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裝上“智能芯”,鋼鐵制造很燃!
——聚焦韓國首家全球“燈塔工廠”(下篇)

2019-11-08 08:37:00

  本報記者 張鷹 

  

  上篇(詳見本報11月1日02版),我們介紹了浦項制鐵智能工廠通過PosFrame(智能數(shù)據(jù)中心)實現(xiàn)企業(yè)所有數(shù)據(jù)收集和標(biāo)準(zhǔn)化管理的過程。這是浦項制鐵推進智能工廠建設(shè)的基礎(chǔ)和核心。那么具體到各個生產(chǎn)流程,浦項制鐵是如何推進智能制造的?本文將列舉大量相關(guān)案例,使您對智能工廠的理解不再僅停留于模糊、抽象的概念。
  小批量訂單處理變“聰明”
  浦項制鐵的訂單管理部門負(fù)責(zé)整個鋼鐵生產(chǎn)的規(guī)劃。該部門的關(guān)鍵任務(wù)之一是處理小批量訂單——這些小批量訂單數(shù)量太少,通常不能滿足鋼鐵廠的最低產(chǎn)量要求。
  在智能化之前,工人需要根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對小批量訂單進行分析和處理。但由于人為失誤的存在,有時,一些小批量訂單會被遺漏;有時,一些緊急訂單甚至?xí)诲e誤地歸類為小批量訂單,并最終耽誤生產(chǎn)。一旦發(fā)生這種失誤,工人必須花費大量時間找到相關(guān)訂單并重新進行分類。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,這一過程通常需要6個多小時。而工人處理全部小批量訂單的平均時間約為12個小時。
  如今,浦項制鐵訂單管理部門的智能系統(tǒng)可以自動組織小批量訂單生產(chǎn),還可通過自主學(xué)習(xí)功能對訂單進行評估。為了使生產(chǎn)成本最低化,該系統(tǒng)可以對計劃生產(chǎn)量進行預(yù)判,并視情況將小批量訂單與其他訂單合并處理。與之前的12個小時相比,新的智能化訂單處理流程僅需要1個小時。
  智能煉鐵技術(shù)成為韓國“國家核心技術(shù)”
  浦項制鐵煉鐵廠的智能系統(tǒng)可對爐內(nèi)通風(fēng)情況、鐵水溫度等多種因素進行綜合控制;而在過去,這些都基本依靠體力勞動。
  在推進煉鐵智能化過程中,浦項制鐵定義了影響爐況的變量,然后對各種信息進行整合。從技術(shù)上講,這個過程叫作“數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化”。2017年,浦項制鐵開始加速構(gòu)建自動控制系統(tǒng),賦予智能系統(tǒng)自主學(xué)習(xí)功能,并使其實現(xiàn)對潛在變量的預(yù)測和控制?,F(xiàn)在的浦項制鐵煉鐵廠,鐵水溫度通過物聯(lián)網(wǎng)成為數(shù)據(jù),高清攝像機定期對原料和燃料進行實時監(jiān)測,煉鐵流程高效又便捷。
  即使當(dāng)前的爐況是令人滿意的,智能系統(tǒng)也會不斷追求卓越,以確保爐況始終保持在最佳狀態(tài)。浦項制鐵2號高爐作為韓國首個智能煉鐵技術(shù)的試驗基地,在應(yīng)用智能系統(tǒng)后,鐵水日產(chǎn)量提高了240噸。今年7月份,應(yīng)用于浦項制鐵2號高爐的智能技術(shù)被確定為韓國“國家核心技術(shù)”。
  PTX系統(tǒng)讓高溫測量更精準(zhǔn)
  煉鋼作業(yè)需要極高的溫度,很難對溫度進行實時監(jiān)測,這增加了煉鋼作業(yè)對現(xiàn)場工人經(jīng)驗的依賴。這也就意味著,在這一過程中,變化和失誤不可避免。
  為解決這一問題,浦項制鐵第二煉鋼廠開發(fā)了一個綜合控制系統(tǒng)——PTX系統(tǒng),可對從轉(zhuǎn)爐到連鑄過程中的時間、溫度和配料等因素進行監(jiān)測和控制,實現(xiàn)了對煉鋼作業(yè)中可能涉及的12.5萬個程序的數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化。
  在應(yīng)用PTX系統(tǒng)之前,浦項制鐵煉鋼廠的溫度測量準(zhǔn)確度為80%,而如今,智能系統(tǒng)對溫度的預(yù)測準(zhǔn)確度達到90%,原材料的使用也變得更加高效。
  缺陷預(yù)測簡單快捷又經(jīng)濟
  生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制至關(guān)重要,但把每個材料都仔細(xì)檢查一遍是不現(xiàn)實的。因此,典型的檢查一般是對樣品材料進行徹底的表面檢查,如果在特定樣品中發(fā)現(xiàn)任何異常,就必須回收同批生產(chǎn)的所有其他材料,然后進行徹底檢查。
  為縮短樣品檢查時間,浦項制鐵通過應(yīng)用人工智能技術(shù),在大量收集煉鋼和連鑄過程數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,建立了缺陷預(yù)測模型。該模型根據(jù)已設(shè)定好的構(gòu)成質(zhì)量異常的標(biāo)準(zhǔn)進行缺陷預(yù)測,能精準(zhǔn)篩選出有缺陷的材料,避免了不必要的測試環(huán)節(jié),并能指出缺陷產(chǎn)生的原因。該模型自2018年3月份投入使用以來,運行效果良好,有望每年節(jié)省6億韓元(約合51.86萬美元)。
  平直度測量用上人工智能
  厚板產(chǎn)品經(jīng)過板坯加熱工序和兩道軋制工序后,根據(jù)客戶要求,進行加速冷卻處理,這個過程被稱為熱機械控制工藝(TMCP)。TMCP包括向鋼板噴射高速水,使其迅速冷卻到指定的溫度,以提高鋼板的強度和焊接能力。特殊的設(shè)備和先進的噴水技術(shù)是實現(xiàn)該工藝的前提。如果沒有精準(zhǔn)的操控,鋼板的平直度就會受到影響。
  過去,厚板的兩個平直度是人工分析得出的,一次是在TMCP處理后,板材很熱時(熱平直度),另一次是在板材冷卻后(冷平整度)的剪切過程中。用人工的方式測量平直度是非常耗時的,而且對于現(xiàn)場的工程師來說也是一個挑戰(zhàn)。
  通過分析影響熱軋板形和冷軋板形的因素,浦項制鐵光陽鋼鐵廠建立了一個模型,并最終得出了獲得最佳板形的條件。現(xiàn)在,現(xiàn)場的工程師們無須耗時費力,僅僅通過監(jiān)控該模型產(chǎn)生的最佳工況數(shù)值,就可以確保軋制過程的順利進行。據(jù)了解,目前浦項制鐵光陽鋼鐵廠TMCP后產(chǎn)品的修正需求已減少到50%,每年可節(jié)省約13億韓元(約合112.31萬美元)。
  表面處理走向智能
  連續(xù)鍍鋅線(CGL)可對冷軋卷板進行連續(xù)熱處理,并將其置于鋅鍋中,最終制成鍍鋅鋼板。浦項制鐵的Giga鋼(“千兆鋼”)就是通過CGL生產(chǎn)出來的。
  當(dāng)板材從鋅鍋中取出后,氣刀通過在鋅表面凝固之前將其切斷來控制涂層的量。由于每個產(chǎn)品的目標(biāo)涂層重量不同,且只有在完成氣刀切割和凝固工序后才能測量涂層重量,涂層重量的控制極具挑戰(zhàn)性。
  為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn),浦項制鐵研發(fā)了基于AI(人工智能)的涂層重量控制模型,可對板材厚度、寬度、操作條件和目標(biāo)涂層重量等指標(biāo)進行精確管理。在使用該模型前,浦項制鐵預(yù)測涂層重量的準(zhǔn)確率為89%,現(xiàn)在準(zhǔn)確率已達到99%。與智能煉鐵技術(shù)一樣,浦項制鐵的智能表面處理技術(shù)也被韓國政府指定為“國家核心技術(shù)”。
  智能工廠為安全生產(chǎn)保駕護航
  智能生產(chǎn)的過程最大程度地降低了人為失誤發(fā)生的概率,同時,客觀、準(zhǔn)確的大數(shù)據(jù)分析也成為企業(yè)高層決策的一大重要助力。這是不是意味著人類的勞動將變得可有可無?并不是。推行智能制造技術(shù)的初衷,除了提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量以外,還包括降低員工勞動強度和保障員工安全生產(chǎn),實現(xiàn)技術(shù)和人類之間的高效協(xié)同。
  一家真正智能的鋼鐵廠始終將打造安全放心的工作環(huán)境放在首位。浦項制鐵也不例外。為加強安全和質(zhì)量管理,浦項制鐵開發(fā)了一套智能閉路電視系統(tǒng),并在光陽鋼鐵廠3號表面處理廠、2號煉鋼廠、1號焦化廠和浦項鋼鐵廠2號板材廠安裝應(yīng)用。與普通的只記錄視頻片段的閉路電視不同,該智能閉路電視系統(tǒng)能夠?qū)ιa(chǎn)設(shè)施所處的模式和正在進行的動作進行監(jiān)測和分析。當(dāng)系統(tǒng)識別到任何異常時,會立即通知相關(guān)人員。
  比如,在表面處理工廠,該系統(tǒng)的智能攝像頭可檢測到線圈末端的細(xì)微色差,從而對潛在的質(zhì)量缺陷做出及時反應(yīng)。
  又如,該系統(tǒng)的熱成像攝像機,可進行自動探測以預(yù)防火災(zāi)。
  《中國冶金報》(2019年11月08日 02版二版)

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