科创中国

钢铁材料是制造业全产业链、全生命周期质量、成本和安全最重要的物质载体，其质量可靠性影响着整个中国制造业的品牌声誉。当前高端制造业转型升级重要的方向之一，就是由解决“有、无”问题，转向提升质量、品牌建设，乃至国际话语权的争取，质量能力分级是中国钢研科技集团根据这一发展趋势提出的创新性解决方案，其核心是采用质量全要素量化与产品大数据结合的方法，通过建立价值函数、工序评价和质量遗传模型，变传统的“合格”“不合格”二值评价为合格线以上的差异化、连续化的量化评价，实现产品质量从合格评价向阶梯评价的飞跃，让钢企在合格率达到100%以后有了新的质量目标，摆脱钢铁行业长期存在的低价中标、劣币驱逐良币等质量困局。

北京钢研新材科技有限公司作为钢铁产品质量分级体系的建设和质量分级业务的具体实施者，开展了钢铁产品质量能力分级与升级技术的研究，突破了质量能力分级与升级关键技术，建立了质量评价模型，编制和申请了产品质量分级标准和专利等相关知识产权，开发了质量分级与升级软硬件服务平台。实现指标：突破了价值函数、工序评价和质量遗传模型等质量分级关键技术3项，建立了质量分级评价模型10个，累计公开发布第三方质量分级结果公告/报告22项，质量分级排行榜34个，二方质量分级报告（排行榜）7项，编制中国钢铁工业协会团体标准及与用户协会联合发布团体标准8项，发布行业分析报告（年度白皮书）2本，已授权国际发明专利1项，国家发明专利3项，已登记软件著作权4项，发表论文2篇，获“船板产品质量分级与升级管控”主题的省级博士后基金2项，建立质量分级软硬件分析运算体系，可满足钢铁产品多个品种（如船舶及海工用钢、轴承钢、容器钢等）的质量分级和企业质量升级服务需要。

相关成果（1）已得到重要用户企业认可与采信，例如中国船舶、中海油、中石化、蓬莱巨涛等，根据己方的差异化需求，合作开展二方质量分级评价工作，作为己方年度集采、供应商评价和产品选材的重要依据。（2）已逐渐被供应商接受、参与并采信。其中，参与各项质量分级排行榜的国内企业达到135家以上，作为评价企业产品质量水平的科学指导依据之一，也得到了供应商的广泛认可与采信。（3）基于质量能力分级基础开发的质量滤波升级技术已在南钢风电钢、新钢船板钢、河北文丰模具钢等部分钢企产品获得应用，可将产品的质量波动性大幅降低50%以上。

传统钢铁产品评价体系是是“合格”“不合格”二值评价，“合格”门槛之上产品的质量差异长期被忽略，是造成近年来低价中标、劣币驱逐良币等质量困局的重要因素。本项目旨在采用质量全要素量化与产品大数据结合的方法，通过建立“工序评价、价值函数、质量遗传”三大模型，形成产品质量分级专项技术方案；通过建立原料-工艺-性能质量滤波对冲模型，形成产品质量升级专项技术方案。通过质量分级与升级技术，对产品在合格线以上的差异进行量化区分，实现产品质量从合格评价向阶梯评价的飞跃，让钢铁企业在合格率达到100%以后有了新的质量目标。质量分级与升级的关键技术具体包括：

（1）价值函数评价技术：用于对产品质量各环节要求进行连续、量化评价的数字化技术。价值函数主要可分为三类：（a）增函数；（b）减函数；（c）平台函数；以及考核评价指标波动性的函数（d）稳定性函数。结合产品的技术指标和品种特征，以及专家知识，进行价值函数的设计。

（2）质量相关性工序评价技术：任意一个相对独立的质量技术控制环节，如熔铸、热成形、热处理、实物检验、认证供货等，均可通过若干质量相关性要素，进行连续量化评价。

（3）质量遗传评价技术：当上一工序的产品作为下一工序的原材料时，上一工序产品的质量会影响下一工序的产品质量。如果当前工序中第i产线的原材料可能来源于上一工序的k条原材料产线之一，则该产线的原材料质量分可继承于上一工序各产线的得分加权。

（4）质量智能感知和质量滤波管控技术：产品质量的冗余度和波动性不仅体现在实物性能数据本身，也受到生产涉及的装备控制水平、工艺控制以及原材料来源等因素显著影响。对每一个不同品种，其质量阶梯管控所针对的核心算法和调控模型均因工序和参量的价值函数及权重矩阵的变化而变化，也受产出效费比及产品价格等因素而影响。通过多层次、多渠道质量滤波系统管控模型和算法的自适应优化，不仅获得产品的质量升级调控，还可实现用户差异化产品需求。

质量分级与升级技术的创新点在于：（1）首创“价值函数、工序评价、质量遗传”等成套数学模型，突破了二值判定质量评价方法的局限性；（2）引入生产大数据分析和质量指数评价方法，避免单一样品检验的不可靠性，实现产品性能稳定性和冗余度二维指标的可靠评价；（3）首次开发质量滤波升级方法，实现产品质量与原材料、工艺参数之间的动态对冲，大幅提升产品质量稳定性和冗余度。

本项目开发的质量分级与升级技术可为制造业实现质量升级提供数字化阶梯，通过在钢铁行业，甚至整个制造业的全面铺开、协同推进，形成中国制造品牌化的制度建设系统方案。未来随着工作的深入和推广，在推动整体制造业的质量提升和转型发展方面具有如下的意义和应用前景：

（1）促进供给侧从成本竞争转向质量效益竞争，淘汰落后产能，净化市场环境

质量分级是对合格产品的精细化差异区分。通过对用户质量需求的数字化表征，修订和扩充行业的质量评判法则和维度。用户对质量分级的客观市场需求，倒逼生产企业调整生产和经营策略，促进产品生产的质量竞争模式，以质量获取效益，通过市场引导激发生产企业追求质量和品牌化建设的内生动力，推动企业的良性竞争，反过来净化市场环境。

（2）促进需求侧建立全寿命周期成本管理，鼓励优质优价

质量分级的目标之一是在时间上覆盖产品从生产、交付到应用服役以及回收的全寿命周期，产品的优质不仅体现在生产的稳定性和应用服役的符合性，也涵盖交付的便捷性和回收的绿色化等因素。一方面，通过质量要素的综合数字化评价，促进用户树立全生命周期成本管理理念，在需求侧市场化推动优质优价；另一方面，质量分级的全生命周期评价模式，也为产品升级创新和绿色制造提供完整大数据基础。

（3）推动产业链级质量数字化生态，促进行业再分工。

制造业系统是由不同行业和依靠“原料<->产品”关系形成交错复杂的上下游产业链构成，不同行业间因分工不同形成巨大壁垒。质量分级在空间上可以形成产业链之间的质量要素传递链，通过质量数字化传递将不同行业有机关联贯通，为智能制造提供质量数字化支持，推动制造业系统的数字化生态、转型升级和协同发展，促进行业在数字化和智能化背景下的再分工。

（4）在优势领域形成中国制造的品牌影响力和国际话语权

更长远地看，质量分级可为中国制造业“走出去”战略提供品牌化载体。制造业的话语权主要由设计、标准、认证和数字化评价（分级）等几大部分构成。设计、标准和认证经过近百年的“跑马圈地”，多被一些国际垄断企业所掌握，较难突破。分级评价目前国际上集中在金融和服务行业，工业品质量分级因为有赖于制造业的规模和数据来源，在全球范围内也处于探索建制阶段。我国多个制造行业产能居世界第一，数字化基础条件建设发展迅猛。未来质量分级可望成为国家品牌战略突破点，通过扩大覆盖到国外制造商，在若干工业领域逐步形成中国制造的国际话语权。

北京钢研新材科技有限公司（以下简称“钢研新材”），是中国钢研科技集团的数字化战略方案的具体实施方，建立了全球钢铁材料数据库、合金钢数据库、全球焊材数据库，已拥有国内外一万余份标准，近二十万个材料牌号，开发出全球钢铁材料匹配对照系统和母材-焊材匹配系统。面对目前合格二值技术判定体系及其引起的普遍存在的“低质低价”市场现状，团队以企业和产品大数据为基础，创新性提出了“钢铁产品质量能力分级评价”解决方案，满足市场和用户在供应商选择、采购招标过程中对产品质量的差异化评估需求。在质量分级及数字化工作方面拥有强大的技术团队，拥有教授3名，高工5人，工程师等10余人。

项目主要负责人：苏航博士，男，钢铁研究总院教授，博士生导师，中国钢研科技集团数字化研发中心主任，享受国务院政府特殊津贴专家。苏航教授先后主持和参加了20余项国家973、863、支撑计划以及国防军工配套项目的研究，在高速铁路用钢、重大石化工程用-196℃低温钢、新型船用耐蚀钢等关键材料研发方面获得了多项重大成果。主持开发的全球钢材牌号服务平台，建立了钢铁材料的全流程服务平台，满足了制造业对钢铁材料选材设计、采购、服役评价等全流程的发展需求。撰写学术论文60余篇，获授权发明专利20项，软件著作权5项；获得省部级科技进步奖励4项，出版专著2部。是行业质量分级理念和业务的主要发起人之一。

项目主要负责人：潘涛博士，男，钢铁研究总院教授，硕士生导师，钢研新材技术总监。主要从事新产品技术开发和质量评价工作16年。研究领域和方向包括海洋工程用钢、低温容器钢、铁道材料、高强度低合金钢、材料计算与数据库等，负责和承担国家863、973、科技支撑、铁道部、北京市科委等课题十多项。协助国家、部委与企业实现LNG用9Ni低温钢、高速与重载铁路用车轮等国家重点工程用关键产品的国产化。是行业里质量分级理念和业务的主要发起人之一，国家首批质量分级专项-工信部“钢铁产品质量分级评价与示范应用”的项目负责人。基于用户需求，开发分级工作核心技术，为中海油、中船、中石化等大型材料用户提供供应商和产品质量分级评价解决方法，获得了国家部委、行业协会、用户和社会的普遍关注和好评。

质量分级与升级技术的开发获得了工业和信息化部首个质量提升重点专项-“钢铁产品质量分级评价与示范应用”项目的支持，共计投入经费1050万，用于质量分级关键技术和质量升级关键技术开发、质量评价模型搭建、质量分级/升级软硬件分析运算体系建立，以及知识产权申请、标准制修订等。

截至2022年，公司与南京钢铁股份有限公司等单位围绕质量分级项目签订技术开发、技术服务类合同20余个，合同总金额813.71万元，形成销售收入767.65万元，业务相关直接成本389.27万元，新增利润378.38万元。

随着钢铁产品质量分级理念的不断深化和拓展，逐步得到了国家部委、行业协会、用户及企业的广泛认同。所获得的成果在中船、中海油、中石化等龙头用户企业都得到了应用，且收到良好效果和评价。例如中国海洋石油集团有限公司首次采用质量分级方法进行供应商审查和遴选，取得了良好的效果。中石化建立易派客质量评价系统，其中质量评价由项目负责单位钢铁研究总院为主承担，已经完成了钢铁领域9个品种大类、34个产品、近百家企业的600多个产品质量评价工作，结果获得广泛认可和采信。基于质量分级的质量滤波升级技术已在南钢、新钢、河北文丰等企业获得了应用，例如南钢风电钢质量升级工作就是一项典型案例，在不改变原有生产工序的前提下，通过对生产工艺参数的调整（优化），风电用钢的产品质量实现了较大提升，在成分稳定性控制水平和力学性能控制水平方面得以充分体现。采用质量分级/质量滤波升级的理念对产品进行质量管控/提升，在产品质量提升的同时并未带来成本的增加，使产品具有了更明显的市场竞争优势。

在供应商方面，质量分级工作也得到了广泛认可和采信，例如在我国船舶及海洋工程用钢质量能力分级排行榜多次年度公开发布后，该领域国内某龙头企业认识到某条生产线作为落后产能的代表，已经影响到其品牌信誉和社会评价，故决策关停该条已经运行了近50年的落后生产线。

通过对不同企业和生产线的产品进行质量分级，对于该产品的用户部门将具有非常高的参考价值和选材指导意义，对企业掌握自身生产该产品的质量水平也具有很好的借鉴作用，从而有针对性的开展质量提升活动。同时，通过与第三方机构质量分级遴选供应商的合作，对于促进产品的“优质优价”具有重要意义，也是质量分级与升级工作的目的所在，推动行业整体质量水平提升。

通过并进行相应的质量分级/升级软硬件分析运算系统的建立，与企业合作的方式，根据企业的相关产品的质量提升需求，为企业相关产品的质量分级和质量管控/升级提供具体可行的质量分级专项技术方案和质量升级专项技术方案，最终形成可在线获取数据并进行分析的数据平台。通过与企业产线的结合，实现质量要素的在线获取，并对数据进行分析，实现对产品质量的实时监控，并快速调整工艺，提高产品质量。