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方大九钢携手图扑软件:数字孪生智慧钢厂

2022-06-21 17:44:00 china5e
钢铁行业是多工具、长流程的流程工业,在传统生产过程中,生产设备内部的各种化学反应、物理变化和重要参数等都从外部无法看出,只有通过大数据、全连接、全协同打通数据孤岛,才能加快整个行业的转型升级步伐。正因如此,钢铁行业拥有着 5G+ 互联网最丰富和复杂的应用场景。探索 5G+ 工业互联网,方大九钢公司已经率先迈出了一步。
 
方大九钢公司围绕钢铁企业管理模式变革的需求,借力能源绿色低碳转型的契机,以信息技术广泛应用为主导,大力推进“智能制造”,“淬炼”智慧钢铁。并与图扑软件合作,率先将 5G、可视化、GIS 相关技术引入钢铁行业。打造基于 5G + 云平台的智慧钢铁调度平台,以智能管控赋能企业高质量发展,抓好数智化转型新机遇,推动钢铁行业绿色低碳高质量发展。
 
效果展示
 
图扑软件依托自主研发的 HT for Web 产品,从数字孪生动画、工艺流程图、驾驶舱三个维度对方大九钢多个产线进行可视化展示。化“数”为“物”,将原本分布在上万平方公里范围内的六大炼铁工序、几十个业务系统数据全部整合融入。每生产一根钢轨,它的物流和信息流都会实时匹配,工艺质量数据也会在线实时监控。
 
 
本次钢铁厂三维场景数据采用航拍建模方式获取,利用飞机或无人机搭载多台传感器,从前后左右以及垂直五个方向对地物进行拍摄采集,快速高效获取真实反映钢厂情况的数据信息。通过纠正、平差、多视影像匹配等一系列的内业处理操作,最终获得三维模型。航拍建模的成果数据具有地理坐标系信息,可以准确的和 GIS 匹配。
 
系统分析
 
钢铁是怎样炼成的
 
在方大九钢公司的生产调度室,与传统的生产监控完全不同,大屏幕上除了工业摄像头的实时显示,还有依托图扑软件打造的 3D 模拟全流程动画的实时显示。3D 模拟动画对生产线所有机组、设备状态、生产状态能够实时显示出来。并在右侧 2D 面板显示重要的生产和质量数据。场景内点击“首页”按钮自动弹出,展示实时产量、库存与发货量、原料采购、环保数据与能源系统等信息。与实景相互配合,给所有调度人员更全面的生产信息。
 
针对传统的钢轨质量检测只有到后续冷态才能检查出多个缺陷的问题,图扑软件通过对生产线上所有工艺数据、质量数据、设备数据的应用挖掘,构建钢厂质量控制系统。如果发现问题可以实时纠正,避免更多的损失。
 
 
安全生产一直是钢铁生产的重要话题。图扑软件构造的轻量化的3D 室内定位及电子围栏可视化系统,正面可展示一个现代化工厂的现实场景,室内定位包括工厂工人的实时位置、电子围栏的范围、现场的安全情况等等,帮助我们直观的了解当前工厂人员的安全状况。
 

原料场智慧管控
 
原料从码头卸载后,通过皮带运输至原料场。图扑软件对接槽上智能卸料、高炉主皮带关键设备,对原料场的各材料库存量、类型、位置数据进行实时采集,实现原料全方位立体监测。
 
图扑软件 HT 引擎将原料厂的布局、转运站、物料堆放情况等根据实际场景进行 1:1 还原,2D 面板联动三维场景,实时展示原料厂铁矿、溶剂、燃料等料堆参数。支持模拟无人机或行人视角漫游,可全方位无死角浏览原料厂,当经过设备时,自动弹出混匀矿、焦粉、煤炭、一混与二混混合料信息。业务人员在调度大厅即可对上万平方米原料场的各个角度、每台设备、多种原料的进出以及使用情况实时掌握。
 
 
同时驾驶舱中对原料压港、进厂、费用等关键信息辅以 2D 组态面板呈现,并提供时间维度切换功能,纵观数据发展。
 
 
烧结智慧管控
 
烧结工序是钢铁工业主要生产工序之一,包括布料、点火、烧结等主要工序。其能耗量约占钢铁生产总能耗的 23% 左右,实现烧结工序的能耗智能化控制是降低工序能耗的重要途径。系统针对需求对接数据接口,将烧结机的装置及传输动画进行可视化呈现,用户通过三维场景即可直观的查看工艺生产线设备与物料情况,例如烧结机、环冷机等。2D 面板重点关注烧结机的炉膛温度、炉膛压力、速度和电流等,业务人员可根据数据对烧结工序能耗进行分析和预测,方便后一道工序精准处理。
 
 
炼铁智慧管控
 
图扑软件 HT 引擎可根据 CAD 图、鸟瞰图、设备三视图高精度建模,1:1 还原将铁矿石、焦炭及助熔剂由高炉顶部加入炉内,再由炉下部鼓风嘴鼓入高温热风,产生还原气体,还原铁矿石,产生熔融铁水与熔渣等过程。各工序采用多项智能技术,大幅提高生产效率,确保生产安全。结合高炉大修工程,加大现场机器人应用,实现生产作业和设备操作的少人化、无人化。
 
热风炉及高炉本体温度智能监测
 
高炉可视化技术是监测高炉内装料和冶炼状况以及用于指导高炉操作的新技术。图扑软件根据高炉工艺布局进行 3D 建模,整个炉体炉壳、管道等均考虑半透明外壳,透过半透明的炉壳能够看到炉基耐火材料和水冷壁材料,均为变色材质,每块材料对应 1 个温度测点。重点显示高炉本体、炉顶卷扬上料、热风炉三个区域,体现实时物料的状态和气体的状态。
 
 
通过对接红外测温传感、光纤测温、炉顶摄像仪和热图像仪等设备,对管道和设备的工况进行在线实时监测,浮窗数值可展示热风管道、煤气喷吹管道、煤气上升管流量、炉身静压吹扫各点差压。2D 面板实时展示 CO、CO2 质量分数,焦炭比、煤气流量、炉顶压力、透气性参数,并辅以折线图,实时显示炉顶十字测温实时数据变化趋势,使操作人员及时了解炉内气流分布和炉况变化,并及时发现炉内异常情况,以利于主动地调控高炉运行。
 
 
图扑软件还搭建了高炉炉体三维热力图监控系统以及高炉炼铁厂可视化系统。三维热力图系统通过读取后端实时传入的热传感器数据来动态呈现,提供热力范围调节功能,可根据需要来调节不同峰值下的热力表现。采用这种方式生成炉体,省去了 3D 设计师建模的过程,可用数据驱动的方式生成任意大小、高度的炉体。
 
 
炼铁厂高炉 3D 可视化场景通过轻量化的模型呈现出一座高炉炼铁厂的基本运作流程以及铁水罐车运送钢铁的动画,加上环绕的漫游效果,起到全方位的实时监控状态的变化。2D 面板上,呈现了昨日历史与今日实时的一些重要预警数据,在管控上能起到实时监控的作用。
 
 
智能巡检及平台维护
 
传统的铁水运输所采用的方法均为人工,信息沟通缓慢、且岗位工作劳动强度大、有一定的危险性。此外,传统采用小火车运输的方式整个过程耗时约半小时,铁水热量损失过大,不利于节能减排。图扑软件融合 5G 技术的铁水罐车远程操控与智能调度系统,对铁水罐温降实现了精准管控,从炼铁到炼钢工序之间的铁水物流、时间流、信息流实现全程无缝对接,开启铁水罐运行效率全面提升的智慧管控时代。
 
 
 
炼钢智慧管控
 
炼钢工艺流程监控通过图扑软件 HT 3D 效果将铁水与铁水罐车从铁水预处理站到轧钢生产线的全过程信息监控,并对转炉、LF 精炼炉、连铸机等设备状态进行信息监控,数字孪生炼钢工艺一体化场景。使炼钢全过程数字可视化展现、可智能化决策、各环节信息系统交互集成。
 
 
 
在 MES 系统平台基础上,二次开发钢包最大容量监控功能,通过数据可视化看板,在线监管铁水包信息,包括包龄、炉号、状态、称重、温度等,实现对钢包包况、钢包容量等数据的实时查看。避免因为未及时获取钢包超厚、超标准等异常信息,按正常操作装入量加铁水导致工艺事故发生。为下一道工序提供了便捷可靠的数据支撑,助力炼钢冶炼安全稳定运行。
 
 
转炉可视化
 
向电炉或转炉内加入铁水或废钢等原材料的操作是炼钢操作的第一步。图扑软件将转炉的模型进行 1:1 还原,用户可根据漫游视角查看转炉细节。并将冶炼状态、计划钢种、开氧时刻、供养时长、铁水重量等数据接入图扑软件 HT 2D 面板,帮助业务人员确定炉钢辅料加入量,改善出钢口耐材材质,减少人为因素对出钢口的损坏。
 
 
 
LF 精炼炉可视化
 
LF 精炼炉是炼钢工艺流程中承上启下的关键环节,用于钢水精炼、钢水温度控制和调节生产工序与节奏。通过图扑软件 3D 的高仿真模型效果,对精炼炉外部结构及运及升温、脱硫、脱氧合金化进行数字孪生,融合机器人自动测温取样系统,2D 面板可根据需求显示精炼炉实时信息,包括炉盖回水流量、总进水压力、炉盖进水温度、变压汽油温度、炉盖进水温度、电度、二次弧流等。有效解决生产过程高温及危险区域工艺设备关键点参数无法进行自动采集等制约因素。
 
 
轧钢智慧管控
 
通过依托图扑软件可视化技术,轧钢工艺管理可以 2D 组态,3D 仿真形态的方式数字化展示连铸、热轧钢材、线材生产流程等加工过程。
 
连铸生产可视化
 
连续铸造作业是将钢液转变为钢胚的过程。图扑软件依托 HT 引擎将连铸生产过程及设备数字孪生,实现 1:1 场景还原的连铸生产系统:上游处理完成的钢液,以盛钢桶运送到转台,经由钢液分配器分成数股,分别注入特定形状的铸模内,开始冷却凝固成型,生成外为凝固壳、内为钢液的铸胚,接着铸胚被引拨到弧状铸道中,经二次冷却继续凝固到完全凝固。经校直后再依订单长度切割成块,经钢胚表面处理后,再送至轧钢厂轧延。
 
 
2D 面板联动三维场景,将中包信息、拉胚设备信息和温度统一展示,帮助业务人员突破加热钢坯测温技术的局限,直观、准确地反应钢坯的加热状态,为实时出钢提供依据。
 
 
热轧钢材生产可视化
 
热轧就是轧钢过程中或者轧钢之前要对材料进行加热,一般要加热到再结晶温度以上才进行轧制。终轧温度对钢的组织性能有重要影响。通过图扑软件可视化让热轧生产设备流水线更加透明清晰,融合红外测温原理,结合图扑软件 HT 2D 面板信息展示加热炉内材料的加热以及温度信息,包含均加热段温度、一加热段温度、二加热段温度,以及加热炉煤空比、煤气流量、空气流量等。帮助业务人员精准作业。
 
 
线材生产流程可视化
 
通过图扑软件 HT 3D 的高仿真模型效果,对线材生产流程进行数字孪生:线材工场生产作业是将小钢胚经加热炉加热后,经粗轧机组,中轧机组,精轧机,减径成型机轧制,再经盘卷机盘卷成型,冷却输送带输送后,送至精整区精整。图扑软件通过对接数据接口,实现场景内线材生产全流程实时状态展示,形成线材生产流程可视化,并辅以电流,实际转速、线速度等数据。便于分析生产过程中的各项指标,管理人员无须到现场即可通过平台进行各方协调统筹。
 
 
物流可视化
 
钢材从出厂到收获,中间的物流环节现在越来越被客户所重视,他们除了希望钢材能及时到达手中,更希望能知道钢材在整个运输过程中的所到之处。图扑软件 HT 引擎融合智能车载终端和车辆管理系统,场景内可实时显示车辆调度、车辆跟踪、作业监控和运输实绩,2D 面板接入总车辆数、总重量以及重量等信息,指导司机进行物资运输和计量等作业。
 
作业完成后车载终端将运输作业实绩信息、GPS 位置信息反馈回可视化系统。协助解决钢铁物流管理可视化程度低、物流运输不能科学合理的进行运输配载、车辆空驶率高、运输效率低等问题。
 
 
工艺流程图
 
图扑软件通过现场的大量数据进行流程分析,整合方大九钢钢铁厂全场风貌,以及烧结、炼铁、炼钢、轧钢等重要工序。并通过自主研发的 HT for Web 强大的 2D、3D 渲染引擎,通过搭建场景和动画驱动制作了与炼铁、炼钢的工作原理对称的数字化镜像。为生产、经营、决策提供更详细和深入的数据,优化钢铁生产经营中的各个环节。
 
相较于 InTouch/IFix/WinCC 这些传统组态软件,图扑基于 Web 的平台更适合 C/S 向 B/S 转型的大趋势,多元素丰富的可视化组件和支持快捷的数据绑定方式,可用于快速创建和部署平台。
 
全场总貌
 
界面包含生产过程中的产量信息,主场景展示炼铁、炼钢过程中需要用到的一些设备模型,还有从原料厂到高线成品的生产路线。场景还有与图纸按钮的交互功能,包括烧结、炼铁、炼钢和轧钢四种工艺的单独查看。并展示全场月日单位数据的各项数据概况,强化生产沟通协同。系统设置还设置了线框和实体两种模式,点击对应按钮可交互切换。
 
烧结流程
 
烧结动画过程,包含从矿石到烧结矿一系列作业的动画。数据和流程图展示整个烧结系统运行情况和材料配比情况,以及烟道和炉膛的温度、压力等数据信息,优化生产过程。图扑软件 HT 打造的二维组态系统,支持根据现场摄像头实际点位接入所对应的摄像头视频画面,实现烧结场景还原。实现对烧结工艺相关的设备运转状态的检测与查询,一旦发现视频监控系统设备运转状态发生异常,立即自动向运维管理中心发出故障报警。
 
 
炼铁流程
 
炼铁过程实质上是将铁从其自然形态——矿石等含铁化合物中还原出来的过程。图扑软件依托其多元素丰富的可视化组件为炼铁工艺提供清晰美观的 2D 可视化服务模式,热风炉和高炉采用二维组态图方式呈现,并在 2D 组态面板接入出铁量、炉温度与压力、入口温度和压力等数据信息,从而助力减少能源消耗,降低成本。
 
 
炼钢流程
 
炼钢工艺流程的展示是为了方便管理人员了解炼钢各设备布局。二维组态图展示出设备与局部剖面,从而将每个设备(包括转炉、铁水包、LF 精炼炉、拉胚设备信息)的注入铁水情况详细表达出来,管理人员还可从这里更直观的查看所有设备实时信息,多个设备信息通过一图呈现,不再杂乱无章。
 
 
轧钢流程
 
轧钢,就是在旋转的的轧辊间改变钢锭、钢坯的形状的压力加工过程。图扑软件针对入炉温度限制钢种,整合钢坯在轧钢原料场温度数据,同时对接现有 MES 系统,绘制二维组态轧钢厂设备工作模型,增加原料钢坯温度控制可视化功能,对钢坯入炉温度精准控制,提高轧机工作效率,有效提高热装比例。
 
 
数据驾驶舱
 
随着计算机技术的日趋成熟,我国钢铁企业的信息化建设得到快速发展。与此同时,企业积累的数据也越来越多,钢铁企业数据的爆炸式增长蕴含着巨大的商业价值。然而,在面对客户消费行为的海量数据时,传统的基于大型服务器的数据仓库和数据分析技术难以满足异构数据源数据的应用转化要求。
 
基于此,图扑软件开发了一个旨在提高数据资源复用性,统一的、快速响应的、能够多维度深层次直观展示产品销售、财务、采购、物流分析系统。把钢厂相对复杂的、抽象的数据通过可视的、交互的方式进行展示,从而形象直观地表达数据蕴含的信息和规律。管理者像在汽车驾驶舱里面对仪表盘一样,直观地监测运营情况,并对异常关键指标预警和挖掘分析。
 
 
运用可视化技术对钢铁企业巨量的销售数据进行分析,并依据分析结果做出正确决策。达到总览为先,缩放过滤按需查看细节的效果。配色以深色调为主,注重整体背景和单个元素背景一致。用户在简单的一页之内就能读懂数据的层次与关联。
 
销售数据可视化
 
销售驾驶舱对不同维度的数据进行组合分析,确保管理层能够更全面地对公司的各个指标进行掌握。销售版块以数字地图样式显示,可以按销售时间动态显示各区域销售金额增长情况。辅以折线图显示焦炭废水、铁水、澳矿等销售额趋势,网价排名滚动显示。实现多用户、不同权限不同操作,从而让各管理层都能够查看到自己所关心的指标。销售人员可以通过手机端入口,快速掌握所需要的数据特点。
 
财务信息可视化
 
图扑软件将隐藏在数据中的信息通过图形或线条,转化成画面的方式直接展现在客户面前,显得简洁、可靠,更能够适应不同使用者的需要,帮助人们快速理解和掌握。财务版块涵盖年销量收入、资产规模、技术研发投入、安全生产投入、纳税总额、公益捐赠等,并通过丰富的数据表格展示,将抽象的数据具象表达。
 
 
采购信息可视化
 
采购版块通过适当的排版布局,将用户的注意力集中到可视化结果中最重要的区域,包括原料进场情况、进口矿进场情况、焦炭进场情况、废钢进场情况、期货走势等。从而将重要的数据信息凸显出来,抓住用户的注意力,提升用户信息解读的效率。
 
 
物流信息可视化
 
物流板块采用半包布局方案,中间显示物流项目当日、当月累计费用,左右及下方显示专项指标,从而清晰地展现所有物流指标,避免过于复杂或影响数据呈现效果的冗余元素。通过信息数据共享延伸公司物流信息化覆盖面。
 
 
掌上钢厂
 
为解决生产数据延时、查看历史数据过程繁琐、查询方式单一等问题,图扑软件利用数字化看板,增加手机端入口,让员工随时随地查看了解生产数据。打破时空界限,实时通过手机了解生产动态,掌握生产变化。大大提升了钢厂的工作、管理效率。
 
实现价值
 
钢厂设备集中管控
 
人对信息的理解,最容易接受的就是图像。图扑软件通过可视化手段,直观展现钢铁生产线设备的三维结构,将钢铁厂的每一条生产线统一呈现,将每一个设备的信息直观反映,有利于钢铁生产线设备的监控,及时发现设备出现的问题,并进行维修,从而减少损失,提高生产线的维护效率,实现设备集中管控。
 
领导驾驶舱
 
领导驾驶舱是一个为高层管理提供“一站式”决策支持的管理信息中心系统。图扑软件以驾驶舱的方式梳理整合方大九钢销售业务、财务信息、采购信息、物流信息、项目信息的流程和数据特点,实现了实时和批量数据的处理、数据分析、报表及可视化等功能。为企业加强业财融合、全生命周期的管理分析和项目损益的全景展示提供了有力支撑,实现了企业管理层面的数据,显著提高了销售管理工作的效率和水平。
 
提高工作效率
 
图扑软件以 2D 组态工艺的创建提供钢铁生产流程,为作业人员提供图形注释。他们能很快理解任务内容并变得熟练起来。从而避免了生产延迟,提高作业效率。
 
Web GIS 航拍倾斜摄影
 
航拍建模的 OSGB 模型数据具有多细节层次(Level of Detail,LOD),系统可以根据用户的浏览时和场景的距离显示不同精度的 LOD 层级模型,提高数据展示渲染的高效性。
 
HT 和 GIS 的集成方案中可提供根据经纬度和海拔数据构建漫游线路,让用户以第一人称的视角按照指定线路对钢厂区进行巡检漫游,在制定线路的时候可以参考重点区域或智能化水平较高的区域进行制定,给用户呈现钢铁厂重点发展区域以及智能化发展成效。
 
总结
 
数字经济已成为全球经济发展的主线,推动着各类产业和全社会的数字化智能化转型。图扑软件坚持创新驱动,通过先进技术创新,加快“钢铁智慧化”进程。融合 5G、云计算、大数据、边缘计算等技术的钢铁智慧解决方案,切实解决企业在生产中存在的行业痛点,在提高生产效率、降低生产成本、保障人员安全方面效果显著,也为方大九钢实现智能化升级提供全面提速。



责任编辑: 江晓蓓

标签: 方大九钢 数字孪生智慧钢厂

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