Применение цифры в металлургии

Металлургия, исторически считавшаяся достаточно консервативной отраслью, в условиях новой реальности уже провела масштабную модернизацию производства, что позволило крупнейшим отечественным металлургическим компаниям быстро осознать неизбежность и преимущества цифровизации. Вектор их развития сегодня соответствует общемировым трендам цифровой трансформации производства, ускоряющейся интеграции цифровой и физической сфер, возрастающей связи между работником и интеллектуальными системами.

Для повышения эффективности предприятий, ведущие компании внедряют множество решений. Наиболее широко и успешно применяются такие технологии как: машинное обучение (ML), роботизация процессов (RPA), анализ больших данных (Big Data). Отдельные компании также в своей деятельности используют технологии виртуальной и дополненной реальности (VR/AR), аддитивные технологии (3D-печать), цифровых двойников и дроны.

В различных системах автоматизации часть этих данных уже традиционно используется, но новой тенденцией является то, что значительно больший массив данных в необработанном виде направляется на хранение в «озеро данных» («Data Lake»). Фактически это высокопроизводительные центры обработки данных (ЦОД), которые могут по специальным запросам предоставлять их с целью применения в различных математических моделях на основе машинного обучения (Machine Learning). В последнее время крупные отечественные металлургические холдинги НЛМК и Северсталь уже ввели в строй ЦОД класса Data Lake.

Большую роль в содействии цифровой трансформации металлургического производства играют компании, занимающиеся корпоративным прикладным программным обеспечением. Они предоставляют металлургическим предприятиям цифровые инновации, соответствующие новым бизнес-моделям. Именно это содействует реализации модели, ориентированной на клиента, что позволяет не только повышать эффективность функционирования производства, но и создавать так называемую «близость к заказчику», увеличивать безопасность труда работников, внедрять эффективные стратегии для решения важнейшей задачи – производства «экологически чистых металлов» (Green Metals).

С конца 2019 года системно ведется цифровая трансформация в Трубной Металлургической Компании (ТМК), она затрагивает все сферы деятельности. В компании модернизируют системы оперативного управления производством на уровне планирования и исполнения на базе SAP43 и PSI.

В таких системах учитывается работа персонала, финансовая сторона предприятия, сервисные службы и т.д. Самые известные программы подобной системы – это 1С:ERP. Поддержка SAP-системы включает в себя не только функционирование самой программы, но всего предприятия, в соответствии со стандартами, установленными в программе.

PSI – автоматизированная система управления учетом товара необходима как небольшим розничным магазинам, так и крупным предприятиям, и складским комплексам. Она обеспечивает эффективное управление процессами продажи и закупки товаров, способствует оптимизации использования складских площадей, снижает трудозатраты персонала, минимизирует ошибки, обусловленные человеческим фактором.

Важнейшим вектором масштабной цифровизации ТМК является внедрение цифровых технологий в систему оперативного менеджмента. Целью программы «Цифровое производство ТМК», в рамках которой проводится трансформация, является повышение эффективности и качества системы оперативного управления производством и производственных процессов, в том числе путем совершенствования планирования для повышения производительности труда, ритмичности производства и экономии ресурсов, и, как следствие, достижение стратегических целей Компании ТМК.

Трубная Металлургическая Компания 1 марта 2022 года сообщила о создании бренда ТМК++, объединившего направления разработки и поддержки ИТ-решений в периметре компании. Под брендом ТМК++ будет проводиться реинжиниринг информационных систем, разработка многоуровневых систем интеграций, автоматизация бизнес-процессов, а также оказываться техническая поддержка и консалтинговые услуги.

В экосистему ТМК++ вошли направления «Инфраструктура», «Разработка», «Цифра», «Кибербезопасность», «Архитектура» и «Клиентский сервис». Подразделения компании под брендом ТМК++ продолжат реализовывать масштабные прикладные проекты, начиная с глобальной архитектуры ИТ-решений, внедрения и развития ERP-систем, MES-систем и других информационных систем класса CRM, интегрированного планирования сбыта и производства, систем электронного документооборота, вспомогательных производственных систем и заканчивая технической архитектурой и инфраструктурой.

По задумке ТМК, объединение ИТ-функции под брендом ТМК++ повысит эффективность работы компании, будет содействовать укреплению доверия потребителей и формированию позитивного имиджа ТМК среди сотрудников и потенциальных соискателей. Также единый ИТ-бренд будет способствовать синергии ИТ-команд предприятий в составе ТМК.

Также ТМК является одним из лидеров металлургической промышленности по внедрению технологии цифрового двойника. С помощью этой технологии были разработаны новые резьбовые соединения, разработка и испытания которых сначала проходила виртуально. Также в виртуальной среде совершенствуются и технологии производства продукции. Такой подход позволяет проверять и дорабатывать новые технологии производства, не занимая ресурс предприятия, что ускоряет и удешевляет процесс внедрения технологий.

ТМК одной из первых среди российских металлургов запустила электронный магазин по продаже продукции, а следом и по закупкам. На сегодня электронная торговля металлопродукцией – это уже стандарт на отечественном рынке. Все крупные компании, такие как ММК (ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат»), НЛМК (ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат»), «Северсталь», «Мечел», ЕВРАЗ и другие, внедрили и развивают свои электронные магазины, а также наращивают цифровые активы по всем направлениям деятельности.

Нейронную сеть EVE с 2019 года применяют на агрегате поперечной резки № 4 в цехе отделки металла № 2 при производстве плоского проката на ПАО «Северсталь» Череповецкий металлургический комбинат (ЧерМК). EVE умеет находить четыре типа отклонений – плена, трещина, механический дефект и раковина – на цифровых снимках поверхности металла.

Программа стала первой собственной разработкой компании по детектированию дефектов поверхности металла и заменила собой исходный алгоритм классификации дефектов решения Parsytec. Сеть получает изображения с камер Parsytec, а затем на специальном сервере с высокопроизводительными графическими процессорами обнаруживает и классифицирует дефекты, определяет их параметры.

Информация о найденных дефектах выводится на экран оператора. EVE находит в три раза больше реальных дефектов, в сравнении со своим зарубежным аналогом, а также в 13 раз меньше ложных дефектов. Также сеть отсортировывает многие мелкие некритичные и ложные дефекты, снижая нагрузку на персонал и повышая производительность цеха.

Компьютерное зрение отслеживает также действия сотрудников, с тем чтобы они не пропускали выполнение обязательных операций контроля. Информационные потоки объединены в цифровую «Диспетчерскую по качеству», которая благодаря онлайн-мониторам на основе витрин данных позволяет экспертам-технологам оперативно реагировать на изменения в производственном процессе и предотвращать выпуск несоответствующей продукции.

Также сотрудники «Северсталь Диджитал» обновили интерфейс пользователя, сделав его более удобным и добавив новые функции, например, концепцию «лайк-дизлайк», которая позволяет оператору указывать модели на ошибки и на правильные решения в нестандартных ситуациях. Данный подход позволяет адаптироваться к меняющимся условиям: модель периодически дообучается на исправлениях оператора и адаптируется под технологический процесс.

Также на ЧерМК «Северсталь» внедрила собственные решения на основе искусственного интеллекта. Интеллектуальный агент «Рубан» подключен к непрерывно-травильному агрегату № 3. Вместе с цифровой моделью «Аделина», которая была установлена здесь ранее, они управляют его скоростью для достижения оптимального результата. Еще один из проектов «Северстали» – онлайн-платформа по металлообработке, где клиенты могут разместить заказ как на полный цикл производства, так и на конкретный вид работ.

Еще один пример цифрового сервиса, внедренного в Группе НЛМК – система QR-кодирования готовой продукции и сертификатов качества. QR-код переводит клиента на web-страницу, где указаны марка стали, масса, размер, номер партии и другие характеристики конкретной единицы товара. Цифровое решение позволит компании сократить время оформления документов и отгрузки продукции, клиентам – уйти от бумажного документооборота.

Ряд цифровых новинок реализован в вертикально-интегрированной металлургической и горнодобывающей компанией с активами в России, США, Канаде, Чехии и Казахстане – ЕВРАЗе. В рельсобалочном цехе ЕВРАЗ ЗСМК запущена система мониторинга и диагностики прокатного стана. Она контролирует работоспособность основных агрегатов, регуляторов и датчиков черновых и чистовой групп клетей стана и предупреждает возможные отклонения от заданных режимов работы. Это помогает металлургам своевременно проводить необходимые ремонты, избегать простоев и, как следствие, потерь производства.

На ЕВРАЗ НТМК (Нижнетагильский металлургический комбинат) введен в работу современный умный склад металлопроката. Инновационная система информационного сопровождения движения металла позволит отгружать строительную балку нужного сортамента и в нужном объеме в течение нескольких дней. Специальные мобильные терминалы фиксируют сортамент двутавров, их количество и точное местонахождение на складе.

На предприятии Магнитогорского металлургического комбината установлена система по сбору данных на всех этапах производства, которые сохраняются в озере данных для дальнейшего анализа. Благодаря собранным данным был реализован проект «Снайпер» с использованием ML-модели для рекомендации операторам дозирования ферросплавов для выплавки различных марок стали. Реализация проекта позволила экономить на затрачиваемые материалы от 2,7 до 4,0 %. Кроме того, наличие данных о количестве и качестве сырья в прошлом с помощью искусственной нейронной сети позволяют оптимизировать закупки сырья, в 2018 году это позволило комбинату сэкономить около 500 млн рублей.

Еще одной технологией, достойной упоминания, но пока не использующейся масштабно является виртуальная и дополненная реальность. Ее, например, использует компания «РУСАЛ» для обучения персонала работы на одном из агрегатов. Благодаря VR-технологии можно обучать персонал без риска порчи оборудования или причинения вреда человеку.

Несмотря на значительные успехи, которых достигли металлургические предприятия с началом цифровой трансформации, все еще существуют сложности с внедрением новых технологий разрыв между стратегией и ее практической реализацией в этой сфере достигает 30 %.