«Стандартизация производственного процесса, независимо от индивидуальных опытных величин, привела к стабильности и воспроизводимости процесса с уменьшением простоев и улучшением качества продукции».
Людвиг Хёбенрайх
ИТ сталелитейных заводов, Böhler Edelstahl
* В 1982 году заказ получила существовавшая в то время компания BFI-BT в Дюссельдорфе, которая в 1999 году была поглощена PSI.
Автор: Людвиг Хёбенрайх, Böhler Edelstahl и
Хайнц-Йозеф Понтен, PSI Metals
На протяжении 30 лет Böhler последовательно инвестирует в улучшение и расширение автоматизации сталелитейного завода. Благодаря исторически накопленному ноу-хау Böhler и таким стандартам как PSImetals, SIS в качестве высокопроизводительной системы управления производством успешно справляется со сложными задачами в производстве спецстали.
Помимо этого накопленный Böhler опыт стал основой для последующего внедрения систем управления сталелитейными заводами на базе PSImetals в концерне voestalpine. Основанные на правилах технологические инструкции стали в 2006 году базой для системы автоматизированного управления качеством на конверторном заводе в Линце (CAQC-SM), а также для так называемой управленческой информационной системы MIS в Villares Metals S.A. в Сумаре, Бразилия в 2009 году.
Модель предприятия – сердце SIS. В ней моделируются и стандартизируются все объекты планирования производства, производства и контроля качества. Управление изменениями контролирует и документирует изменения, особенно касательно критических НСИ, например, таких как марки стали, рабочие графики, данные материалов и технологические инструкции. Будучи открытой моделью базы данных, Böhler может в любое время сам адаптировать и расширить модель предприятия.
Благодаря использованию модели предприятия, можно было постепенно повышать степень автоматизации за счет интеграции дополнительных систем автоматизации посредством конфигурируемых стандартных сообщений. Концепция «плагин» позволяет просто «подключать» новые системы или установки через конфигурацию с незначительным объемом адаптаций и во многих случаях без программирования.
База производственных данных служит онлайновой информационной платформой и ведет все данные в течение примерно одного года. Одновременно с этим архивная база данных служит долгосрочным архивом с копией всех данных. Архив предоставляет возможность анализировать данные с целью дальнейшего улучшения процессов и научных разработок, а также для профилактического техобслуживания агрегатов и установок. Архивация базы производственных данных осуществляется последовательно и автоматически. Эта процедура обеспечивает непрерывно высокую производительность производственной системы и позволяет выполнять сложные и отнимающие много времени анализы даже при больших массивах данных.
Внедрение модели предприятия с возможностью хранения и архивации практически бесконечного объема данных облегчает обработку данных, а также обеспечивает лучшие методы анализа и оценки параметров воздействия в целях улучшения качества и усовершенствования продукции.
В системе также осуществляется управление производственными средствами, например, корзинами для скрапа, разливочными ковшами, кристаллизаторами и т.д., а также компонентами установок, крышками печей, разливочными ваннами, кислородными копьями и т.д. Типы и части установок можно свободно конфигурировать. Информация о статусе (например, «свободен», «занят», «встроен», «в ремонте» и пр.) предоставляют в любое время быстрый обзор производственных средств. Для контроля «состояния здоровья» установки отслеживаются события установки, зарегистрированные автоматически и вручную, и информация о статусе, например, текущий вид использования установки, эксплуатационные часы, монтаж/демонтаж частей оборудования. Собранные данные помогают принимать решения о необходимых ремонтах. История ремонта отражает все работы по ремонту и техобслуживанию, затраченное время и при необходимости другие индивидуальные для каждого заказчика данные.
Во время производства состояние плавки отслеживается во всех агрегатах в режиме онлайн. Все необходимые данные о производстве, качестве и затратах передаются автоматически системами автоматизации или вводятся вручную оператором. На основании этих фактических значений заново рассчитываются или актуализируются установочные значения, например, для задачи материалов на этапах производства. С помощью подсказок, например, «Взять пробу», оператор выполняет технологические операции. Пользовательские интерфейсы и логика управления на всех установках похожи, так что сотрудников можно без проблем задействовать на разных рабочих местах. Благодаря гибкой конфигурации, пользовательский интерфейс можно адаптировать к специальному рабочему месту или даже к зада чам оператора.
На основании клиентских заказов функция подготовки производства составляет график потребности плавок на неделю, который передается в SIS и ежедневно актуализируется. Планировщик сталелитейного завода составляет на основании этого плана подробную последовательность плавок для всех агрегатов в производстве стали, спецстали и порошковой металлургии. В зависимости от доступности установок, разливочных ковшей и кристаллизаторов, а также аналитических и технологических ограничений при обработке плавок на последующих агрегатах, последовательности плавок ежедневно корректируются в соответствии с текущей ситуации на производстве. Основанные на правилах алгоритмы помогают планировщику при оптимизации.
Оптимизация использования скрапа и легирующих материалов уже была в наборе функций системы первого поколения. Сегодня это самый важный инструмент для экономии затрат при производстве марок сталей высокой сложности. Улучшенные в системе третьего поколения алгоритмы учитывают больше параметров воздействия и различные цели в зависимости от наличия материала и последующих производственных маршрутов и предлагают оптимальную комбинацию этих параметров. Таким образом затраты можно снизить непосредственно при производстве плавок.
Böhler выпускает свыше 1,6 тыс. марок стали с индивидуальным химическим составом и механическими свойствами. В соответствии с требованиями к технологии производства марок стали детальные технологические инструкции определяют все необходимые для соблюдения при производстве определенной плавки предписания для всех агрегатов, на основании которых выполняется техническая проработка производственных заказов на плавки.
Моделирование и структурирование производственного процесса с помощью конфигурируемых технологических инструкций на основе правил позволяют заметно улучшить базу знаний, используемую для автоматического руководства операторами. Стандартизация производственного процесса, независимо от индивидуальных опытных величин, привела к стабильности и воспроизводимости процесса с уменьшением простоев и улучшением качества продукции.
На четырех пользовательских терминалах ASCII и компьютерной системе HP1000- F45 RTE, работающей в режиме онлайн, в 1982* году были установлены первые функции по управлению сложными процессами производства спецстали с целью экономии затрат и энергии: расчет шихтовки и легирования, управление электроэнергией для регулирования подачи энергии на каждую корзину со скрапом и плавку, а также получение результатов анализов из лаборатории в режиме онлайн.
Через 10 лет последовали первая модернизация и переход на технологию Ethernet, что позволило создать более интегрированную ИТ-архитектуру с прямым интерфейсом к SAP и системе планирования производства. На 32 рабочих местах на сталелитейном заводе операторы могли отслеживать информацию о производстве, например, текущий уровень запасов на скрап- дворе и в бункерах с легирующими материалами, материалопоток плавки от скрап-двора до разливки, а также просматривать в режиме онлайн автоматически измеренные значения. Помимо этого система впервые помогала операторам с помощью стандартизированных технологических инструкций выполнять отдельные операции в производстве нержавеющей стали.
Появление 2-го уровня автоматизации при вводе в эксплуатацию нового конвертера ГКР, а также повышение требований к качеству, снижению затрат и стандартизации процесса привели в 2003 году к совершенно новой концепции SIS. Благодаря долгому и успешному сотрудничеству Böhler и PSI система PSImetals стала и в этом случае основой системы SIS 3-го поколения. Сегодня она представляет собой хребет единой ИТ- архитектуры сталелитейного завода и интегрирует более 30 производственных установок с SAP, системой планирования производства, лабораторно- информационной системой и базовой автоматизацией. В настоящее время более чем на 60 рабочих местах в диспетчерских или офисах сталелитейного завода более 150 сотрудников круглосуточно работает с системой.
Производство сложных и высоколегированных марок стали требует высокой степени управления процессами, четкого руководства операторами и непосредственной реакции на изменения в протекании процессов. Основанная на PSImetals информационная система сталелитейного завода (SIS) помогает операторам на сталелитейном заводе управлять и координировать весь производственный процесс.
Böhler Edelstahl – лидер в производстве спецсталей и специальных материалов – одним из первых автоматизировал сталелитейное производство. Уже в 1982 году предприятие внедрило совместно с PSI автоматизированное прослеживание процессов на сталелитейном заводе и управление ими. С 2004 года Böhler Edelstahl успешно работает с третьим поколением PSImetals. Последовательная стандартизация и оптимизация процессов в производстве стали позволяют Böhler Edelstahl выпускать в настоящее время более 300 инновационных марок стали и устанавливать мировые металлургические стандарты.
Продукты и решения: автоматизация сталелитейного завода с помощью PSImetals