Inteligentna automatyzacja przynosi korzyści przemysłowi metalurgicznemu i środowisku
Pierwotna i wtórna produkcja stali oraz odlewanie stopów metali nieżelaznych to wysoce energochłonne procesy - wymagają ekstremalnie wysokich temperatur, wykorzystania złożonych reakcji chemicznych oraz przeprowadzenia wieloetapowego procesu przetwarzania. Straty ciepła, recykling złomu i trudności związane z utrzymaniem temperatury na stałym poziomie dodatkowo zwiększają zużycie energii. Co więcej, ręczne procesy pobierania próbek oraz wykonywania pomiarów nie dorównują cyfrowym systemom monitorowania i sterowania, zwłaszcza z punktu widzenia optymalizacji procesów produkcyjnych. Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu INEVITABLE opracował narzędzia cyfrowe wykorzystujące wbudowane algorytmy kognitywne w celu umożliwienia autonomicznej realizacji procesów.
(R)ewolucja w procesie cyfrowej transformacji
„Przemysł metalurgiczny charakteryzuje się konserwatywnym podejściem i ograniczonym wykorzystaniem narzędzi cyfrowych, dzięki czemu oferuje wiele możliwości wdrażania usprawnień. Można wymienić wśród nich rozwiązania w zakresie konserwacji predykcyjnej, które umożliwiają wykrywanie awarii zanim wystąpią, co pozwala na minimalizację przestojów oraz zwiększenie efektywności energetycznej. Dzięki technikom analizy danych oraz uczenia maszynowego narzędzia predykcyjne pozwalają na wskazanie wzorców i trendów, które umożliwiają optymalizację produkcji oraz ograniczanie zużycia energii”, wyjaśnia Dejan Gradišar z Instytutu im. Jožefa Stefana, koordynator projektu INEVITABLE. Zespołowi projektu INEVITABLE udało się wykorzystać ten potencjał dzięki zestawowi narzędzi cyfrowych opartych na rozwiązaniach kognitywnych. Rozwiązania te pozwoliły na znaczącą poprawę wydajności procesu, ograniczenie zużycia surowców, podniesienie jakości produktu i zmniejszenie zużycia energii w wybranych procesach metalurgicznych.
Technologie czujników, analizy danych i sterowania procesami
W ramach projektu powstało sześć innowacyjnych narzędzi cyfrowych i elastyczna infrastruktura cyfrowa, która stanowi ich fundament. Monitor rafinacji w elektrycznym piecu łukowym pozwala na ocenianie kluczowych parametrów procesu, usprawniając proces sterowania i ograniczając zużycie energii nawet o 10 kilowatogodzin na tonę. Narzędzie wspierające proces walcowania na zimno umożliwiło poprawę jakości procesu oraz zwiększenie sprawności urządzeń, co doprowadziło do zmniejszenia ilości odpadów i nieplanowanych przestojów (nawet o 25 %) oraz zwiększenia prędkości walcowania nawet o 45 %. Narzędzie przewidujące zatykanie dysz ograniczyło straty produkcyjne oraz zminimalizowało spadki jakości procesu odlewania ciągłego dzięki ograniczeniu przypadków zatykania o ponad 20 % w ramach jednego z przypadków użycia. „Wspomagane przez rozwiązania opracowane przez zespół projektu INEVITABLE systemy sterowania procesem mieszania wykorzystywana w procesach rafinacji i ciągłego odlewania opierały się na danych dostarczanych w czasie rzeczywistym celem dostosowywania intensywności mieszania podczas produkcji stali. Monitorowanie mieszania za pomocą kamer pozwoliło na lepsze monitorowanie procesów i wykrywanie anomalii. Wdrożenie tych rozwiązań poprawiło wydajność procesu, ograniczyło zużycie energii i zapewniło lepszą jakość, która wzrosła o 75 % według stosowanych wskaźników wykorzystywanych do jej pomiaru”, zauważa Gradišar. Ostatnim z rozwiązań był inteligentny system szczupłego zarządzania wykorzystany w kontekście procesu odlewania metali nieżelaznych, który przyczynił się do poprawy identyfikowalności produktów oraz pozwolił na optymalizację wykorzystania zasobów produkcyjnych, skutkując większą sprawnością procesu, wskaźnikiem odrzutów obniżonym z 12 % do 8 % oraz poprawą jakości produktu końcowego. Jak wyjaśnia Gradišar: „Systematyczna metodyka opracowana przez zespół projektu INEVITABLE, dotycząca doboru elementów infrastruktury cyfrowej dostosowanej do potrzeb danego zakładu, zapewnia możliwość dostosowania rozwiązań do wymagań procesowych i organizacyjnych, co ma kluczowe znaczenie dla płynnej integracji z istniejącymi procesami”.
Elastyczne narzędzia wspierają przemysł i środowisko
„Realizacja naszego projektu przyczyniła się do sformalizowania wiedzy wykwalifikowanych pracowników, która teraz znajduje się w cyfrowych narzędziach opartych na zbiorach danych. Narzędzia te umożliwiają szybsze podejmowanie decyzji i sprawniejsze zarządzanie energią. Wykorzystanie modeli opartych na danych zmniejsza zależność od krytycznych pomiarów, co zwiększa sprawność procesów oraz ich efektywność kosztową”, zauważa Gradišar. Jak dodaje badacz: „Dzięki skupieniu się na zmniejszeniu zużycia energii, zwiększeniu sprawności produkcji i lepszej jakości produktów, rezultaty naszych prac przyniosą korzyści nie tylko przemysłowi metalurgicznemu, ale także środowisku. To ostatnie stanie się możliwe dzięki wdrożeniu zrównoważonych praktyk produkcyjnych oraz ograniczeniu wpływu zakładów na ich otoczenie”. Innowacyjne narzędzia i materiały szkoleniowe opracowane w ramach projektu INEVITABLE będą wspierały raczkującą cyfrową transformację energochłonnych gałęzi przemysłu, jednocześnie wymagając od interesariuszy minimalnych nakładów energii do ich wdrożenia.
Słowa kluczowe
INEVITABLE, energia, przemysł metalurgiczny, odlewnictwo, narzędzia cyfrowe, sprawność procesu, analiza danych, transformacja cyfrowa, sterowanie procesami, uczenie maszynowe, modelowanie predykcyjne, branże energochłonne
