自适应、决策，具有自组织、自协调、自重整等自治功能。通过学习，可以使计算机获取、重构、创新知识，提升钢铁设备处理问题的能力，改善自身性能。这样的话，我们的转炉、连铸机、轧机、热处理线就由没有感觉、没有灵魂、不会思考、不会合作的物理系统成为活物，不仅有了感觉，还有了思想，变得更智慧、更聪明，甚至超过人类。这个系统最核心的部分就是其计算部分，由于钢铁设备十分复杂，存在强烈的复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等，一般很难用精确的数学模型描述。而人工智能技术恰恰在这方面具有优势。因此，开发钢铁企业的CPS系统，最关键的问题是恰当、合理地应用各类智能算法，解决这些用数学模型难于精确控制的过程。当然，信息的深度感知也是非常重要的。作为钢铁行业的智能化系统，应当完成下述功能：钢铁产品尺寸与表面的高精度控制和智能调优；钢铁冶炼与加工过程中组织性能的控制与智能调优；流程工业的定制化、个性化与稳定化、均匀化生产；设备的智能管理与维护以及智能维修；物流智能管理与控制，能源智能管理与控制；真正做到智慧优化决策，信息深度感知，精准协调控制。

东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室长期以来将轧制过程自动化与智能化作为其四个研究方向之一，在材料加工过程组织—性能的预测与控制、集约化定制与柔性轧制、轧制过程数模智能调优、中厚板轧制平面形状控制、中厚板轧后控冷温度智能控制等项目进行了探索。实施创新驱动发展战略，攻克关键共性技术，促进钢铁行业绿色发展，必须建设钢铁信息物理系统，促进钢铁行业智能发展。以第四次工业革命的核心技术CPS为目标，对钢铁行业现有的自动化系统进行拓展和改造，是钢铁行业实现智能化的必由之路。其中的主要工作为拓展网络功能，强化计算能力和感知能力，建成可靠的、实时的、安全的、协作的智能化钢铁生产信息物理系统，实现钢铁行业的智能化发展。相信经过3—5 年的努力，我国钢铁工业将形成一批具有感知、记忆、思维、适应、决策、控制、自适应、自学习、自组织能力的生产线，做到信息深度感知、智慧优化决策和精准协调控制，助力钢铁行业转型升级，绿色发展，领跑世界。

（来源：2017年11月出版的著作《与院士面对面——“孔雀西南飞”人才战略研究课题组院士专家访谈录》）