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工业4.0助推钢铁行业迈进智能化时代
信息来源:世界金属导报2018-03-27B01      时间:2018-04-01 20:41:25


随着越来越多的复杂人工智能(AI)系统不断涌现,钢铁工业在扩大生产规模的同时,也迫切需要改进自身的生产工艺。在“智能生产”方面,钢铁工业正一路领先,并积极争取第四次工业革命所带来的良机。从钢铁工业的角度来看,工业4.0就意味着几乎完全智能化生产的钢铁厂,操作人员、产品和生产设备会通过物联网(IoT)完全联系在一起。传感器获取了海量数据,信息随后由人工智能进行转译,由此优化生产线,在不同设备之间产生可观的协同效应。

1智能化运营

时至今日,智能工厂已经向人类展开了怀抱,让生产流程富有智慧。举例来说,韩国浦项钢铁公司下设两座大型钢铁厂,分别位于光阳和浦项两地。该公司的POSFrame软件平台通过庞大的传感器群收集大数据,并进行积累,随即将其发送给人工智能工序。

POSFrame平台在应用于智能化运营方面还有很大的完善空间,浦项钢铁公司已经召集了最具经验的员工对其进行人工智能的传授。

浦项智能工厂项目负责人表示,浦项所拥有的许多技术诀窍还隐藏于操作员工和工程师之中,该公司正试图从他们的大脑中获取知识,并将其编制成所需的智能化程序。

2安全高效

奥地利奥钢联集团的研发创新部负责人强调称,只要对所有生产步骤进行完整记录,对于定义工业4.0概念就有极为重要的推动作用。在控制设备仪器和确保产品质量方面,需要电子测量和监控系统的全自动记录、 网络手段以及运用各种装置和产品参数,这使得实施停工计划、提高生产效率、确保产品质量变得更为容易。

智能化钢铁厂的核心是技术诀窍,而钢铁厂的核心设备是高炉。奥钢联集团林茨厂的一体化设备就已经产生了令人振奋的变化。该厂高炉需要采用焦炭和烧结矿的交替填料层进行连续装料,这些交替填料层可以确保均匀有效的气体流动,但形貌和温度异常却很难识别。就在近期,借助3D雷达技术,奥钢联已经开发了一种装料工艺的综合模型,可以实时测定高炉条件,由此提高产量,减少有害气体排放。来自工厂基层的实际经验与新技术进行融合后,也可以使得工厂成为更安全的工作场所。

为了打造零事故的工厂,日本新日铁住金公司就试图在危险情况发生之前进行及时预测。 工程师头戴智能安全帽,配备了照相机、有害气体传感器和加速计。地理围栏(Geo-f encing)技术在厂内提供一种室内定位系统。如果一名工人进入了危险区域,安全帽就会发出警报声,如果工人出现滑倒或在异常区域失去联系,安全帽也会向系统发出警报。

3数据革命

以前,炼钢工艺的各类数据是可以设置的,但是第四次工业革命又开创了新的可能性,允许钢铁生产商以不同的方式收集更多的数据,亦即通过不同类型的智能传感器和智能系统在一个局域网进行交流。例如,当一块板坯前往加热炉时,激光传感器就会检查进气量,这些结果就会反馈到人工智能,从而获知厚板的准确温度。通过测定板坯顶部和底部的热量,确定是否存在偏差。

精准控制偏差是至关重要的,否则,这块有偏差的板坯就会进入下一道轧制工序。

这些数据可以让我们精准追溯到产品的缺陷是在哪个工序和哪个位置出现、在什么条件下、在哪天朝着哪个方向发展。如不加控制,板坯也会发生扭曲,发生事故,对整个生产流程造成不可逆转的破坏。

为了确保设备运行良好,浦项一直采用定期维护,而智能工厂则提供了全新的思路。浦项试图将智能注入到生产工序中,这样就能做更多的预测性维护,这不仅意味着可以降低维护成本,还可以缩短非计划停机时间。众所周知,钢铁厂是一周七天,全天24h无间断生产,正如飞机在飞行时无法更换发动机一样,很难一次性更换工厂的一个机组。

奥钢联相关人士表示,数字化也改变了钢铁企业与供应商和客户的交流方式。举例来说,采用全新的在线平台、手机程序和其他系统,就可以提供订单跟踪和其他服务,这已经开启了全新的商务模式。

瑞典钢铁公司(SSAB)称,上下游工业积累的数据所构建的 “智能制造生态系 统 ”(smart manuf acturing ecosystem)有望融入到整个价值链之中。该系统的参与者将得到全新的服务,并进入全新的商务领域。

4节能

除了利用数据提高生产效率以外,为了减少二氧化碳排放、节约能耗,钢铁企业还安装了智能计量器和其他传感器。尽管许多工厂利用工业炉和轧制工序所产生的废气进行自主发电,但是也有相当一部分依旧采用的是电网供电,仍然有省电的空间。

不同钢种的能耗也有所不同,传感器可以精准地测定哪些钢种是能耗最高的,钢铁企业随后分析能源定价,并在特定产线上生产这些钢种,确保在电力最便宜时进行生产。

5测定和改进

在钢带进行热镀锌工艺时,人工智能也可降低生产成本。钢带浸泡后,安装的刀片可基于实时测定进行切割,由此严格控制钢带涂层的重量和宽度。如果在镀锌工序中涂层量超标,就会增加生产成本,因此应该尽可能节省。

借助人工智能,浦项在镀锌涂层质量偏差控制方面已经显著改善,达标率从84%提至99%。

各工序采集的数据为厂内

每块钢板都提供了数字基因图谱。浦项收集的海量数据显著增加,因为它完全取自产品的每个生产步骤,在改进产品质量、提高客户满意度方面发挥着不可忽视的作用。浦项方面称,这些数据让我们可以精准追溯到产品缺陷存在于哪个工序、哪个部位,在怎样的条件下,在什么时间,流向何处。

与此同时,数据可以使钢铁企业通过连续闭环改进措施消除缺陷。由此可见,要想创建智能工厂,最大的挑战就是收集精确的数据。所有其他工序都取决于这一至关重要的方面。

6构建最佳团队

想要召集人员组建团队也并非易事。为了确保团队的成功运作,改变团队思维定式,浦项一直在运行一项“智能”项目,向工程师灌输 “智能文化”。客户和相关供应商,甚至是年轻的求职者也可参与该项目。自动化工序和工厂需要这样的员工,即理解机器人如何操作以及如何满足机器人的需求。韩国的失业率目前居高不下,因此浦项也在向求职者开设大数据和人工智能课程。

尽管担心机器人会抢走人类的工作,智能工厂却并不会减少浦项的操作人员。员工往往会在分析数据或研发新产品上体现个人价值,而并非在工厂基层进行简单操作。

这些变化并不令人感到意外,全自动工序和工厂也需要员工,就是那些理解机器人如何运转的技术人员,其实这也是一项艰巨的工作,在相关的工厂里,员工必须经过必要的培训。

随着全球竞争日趋白热化,钢铁企业已经感受到了来自同行或其他材料生产商的压力,但与此同时,工业4.0也赋予了全新的机遇,这将有助于提高生产效率和实现可持续发展。 (文德)

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