未來
冶金裝備智能化與在役再制造應該重點發(fā)展監(jiān)控智能化,設備與工藝相匹配,提高整體系統(tǒng)能效等。為此,設計層面要從系統(tǒng)工藝能效出發(fā),修改設備設計規(guī)范和標準;示范工程需要安排技術樣板示范、應用工程示范、工廠示范,并且建立設備遠程監(jiān)控和能效監(jiān)測平臺。
冶金設備智能化與在役再制造是“制造強國”戰(zhàn)略的重要組成部分,緊密切合數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化等新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的核心技術,將信息化技術與制造技術深度融合,發(fā)展“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”理念。
為探索冶金裝備智能化與在役再制造的發(fā)展戰(zhàn)略和具體路徑,中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會、鋼鐵企業(yè)、高校和研究院所于2003年12月27日成立了高端能源動力機械健康與能效監(jiān)控智能化發(fā)展戰(zhàn)略研究暨流程工業(yè)機械裝備在役再制造工程戰(zhàn)略研究冶金項目組。目前,項目組已經(jīng)形成了研究報告初稿。
在焦化生產(chǎn)上,目前我國共有2200多座焦爐,65孔以上的焦爐55座。在煉鐵生產(chǎn)上,全國共有1480多座高爐,1000m3以上大型高爐480多座;高爐煉鐵裝備主要包括高爐鼓風機,高爐除塵風機,冷卻水泵等。在煉鋼生產(chǎn)上,我國鋼鐵企業(yè)擁有約810座轉爐,近360座電路;煉鋼生產(chǎn)用電占冶金生產(chǎn)用電的25%。此外,在軋鋼生產(chǎn)環(huán)節(jié),我國共有寬帶鋼熱連軋機81套,產(chǎn)能約2.32億噸;中厚板軋機76套,產(chǎn)能約0.92億噸;今年投產(chǎn)的軋鋼生產(chǎn)線集成當代最先進軋鋼技術,采用分布式計算機系統(tǒng)進行傳動控制、基礎自動化控制等,為高品質鋼鐵材料生產(chǎn)奠定了基礎。
目前我國冶金工業(yè)可持續(xù)發(fā)展依然面臨不少問題,一方面產(chǎn)能嚴重過剩,產(chǎn)能利用率不足70%;另一方面節(jié)能減排任務十分艱巨,一些地區(qū)鋼鐵污染排放已經(jīng)超出環(huán)境承載能力,大多數(shù)鋼鐵企業(yè)沒有實現(xiàn)污染物達標排放,與國家節(jié)能環(huán)保要求存在巨大差距。在此背景下,冶金設備的智能化與在役再制造顯得尤為重要。根據(jù)定義,裝備在役再制造是指運用信息化、智能化技術對在線運行的裝備進行技術改造,旨在實現(xiàn)冶金機械裝備的安全、健康運行,裝備與生產(chǎn)工藝的匹配,促使系統(tǒng)高效運行和冶金生產(chǎn)的節(jié)能減排;同時適應鋼鐵產(chǎn)業(yè)向規(guī)模化定制轉變的需要。
現(xiàn)階段我國冶金裝備的服役狀態(tài)主要呈現(xiàn)如下三個特點:其一,經(jīng)過30多年“大煉鋼鐵”的高速發(fā)展,我國冶金裝備水平大幅提高,但裝備普遍貪大求洋,設計和建設理念不科學,設備運行“大馬拉小車”;其二,國內冶金設備與生產(chǎn)工藝結合不夠。先進的冶金裝備缺少生產(chǎn)數(shù)據(jù)的挖掘利用,設備運行與生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質量不適應,設計和實際運行“大馬拉小車”現(xiàn)象嚴重。其三,在當前產(chǎn)能過剩的背景下,鋼鐵企業(yè)利潤下降,設備維護和備件更新面臨困難,大量冶金機械設備“帶病工作”
以軋鋼生產(chǎn)設備為例,國內軋鋼設備利用率普遍較低,主力軋鋼設備熱軋、冷軋、中板和無縫管軋線的產(chǎn)能利用率僅為72%、50%、74%和70%。并且,設備生產(chǎn)消耗大,包括金屬損失多、軋輥等操作更換件消耗大,軸承等機電設備備品備件消耗大,油、水、電、燃氣等能源介質消耗大。此外,產(chǎn)品質量也不穩(wěn)定,主要是高端產(chǎn)品的性能和質量不穩(wěn)定,如無缺陷表面轎車用鋼與國際先進水平差距較大,取向電工鋼成材率低于70%(日本達到80%以上)。產(chǎn)品同質化、無特色嚴重,在國際市場競爭力不夠。
我國冶金
機械裝備在智能化方面還與國外存在差距。國外大型冶金機械和電氣裝備制造商,如SMS、VAI、三菱、Siemens、ABB、東芝等提供的冶金裝備都有完備的設備信息檢測和故障診斷系統(tǒng),對設備狀態(tài)實施在線監(jiān)測。而國內大多設備沒有信息檢測和故障診斷系統(tǒng),即使引進設備也處在離線監(jiān)測狀態(tài)。
國外大型冶金裝備都具有設備遠程監(jiān)控系統(tǒng),設備運行狀態(tài)和故障信息通過網(wǎng)絡傳遞到遠程的制造商設備監(jiān)測中心。監(jiān)測中心對設備故障進行精密分析和診斷,為設備健康維護提供了良好平臺,提升了設備的現(xiàn)代化管理水平,有利于充分挖掘設備潛力,延長設備使用期限。相比之下,盡管以陜鼓為代表的一批企業(yè)已經(jīng)建立了遠程監(jiān)測診斷中心,但總的來說,國內只有引進設備和少數(shù)國產(chǎn)設備配有遠程監(jiān)控系統(tǒng),并且“離線”,信息不溝通,少有在線遠程監(jiān)控服務。
此外,將裝備信息與工藝緊密結合也是國外先進冶金設備的典型特征。例如,奧鋼聯(lián)VAI-SIEMENS提供的連鑄機可以通過設備運行狀態(tài)信息判斷鑄坯質量,以確定是否采用熱軋生產(chǎn)工藝。而國內引進裝備信息與工藝結合應用不夠充分。
值得一提的是,物聯(lián)網(wǎng)、云計算技術已經(jīng)開始應用于冶金裝備研發(fā)領域。“借助先進的物聯(lián)網(wǎng)平臺,企業(yè)可以自動、實時、準確、詳實地獲取鋼鐵生產(chǎn)中的各方面信息,為企業(yè)管理與系統(tǒng)維護提供更好的服務。”李崇堅說。
規(guī)?;ㄖ茣r代來臨
我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)模式正在面臨重大轉變,大規(guī)模生產(chǎn)即面向用戶的規(guī)?;ㄖ茣r代已經(jīng)來臨。
數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化技術,使規(guī)模制造與定制化有機地融為一體,不僅將用戶需求充分體現(xiàn)在產(chǎn)品設計、生產(chǎn)和使用的各個環(huán)節(jié),形成了全新的產(chǎn)業(yè)模式,還將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用到制造業(yè),實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)形態(tài)從生產(chǎn)型制造向服務型制造的轉變。
更為重要的是,在
鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能過剩、微利運行的情況下,從客戶需求出發(fā),建設以客戶驅動的現(xiàn)代冶金企業(yè)集成制造管理系統(tǒng),在質量、生產(chǎn)、成本、物流管理等各方面形成規(guī)模化定制生產(chǎn)體系,能夠實現(xiàn)大規(guī)模定制下的個性化服務管理創(chuàng)新,精益制造下的生產(chǎn)全過程動態(tài)成本控制,以及生產(chǎn)制造過程的敏捷化??v觀國內企業(yè),寶鋼已經(jīng)在規(guī)模化定制領域進行了有益的探索,并且初見成效。作為中國最大的鋼鐵企業(yè),針對規(guī)模大、流程長的特點,寶鋼在ERP、MES系統(tǒng)的基礎上,自主研發(fā)了煉鋼-軋鋼流程生產(chǎn)組織優(yōu)化系統(tǒng),研制了虛擬制造和離散事件仿真平臺,實現(xiàn)了人機互動的自適應優(yōu)化,使得按訂單排產(chǎn)時間從4小時縮短到10分鐘,大幅提升了計劃系統(tǒng)的效率和生產(chǎn)的適應能力。