Все начинается с этапа приемки лома. На Первоуральском новотрубном заводе (ПНТЗ), входящем в ТМК, организована система автоматизированной фото- и видеофиксации разгрузки лома с привязкой отснятого материала с камер к номеру доставившего груз транспортного средства и последующей обработкой данных алгоритмами с применением нейронных сетей глубокого обучения. Система служит дополнительным инструментом помощи сотрудникам, которые оценивают количество и качество поступившего лома. Кроме того, на площадках обработки и подготовки лома организован контроль объема сырья с помощью фотограмметрии (определения характеристик по фотоизображениям). Специализированные обследования - маркшейдерские работы - с расчетами, которые раньше могли занимать несколько дней, теперь осуществляются за несколько часов.
Следующий шаг - это процесс отбора лома для плавки. При составлении плана закупок и выборе необходимого сырья и компонентов, которые затем направляются в электросталеплавильную печь, осуществляющий отбор и загрузку лома шихтовщик и специалист склада должны принимать решения на основании множества факторов: наличие остатка лома на складе, объем переработанного лома, план производства, марочный состав плана производства. Раньше они опирались в этой работе на промежуточные расчеты в электронных таблицах. Однако такая практика имела целый ряд недостатков: в частности, приходилось постоянно обновлять данные, получаемые из различных источников, а также нередко сотрудник не мог принять эффективное решение из-за множества объективных и субъективных факторов. Созданный на основе искусственного интеллекта (ИИ) сервис для оптимизации подбора компонентов для плавки (шихтовки) позволил использовать сложные алгоритмы на основе предобработки исторических данных, чтобы получать оптимальные параметры шихтовки и формировать план закупки лома с временным плечом от одного до трех месяцев.
У сотрудников электросталеплавильных цехов (ЭСПЦ), работающих с агрегатом "ковш-печь" (АКП), также появился надежный "товарищ" - программа "Помощник сталевара". Основываясь на методах ИИ, программное обеспечение (ПО) контролирует химический состав и температуру стали, подсказывает требуемое количество необходимых ферроматериалов, рекомендует оптимальную температуру выдачи металла с возможностью оперативного доступа к ретроспективе. Первой площадкой, на которой было запущено такое ПО, стал ЭСПЦ "Железный Озон 32" Первоуральского новотрубного завода. Благодаря универсальной архитектуре решения оно внедрено и на других площадках компании - на Северском трубном заводе (СТЗ), Волжском трубном заводе (ВТЗ) и Таганрогском металлургическом заводе (ТАГМЕТ).
"Помощник сталевара" - это инструмент, который на основе исторических и текущих данных может предсказать итоговый результат при изменении параметров. Входящий в него оптимизатор на основе искусственного интеллекта помогает найти наилучшее решение и определить фактическую потребность в добавке ферроматериала для минимизации потерь и улучшения химического состава выплавляемой стали.
"В процессе производства стали лом плавится и металл сливается в сталеразливочный ковш, - поясняет начальник Центра цифровых технологий ТМК Александр Лунев. - Оттуда он поступает в агрегат "ковш-печь", где добавляются ферросплавы в зависимости от того, какой требуется получить химический состав стали. Основываясь на данных о текущем состоянии плавки, ее температуре, окисленности, текущем и требуемом химическом составе "помощник" рассчитывает необходимую и рекомендуемую добавку ферроматериалов. В процессе добавки система показывает изменение химического состава и корректировки по добавке, а также изменение температуры стали. Это позволяет сталевару делать меньше замеров температуры и экономить термопары".
Сами сталевары охотно пользуются разработанным приложением. Во многом это связано с тем, что они были активно вовлечены в его разработку.
"Модель машинного обучения строится на определении того, какие признаки в данном случае будут важны для работы решения, - отмечает директор департамента цифровой трансформации и больших данных ТМК Игорь Хлебников. - Для этого необходимо получить экспертное мнение самих сталеваров, которые обозначают эти признаки. При тестировании системы критически важны отзывы коллег для ее корректировки. Поэтому разработка шла в тесном взаимодействии с сотрудниками. Сейчас специалистам уже сложно представить свою работу без цифрового помощника, поскольку он значительно облегчил и ускорил процесс, сделал его более точным".
На завершающем этапе сталеплавильного производства - при выплавке на машинах непрерывной разливки стали - к работе подключается цифровой двойник. Модули на основе компьютерного зрения следят за показателями, влияющими на возможное образование дефектов, рекомендуя оптимальные режимы.
В ходе плавки обеспечиваются требуемые свойства и качество материала для последующего передела. Далее заготовка поступает в производство - из нее на высокопроизводительных агрегатах прокатывают трубы. Результативность работы этого оборудования зависит от множества факторов. Чтобы собрать и проанализировать их влияние на конечный результат - качество труб, точность размеров, удельный расход металла, - используют компьютерные технологии. Для этого создают новые технологические инструменты - цифровые двойники технологических линий и рекомендательные системы по управлению производственным процессом.
Чтобы повысить эффективность трубопрокатного производства, ТМК создала его цифровой двойник, обеспечив поточный контроль качества трубной продукции и запустив рекомендательные сервисы, которые гарантируют стабильно высокий результат и строгое следование технологиям. Проект был реализован на производственной площадке СТЗ, но микросервисная архитектура позволит масштабировать его на любую производственную площадку ТМК.
Решение базируется на собственной инфраструктуре, разработанной центром компетенций TMK R&D Digital, и включает такие сервисы, как система контроля качества и состояния оправок (инструмент для формирования отверстия в трубе. - прим. "РГ") непрерывного стана и система контроля геометрических параметров гильз ("черновая" труба, требующая дальнейшей обработки. - прим. "РГ") и состояния поверхности трубных плетей (соединенных между собой труб. - прим. "РГ") в поточном производстве. Также цифровой двойник включает систему диагностики и прогнозирования неисправностей технологического оборудования и систему сбора, хранения и визуализации производственных данных. Ее аналитическим ядром выступает комплекс физико-математических моделей для проигрывания различных сценариев работы оборудования линии трубопрокатного агрегата. В состав комплекса также входит система управления гибридными моделями производства, которая обеспечивает раннее выявление неисправностей благодаря рекомендациям по изменению технологических параметров трубопрокатного стана и тем самым повышает эффективность производства.
"В основу цифрового двойника заложена комплексная математическая модель процесса прокатки труб, базирующаяся на авторском подходе к применению энергетической теории обработки металлов давлением. Благодаря таким решениям производство выходит на новый технологический уровень. Цифровая аналитика позволяет оперативно рассчитывать параметры производственных процессов и в конечном счете снизить затраты на разработку и выпуск новых видов продукции, обеспечить ее стабильно высокое качество и сквозную прослеживаемость в процессе производства", - поясняет директор по научной работе ТМК, генеральный директор Исследовательского центра (ИЦ) ТМК Игорь Пышминцев.
Другим немаловажным плюсом от внедрения цифровых технологий является улучшение условий труда и повышение вовлеченности персонала - унифицируются и оптимизируются выполняемые задачи, повышается безопасность сотрудников, участвующих в непрерывном производстве труб. Поскольку новые программные и программно-аппаратные комплексы созданы благодаря интеграции внутренних компетенций подразделений компании, их ключевые компоненты полностью защищены.
"Цифровые процессы сегодня внедряются повсеместно, повышают эффективность бизнеса и создают новый уровень комфорта и безопасности для сотрудников, высвобождают их ресурсы для выполнения других задач. Решения "Индустрии 4.0" формируют новую производственную культуру, где искусственный интеллект становится надежным помощником человека и позволяет максимально использовать потенциал технологической базы. При этом продукты, разработанные и используемые в ТМК, без сомнения, обладают потенциалом масштабирования и коммерциализации на любое электросталеплавильное и трубопрокатное производство", - говорит заместитель генерального директора ТМК по информационным технологиям Дмитрий Якоб.