Комплексное моделирование в металлургии обсудили на форуме «Новые производственные технологии»

3 декабря 2020 года в рамках деловой программы II Международного Форума «Новые производственные технологии» состоялся круглый стол «Комплексное моделирование в металлургии». В ходе докладов участники круглого стола знакомили коллег с результатами своей научной и производственной деятельности.

Следите за новостями «Новый оборонный заказ. Стратегии» в Google News, будьте в курсе событий!

Модератором круглого стола выступил руководитель дирекций Центра НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» и научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии» СПбПУ Олег Рождественский, который обозначил целью мероприятия – обсуждение перспектив потенциального сотрудничества в области комплексного моделирования в металлургии.

Высоко оценив профессионализм, компетенции и опыт консорциума ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат», МГТУ им. Г.И. Носова и «Магнитогорского ГИПРОМЕЗа», модератор предоставил слово представителям консорциума. Проректор по научной и инновационной работе ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» Олег Тулупов представил основные направления и результаты деятельности консорциума в области цифрового моделирования. Спикер отметил, что цифровая составляющая в рамках консорциума стала мощно развиваться с 2017 года во многом благодаря успехам стратегического партнера –  АО «Магнитогорский ГИПРОМЕЗ». Именно в альянсе с «Магнитогорским ГИПРОМЕЗом» ПАО «ММК» и МГТУ им. Г.И. Носова работают по ключевым направлениям «Индустрии 4.0» в металлургической отрасли.

Среди потенциальной выгоды от технологий «Индустрии 4.0» были отмечены следующие показатели: снижение расходов на обслуживание продукции на 10-40%, прирост производительности на 3-5%, сокращение времени простоя оборудования на 30-50%, сокращение срока выхода на рынок на 20-50%, повышение точности прогнозов до 85%. «Цифровое материаловедение позволило кардинально сократить названные сроки. И найденное решение подтолкнуло к тому, что цифровизация стала комплексно использоваться при поиске других технологических резервов. Считаем, что созданные консорциумом цифровые решения могут быть интересны другим предприятиям отрасли и профильным вузам», –  отметил в заключение выступления Олег Тулупов.

«Сначала было 3-D проектирование, теперь пришло время «Индустрии 4.0». И сегодня на технологии пошел поток заказов от отечественных металлургических предприятий», – добавил генеральный директор по развитию АО «Магнитогорский ГИПРОМЕЗ» Дмитрий Бабарыкин.

Главный специалист по инновациям АО «Объединенная металлургическая компания» Дмитрий Рингинен констатирует, что в его ведении находится абсолютно такой же набор задач. В частности, ОМК запустила инженерно-технологический центр, оснащенный всем необходимы оборудованием.

Чтобы не повторять выступления предыдущих докладчиков, эксперт предложил обсудить одну общую проблему в металлургии, о которой, по его словам, не любят вспоминать.

Как отметил специалист, модели материалов влияют на точность моделирования кардинально. Между тем, встречаются случаи использования моделей, включающих ошибки. «На самом деле материал, полученный от разных заводов и произведенный приблизительно одними и теми же методами, обладает различными характеристиками», - признает Дмитрий Рингинен. Поэтому сегодня, по мнению спикера, нужно вести речь о выработке единых подходов, которые бы обеспечивали нужную точность расчетов.

При этом практическая реализация идеи не обязательно должна страдать гигантоманией. Ведущий инженер-исследователь отдела разработки труб для нефтегазовой отрасли АО «Первоуральский новотрубный завод» ПАО («Челябинский трубопрокатный завод») Наталья Девятерикова представила практический результат моделирования, который предприятие запустило буквально на днях. Это конфигуратор ЧТПЗ, цифровой сервис по подбору насосно-компрессорных труб (НКТ).

Не секрет, что при добыче нефти и газа эти трубы подвергаются повышенной коррозии. «Ужесточение условий эксплуатации - это очень серьезная и все возрастающая проблема», - уточняет Наталья Девятерикова. И зачастую такое происходит не потому, что поставщик предложил продукцию низкого качества. Просто в скважину с одними характеристиками спускается труба, предназначенная для скважины с совсем другими характеристиками. То есть необходимо подбирать тип НКТ в зависимости от условий эксплуатации, подытожила Девятерикова.

АО «Первоуральский новотрубный завод» имеет опыт в оценке протекающих коррозийных процессов добывающего оборудования нефтегазовых скважин и выборе труб в зависимости от действующих коррозийных факторов. На предприятии разработаны несколько серий НКТ для различных условий эксплуатации.

И если ранее подбор подходящей трубы отнимал несколько дней, теперь же заказчик может выбрать необходимую НКТ прямо на сайте производителя, заполнив формуляр с данными скважины.

Один из ключевых потребителей металлопродукции в стране сегодня – нефтегазовая отрасль. Ее особенностью можно считать то, что в большинстве практик надежность и работоспособность систем оборудования или собственно инфраструктуры определяется надежностью материалов. И 95% используемых материалов на сегодня являются металлами.

«Между тем производственный цикл изделия начинается с выплавки, внепечной обработки и разливки. Далее следует термохимическая обработка и прокатка, которая в комплексе формирует структуру материала, определяющую его специфику…  - обращает внимание исполнительный директор научно-технологического комплекса «Новые технологии и материалы» Центра НТИ СПбПУ Никита Шапошников. - Однако разработка требований к каждому из этапов цикла «начинается с конца». В требованиях фиксируются конечные условия, условия эксплуатации. Тем самым для эффективной работы в рамках цепочки производственных операций необходимо решать огромное количество обратных задач».

С учетом того, что каждый этап характеризуется десятками режимов и параметров, цифровые технологии и инструменты математического моделирования оказываются спасательным кругом.

В то же время и нефтегазовые месторождения отличаются огромным многообразием внешних факторов. И зачастую без создания физических моделей невозможно оценить применимость тех или иных материалов и решений.

 «Мы сформировали целый комплекс стендового оборудования, где моделируются любые экстремальные условия эксплуатации месторождений в разных составляющих индустрии – бурение, добыча, транспорт», – рассказал исполнительный директор.

«В нашем случае, допустим, есть конкретная инфраструктура. Формируется ее математическая модель. Затем формируется математическая модель эксперимента, куда помещаются все востребованные параметры. А результаты вносим в модель инфраструктуры, получая физически обоснованную модель, которая позволяет сформулировать объективные требования к материалу», - пояснил спикер алгоритм действий. И далее подобным образом прорабатывается вся цепочка задач.

В этом же направлении следуют и другие предприятия отрасли. «Стратегия «Северстали» – продавать на рынке не столько саму сталь, сколько эффективные решения для повышения потребительских свойств и снижения себестоимости продукции клиентов, –  отметил старший менеджер по компьютерному моделированию ПАО «Северсталь» Олег Копаев. –  Наша же группа выделена в самостоятельное подразделение и занимаемся моделированием методом конечных элементов. При этом у компании есть очень сильные компетенции в части статистических исследований, компьютерного зрения, робототехники плюс различные лабораторные возможности по исследованию свойств». Олег Копаев также представил основные направления деятельности группы компьютерного моделирования «Северстали»: помощь в решении внутренних задач компании по проверке предлагаемых новых технологий, оценка новых материалов и перспективных инвестиционных решений, разрешение разного рода аварийных ситуаций, работа с международными партнерами.

Начальник сектора, ведущий инженер Центра НТИ «Новые производственные технологии» СПбПУ Николай Ефимов-Сойни рассказал о текущем опыте использования технологии цифровых двойников в доменном производстве. «У каждого заказчика своя боль. У некоторых производственников, например, уже есть набор моделей и надо совместить имеющееся с новым. У некоторых вообще ничего нет, но много различных датчиков, и заказчик ожидает получить хорошую прогнозную модель», – пояснил эксперт.

Декан факультета автоматизации и информатики ФГБОУ ВО «Липецкий государственный технический университет» Александр Галкин прочитал доклад на тему «Комплексное моделирование процесса разливки стали» и разъяснил, какие модели уже используются, а какие пока ещё только ждут своих разработчиков.

Заведующая кафедрой прикладной математики ФГБОУ ВО «Липецкий государственный технический университет» Мария Орешина представила работу «Моделирование температурных полей полосы и рабочих валков стана горячей прокатки». Основной задачей работы ставится избежать брака при опытных прокатках на НЛМК.

Преподаватель кафедры автоматизированных и информационных систем управления Старооскольского технологического института им. А.А. Угарова (филиала) НИТУ «МИСиС» Петр Жуков рассмотрел тему «Разработка модели зависимости температуры заготовки от истории ее нагрева в методической печи». «Благо, цифровизация современных предприятий достигла такого масштаба, что на всех уровнях управления производством сохраняется огромное множество всех возможных данных», – отметил эксперт.

По итогам доклада модератор снова поднял тему возможной исследовательской интеграции.

«Мы готовы предложить не решение, а инструмент для решения, – пояснил Александр Галкин свою позицию в вопросе возможного взаимодействия в рамках профессионального сообщества. – Чтобы использовать технологию цифровых двойников, ее нужно настроить под реальную технологию и реальное производство. Это очень сложная задача, которую отдельно металлургам и технологам не решить. Здесь нужны объединения из разноплановых специалистов».

«У нас есть опыт сбора баз данных с композиционными материалами, есть и опыт учета материалов в процессе проектирования. Мы готовы делиться опытом в рамках совместной работы», – обозначил позицию Николай Ефимов-Сойни.

«Важно стандартизировать информацию. Основной «головняк» – агрегация данных между собой», - добавляет Петр Жуков.

На это Олег Рождественский отмечает, что теоретически механизм фиксации стандартов существует. «Сейчас, например, у нас идет совместная работа с Российским федеральным ядерным центром по разработке федерального стандарта по цифровым двойникам. Возможно, следует начать разработку стандартов при работе с данными», - констатирует он.

Итогом обсуждения стала договоренность экспертов о готовности перейти к встречам на регулярной основе, не реже каждых двух месяцев с целью обсуждения актуальных вопросов по данной тематике.

Материал подготовлен журналом «Новый оборонный заказ. Стратегии» совместно с Центром НТИ СПбПУ