Цифровизация металлургии

Лидерами по темпам внедрения цифровых технологий в России являются банки, ретейл и телекоммуникационные компании — к такому выводу пришли специалисты SAP, Deloitte и iR&D Club по результатам исследования цифровой зрелости российских компаний, которое проводилось в 2020–2021 годах.

Металлургические компании оказались в конце списка наряду с предприятиями по добыче полезных ископаемых и машиностроителями. Вероятно, исследователям стоило бы обновить свои данные, ведь за последнее время предприятия из этой отрасли всё больше проникаются идеей цифровизации.

По мнению управляющего директора рейтинговой службы Национального рейтингового агентства Сергея Гришунина, если в начале 1990-х металлургия пребывала на уровне алхимии, когда ферросплавы добавляли в расплав лопатами, то сегодня отрасль выросла до использования сверхточных систем, контролирующих скорость кристаллизации металла по всей поверхности проката.

Продвинутая аналитика на основе машинного обучения и искусственного интеллекта, базовая индустриальная аналитика, экспертные системы, видеоаналитика, электронный документооборот, мобильные технологии — всё это сегодня доступно и металлургам. Благодаря этим решениям предприятия получают возможность существенно снижать уровень брака, увеличивать скорость выплавки готового проката и повышать качество готовой продукции.

С подсказкой проще

На Объединённом Западно-Сибирском металлургическом комбинате ЕВРАЗа цифровая трансформация как новый виток трансформации бизнес-системы компании стартовала с конца 2021 года. За это время на всех основных подразделениях комбината внедрили более 40 цифровых подсказчиков. Экономический эффект от их использования составил почти 2 млрд рублей.

Область применения подсказчиков обширна: от помощи представителям локальных профессий (например, дозировщику шихты) до уровня комбината, когда на основе СММ-прогноза осуществляется долгосрочное планирование производственных процессов.

Например, в первом и втором конвертерных цехах (ККЦ) комбината в прошлом году внедрили электронные системы, которые помогают металлургам определять нужные параметры выпуска стали. В ККЦ-1 цифровой подсказчик считает выход жидкого металла из конвертера, учитывая вес чугуна и лома, выход жидкой стали на предыдущей плавке, качество сырья и структуру шихты. Точные расчёты экономят металлошихту и известь. Экономический эффект уже составил
1,8 млн рублей.

А в ККЦ-2 цифровой помощник подсказывает оптимальную температуру выпуска металла из конвертера. В цехе производят более 300 разновидностей марок стали, и у каждой своя температура разливки, которая варьируется от 1 650 до 1 690 градусов. Именно температура во многом влияет на качество стали.

И если раньше мастер при её определении опирался на личный опыт, знания и интуицию, то цифровой помощник учитывает такие параметры, как марка стали, температура футеровки стальковша, количество ферросплавов, запас металла перед разливкой. Такой подход позволил уменьшить количество нарушений температурно-скоростного режима разливки и сэкономить за год более 15 млн рублей.

В 2021 году в электросталеплавильном цехе ЕВРАЗ ЗСМК установили модуль для отслеживания эффективности выплавки стали. «Карта плавки ДСП (дуговой сталеплавильной печи)» позволила металлургам анализировать процесс производства стали в режиме онлайн и вовремя вносить коррективы в работу оборудования. В результате улучшились ключевые показатели: снизился расход электроэнергии, электродов и металлошихты, длительность плавки сократилась с 55 до 50 минут, стало меньше брака.

Как это работает? Оператор с помощью модуля заказывает, какую шихту ему загрузить в печь. Затем следит за производством стали на мониторе компьютера, отслеживая количество вдуваемого кислорода, расход электроэнергии, химсостав стали, остатки металла в печи и оптимизируя нужные параметры. Только за март 2021 года экономический эффект от внедрения «Карты плавки ДСП» составил 4,9 млн рублей. Годовой потенциал этого цифрового решения оценивается в 80 млн рублей.

Как пояснили в команде цифровой трансформации и блоке ИТ компании, области применения цифровых подсказчиков на комбинате планируют расширять за счёт увеличения количества профессий, в помощь которым их можно внедрить. В перспективе же «цифра» будет не только подсказывать оптимальные решения по настройке технологических процессов, но и управлять ими, а человеку останется только функция контроля.

Своевременный ремонт

Цифровые системы мониторинга и диагностики работы оборудования на комбинате начали применять ещё в 2019 году в рельсобалочном цехе. Такая система позволяет контролировать работоспособность основных агрегатов, регуляторов и датчиков черновых и чистовой групп клетей стана, предупреждая возможные отклонения от заданных режимов работы. Это помогает металлургам своевременно проводить необходимые ремонты, избегать простоев и производственных потерь.

Программно-технический комплекс состоит из двух серверов, оборудования коммуникации и видеосвязи, интегрированных в существующую автоматическую систему управления технологическими процессами стана горячей прокатки. Система формирует ежедневные отчёты о состоянии оборудования стана, ориентируясь на критерии его работоспособности. Таких критериев специалисты разработали более 300, опираясь на базу экспертных знаний и результаты анализа инцидентов, которые возникали в ходе эксплуатации оборудования.

Цифровые системы мониторинга и диагностики особенно полезны для ремонтного персонала цеха: на основе этих данных сотрудники планируют работы, которые необходимо выполнить в период еженедельных планово-предупредительных ремонтов. Примечательно, что система не только фиксирует поломку, но и позволяет выявить её причины. В момент происшествия оператор может вывести на монитор видеоизображение и параметры работы нужного узла, чтобы проанализировать, из-за чего произошёл сбой.

Как сообщает РЦКО «Сибирь», на Западно-Сибирской ТЭЦ также реализован проект по предиктивной аналитике для трёх турбин. Сейчас этот опыт тиражируют на другое оборудование теплоцентрали. Во втором конвертерном цехе специалисты отслеживают оборудование одного из мостовых кранов. А в текущем году на комбинате планируется запуск ещё 12 проектов по мониторингу и диагностике.

Без шума и жара

Цифровые технологии позволяют не только анализировать работу оборудования, но и управлять им в удалённом режиме. Это актуально для тех производств, где существуют риски для здоровья работников и опасность получить травму. Например, специалисты удалённо следят за агломашинами и конвейерами с помощью мониторов.

В текущем году во втором конвертерном цехе реализован проект по удалённому управлению кранами. На участке адъюстажа машины непрерывного литья заготовок на всё грузоподъеёмное оборудование установили по десять камер, шкафы с системами радио- и видеоуправления, а также комплекс программного обеспечения.

Первым на дистанционное управление перевели кран, который перемещает раскалённую заготовку. Раньше машинистам приходилось постоянно работать в кабине крана на высоте, где ограниченный обзор, сильный сквозняк и ощутимая вибрация, а при разливке металла кабина нагревалась так, что становилось очень жарко. Теперь же оператор управляет краном из помещения на соседнем участке.

В его распоряжении шесть мониторов, которые обеспечивают максимально детальный обзор площадки, количество слепых зон сведено к минимуму. Специалист может управлять несколькими кранами по очереди, а в случае нештатной ситуации переместиться в кабину. Чтобы использовать возможности оборудования по максимуму, все машинисты крана подразделения прошли специальное обучение и допущены к работе

Это первый подобный проект в компании, но специалисты комбината уже разрабатывают программу тиражирования технологии в другие цехи ЕВРАЗ ЗСМК. Также в планах реализация проекта беспилотного управления грузоперевозками.

Безопасность превыше всего

Цифровые решения положительно сказываются на производительности, но в первую очередь их преимущество в том, что они улучшают условия труда и повышают безопасность работы металлургов. Системы видеоаналитики следят за тем, чтобы сотрудники не находились в опасной зоне и соблюдали технику безопасности на рабочем месте.

В сталеплавильном производстве один из кранов оснащён системой, которая определяет наличие людей на площадке, предупреждает их об опасности и проектирует опасную зону груза. А в доменном цехе применяют систему позиционирования работников. С её помощью можно установить, где находятся сотрудники цеха, чтобы случайно не включить оборудование и не травмировать людей.

В 2020 году в среднесортном цехе ЕВРАЗ ЗСМК внедрили систему автоматического обнаружения человека в опасной зоне с использованием искусственного интеллекта. На участке отделки и подготовки продукции цеха много движущихся и вращающихся механизмов, а также два уровня, где могут находиться работники цеха, не попадая в зону видимости оператора.

При внедрении системы по периметру прокатного стана установили 16 камер высокого разрешения и дополнительные прожекторы для улучшения видимости на участке. При входе человека в опасную зону срабатывает светозвуковая сигнализация и отключается технологическое оборудование. «Умная» система позволяет проследить за всеми этапами производства, произвести анализ видеоряда и оперативно принять решение.

Также системы видеоаналитики помогают следить за тем, чтобы работники комбината сами соблюдали правила промышленной безопасности. Одна из таких систем, созданная на базе искусственного интеллекта и машинного зрения, в реальном времени определяет местоположение людей с точностью до 98% и контролирует наличие у них средств индивидуальной защиты. Для этой программы использовали ранее установленные IP-видеокамеры наблюдения в среднесортном цехе, конвертерном цехе № 2 и на шаропрокатном стане № 1.

Если система зафиксирует, что сотрудник попал в опасную зону, работает в некорректно надетой спецовке или без каски, она сразу же подаст сигнал ответственному диспетчеру. Программное обеспечение может идентифицировать человека даже по наличию в кадре только части тела, в том числе если сотрудник находится за перекрытиями. Ориентируясь на пропорции человеческого роста по видимой части тела, система безошибочно определяет факт нарушения.

«Цифра» не заменит человека

Одна из популярных теорий, связанных с цифровизацией промышленности, гласит, что внедрение технологий приводит к высвобождению большого количества рабочей силы и безработице. Опыт цифровизации ЕВРАЗ ЗСМК подтверждает, что это миф.

«Цифровизация идёт на комбинате уже третий год. И за это время ни одно рабочее место не было исключено. Работники посвящают освободившееся время другим обязанностям, при необходимости есть возможность обучиться и перевестись на другие специальности. К тому же есть профессии, интерес к которым сейчас очень низкий, и их практически невозможно восполнить: машинисты кранов, электромонтёры, слесари-ремонтники, токари.

В этом случае на помощь и приходят «цифра» и автоматизация, чтобы заменить человека и дать ему возможность трудиться в более комфортных условиях», — пояснил руководитель проектной группы дивизиона «Сибирь» ЕВРАЗа Павел Пак.

В то же время для работы с цифровыми технологиями персоналу необходимо проходить специальное обучение. Потому на комбинате действует развёрнутая программа, которая предполагает подготовку специалистов по разным направлениям: инженерная аналитика, self-service-аналитика, работа с данными. При реализации любого цифрового продукта проводится обучение сотрудников, которые будут работать с новой системой. Сроки обучения составляют от двух недель до нескольких месяцев в зависимости от количества пользователей и сложности продукта.

Промышленные предприятия заинтересованы в том, чтобы к ним приходили уже подготовленные и заинтересованные в своей работе специалисты. В связи с этим в прошлом году ЕВРАЗ ЗСМК совместно с Сибирским государственным индустриальным университетом запустили новую образовательную программу подготовки бакалавров «Цифровая металлургия».

Она позволяет студентам участвовать в реальных проектах по разработке гибридных и цифровых двойников технологических линий металлургического производства ЕВРАЗ ЗСМК, обучаться по сетевым образовательным программам СибГИУ с участием ведущих вузов страны в области металлургии, материаловедения и ИТ, узнавать и применять на практике принципы построения дополненной и виртуальной реальности (AR/VR).

Текст: Мария Кармакова