Введение
Продукты металлургической промышленности уже на протяжении долгого времени определяют вектор технического развития производств в самых разных областях, от производства бытовых принадлежностей до тяжелой и наукоемкой промышленности. Так, например, изделия из чугуна можно встретить во всех сферах жизни, начиная от сугубо потребительских предметов, таких как чугунная посуда, элементы сантехники и художественные конструкции, и заканчивая деталями и устройствами в станкостроении, машиностроении, автомобильной и нефтяной промышленности, и даже в самой металлургии. Также чугун, будучи первичным продуктом железной руды, является основой для дальнейшего производства стали.
Таким широким спектром производимой продукции и применимости чугун обязан своим физико-техническим свойствам, цена достижения которых скрывается в высочайшей культуре технологических процессов на металлургическом производстве. Так, например, немаловажным фактором в вопросе качества конечной продукции является время промежуточных операций с расплавленным чугуном.
Любая задержка и ожидание чугуновозного ковша (или просто ковша) сказывается на преждевременных потерях температуры расплавленного металла. Помимо этого, уменьшается и стойкость самого ковша, быстрее изнашивается футеровка. В связи с этим растет роль оперативного контроля за процессами на протяжении всего пути движения ковшей, реализацией "под ключ" которого в числе прочего занимается наша компания. Подобный проект уже реализован на территории крупнейшего отечественного производителя стали - группы НЛМК.
Наше решение представляет собой программно-аппаратный комплекс, основанный на программном продукте собственной разработки "DEM - Цифровая Модель Предприятия" (далее просто DEM) и аппаратной системе, включающей RFID-оборудование (метки, считыватели, антенны), оборудование для его коммутации и опорно-монтажные конструкции. В начале повествования мы конкретнее остановимся на цикле движения ковшей, поскольку уже имеем опыт полноценной реализации соответствующих проектов. На его примере опишем программную и аппаратную составляющие комплекса. Однако, за счет высокой гибкости и широкого функционала только данным циклом применение DEM в металлургии не ограничивается, и мы уже занимаемся проработкой расширения охвата существующих проектов, о нюансах которых мы также расскажем в этой статье.
1. Программная часть на базе DEM
Программная платформа DEM предназначена для внедрения комплексной цифровой прослеживаемости товарных, производственных логистических потоков с применением технологий «цифрового двойника», машинного зрения и RFID.
В зависимости от пожеланий заказчика DEM может внедряться в двух вариантах:
- система управления идентификационным оборудованием, а также обработки и агрегации низкоуровневых данных от всего комплекса идентификационного оборудования и поставки в верхне-уровневую ERP-систему заказчика в нужном формате через удобную и настраиваемую API;
- полноценная система прослеживаемости и учета – визуальный цифровой двойник предприятия с функцией цифровой диспетчерской, редактором цифровой карты и сценариев прослеживаемости, блоком нормативно-справочной информации (НСИ).
К основным преимуществам DEM можно отнести:
- полную цифровизацию и автоматизацию операций считывания данных о бизнес-процессах;
- наличие интерфейса агрегации всех данных на удобной цифровой модели предприятия;
- независимое от человека считывание идентификаторов (полное исключение человеческого фактора);
- считывание сотен идентификаторов в секунду;
- пользовательское ПО не требует установки на компьютер и представляет собой web-интерфейс.
В случае контроля циклов движения ковшей приоритетным вариантом применения DEM является создание полноценного цифрового двойника комплекса с выведением мнемосхем в диспетчерские всех участников цикла движения ковшей, а именно:
- диспетчерская доменного цеха (ДЦ);
- диспетчерская конвертерного цеха (КЦ);
- диспетчерская комбината/ситуационный центр;
- диспетчерская управления железнодорожного транспорта (УЖДТ).
В диспетчерских ДЦ, КЦ и УЖДТ выводятся мнемосхемы в соответствии с их зонами ответственности, в диспетчерской комбината для полного контроля выводится мнемосхема всех зон единой картой. Данный функционал обеспечивается настройками доступа для ролей диспетчеров.
2. Аппаратная часть
Информация о местонахождении и передвижении ковшей приходит в систему с оборудования, расположенного на всех ключевых точках пути ковшей в рамках цикла их передвижения:
- въезд и выезд с приемно-отправочного парка;
- въезд в миксерное отделение;
- весы;
- въезд в депо очистки ковшей (ДОК);
- в ДЦ и КЦ;
- иные точки по желанию заказчика.
В каждой точке монтируется защищенный шкаф с RFID-оборудованием и две RFID-антенны, монтаж при этом, в зависимости от индивидуальных особенностей каждой конкретной точки, производится либо на несущие элементы инфраструктуры заказчика, либо на наши собственные кронштейны. RFID-антенны, расположенные в "горячих" цехах оснащаются дополнительными защитными кожухами.
Разметка самих ковшей производится с помощью установки жаростойких RFID-меток, по две метки на каждый ковш (с двух его сторон).
Несмотря на высокие теплоизоляционные характеристики футеровки ковше каждая метка не может быть смонтирована напрямую на его корпус. Это связано как с температурами в районе метки при транспортировке и при операциях заливки чугуна, так и с конструктивной невозможностью надежной фиксации. Поэтому каждая метка помещается в стальной корпус особой конструкции и заливается теплоизоляционным и жаропрочным материалом, исключающим прямой кондуктивный теплообмен метки с ковшом, собственным корпусом и конвективный теплообмен с окружающей средой.
Помимо прочего такая конструкция защищает метку от разного рода прямых механических и климатических воздействий. Монтаж корпуса с меткой на ковш производится при помощи сварки, что обеспечивает надежную и долговечную фиксацию в суровых условиях металлургического комплекса.
3. Работа системы
Первоначальная настройка DEM включает в себя следующие шаги:
- создание графическим редактором цифровой копии комплекса (в виде мнемосхемы);
- создание точек контроля и идентификации ковшей в соответствии с физически установленным оборудованием;
- при необходимости интеграция DEM с существующей ERP-системой;
- внесение меток в систему;
- создание сценариев работы во встроенном в DEM редакторе;
- создание учетных записей для диспетчеров.
Теперь DEM готов к работе. В дальнейшем при изменениях в комплексе и оборудовании можно без проблем отредактировать, добавить или убрать соответствующие элементы в программе.
Вся необходимая информация выводится на мнемосхеме, с помощью которой диспетчер всегда может понять, где и сколько находится каждый конкретный ковш, например:
- время закрытия выпуска;
- время прохождения весов;
- время возврата на весы;
- время постановки под печь;
- время нахождения ковша в КЦ;
- время нахождения на участке разливки;
- время заездов в ДОК;
- точное время любых ожиданий на путях или под печью/при сливах ковшей.
Также, с помощью сценариев, например, можно заложить предельное время на конкретную операцию, при превышении которого диспетчеру выдается соответствующее уведомление.
Определение нахождения ковша в определённой точке происходит в процессе попадания смонтированной на нем метки в область сканирования антенн, установленных в данной точке, после чего информация об этом моментально попадает в систему и на мнемосхему.
Также можете просмотреть момент проверки считывания меток на ковшах у ворот ДОК.
Тем временем перемещение ковшей отображается в реальном времени на мнемосхеме в диспетчерской.
Так, в DEM в реальном времени может отображаться информация о местоположении сотен ковшей и не только, о чем расскажем далее.
4. Применение DEM для других задач металлургии
DEM – по-настоящему широкопрофильная и гибкая система учета и прослеживаемости, ее с легкостью можно масштабировать и за рамки цикла пути ковшей, при этом.
Во-первых, любое металлургическое предприятие обладает широким парком тары для перевозки шихты и расплавов. Для примера, метками при необходимости можно оснастить:
- совки для шихты с отслеживанием их перемещения между копровым и конвертерным цехами, включая загрузочный пролет и зону конвертеров;
- шлаковозы с отслеживанием их на пути между ДЦ и шлакоотвалами цеха переработки металлургических шлаков;
- чугунозаливочные ковши с отслеживанием их перемещения в конвертерном цехе;
- сталеразливочные ковши для контроля перемещения по цеху после выплавки стали;
- лафеты для отслеживания перемещений на территории всего объекта;
- элементы продукции (слябы, прокат) с помощью легких меток для отслеживания на предприятии и дальнейшей отправки потребителям.
Во-вторых, на любом металлургическом предприятии в широком объеме применяются дорогостоящие материалы. Для черной металлургии, например, к ним относятся различные ферросплавы:
- феррониобий (кусками или в виде порошка);
- феррованадий;
- ферромолибден;
- концентрат молибдена;
- ферровольфрам.
Эти материалы обладают высокой ценностью и требуют повышения контроля движения - от момента приемки на склад предприятия от внешних поставщиков до вовлечения в технологический процесс получения продукции основного производства. К производственным участкам, где требуется внедрение системы, можно отнести:
- участок подготовки шихтовых материалов цеха подготовки производства (УПШМ);
- ферросплавный цех (ФСЦ);
- КЦ;
- фасонно-литейный цех (ФЛЦ).
Основными целями такой системы являются:
- создание комплекса автоматического контроля материальных потоков дорогостоящих ферросплавов;
- получения достоверных данных о приходе и расходе на предприятии в зонах хранения и потребления;
- сокращение влияния ручного ввода данных;
- мониторинг хранения материалов в специально отведенных местах;
- формирование оповещений при нарушении бизнес-процессов.
- Реализация этих целей определяется охватом зон контроля, таких как:
- маркировка материалов по прибытию на предприятие;
- автоматизированный контроль за перемещением и его обоснованностью для материалов по предприятию;
- автоматизированный контроль выдерживания временных интервалов перемещения;
- постоянный автоматический контроль нахождения материалов в зоне хранения;
- перемаркировка в зонах весового контроля и перефасовки;
- взаимодействие со смежными системами учета материалов;
- информирование о нарушении заданных правил контроля бизнес-процессов;
- формирование отчетов о событиях в системе.
Отдельно стоит отметить возможность интеграции в интерфейс DEM систем видеонаблюдения. Порой для полной оценки ситуации важен и визуальный контроль за происходящим в рабочем цикле и в зонах хранения. И в DEM такая возможность реализована. Прямо в окне интерфейса можно выбрать соответствующую камеру, после чего там же откроется окно с трансляцией.
Заключение
Применив наше решение на базе программной платформы "DEM - Цифровая Модель Предприятия", металлургический комбинат повысит оперативность и объем контроля за технологическими операциями на всех звеньях цепочки производства, а также автоматизирует систему учета литьевого оборудования в комплексе. Результатом этих действий в первую очередь является снижение теплопотерь расплавленного чугуна за счет сокращения времени простоя ковша, что в свою очередь положительно сказывается на температуре расплава, качестве готовой продукции и сроком жизни футеровки ковша. Помимо этого, DEM автоматизирует учет и отслеживание движения материальных ценностей (например, ферросплавов) на предприятии, тем самым повышая охват и оперативность контроля служб безопасности предприятия.
И мы не ограничиваемся одной металлургией, есть много вариантов реализации решений на базе DEM в любой области, будь то производство или логистический комплекс, горнодобывающая промышленность или розничные торговые сети. Мы сможем сделать Ваш бизнес умнее.
Узнать подробнее о интеграции решения на базе DEM для Вашего предприятия или задать интересующие Вас вопросы вы можете на сайте компании IQsoftware или на основном сайте группы компаний «Умный Склад», где вы, помимо прочего, можете узнать о других продуктах и услугах компании IQSKLAD.