Как производители металлов могут дифференцировать свою продукцию и процветать в условиях, когда маржа прибыли сокращается со всех сторон? Можно ли многолетний опыт работы с металлургическими процессами трансформировать в новые качественные продукты с меньшим углеродным следом? Как выглядело бы радикальное качественное изменение в интеллектуальном производстве?
Эти вопросы не дают спать производителям стали. В Китае, крупнейшей в мире стране-производителе стали, на которую приходится более половины мирового объема производства (around 54%) стали, избыточные мощности ведут к жесточайшей конкуренции.
Дэн Бо (Deng Bo), менеджер по исследованиям и разработкам Североазиатского металлургического кластера ABB в Пекине, говорит, что в такой экономической среде есть только два пути к успеху: «Первый — максимально контролировать свои затраты, чтобы получить небольшое конкурентное преимущество при столкновении с рыночными трудностями. Второй — думать о производстве нового материала или модернизировать свою продукцию так, чтобы предлагать что-то эксклюзивное, и тогда можно назначать более высокую цену».
ЭФФЕКТ ЦИКАДЫ
В некоторых азиатских культурах цикада символизирует возрождение, здоровье, богатство и даже счастье. Поэтому вполне уместно, что Дэн Бо сравнивает недавний прорыв в инновациях со сталью с крылом цикады. С начала 2020-х годов нержавеющая сталь ручной резки, производимая толщиной около 20 микрон (примерно с тоньчайшее крыло цикады), пользуется высоким спросом в таких областях, как аэрокосмическая промышленность, а также производство складных мобильных телефонов и портативных солнечных батарей. Китайское издание Global Times описывает ее как «жемчужину сталелитейной промышленности», в то время как базирующаяся в Китае компания Gnee Stainless Steel подчеркивает прочность своего тонкого варианта, заявляя, что ее «можно сложить 200 000 раз без деформации и разрушения».
«Вы можете себе представить, насколько огромны проблемы управления процессом для такого продукта», — говорит Дэн Бо. Но управление процессами и интеграция мириадов потоков данных для обеспечения качественных результатов — это страсть этого эксперта по цифровым технологиям, который имеет степень магистра в области инженерной автоматизации и двадцатилетний опыт работы в промышленном производстве. Помимо руководства исследованиями и разработками в Североазиатском металлургическом кластере, Дэн Бо также является глобальным менеджером по продукту линий обработки металлов в подразделении ABB Process Industries и проявляет живой интерес к воплощению инноваций на высочайшем уровне производительности в реальном мире.
Он говорит: «Новые требования способствуют развитию новых процессов, а также поднимают планку точности, стабильности и надежности управления».
В ответ на новые проблемы, с которыми сталкиваются клиенты, производящие специальную стальную продукцию, такую как нержавеющая сталь ручной резки, ABB выпустила множество индивидуальных инновационных решений.
Например, базирующаяся в Китае команда ABB в металлургической отрасли разработала асимметричную систему управления с двумя электродвигателями, обеспечивающую точное управление натяжением металлов в реальном времени в диапазоне от семи до 280 килоньютонов. Она может автоматически переключаться между одномоторным и двухмоторным режимами в соответствии с технологическими требованиями, обеспечивая точное распределение нагрузки и динамическую компенсацию нагрузки для каждого двигателя.
Вперше установленная в 2020 году как часть системы электрификации и управления на заводе Ningbo Baoxin Stainless Steel Co. Ltd. (Baoxin) в Китае, она помогает производить ультратонкую, сверхтвердую, сверхплоскую высококачественную прецизионную нержавеющую сталь для автомобильной промышленности.
КАКОВО БЫ НИ БЫЛО ВИДЕНИЕ УСПЕХА КЛИЕНТА...
Дэн Бо говорит, что у каждого производителя металлов может быть свое видение будущего успеха, включающее одну или несколько целей — от повышения качества продукции до сокращения выбросов углекислого газа; от разработки новых продуктов до эффективного обслуживания оборудования, но во всех случаях цифровые технологии теперь способны принести наибольший эффект.
«Вы можете сократить потребление энергии и, следовательно, выбросы углекислого газа за счет модернизации оборудования, но, как правило, такие изменения в оборудовании уже реализованы», — говорит он, приводя пример.
В 2023 году ABB выпустила решение для интеллектуального производства для сталелитейной и цветной металлургии в Китае. Это комплексное цифровое решение объединяет передовые решения по управлению для применения в производстве металлов, распределенную систему управления ABB Ability™ System 800xA и аналитику больших данных ABB. В совокупности этот пакет помогает клиентам реализовывать функции управления технологическими процессами, оптимизации процессов, визуализации и удаленной диагностики, постоянно извлекая ценность из данных на протяжении всего жизненного цикла производства. Его комбинированное цифровое управление, также доступное с наложением 3D-цифрового двойника, обеспечивает максимальный прирост эффективности, непрерывное производство и надежное качество продукции — назовите это интеллектуальным производством. Кроме того, оно дает аналитические данные, способствующие принятию решений, ориентированных на будущее.
Этот комплексный цифровой пакет объединяет передовые решения по управлению для применения в производстве металлов, распределенную систему управления ABB Ability™ System 800xA и аналитику больших данных ABB.
РАДИКАЛЬНАЯ ЦИФРОВИЗАЦИЯ В ДЕЙСТВИИ
Что касается новой линии по производству полосовой нержавеющей стали компании Ningbo Baoxin, проект мощностью 30 000 тонн в год «был разработан в соответствии с концепцией умного завода», — говорит Дэн Бо, и был реализован в очень сжатые сроки. То есть команда из 20 инженеров ABB ввела новую производственную линию в эксплуатацию всего за шесть недель.
Она объединяет ранее разрозненные центры производственной диспетчеризации, контроля логистики, технологического оборудования, безопасности и основные операторские залы каждого блока; а также включает приводы прямого управления ACS880, приборы, датчики вибрации и температуры, которые передают данные в System 800xA.
Среди преимуществ этой полностью интегрированной системы — минимизация колебаний толщины продукта и вероятности поломки, что приводит к снижению потребности в оборудовании и энергопотреблении, снижая тем самым общую стоимость производства.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ДЛЯ РОСТА И ИННОВАЦИЙ
Цифровизация также способствует полному пониманию существующих процессов, анализу производительности для обнаружения наилучших и наихудших комбинаций параметров и определению «пробелов в возможностях». И здесь снова цифровой архив, создаваемый полностью интегрированными и контролируемыми процессами, позволяет быстрее разрабатывать новые процессы, необходимые для выпуска новых продуктов.
Дэн Бо объясняет: «Разработка новых продуктов или оптимизация технологических процессов — задача сложная. Сначала техническому персоналу необходимо определить диапазон базовых параметров процесса на основе теоретических знаний или лабораторных экспериментов, затем установить различные параметры процесса для тестирования на заводе и, наконец, собрать и проанализировать экспериментальные данные». Он добавляет, что чем длиннее производственный процесс для любого продукта, тем больше данных необходимо собрать и проанализировать. «В большинстве случаев собирать и анализировать данные стабильно сложно, а иногда между процессами существуют информационные разрывы, что еще больше затрудняет оценку». Более того, анализ данных процессов также требует от технического персонала навыков тестирования и работы с оборудованием, находящихся в других областях.
«Чтобы вынести правильное суждение, — продолжает Дэн Бо, — вам нужно правильно сопоставить или распределить все эти данные, что очень и очень сложно». Существующий процесс отнимает много времени и неэффективен. «Но наша система, — говорит Дэн Бо, — может объединить всю информацию, необходимую для описания рецептуры, результата и способов обработки. Вы можете вносить цифровые корректировки и проверять результаты, чтобы создать правильные технологические параметры. Это очень инновационная среда, которая облегчает такие сложные процессы разработки или оптимизации».
Трехмерный цифровой двойник обеспечивает операторам визуализацию процессов на протяжении всего стана.
ВЫБЕРИТЕ СВОЮ ОТПРАВНУЮ ТОЧКУ ДЛЯ МОДУЛЬНОЙ ЦИФРОВИЗАЦИИ
Дэн Бо подчеркивает, что «прелесть» передового цифрового решения ABB заключается в том, что его можно легко адаптировать под различные интересы и цели клиентов. «Наше цифровое предложение состоит из различных модулей: от уровня оборудования до производственного процесса, качества и энергопотребления, которые могут применяться как к одному, так и к нескольким станам».
Масштабируемая архитектура позволяет клиентам начинать с той части процесса, которую они определили как ключевую для модернизации, и добавлять модули по мере возникновения потребности в более глубокой цифровой аналитике и средствах управления.
В 2021 году компания Qingdao Special Steel Co. Ltd., входящая в состав Citic Special Steel Group, решила внедрить первую систему цифрового управления производством сортового проката на двух новых высокоскоростных проволочных станах на своем предприятии в Циндао с целью доработки модели для ее последующего внедрения во всей группе Citic.
Интеллектуальное рабочее решение на базе платформы System 800xA позволило объединить четыре существующих операторских помещения в один централизованный центр управления и контроля. Теперь это способствует более эффективному сотрудничеству и взаимодействию, а следовательно, повышению операционной эффективности на станах в режиме реального времени.
Чтобы обеспечить возможность удаленного переноса централизованного пункта управления, компания Qingdao Special Steel выбрала систему видеомониторинга, интегрированную с проверенной технологией распознавания образов на базе ИИ от ABB. Это сочетание обеспечивает выдачу предупреждений о нештатных производственных статусах, блокирующихся с логикой цифрового управления. Одним из результатов цифрового визуального обзора является минимизация заплутывания и образования петлевых заторов (коблинга) вдоль линии стана, которые могут стать причиной внеплановых остановов. Другим результатом является повышенная безопасность операторов, которые теперь удалены от производственного цеха.
Многоуровневый анализ данных на предприятии Qingdao Special Steel обрабатывает сбор данных, а также производственный и ориентированный на продукцию анализ. В настоящее время этот анализ сосредоточен на ключевых показателях эффективности (KPI) оборудования и выдает рекомендации по оптимизации набора данных для повышения производительности, качества и энергоэффективности.
СОЗДАНИЕ ПРОСТРАНСТВА ДЛЯ СОВМЕСТНЫХ ИННОВАЦИЙ
«Жизненно важным первым шагом в нашей роли является понимание среды заказчика и его конкретных болевых точек в качестве прелюдии к совместным инновациям и совместной разработке», — говорит Дэн Бо.
Новое цифровое решение ABB может охватывать повседневные операции и настройки, различные входы отделов и процессов, а также анализ массированных исторических наборов данных, чтобы выделить аспекты, важные для клиента. Центральный цифровой продукт, цифровое оборудование и цифровая практика системы также могут использовать многолетний опыт работы с металлами в решении проблем, обслуживании оборудования и точной настройке процессов, который был накоплен и усвоен в ходе повседневной практики профильных экспертов.
Автоматизированные и цифровые решения ABB позволяют компании Qingdao Special Steel Co. Ltd. минимизировать коблинг вдоль линии стана и повысить безопасность операторов, которые теперь выведены из зоны производственного цеха.
«Особенностью системы, которая облегчает ее использование на конкретных производственных линиях и заводах, является то, что клиенты могут использовать интеллектуальный мозг платформы анализа больших данных для консолидации и накопления опыта экспертов компании, что значительно сокращает время, необходимое новым сотрудникам для поиска оптимальных параметров процесса и других связей», — говорит Дэн Бо.
Это «нематериальное богатство» опыта задействуется с помощью установленных форматов записи знаний существующих сотрудников. В условиях, когда многие давние сотрудники приближаются к выходу на пенсию, это позволяет компаниям добиться принципа «половина усилий — двойной результат», опираясь на богатое технологическое наследие, а не постоянно изобретая решения заново.
Таким образом, большая часть блеска, изобретательности и технологических разработок, которые были вложены, например, в производство сверхтонкой нержавеющей стали, может получить распространение и подсказать металлургической отрасли ее следующий крупный и прибыльный проект.
