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发布日期:2020-12-28 11:21:06

【世界金属导报】沙钢:从制造迈向“智”造

以智能制造为代表的新一轮产业变革浪潮汹涌而至,叠加全球新冠肺炎疫情影响,新一代信息技术与制造技术的深度融合进程正在加速,智能制造已经成为钢铁行业转型升级和高质量发展的新引擎。近年来,沙钢紧抓信息技术革命机遇,将先进的钢铁制造技术与以互联网、大数据、人工智能为代表的新一代信息技术深度融合,坚持“总体规划,分步实施,以点带面,效益驱动”原则,由点及面,全面推进“智慧沙钢”建设,真正实现了发展“智”造、利用“智”造、享赢“智”造。

借助智能化从容打赢防疫攻坚战

2020年初,新冠肺炎疫情突然来袭,国内经济和生产活动受到极大影响,众多行业陷入停滞。钢铁企业在战“疫”攻坚期普遍面临“原料进不来”“产品出不去”“人员不到位”三大突出难题。然而,面对疫情,沙钢从容应对,借助智能化圆满实现抗疫和生产“双线应对”,切实做到两手抓、两手硬!

针对战“疫”中遇到的问题,实现钢铁行业生产无人化、少人化是必由之路。早在2011年,沙钢就启动了“机器换人”计划,加快智能化换人、机器人代人步伐,先后投用了一批智能装置和工业机器人。2011年沙钢转炉炼钢一车间2号连铸机成功上线了沙钢第一台机械手自动加渣系统,至2014年,沙钢七台板坯连铸机12流全部实施了机器人自动加渣系统。此系统根据浇注钢种及铸坯断面规格定时定量地沿设定好的运动轨迹向结晶器中加入保护渣,有效解决了人工加渣不定量、不均匀造成结晶器润滑性能差,引起铸坯表面结瘤的问题,并且将职工从枯燥、重复的劳动中解放出来,优化了操作人员配置,实现了优质高效。2012年,沙钢实施机械手自动喷号机器人项目技改工程,该机器人最先是在热卷板表面使用自动喷号,机械手喷出的卷号工整、清晰。后来,这种喷号系统经过重新设计创新又被成功运用到宽厚板成品表面喷印。2013年沙钢开始深入实施信息化工程,其中线材MES系统要求对线材坯料生产过程的信息自动跟踪,以往人工手写出的编号及打号机打出来的编号都不能被识别系统有效自动识别。经沙钢集团公司相关领导审定,方坯表面也采用机械手自动喷号系统。2013年沙钢在转炉炼钢三车间成功实施了第一套方坯机械手喷号项目,之后又在电炉厂陆续实施了方坯机械手喷号项目,并陆续推广。2015年7月,国内首套炉前快速在线自动测温取样机器人在沙钢电炉炼钢厂成功投入使用。该机器人系统主要由一台意大利COMUA六轴自由度冶金版工业机器人及防护隔热栏体构成,通过编程、示教,机器人自动装载测温取样探头按照设定好的运动轨迹,自动完成对电炉钢水的检测取样工作。整个过程仅需25秒,快速准确,而且能将钢水温度及元素成分曲线数据直接在电脑画面上显示出来。

智能制造,装备先行。目前,在冷轧厂硅钢车间,除了操作间内的零星工作人员,几乎已经看不到一线工人,所有机组均实现入口上卷、出口打捆自动化,实现了“一键下单式组织生产”,为车间优化岗位配置、降本提质增效、提高劳动生产率和保障安全生产创造了条件。

正因为如此,在一季度其他企业深陷停滞,为生产运营愁眉不展之际,沙钢却取得了亮眼佳绩。一季度,沙钢集团完成炼铁643万吨,炼钢809万吨,轧材799万吨,同比分别上升5.5%、0.3%和2.2%,顺利实现首季生产开门红。不仅如此,沙钢新品开发的步伐也没有停止,在一季度成功开发大单重风塔钢、3.5Ni低温容器、大线能量钢、止裂钢等新品14项,首款0.35毫米薄规格SG35W440无取向硅钢、首批8.6×1550×40000毫米超薄极限规格管线钢、“免酸洗”高碳钢系列盘条、利用薄带铸轧技术自主开发生产的0.9毫米加硼钢等均已实现批量生产,超薄极限规格管线钢也应用于“一带一路”重点项目尼日尔—贝宁原油外输管道项目等。

危中寻机,沙钢抢抓智能化发展新机遇。目前,沙钢机械化、自动化的程度已经达到80%、90%,信息化已经全面实施,智能化正在有计划逐步推进,到2020年结束,沙钢将实现机器人上岗500个岗位。面对今年新冠肺炎疫情影响,沙钢借助智能化,沉着应对,稳产增效有实招,新品研发不停步,在危机中育新机,于变局中开新局,做到了疫情防控和生产经营两不误。

在全方位推进智能化道路上一个都不能少

沙钢的智能化发展,起于“点”,成于“面”。目前,沙钢的智能化不仅遍及生产过程的烧结、焦化、炼铁、炼钢、轧钢等各工序,而且惠及产品研发、生产管控、智慧物流等方方面面,真正做到了互联互通,一个都不能少。

钢铁生产过程具有波动性,想把成千上万的设备和介质最高效地管控和利用好,需要集中管控和智能管理。2018年沙钢能源动力管控中心建成投运,在近500平方米的能源管控中心大厅,21米长、1.3米高的电子显示屏上动态显示着动力总厂各车间510处的监控画面,45台电脑页面实时显示能源系统的运行数据和各种运行操作画面。沙钢通过远程集中控制,实现了全公司能源的统一管理和平衡调度,在保证全公司生产及动力工艺系统稳定性的同时,进一步提高了整体能源的利用率和经济性。目前,沙钢实现了煤气零排放,并且发电效率由原来的每4.2立方米煤气发电1千瓦时发展到现在3.2立方米煤气发电1千瓦时,还通过移峰填谷等手段大幅度降低用电支出。2019年,沙钢能源管理系统产生效益3.7亿元。

在2018年建设投运能源动力管控中心的经验基础之上,2019年沙钢又规划建设了焦化管控中心、铁前管控中心等,分别对焦化厂和原料烧结厂的生产、安全、环保、能源进行集中监视、调度和集中操作,消除“信息孤岛”,打破了各车间之间的数据和应用壁垒,进一步提升数据集成与分析水平,提高生产效率。沙钢焦化管控中心于2019年4月正式投入运行,进入该中心,映入眼帘的是一块由32组视频监控显示器组合而成的视频监控大屏,监控将现场画面实时传递到集中管控中心,管控中心对生产能源环保数据进行采集、集中、整合、存储并上传至公司数据采集平台,用安全环保监控、生产能源调度、生产工艺操控三位一体的管理模式,通过大数据分析形成决策参考,实现由传统的分散管理向区域集中管控的转变。

沙钢通过构建能源、环保管控集成平台,实现能源管理与能源计量、生产管理的有效集成,直接提升能源综合利用、减排水平;通过建立全公司管控一体化的能源管理中心平台,覆盖基础自动化、过程监控及管理三个层次,实现对能源、环保系统的集中控制和监测,以及在能源生产、输配、消耗环节的集中化、扁平化、全局化、平衡化管理。

生产方面,近年来,沙钢通过采用国内外先进自动化、信息化、大数据、云计算、人工智能、系统工程技术等手段,对现有生产线工艺、质量、设备、安全、数据采集与分析、模型建立、智能控制等方面进行技术改造,达到了生产线高度自动化、减少人工干预、提高生产控制准确性、提升生产效率、提高产品质量的目标。沙钢在焦化、转炉、炼铁、板材生产线都配有专家系统,并不断提高、优化、完善,使得生产更加智能。

2019年,国内最先进的自动化造球系统在沙钢成功投运。该系统借助视频技术与计算机图形处理技术,自动分析计算生球直径与分布情况,并形成实时数据,实现多个造球机的数据共享、生产联动,有效减少人工取样的偶然性,提高粒径分析准确度,从而进一步提高生产效率。

今年以来,原料烧结厂自动化步伐不断加快,码头自动放料、高炉槽上自动打料、自动造球等11个项目相继建成投产,有效降低了工人劳动强度,改善工作环境,取料、运输、配料、烧结等多个生产环节减少了人工干预,实现精准高效,不仅保证了生产稳定顺行,更促进产量和质量的双提升。以直接关系烧结产品质量和产量的布料环节为例,传统的布料装置有一个主门和五个辅门,通过控制门的“开度”来调整布料的均匀度。以前每个辅门上都配个小卷扬机,需要人工拉动钢丝绳控制辅门“开度”,老工人尚有料面陷“沟”的情况,新工人更难把控。偶有遇到“大块料”,需要先停机,工人用好几斤重的撬杠把辅门翘起来,再把“大块料”取出,劳动强度大,还一定程度上影响生产。装上烧结机自动布料系统后,给定控制、主门控制等一系列复杂操作在烧结机旁的控制器上轻轻一点就能实现。点击控制面板上的“历史曲线”选项,由五个雷达采集的布料信息用各种色线标示出来,曲线近乎平整,与烧结机上的实况完全一致。遇到“大块料”也能“一键”解决,中控室还能远程监控、远程操作。

炼铁方面,沙钢历时五年完成的高炉智能诊断系统已经成功应用于国内最大的5800立方米高炉,在降本增效、提高生产效率、改善产品质量方面起到了关键作用。该高炉70%以上的时间不需要人工干预,利用沙钢自己开发的专家系统,自采集信息、自决策、自执行。这个系统内含3万多个数据,最快数据响应是毫秒级,实现了由经验模式向数据支撑决策的转变。

炼钢方面,2019年8月下旬,国内首条商业化全自动出钢生产线——转炉特钢车间120吨转炉自动出钢项目热调试一次成功。炉长只需在主控室内轻轻按下按钮,便自动执行摇炉、开钢包车、加料、挡渣、抬炉等出钢操作,全程无需人工干预,这将有效改善工人工作环境、提高安全系数、缩短出钢周期、提高钢水合格率。

此外,沙钢通过建设生产管控调度系统,在国内率先有效运用铁水“一包到底”新技术,实现了铁前与铁后生产的有效集成。通过炼铁—炼钢“一包到底”的生产新技术,高炉生产出来的铁水经过该铁水包直接被输送到炼钢车间,经脱硫处理后兑入转炉进行炼钢生产。运输过程中不仅不更换铁水包,而且取消了传统生产工艺中采用的鱼雷罐车和混铁炉装置,提高了炼铁、炼钢生产单元的衔接效率,有效降低了能源消耗。

智慧物流建设方面,沙钢建成了物流管控集成平台,实现了物流与购销、物流与生产、物流与库存、物流与计量的有效集成,为经营、生产管理的有效运作提供物流支撑,提升物流执行效率,降低物流成本。沙钢物流系统针对集团整体物流业务,从码头卸货开始到原辅料的入库,再到产成品的出库,最后到码头的装货结束,形成物流的全过程闭环管理。“通过智能物流建设,物流成本及物流本身的能源消耗显著降低,物流效率大幅提升。今年4月,由沙钢集团与中船集团共同投资建设的国内一流、国际领先的钢铁物流园——玖隆钢铁物流园成功入选江苏省智慧物流降本增效综合改革试点单位,成为唯一入选改革试点的钢铁物流单位。近年来,玖隆钢铁物流园按照“平台+钢铁+服务”的总体思路,立足于钢铁、船舶和制造产业,利用信息化手段、电子商务平台、物联网技术,以钢铁电商为核心服务窗口,贸易服务、仓储加工、运输配送服务网络为支撑,物流金融与信息服务为特色,为广大客户提供了全方位、一体化服务。

品种开发方面,智能化同样不负众望。沙钢着力打造全流程数字化材料设计与工艺仿真平台,通过探索材料化学成分、组织结构、工艺参数与产品性能的对应关系,实现炼钢、连铸、加热、轧制、冷却等工艺流程的数字化、可视化和智能化。从而缩短产品研发周期、提高产品质量稳定性、提升产品个性化定制能力服务。沙钢研发团队通过数字化工艺仿真平台,改变传统实验试错法产品开发模式,采用机理模型和大数据分析相结合,基于纳观、微观、宏观模型对材料的成分、组织结构、性能进行设计与优化,仿真出建议方案。例如,开发高强帘线钢LX92A、桥梁缆索钢S92B等新品时,从成分到工艺都要进行不断调整。按照传统做法需要先确定成分,用小炉子试炼、通过热模拟实验设计工艺,进行轧制,组织性能不合就调整成分工艺重来一遍。采用智能化仿真平台后,将成分和工艺设计以及试错全部利用平台来完成,节约研发周期35%以上。除产品开发外,还可对普通产品的工艺进行优化,用于研究高碳钢偏析与连铸参数关系、弹簧钢55SiCr脱碳与加热炉温度和气氛之间的关系、将工艺参数对组织性能的影响视觉化等,大大提升了新产品及新工艺研发效率。

建立试点引领行业智能化转型

2017年,沙钢以转炉特钢车间、棒线三车间和棒线九车间为智能工厂试点,向工信部申报的高端线材全流程智能制造新模式应用项目获得批准。该项目主要针对我国高端线材产品供给能力不足、尺寸精度低,以及稳定性、均匀性、一致性差等问题,对沙钢转炉特钢、开坯修模和线材轧钢生产线全流程进行智能化改造,达到建设一个中心(集成控制和大数据中心)、一条智能化生产线(转炉炼钢到线材轧制的全流程智能化生产线)、四大系统(数据采集与控制系统、制造执行系统、企业资源计划系统、决策支持系统)、七大平台(数字化仿真平台、全流程质量管控平台、设备全生命周期管理平台、智能物流和仓储平台、环境和安全检测平台、能源监控智能优化平台、可控可视化管理平台)的成效。今年8月21日,高端线材全流程智能制造新模式应用项目顺利通过了江苏省工业和信息化厅组织的专家组验收。项目建成实施后,生产效率提高31.5%,运营成本降低23.2%,产品研制周期缩短35.4%,产品不良率降低26.8%,单位产值能耗降低19.7%。

今年9月,沙钢冷轧酸轧车间成功入选2020年苏州市级示范智能车间名单,主要生产硅钢、镀锌、镀锡等轧硬基板。跨入沙钢冷轧酸轧车间,1.4万平米的原料库区空无一人,整片作业区域几无照明,五台行车在空中自如行走吊卸钢卷,行车驾驶舱也空无人影,“黑灯工厂”在这里正逐步成为现实。沙钢冷轧厂酸轧车间原料库无人化行车改造项目于今年6月底试运行,实现了酸轧原料库各系统的全自动无人化控制,而无人行车系统的成功运行实现了整个酸轧原料库所有设备的全自动运行控制,其完备的设备状态监控功能,可实时监控行车各关键设备的运行状态,对故障设备进行针对性地报警指示,能够大幅减少设备故障以及维护人员的故障排查处理时间。

此外,2019年底,江苏省工信厅公示了2019年江苏省示范智能车间拟授牌名单,沙钢1450毫米热轧板制造车间、冷轧热镀锌板制造车间、高速线材制造车间、3500毫米中板制造车间、双高线制造车间五个车间获省级智能制造车间,成为当年度智能车间获评最多的单位,取得了历史性的突破。

除了建设智能制造试点车间,沙钢还重视全面协调推进智能制造的创新应用相关工作。早在2018年的3月份,沙钢就成立了智能制造项目办公室,以进一步明确智能建设方向,加强对智能技改项目的过程控制和管理,加快推进智能项目建设。建立智能制造办公室是沙钢实现智能化的必要举措,一方面,通过顶层设计,自上而下推进智能化试点相关工作,学习借鉴行业中智能制造先进经验。另外一方面,成立智能化专业部门,可以通过自下而上的摸排项目,激发全体员工的创新意识,加快推进智能制造的步伐。此外,为加速推进沙钢智能制造试点项目的落地,更好地应用行业新技术、新工艺、新设备,沙钢始终坚持各级单位“一把手”负责制,发挥各级单位“一把手”在智能化项目建设中的关键作用,始终坚持以业务管理部门为主导,以智能化技术部门为辅的项目建设新模式,共同促进智能化项目建设的稳步推进。

由点及面,沙钢智能化全面开花。把握行业发展趋势,沙钢集团将智能制造作为工业化和信息化深度融合的关键切入点,建立智能制造试点,培育智能化发展新模式,发挥智能化试点的模范带头作用,全面推进沙钢智能化进程。

钢铁行业作为典型的流程制造业,与智能化技术发展息息相关,智能制造已成为流程制造业转型升级的主攻方向和目标。在以创新驱动为核心,以工业化和信息化的深度融合为主线,以智能制造-制造业数字化网络化智能化为主攻方向的“中国制造2025”战略中提到,在推进智能化进程中,重点要抓好一批智能制造试点示范企业,重点突破,以点带面。同时要重视数字化制造技术的推广应用上,着力抓好数控一代产品创新工程和制造装备技术改造工程,致力于整个制造行业产品和生产装备的升级换代。

响应国家号召,沙钢积极履行民企的责任和担当。迎接挑战,把握机遇,沙钢持续推进钢铁产品、制造、服务全生命周期的各个环节及相应系统的优化集成,将智能制造融入钢铁生产全流程。近年来,沙钢全面推进信息化工程,投入数亿元共建设30余项信息化管理及生产系统,成为全国首批通过“两化融合管理体系贯标”的评定企业。2017年,沙钢瞄准“互联网+”、大数据与制造业深度融合的大趋势,以258亿元联手成功并购GS互联网大数据中心,沙钢迎来“钢铁+数据中心”双主业的时代。把握行业发展趋势,沙钢把信息产业作为第二产业,坚持钢铁产业转型升级与信息产业培育壮大“双轮驱动”,建设智能智慧沙钢,进一步推动沙钢实现高质量发展。

智能化为沙钢钢铁主业插上了腾飞的翅膀,为企业高质量转型发展带来了巨大动力。然而,沙钢对智能化的设想远不止如此。未来,沙钢还将在智能化的道路上缔造怎样的奇迹?让我们翘首以待!