“数”造钢铁巨人

作者:Siemens 文章来源:MM《现代制造》 点击数:397 发布时间:2019-11-19
随着经济下行风险加剧,劳动力成本上升,钢铁工业在“料峭寒冬”中前行。而经济的可持续高质量发展对于产品质量和性能的要求不断提高,特别是“城市工厂”的命题如何破解给钢铁企业带来了全新挑战。
“数”造钢铁巨人

作为行业领军者的宝钢同样面临着劳动力成本劣势和部分设备低能效的“痛点”。而随着宝钢与武钢的强强联合,规模扩大的同时,制造管理效率亟待加强。宝钢希望继续保持全球竞争力,途经便是实现制造的数字化转型,而首选的合作伙伴便是西门子

但宝钢的数字化征途与大多数企业不同。一方面,宝钢早已具备很高的自动化和信息化水平。早在30年前,宝钢就已开始使用企业资源计划系统(ERP)和制造执行系统(MES)。上世纪九十年代,宝钢的工人已有很高的专业素养,且90%以上已经在宽敞明亮的计算机中控室里工作。但其工序和工序之间、上下游之间、运维、物流、许多单体设备以及细分环节还有很大的空间,可以进一步提升劳动生产率和能效。

西门子技术支持的轧辊补油机器人
西门子技术支持的轧辊补油机器人

另一方面,当许多企业还未厘清“工业4.0”的概念时,宝钢已在有策略、有步骤地持续投入,并形成了专门的组织架构和团队,以战略的眼光去尝试和探索。正如现任宝武集团董事长陈德荣强调的,未来的项目需要以智能制造的标准建设。

“这对西门子是一大挑战,但也是难得的机遇。只有与强大的伙伴同行,我们才能实现飞跃。西门子想要的不只是订单,还有经验和价值创造。”西门子中国过程工业与驱动集团宝武西门子联合探索工业4.0项目负责人陈江宁表示,“我们和宝钢深度合作,抓住薄弱环节,从蓝图规划到可行性研究,定义了12个研究模块,结合人工智能、大数据和增强现实等最新技术,由点及面地探索钢铁行业实现数字化企业的路径和方向。”

数据:粹炼钢铁业核心价值

根据宝武和西门子的共同规划,双方短期目标是在2016年以“1580热轧智能车间”为基础实施先导项目落地,中期目标是在2-3年内建立并完善钢铁行业“智能制造(工业4.0)”框架,协助宝武开展方案策划和实践。而长期目标则是建立产业生态圈,与其他行业一起探索“智能制造”的商业化模式。据陈江宁介绍,前两个目标已经基本达成,很多子项目已经或正在系统化地落地实施。

作为第一个“试验田”的热轧1580产线投产于上世纪九十年代,年产热轧卷400 万t。产线的自动化和信息化基础较好,但与世界一流水平相比,在产品质量和关键消耗指标等方面仍有一定差距。

为此,西门子团队利用工厂工程设计和管理软件COMOS,为产线的关键机架设备建立了数字化模型,通过“数字化双胞胎”帮助仪表、机械和电气等不同专业的人员协同工作,实现精细化运维。而西门子控制器无线射频识别技术(RFID)让智能机器人有了“智慧的大脑”,自动完成为轧辊补充润滑油的任务,不仅提高了补油作业的精准度和效率,杜绝人工操作的安全隐患,也降低了劳动力成本。而西门子全集成自动化系统(TIA)的应用则帮助主轧电机的冷却风机提升能效,投资当期收回。

随着版图的扩大,宝武的生产基地遍及上海、武汉、湛江、南京、乌鲁木齐和韶关等地,如何实现多基地的高效运维成为了新的课题。西门子以COMOS和Walkinside等软硬件支持宝钢打造虚拟远程运维平台,实现远程智能监控和诊断,以及故障预警和设备寿命预测,为工厂全生命周期的运维提供支持。

目前,该平台在1580热轧车间试点情况良好,报警准确率超过80%,趋势性故障漏报为零。双方也正积极探索西门子基于云的开放式物联网操作系统MindSphere与之对接。

大块头有大智慧

而在宝钢位于南京的梅山基地,数字化技术正让一台台笨重的大型起重机变得“身姿轻盈”。在梅钢第一炼钢厂,工作人员在20m高空中的驾驶室轻轻按下“确认键”,看似笨拙的250t起重机就像长了“火眼金睛”一般,自动避开障碍物,灵巧地把一炉1600多摄氏度的滚烫钢水高高吊起,到达目标位置,再来个90度“前空翻”,一滴不漏地把钢水浇筑到模具当中。

在过去,“吊钢水”全靠经验丰富的资深操作员,他们往往高度紧张、手忙脚乱,稍有半点差池便可能造成难以挽回的损失。也正因其高难度和高风险性,“钢包吊”长期被视为起重机智能化领域难以触碰的“禁区”。

中国首台智能化液态熔融金属吊运行车运行良好
中国首台智能化液态熔融金属吊运行车运行良好

西门子携手梅钢和太原重工集团,敢为人先,率先打破“禁区”,打造出中国首台智能化液态熔融金属吊运行车,填补了行业内一项长期的空白。自2018年3月27日成功投运以来,这个“聪明”的大家伙始终保持平稳运行。

这台智能起重机是基于西门子Simocrane工艺平台打造,集成了防摇控制系统等智能软件和PLC变频器、无线通讯设备等自动化硬件。它能够通过智能算法,实现最优路径,将钢水包精确运达指定位置,全程无需人工干预,一键巡航。这不仅大大降低了操作人员的劳动强度,也提高了作业安全性、稳定性和生产效率

此外,西门子解决方案还提供众多附加价值。例如CeNit直线运行控制器具备自动纠偏功能,减少对起重机铁轮和钢轨的磨损,降低维护成本。而主动型电源模块(ALM)则大幅度地实现了能量回馈。起重机管理系统(CMS)和远程起重机管理系统(RCMS)将设备产生的大数据转化为智能数据。一旦设备发生故障,即使是毫无经验的维护人员在系统指导下也能迅速定位故障位置,在最短时间内解决问题。

扬帆起航

宝钢和西门子双方共同的长远构想是要建立一个全透明的数字化钢厂,逐步在数字化空间里建设一个与现实并行一致的虚拟工厂,实现快速响应并满足个性化需求,且交付高品质产品的制造模式,运维模式则实现从事后处理到事先预防的转变。

这一美好愿景可在建设中的宝武集团新型炭材料工厂初见端倪。这座崭新的数字化工厂将形成锂电池负极材料、电炉炼钢超高功率电极、碳纤维制品三大产业链,尤其电炉炼钢是钢铁工业的未来发展方向。

在这里,用于工程文档管理的西门子COMOS系统和保障安全稳定生产的Simatic PCS 7系统高度集成,实现从“数字化设计”到“数字化交付”,让设计数据直接应用于DCS工程阶段,大大缩短系统组态和文档检索时间。西门子基于“纵深防御”理念的态势感知工控安全解决方案能帮助工厂保护信息安全和网络防护,支持多基地协同运维。不仅如此,人工智能、边缘计算、增强现实和工业云等前瞻性科技都有计划在这里落地开花。

通过这些已经实施和正在探索的新技术, 西门子预计将帮助工厂降低不合格品率28%,提升运营效率30%,延长设备有效作业时间35%。不仅如此,双方还在智能制造标准的研究和数字化人才培养方面取得了丰硕的成果。在过去两年间,双方不仅组织了100多场培训和技术交流,西门子还与宝武人才院携手探索智能制造人才的系统化培养,并与宝钢技术一起为智能制造国家标准的制定作出贡献。