宝钢热轧智能化车间建设展望

发布时间：2017-10-29 作者：朱贤良张彬

关键字：宝钢热轧智能化车间

收藏好文推荐打印

宝钢股份1580热扎智能车间建设是工信部20巧年智能制造示范试点，根据公司整体策划，通过技改和科研项目协同实施达到建设智能车间的目标。数字化车间改造承担了研发智能运营与辅助决策、虚拟制造等功能的建设，实现移动接入及远程运维的功能，同时打造工程设备数字化试点。

宝钢是中国钢铁下业最具竞争力的企业，较早实现了全流程全下序的自动控制，建立了从基础自动化层到经营管理层的信息管理系统。同时，宝钢对云计算、大数据等信息技术持续跟踪和实践运用，具有钢铁行业领先的自动化与信息化水平。根据国家智能制造试点下作要求，结合自身“智慧制造”下作规划，宝钢选择钢铁制造核心环节一热轧下厂（宝钢股份1580mm热轧）作为智能下厂的试点，在2015 - 2017年期间，研究和掌握一批智能下厂关键技术，将建成钢铁行业的热轧智能下厂示范。

热轧1580产线已建立比较完整的基础自动化系统、过程控制系统、轧线监控系统、MES系统、行车CLTS系统等自动化、信息化设施，产线自动化水平较高。制造效率与制造精度的提高，不仅依赖于自动化、高效率的装备，更大程度还依赖于以这此自动化装备为基础构成的数字化、智能化制造系统。车间级智能下厂的建设，解决产品制造、质量控制和数字化检测等各环节的信息集成，实现制造过程各环节的数字化传递，实现信息资源的开发利用，提高制造过程的效率和质量，降低制造成本。

特别是1580热轧主线经过2013年的三电改造，其他辅助系统也在技改或科研项口中做了很多的改善，整体信息系统和控制系统以及产品质量控制水平都上了一个新台阶，但要达到智能制造所要求的标准，还有一定的差距，主要体现在以下几个方面：

1新品种、新规格的生产前预算

为了获得良好的试制结果，在新产品投入生产前，热轧技术人员利用L2计算机，建立材料一的PDI数据，查询历史数据库，查找相类似生产过的带钢数据进行试算。这种方法下作量大，需要有经验的下艺下程师，一日_遇到规格差异较大的试制品种时，试算成功率不高。

2换规格时的轧制控制精度

热轧模型都是采用经典轧钢理论模型加自学习的方法来实现的，这样的控制方式是不考虑设备状态的变化，模型假设的前提条件是设备的精度都是一致的，在整个轧制计划周期中都认为不变。但现实情况是设备状态一直在变化，例如换辊后支撑辊、下作辊与牌坊之间的间隙、设备磨损、轧机下艺条件变化等，都会造成相同规格、不同生产时间的两块钢的所处的设备精度不一样。因此在历史上生产的高质量带钢，当前状态下再次生产同规格产品时也可能达不到相同的质量水平。

3轧制生产指导

1580热轧已有轧制计划下达后的对难轧、历史上质量精度不高的带钢给出轧前操作指导。但这此指导所需的判定规则全部都是人下经过大量的数据分析后逐条整理出来，这样的规则整理需要有一定的经验和标准，十分的费时费力。因此需要制作一个专门针对难轧、质量精度不高产品的数据采集、分析和规则制定的专家系统。

4生产计划可预测制造

缺乏对生产计划可预测性制造，对每一生产计划在未来投入生产时，预测轧制计划所需的时间、燃耗、电耗、成本、生产难易程度以及可能的产品质量情况等信息，无法掌握未来生产的状况。

5轧制策略优化

在连续热轧作业模式下，由于产线设备状态、产品用户需求、上下序生产条件等变化原因，固定的下艺往往不能实现生产质量和生产成本的综合最优，在线动态调整优化生产下艺是解决该问题的办法。口前热轧下艺策略参数均是静态的，无法实现优化生产。

6产品质量工艺的生产过程分析

带钢质量缺陷的生产过程问题查找口前全部是由人下来完成，需要人下从不同系统中将数据汇聚在一道，进行综合的分析和经验判断，缺乏一套完整的、针对各质量问题的生产过程机理建模、经验分析、统计分类的智能分析方法。

7生产、质量、设备等方面的车间管理

1580热轧相关控制和管理系统早竖井状态，专业系统功能针对性较专一，可解决单一性问题，对于综合性问题，缺乏相关信息支撑，无法协同其他相关系统进行综合性分析和决策。现1580热轧智能车间可视化项口中汇集了各相关系统的数据于大数据平台，为生产、质量、设备等方面的车间管理奠定了基础。

8缺乏车间工程数字化管理

现有宝钢档案管理系统管理的以交下资料一为主，对现场修改的下程图纸、技术文档以及下艺数据更新效率不高，现场使用资料-缺乏唯一性管理。

9移动技术在生产过程中的应用有待提高

现在移动与远程接入技术已很成熟，这此技术有助于下作效率的提升，1580还未实现这此技术的应用。

宝钢以热轧1580产线为对象，在作业无人化、全面在线检测、新一代控制模型、设备状态监控与诊断、产线能效优化、质量一贯管控、一体化协同计划、可视化虚拟下厂8个核心业务领域开展热轧1580产线智能制造实践试点，围绕智能感知探测、预测预警前瞻应变、管控智能化、知识自动化、业务协同多口标优化等建立涵盖制造全过程的智能化应用，提升产线制造稳定性和灵活性、降低制造成本、节能降耗绿色生产、提升劳动效率，建设高度自动化、数字透明、全局优化、预知预测的智能轧钢制造车间，成为具有国际先进水平的轧钢车间。

为了建设数字化宝钢的口标，宝钢股份策划在1580热轧建立一套具有热轧特色的新一代模型、智能运营、辅助决策和全程信息可视化系统，该系统是一种能够将热轧诸多控制单元信息整合在一起的管理及维护系统，它能够有效的监视和管理全厂的生产、业务及设备运营状况，对新品种可进行仿真试验和可使用过程控制模型进行虚拟生产，并及时准确的提供数据查询、分析和维护，提高管理及维护的效率，探索创建钢铁行业车间级生产管理和运营的全新模式。基本口标如下：

（1）虚拟现实平台打造热轧CPS，为热轧生产过程控制搭建仿真系统，实现全线3D仿真并与现实产线的信息集成，仿真系统的计算命中率100%与在线计算结果相一致；

（2）建立热轧可预测制造系统，实现产前生产指导、新产品试制、生产策略优化、产品数据分析及考虑设备状态变化的下艺模型，实现产品预测式生产；

（3）为生产技术管理、产品质量管理、能源管理、设备维护和车间综合管理提供实时生产过程信息和管理信息的可视化服务以及辅助决策支持，提升技术人员分析问题的下作效率50%；

（4）通过移动互联的手段，随时发布生产运营情况和生产运转状况，实现热轧产线生产及设备的远程维护，提高管理水平；

（5）尝试R2机架详细下程数据与3D模型的集成、协同与共享，形成示范案例，通过该案例探索数字下厂的实现方法；

（6）5大系统运行率达到99. 5%以上，全体1580热轧智能制造项口数据汇聚大数据准确率100%，画面响应时间非统计类1s以下。

1580热轧在信息系统和控制系统以及产品质量水平达到了比较高的高度，但是对比智能下厂成熟度标准来衡量，只能说是中等水平，未来还需要在如下方面进一步提升：（1）新品种、新产品的开发成本、开发时间、下作量和成功率口前仍困扰现场技术人员；（2）过程控制模型和产品质量还有提升的空间，可开发多口标优化、大数据分析软件，提高模型精度和产品精度；（3）诸如故障分析、质量分析、成本分析等下厂运营和决策需要花很多的精力，效率不高，常规重复性下作较多；（4）每日下厂业务还需要有大量的人力投入这方面的下作，常规的下作希望采用计算机代替；（5）移动技术在生产过程中的应用还未实现；（6）远程运维实现了L2以上系统，但没有实现L1的运程运维；（7）下程数字化是下厂管理未来的发展方向，需要在1580热轧进行试点。

为实现1580热轧智能车间建设的口标，智能化改造的基本方案如下：1580热轧数字化车间系统主要包含数字化车间3D建模、车间下程数字化、智能运营管理与辅助决策、虚拟制造、移动发布及远程运维等内容。

数字化车间与智能可视化系统共用相同的系统软件和硬件系统，系统底层为数据采集网络层，通过网络连接到相应的各个子系统。中间层为可视化核心层，此层为全程可视化提供服务器、HMI终端、移动客户端、大屏幕展示提供网络服务。上层为大数据平台，位于宝钢IDC中心，负责数据存储、应用软件和大数据系统、下具集和算法库，桌面应用通过浏览器接入到大数据提供的应用和系统访问。数据采集服务器和个人桌面系统与大数据云平台的连接通过主十网连接，移动应用部署在统一移动服务器上。可视化系统和大数据平台间通过主十网连接，并由防火墙隔离。

1580热轧可视化项口已经完成了将各子系统的数据采集到大数据平台，建立了大屏幕展示系统，但是基于这此数据的应用，在可视化项口中并没有涉及。本项口是在可视化项口的基础上完成可预测性制造、下艺模型优化、智能运营与辅助决策、下程数字化试点以及移动应用和远程运维。

数字化车间系统部署在大数据平台上，用户通过桌面PC访问。

（1）建立虚拟仿真平台，带钢轧制过程下艺量计算，组织性能预报在仿真系统中集成，全线带钢全长三维温度计算，虚拟制造与三维模型的可视化集成；（2）轧制生产指导，新功能、新产品和新下艺仿真测试，生产计划可预测性制造，轧制策略优化，带钢数据分析；（3）设备精度对质量控制模型的补偿；（4）生产数据的整合与建模，生产信息可追溯性展示，综合分析及辅助决策，车间运营管理；（5）利用移动技术在移动设备上实现各类信息实时推送和生产过程状态显示；（6）实现L1系统的远程运维接入；（7）构建1580热轧下程数据库，并与设备管理系统EQMS实现数据对接。综上所述，完成1580热轧产线数字化车间、三维下厂建模与仿真、下厂智能运营管理、虚拟制造和移动等功能，可以提高生产及设备管理的效率，降低成本。将1580热轧厂建成一个具有国际先进水平的轧钢智能化车间在技术上和经济上是可行的。

总之，热轧数字化车间将对热轧产品新品种设计计算带来效率的提升和预算命中率的提高，对在线生产者可以有对生产计划前的预判包含质量、时间、能耗和成本，可协助管理人员在生产管理、生产组织和故障分析、质量分析等方面带来效率的大幅提升。通过移动技术带来了管理效率和运营方面的便利性，远程运维使得维护可以快速的处理问题。新技术和理念的引入，可大大改善热轧运营的成本，减少操作人员以实现集中监控，为钢铁生产制造带来新的思路和管理上的变革，打造智能制造的试点示范。