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浦项持续推进智能工厂业务
信息来源:世界金属导报2019-10-15A02      时间:2019-11-12 08:28:47

“灯塔工厂”简介

近期,世界经济论坛第13届新领军者年会公布第三批十家全球“灯塔工厂”名单,浦项钢铁公司成为首家入选全球“灯塔工厂”的韩国企业。

目前,全球共有26家“灯塔工厂”,他们代表了部分全球知名制造业企业,这些企业综合运用物联网、云计算、大数据和人工智能等第四次工业革命的先进技术,在经济和运营效应方面具有领先的实力。借助“灯塔工厂”这一交流平台,可以为企业提供“全球灯塔网络会员”资格,会员之间可以更好地分享知识和经验,共同提升智能工厂的业务水平。在近五年时间里,浦项大力发展智能工厂业务,以期不断提升钢铁主业的竞争力,不仅如此,还通过与中小企业和初创企业合作,实现共同发展。

“PosFrame”智能平台控制生产

浦项的智能工厂业务最早可以追溯到2015年,当时智能工业还未兴起,浦项在光阳厂的厚板分厂引进了大数据这类新技术,光阳厂也成为浦项智能工厂业务的试验场。在前期的实践和积累过程中,浦项自主创建了智能工厂平台“PosFrame”,将过去51年的操作数据和积累技能全部整合并储存在一起,同时充分运用物联网、大数据和人工智能等新技术,自主学习,从而得出最佳的工艺条件,实现对工序的精准控制。

作为全球首个连续制造工序的智能工厂平台,PosFrame可以收集并整理实时数据,其目标就是为了明确指出产品缺陷的原因,通过连续追溯整个工艺流程,从而精准确定质量波动可能出现的地方。简单的数字化只是将信息储存为信息,而PosFrame可以分析数据,并用于开发自动化模型,这些模型可以应用于各生产工序。借助PosFrame收集和标准化的数据,工程师不仅可以分析整个工艺流程的问题,还可以有效应对随机出现的紧急事件。通过自我学习这些数据,提出理想的工艺条件,并对钢铁厂操作进行控制,PosFrame可以将人为失误降至最低。

操作人员将简单的重复性工作委托给机器,而不是将他们的复杂技能和脑力用于改进钢铁生产操作,并将结果反馈到PosFrame中,以促进技术和人类之间的最终协同作用。由此可见,PosFrame已经超出了数字化的范畴,浦项借助这一工具加快了智能工厂业务的发展进程,所有员工都可以成为半个人工智能专家。为了进一步推广智能化工序,自2017年起,浦项一直面向全体员工开展智能技术培训,这有助于提升操作技能,从而构建数据驱动的工作环境。

“智能任务”工具处理小批量订单

在订单管理方面,小批量订单的处理变得更加智能化。浦项的订单管理小组处理整个钢铁生产的计划。他们的关键任务之一就是处理小批量订单,这些小批量订单的数量太小,以至于通常不能满足钢铁厂的最小生产规模要求。在智能化之前,通常需要手动分析和处理小批量订单,从检查小批量订单标准,直至确定是否以及如何批量处理这类订单。手动设置标准和修订通常耗费大半年的时间,最坏的情况是小批量订单有时还会被遗漏,很难实现真正生产。因此,这类订单只能重新设置,被并入到其他订单中,这一过程通常就需要六个小时以上,因而整个小批量订单的平均处理时间就长达12小时。

通过运用“智能任务”(Smart Task)工具,基于先前所有数据,人工智能自动组织小批量订单,由系统得出影响小批量订单的关键因素。人工智能也会自我学习,自主评价这些订单,处理准确度可达97%。为了最大限度降低生产成本,系统也会预测生产规模,将小批量订单完全与其他订单整合,准确度可达99.99%,平均处理时间仅为一小时。

在炼铁工序上,浦项的智能炼铁技术已经成为了韩国“国家核心技术”。早前,炉膛通风、燃烧性、铁水温度等多因素一直是人为控制,存在较大偏差。为此,浦项钢铁厂的炼铁部率先界定了影响高炉炉况的变量,随即对不同信息进行整合,这一过程被称作“数据标准化”,从而顺利启用智能任务工具。在智能任务系统中,有关操作人员经验的各项指标有助于实现原来手动过程的自动化。目前,通过物联网收集铁水温度数据,而且由高清摄像头定期检查原燃料。

高炉自动控制技术

在2017年,浦项就开始加快自动控制系统的建立。通过深度学习,人工智能对数据进行运算和处理,并由系统进行预测和控制潜在变量,基于运算结果,就可以判断炉况好坏与否,或者是否出现了问题。此前,操作人员每隔两小时就要在高炉下部进行手动测定,而现在通过安装在高炉下部的传感器就可以对铁水温度进行实时测定,预测一小时后炉内的热量水平,从而实现对铁水冶炼的自动控制。与此同时,在高炉风口安装的照相机可以拍摄数千张图像,同时对炉内状况进行评价,实现对铁矿石和焦炭装料的自动控制。借助炉体温度计对采集的温度图像进行分析,判定附着物的形状,由此实现装料模式的自动化控制。即便目前的炉况是理想的,智能系统还将不断优化,从而持续保持炉况的最佳状态。目前,浦项钢铁厂的2号高炉已经成为韩国首个高炉自动智能化技术的试验场,基于前期的努力,日均铁水可增产240吨,每年可生产8.76万吨铁水,相较以往的年均水平增加了5%。与此同时,每生产1吨铁水所需的单位燃料量也显著减少,燃料费用相较以往年均水平节省了1%。在今年7月,这项智能高炉技术获评韩国政府指定的“国家核心技术”,今后有望应用于规模更大的3号和4号高炉。

炼钢工序综合控制系统PTX

在炼钢工序上,浦项自主开发了综合控制系统PTX。炼钢工序的操作温度高达1650℃,很难进行实时测定,在一定时间内,成分的调节和温度的控制都会对钢材成品的质量和成本产生一定影响,传统工序的运行基本依靠数十年的经验,操作偏差和人为失误也在所难免。阶段性异常不仅会导致工序的终止,也会直接影响前后工序。在普通钢种生产过程中,可能会涉及125000个步骤,浦项对这些步骤进行数字化和标准化,2018年7月,浦项钢铁厂炼钢二分厂开发了一种综合控制系统PTX(Posco sTeel making eXpress),寓意是像韩国KTX高速列车一样迅速而准确地运行,该系统可以有效控制从转炉到连铸工序的时间、温度和成分。

通过运用PTX,由人工智能对铁水温度、成分、辅料等进行深度学习和优化设计,让连续处理成为现实,从转炉到连铸的整个流程没有暂停和延误,同时可以实时评估到达时间、温度和产品成分。在此之前,温度精度为80%,而该系统预测的温度精度为90%,可以实现物料的有效利用。经过一年的应用,原料用量可节省60%左右,操作时间可缩短两分钟,随着操作效率的提升,产品不合格率下降了20%,通过预测不同工序的目标温度并进行精准控制,取得了良好的实际成效,未来浦项还计划逐步将其推广至炼钢一分厂和三分厂。

连铸工序缺陷预测模型

在连铸工序,采用缺陷预测模型实现降本增效。虽说质量控制是至关重要的,但目前却很难实现全覆盖的检查。因此,典型的检查主要是对样品材料进行100%的表面检查。在特定样品上检测出任何异常时,同批次的所有其他材料也必须被重新追回,随后进行检查。目前,浦项厂2号和4号连铸车间每年对34万吨样品材料进行检查,仅有3万吨发现有缺陷。

考虑到缺陷材料的数量不大,浦项一直致力于缩减检查的时间,最大化利用公司的资源。通过应用人工智能,收集有关炼钢和连铸工序的海量数据,建立可以预测缺陷的模型,针对导致质量异常的原因建立相关标准。这套新系统于2018年3月正式启动,不仅可以筛检出缺陷材料,还可以减少不必要的检查,每年可降本60亿韩元。

厚板轧制工序自动控制平整度

在厚板轧制工序,采用人工智能技术自动控制平整度。厚板首先需要经过板坯加热工序,随后经过两次轧制工序。此后,根据客户的要求,厚板经过热机械控制工艺(TMCP)进行冷却。TMCP工艺在钢板表面喷射高压水,使其快冷至指定温度,从而提升厚板的强度和焊接性能。TMCP工艺喷水技术至关重要,如果没有精准操作,就会对厚板平整度造成不良影响。

一直以来,厚板的平整度主要进行两次手动测定,一次是TMCP处理后的热厚板的热平整度,另一次则是剪切过程中厚板冷却后的冷平整度,这种测定方式耗时费力。光阳厂厚板分厂开创了一种学习模型,可以对热平整度和冷却度的影响因素进行分析,最终确定最佳平整度条件。目前,工程师可以通过人工智能检测各工序的运行情况,对各关键参数值进行监控。TMCP工序后的矫正需求目前降至50%,每年可节省13亿韩元。

连续热镀锌工序智能表面处理技术

在连续热镀锌工序,智能表面处理技术实现了涂层重量的精准控制。连续热镀锌生产线(CGL)是将冷轧钢卷进行连续热处理,随后放入锌锅中,最终生产出镀锌板卷。浦项的千兆钢(Giga Steel)产品也是通过CGL工序制造的。板卷从锌锅中取出后,在金属锌完全凝固于板卷表面之前,由气刀控制涂覆量。板卷产品的目标涂层重量存在一定波动,而且只能在气刀处理后才能测定涂层重量,因此涂层重量控制依旧是一个技术难题。

为迎接挑战,浦项大胆采用人工智能技术,开发了一种涂层重量的控制模型,它可以根据钢种、板厚、宽度、操作条件和目标涂层重量等相关因素进行深度学习,在气刀后200米长度内进行涂层重量测定,从而实现精准管理。此前,涂层重量预测命中率为89%,而目前可达99%。这项智能表面处理技术已经应用于浦项下属的两大钢铁厂,也同样获评韩国“国家核心技术”。

智能监控系统(CCTV)

在智能化钢铁厂,员工安全和环境保护都是优先考虑的问题。通过整合前期运行轨迹,浦项自主开发的智能监控系统(CCTV)可以自动检测生产设备实时状况。一旦系统辨识出任何异常情况,就会向管理人员发出警报。从2018年开始,该套系统已经安装于光阳厂3号表面处理车间、炼钢二分厂、焦化一分厂,以及浦项厂厚板二分厂。

针对产品质量和安全信息,智能CCTV可以自动辨识和分析,大幅减少人工手动检查的时间。在炼钢厂,智能相机镜头可以测定并记录铁水的温度,通过镜头传输,并对镜头进行编号和分析,如果出现异常情况就会采取应对措施;在表面处理车间,智能相机可以捕捉板卷末端细微的颜色差异,从而实现对质量缺陷的快速响应。另外,多重成像设备,如热成像相机,可以主动检测和预防火灾隐患。在钢铁厂的任意角落,智能CCTV可以实时收集并确认潜在的危险因素。

截至目前,浦项的智能工厂项目依旧在不断进行和丰富完善之中。随着一系列创新型智能化技术的确立,浦项还将继续迎接未来的挑战,通过工序生产的智能化,可以有效提升生产效率、产品质量,同时确保作业安全,助推企业的可持续发展。 (翩跹)

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