Четвертая промышленная революция, наступившая в прошлом десятилетии, заставляет изменяться производства. Все больше промышленных компаний смотрят в сторону цифровизации — логичного этапа развития под влиянием «Индустрии 4.0». Среди крупных предприятий Челябинской области флагманом цифровизации является Магнитогорский металлургический комбинат. Сделать шаг в новую реальность ПАО «ММК» помогает Южно-Уральский государственный университет.
Оцифрованное производство
Южно-Уральский государственный университет разрабатывает систему интеллектуального анализа для листопрокатного цеха №11.
Такая система называется Цифровым двойником. Он представляет собой программный аналог физического оборудования и процессов. Цифровой двойник должен оценивать состояние оборудования листопрокатного цеха и его ресурсов, вовремя подавать сигнал о необходимости проверки механизмов и информировать, если агрегат вышел из строя.
ЮУрГУ продемонстрировал компетенции, необходимые для реализации проекта «Разработка системы интеллектуального анализа и прогнозирования трендов развития повреждения оборудования линии проката ЛПЦ-11 на базе информации датчиков диагностики состояния технологического оборудования и параметров технологического процесса».
Поскольку цифровая индустрия – одно из трех главных направлений развития университета, специалисты вуза знакомы с особенностями «Индустрии 4.0» и требованиями к современным производствам. Они провели первичную диагностику состояния оборудования ЛПЦ-11 и выдали свои рекомендации по улучшению процессов, которые сделали использование Цифрового двойника эффективнее.
«ПАО „ММК“ принял рекомендации ЮУрГУ и уже внедрил некоторые из них. Например, наши предложения используются для подготовки технического задания для поставщиков материалов. Специалисты вуза, изучая разрушенные изделия с помощью электрохимического анализа, выявили, что они изготовлены из материала, не соответствующего требованиям, и назвали условия, необходимые для снижения процента брака», — рассказал технический руководитель проекта, директор Научно-исследовательского института опытного машиностроения ЮУрГУ Рамиль Закиров.
.JPG)
На фото: листопрокатный цех №11
Основную работу во время этого этапа провели д.т.н., профессор кафедры «Техническая механика» Аэрокосмического факультета Политехнического института Александр Чернявский и сотрудник кафедры «Процессы и машины обработки металлов давлением» факультета Материаловедения и металлургических технологий Политехнического института Александр Сарафанов. Внедрением и организацией работ на ММК специалистами ЮУрГУ занимается главный инженер проекта Андрей Дололов.
«Светофор» из сигналов датчиков
Для работы был выбран именно листопрокатный цех №11, поскольку он является одним из ведущих отделений ПАО «ММК». С 2011 года там изготавливают оцинкованный лист холодной прокатки, производство идет с использованием современного оборудования известной компании SMS group (Германия) – партнера ЮУрГУ. Именно эти агрегаты легли в основу Цифрового двойника.
Данные о работе оборудования передают специальные датчики. Например, они отслеживают давление и вибрацию. Лазерный датчик следит за износом поверхности транспортного ролика, входящего в натяжную станцию 8. Таких роликов по всей линии прокатки 39. Данные обрабатывает искусственная нейронная сеть, за создание которой отвечает к.ф.-м.н., старший научный сотрудник кафедры «Системное программирование» ВШ ЭКН Валентин Голодов.
Выбор датчиков, тестирование и дальнейшую их установку на агрегатах осуществляли к.т.н., заместитель декана по науке Аэрокосмического факультета Политехнического института Алексей Ерпалов и представитель компании «СИГМА», внешнего партнёра ЮУрГУ, Виталий Васильев. Состояние оборудования, на котором нет датчиков, прогнозирует математическая модель, этой темой также занимается Алексей Ерпалов.
На фото: структурная схема оборудования
Вся информация поступает на пульт оператора цеха. Специалист видит на экране «светофор», сигнализирующий о состоянии агрегатов линии проката ЛПЦ-11. Зеленым светом обозначается работающее оборудование, желтым – нуждающееся в проверке, а красным – машины, работу которых нужно остановить. При своевременной реакции на сигналы простоя в работе не будет, поскольку оборудование будет вовремя проверяться специалистами.
Цифровой двойник – спасение производства
«Я сам много лет работал на производстве, поэтому могу авторитетно заявить, что цифровизация всех этапов производства, начиная с получением сырья и материалов и заканчивая оценкой качества выпускаемой продукции, жизненно необходима. Предприятие, используя такую систему, получает сокращение простоя оборудования и сокращение брака изделий, за счет чего обеспечивается экономия финансовых ресурсов. Несмотря на то, что работающие над проектом сотрудники ЮУрГУ прежде всего ученые, все ориентированы на конечный практический результат, приносящий пользу», — добавил Рамиль Закиров.
Запуск Цифрового двойника оборудования листопрокатного цеха №11 запланирован на 2021 год. Сотрудники Южно-Уральского государственного университета будут сопровождать проект, регулярно анализировать данные, полученные с датчиков, и вносить необходимые коррективы. Магнитогорский металлургический комбинат держит курс на цифровизацию производства, и команда ЮУрГУ надеется на дальнейшее сотрудничество с крупнейшим металлургическим предприятием.
ЮУрГУ – участник Проекта «5-100», призванного повысить конкурентоспособность российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров.
Исследования в области новых технологий в числе приоритетов Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ) «Передовые производственные технологии и материалы», который в настоящее время создается объединенными усилиями УрФУ, ЮУрГУ, других региональных высших учебных заведений, Уральского отделения РАН и промышленных корпораций Челябинской, Свердловской и Курганской областей.