Оцифрованное производство

В вузе разрабатывают для листопрокатного цеха № 11 систему интеллектуального анализа – цифровой двойник, программный аналог физического оборудования и процессов. Его задача – оценивать состояние оборудования листопрокатного цеха и его ресурсов, вовремя подавать сигнал о необходимости проверки механизмов и информировать, если агрегат вышел из строя.

ЮУрГУ продемонстрировал компетенции, необходимые для реализации проекта «Разработка системы интеллектуального анализа и прогнозирования трендов развития повреждения оборудования линии проката ЛПЦ-11 на базе информации датчиков диагностики состояния технологического оборудования и параметров технологического процесса».

Поскольку цифровая индустрия – одно из трех главных направлений развития университета, специалисты вуза знакомы с особенностями «Индустрии 4.0» и требованиями к современным производствам. Они провели первичную диагностику состояния оборудования ЛПЦ-11 и выдали рекомендации по улучшению процессов, которые сделали использование цифрового двойника эффективнее.

– ММК принял рекомендации ЮУрГУ и уже внедрил некоторые из них. Например, наши предложения используются для подготовки технического задания для поставщиков материалов. Специалисты вуза, изучая разрушенные изделия с помощью электрохимического анализа, выяснили, что они изготовлены из материала, не соответствующего требованиям, и назвали условия, необходимые для снижения процента брака, – рассказывает технический руководитель проекта, директор Научно-исследовательского института опытного машиностроения ЮУрГУ Рамиль Закиров.

Основную работу во время этого этапа провели ученые Политехнического института ЮУрГУ: доктор технических наук, профессор кафедры технической механики аэрокосмического факультета Александр Чернявский и сотрудник кафедры процессов и машин обработки металлов давлением факультета материаловедения и металлургических технологий Александр Сарафанов. Внедрением новшества и организацией работы специалистов ЮУрГУ на ММК занимается главный инженер проекта Андрей Дололов.

«Светофор» из сигналов датчиков

Для работы был выбран именно листопрокатный цех № 11, поскольку он является одним из ведущих отделений ПАО «ММК». С 2011 года там изготавливают оцинкованный лист холодной прокатки. Производство идет с использованием современного оборудования известной компании SMS group (Германия) – партнера ЮУрГУ. Именно эти агрегаты легли в основу цифрового двойника.

Данные о работе оборудования передают специальные датчики. Например, они отслеживают давление и вибрацию. Лазерный датчик следит за износом поверхности транспортного ролика, входящего в натяжную станцию. Таких роликов по всей линии прокатки 39. Данные обрабатывает искусственная нейронная сеть, за создание которой отвечает кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник кафедры системного программирования ВШ ЭКН ЮУрГУ Валентин Голодов.

Выбор датчиков, тестирование и дальнейшую их установку на агрегатах осуществляли кандидат технических наук, заместитель декана по научной работе аэрокосмического факультета Политехнического института Алексей Ерпалов и представитель компании «СИГМА», внешнего партнёра ЮУрГУ, Виталий Васильев. Состояние оборудования, на котором нет датчиков, прогнозирует математическая модель – этой темой также занимается Алексей Ерпалов.

Вся информация поступает на пульт оператора цеха. Специалист видит на экране «светофор», сигнализирующий о состоянии агрегатов линии проката ЛПЦ-11. Зеленым светом обозначается работающее оборудование, желтым – нуждающееся в проверке, а красным – машины, работу которых нужно остановить. При своевременной реакции на сигналы простоя в работе не будет, поскольку специалисты станут вовремя проверять оборудование.

Цифровой двойник – спасение производства

– Я сам много лет работал на производстве, поэтому могу авторитетно заявить, что цифровизация всех этапов производства, начиная с получения сырья и материалов и заканчивая оценкой качества выпускаемой продукции, жизненно необходима. Предприятие, используя такую систему, получает сокращение простоя оборудования и брака изделий, за счет чего обеспечивается экономия финансовых ресурсов. Несмотря на то, что работающие над проектом сотрудники ЮУрГУ прежде всего ученые, все ориентированы на конечный практический результат, приносящий пользу, – добавляет Рамиль Закиров.

Запуск цифрового двойника оборудования листопрокатного цеха № 11 запланирован на 2021 год. Сотрудники Южно-Уральского государственного университета будут сопровождать проект, регулярно анализировать данные, полученные с датчиков, и вносить необходимые коррективы. Магнитогорский металлургический комбинат держит курс на цифровизацию производства, и команда ЮУрГУ надеется на дальнейшее сотрудничество с крупнейшим металлургическим предприятием.

ЮУрГУ – участник Проекта 5-100, призванного повысить конкурентоспособность российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров.

Исследования в области новых технологий – в числе приоритетов Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ) «Передовые производственные технологии и материалы», который в настоящее время создается объединенными усилиями УрФУ, ЮУрГУ, других региональных высших учебных заведений, Уральского отделения РАН и промышленных корпораций Челябинской, Свердловской и Курганской областей.