В эпоху Индустрии 4.0 с переходом компаний на новый технологический уровень рождается новая реальность. IT-инструменты берут под контроль качество продукции и отработку технологии, а также дают цифровые подсказки для принятия решений. Цифровые двойники эксперты относят к стратегическим технологиям, которые в недалеком будущем изменят бизнес-ландшафт, став ключевым фактором конкурентоспособности компаний. В высокотехнологичных производствах умный программный продукт уже сейчас участвует в создании и запуске новой продукции, а также в управлении технологическими процессами. Цифровой двойник – виртуальный прототип реального объекта или процесса – создается на основе большого объема разных данных. Он продолжает собирать их и анализировать в течение всего жизненного цикла реального объекта с помощью различных инструментов, меняясь вместе с ним. Технология позволяет моделировать самые разные ситуации на производстве и подбирать оптимальные сценарии организации технологических процессов, чтобы избежать сбоев.

В ТМК в ходе цифровой трансформации реализованы успешные кейсы IT-решений на производстве, в том числе разработаны цифровые двойники действующих агрегатов, уникальные в отрасли.

ИСПЫТАНО В «ЦИФРЕ»

Первый опыт виртуальных испытаний в ТМК был связан с использованием нейронных сетей для оценки давления смятия обсадных труб категории High Collapse. Физическое моделирование смятия высоким гидравлическим давлением не только приводит к потере товарной трубы, но и не позволяет установить степень влияния совокупности ее характеристик на предельные параметры. В поиске неразрушающего решения оценки соответствия труб категории High Collapse специалисты РусНИТИ пробовали различные методики: аналитические, с использованием метода конечных элементов. «Но ни одна из методик не смогла показать требуемую точность по сравнению с физическим смятием трубы, – рассказывает заместитель генерального директора РусНИТИ Александр Выдрин. – Тогда возникла идея использовать нейронные сети, чтобы на основе большого объема данных фактических испытаний труб установить наиболее значимые параметры, оказывающие влияние на давление смятия. С помощью цифрового инструмента удалось создать методику для расчета давления смятия без разрушающих испытаний».

В настоящее время практика цифровых испытаний активно применяется в ТМК при разработке премиальных резьбовых соединений, для чего используются их цифровые двойники. Новые резьбы, которые позволяют трубной колонне сохранять герметичность в экстремальных условиях добычи углеводородов, разрабатываются и испытываются на устойчивость к нагрузкам вначале в виртуальной среде, а затем уже создаются опытные образцы в металле.

Как правило, процесс создания новой продукции с учетом испытаний довольно длительный. Благодаря тому что большая часть натурных испытаний резьбовых соединений переведена в цифровой формат, экономия времени на разработку составляет почти год. После обкатки новинки в цифровом формате к натурным испытаниям выводится практически готовый продукт.

“Цифровой двойник на производстве, по сути, помогает нам обогнать время. Мы в виртуальном пространстве за считанные часы получаем результаты, добиться которых в реальных условиях можно лишь ценой больших временных и финансовых затрат”, – отмечает руководитель НТЦ ТМК, генеральный директор РусНИТИ Игорь Пышминцев.

С ВЫСОКОЙ ТОЧНОСТЬЮ

В 2018 году был создан цифровой двойник трубопрокатного агрегата, первой его версией стал стан FQM Северского трубного завода. Работы начались в 2014 году с запуска современного комплекса оборудования с высоким уровнем автоматизации. Проведенный специалистами компании комплекс научно-исследовательских работ помог в предпусковой период снизить риски возникновения внештатных ситуаций. Полученный в процессе освоения новой технологии опыт позволил создать первый прототип цифрового двойника стана. В его основу заложена комплексная математическая модель процесса прокатки труб, базирующаяся на авторском подходе в реализации энергетической теории обработки металлов давлением. Цифровой двойник в точности моделирует процессы производства труб на непрерывных раскатных, извлекательно-калибровочных и редукционных станах. Он позволяет в виртуальном режиме проработать различные сценарии процесса прокатки, чтобы оптимально настроить оборудование для выпуска трубы с заданными характеристиками.

“Разработанные и объединенные в комплексный продукт физико-математические модели позволили создать универсальный инструмент для работы инженеров-технологов, который позволяет оптимизировать действующие технологические режимы, разрабатывать новые, усовершенствовать процессы производства, проверять настройки прокатных станов до их запуска”, – комментирует заведующий лабораторией НТЦ ТМК в «Сколково» Евгений Шкуратов.

При этом он отмечает, что погрешность в работе виртуальной модели по сравнению с реальным объектом минимальна. Концепция цифрового решения преду¬сматривает создание продуктов, которые повторяют реальное производство с вероятностью 98–99,9%.

В настоящее время технология работает на СТЗ и Волжском трубном заводе (ВТЗ), создаются двойники станов Таганрогского металлургического (ТАГМЕТ) и Синарского трубного (СинТЗ) заводов.

С помощью цифрового двойника был смоделирован процесс выпуска труб из новых марок стали, в том числе из доперитектических сталей высокого качества и прочности, впервые освоено производство высокоточных труб для подводных трубопроводов. За счет более точных настроек трубопрокатных агрегатов, выбора инструмента и калибровки стальных заготовок на 5% снижен расход металла и существенно повышен ресурс оборудования. Также удалось увеличить долю продукции с гарантированными геометрическими параметрами – к примеру, с погрешностью толщины стенки не более 6%.

Работы по расширению функционала цифрового двойника стана продолжаются: создаются дополнительные модули и алгоритмы, направленные на решение различных производственных задач.

ПРОИЗВОДСТВО ПОД КОНТРОЛЕМ

Инновационная технология получила развитие в рамках нового комплексного проекта создания цифрового двойника производства на базе трубопрокатного цеха №1 СТЗ. Он позволяет расширить горизонты развития и применения цифровых технологий на производстве. В проекте объединены инструменты для сбора и обработки больших данных, комплексы гибридных моделей, уникальные системы компьютерного зрения и модули предиктивной и прескриптивной аналитики. Система будет контролировать геометрические параметры и обнаруживать дефекты в процессе производства труб, прогнозировать технологические ситуации и предотвращать простои оборудования, а также давать рекомендации по управлению производством. Это позволит перейти на рекомендательную систему принятия решений, а также обеспечить стабильность качества выпускаемой продукции.

Пилотный проект реализуется совместно со Сколковским институтом науки и технологий (Сколтех) и стартапами – резидентами «Сколково». НТЦ ТМК отвечает за интеграцию продуктов разработчиков друг с другом и внедрение их на действующей площадке непрерывного производства. При этом неизменным в архитектуре данного решения остается ядро цифрового двойника – комплекс физико-математических моделей, разработанный в компании. Интеграция с активами ЧТПЗ позволяет использовать их наилучшие практики по оптимизации технологий в развитии комплексного решения в компании. В дальнейшем планируется масштабирование проекта на предприятиях Российского и Европейского дивизионов ТМК, а также в других компаниях.

Источник: https://up-pro.ru/

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!