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方大九钢携手图扑软件:数字孪生“高精尖”智慧钢厂

时间:2022-08-13 02:30:01 传感器搭载构造组合式高温熔体压力变送器挖掘机工作台旋转角度传感器继电器脉冲喷吹电控柜熔体变送器传感器耐高温激光钢水液位传感器

钢铁工业是一个多工具、长工艺的工艺工业。在传统的生产过程中,外部无法看到生产设备内的各种化学反应、物理变化和重要参数。只有通过大数据、全连接、全协调,才能加快整个行业的转型升级。正因为如此,钢铁有它 5G 互联网应用场景最丰富、最复杂。探索 5G 方大九钢公司在工业互联网上率先迈出了一步。

围绕钢铁企业管理模式改革的需要,方达九钢公司以能源绿色低碳转型为契机,以信息技术的广泛应用为主导,大力推进智能制造与图扑软件合作,带头 5G、可视化、GIS 钢铁行业引进了相关技术。打造基于 5G 云平台智能钢铁调度平台赋予企业高质量发展智能控制,抓住数字智能转型的新机遇,促进钢铁行业绿色、低碳、高质量发展。

图扑软件依托自主研发的图扑软件 HT for Web 产品从数字双胞胎动画、工艺流程图和驾驶舱三个维度可视化显示对方大九钢的多条生产线。将数转化为物,整合并整合原本分布在数万平方公里范围内的六大炼铁工艺和数十个业务系统数据。每生产一条轨道,其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。

钢铁厂的三维场景数据通过航空摄影建模获取。飞机或无人机配备多个传感器,从前、后、左、右、垂直五个方向拍摄和收集地面材料,快速高效地获取真实反映钢铁厂情况的数据信息。通过纠正、平差、多视觉图像匹配等一系列内部处理操作,最终获得三维模型。航空摄影建模的结果数据具有地理坐标系信息,可以准确和 GIS 匹配。

钢铁是如何炼成的

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。除了工业摄像头的实时显示,大屏幕上还有图扑软件 3D 实时显示模拟全过程动画。3D 模拟动画可以实时显示生产线的所有机组、设备和生产状态。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。配合实景,给所有调度人员更全面的生产信息。

对于传统的轨道质量检测,只有在后续冷态下才能发现多个缺陷。图扑软件通过挖掘生产线上所有工艺数据、质量数据和设备数据的应用,构建了钢厂质量控制系统。如果发现问题,可以实时纠正,避免更多损失。

安全生产一直是钢铁生产的重要话题。图扑软件结构的轻量化 3D 室内定位和电子围栏视觉系统(点击链接跳转到相关页面),可以显示现代工厂的真实场景,室内定位包括工厂工人的实时位置、电子围栏的范围、现场安全等,帮助我们直观了解当前工厂工人的安全。

智能控制原料场

原材料从码头卸载后,通过皮带运输到原材料场。图扑软件对接槽上的智能卸料和高炉主皮带关键设备,实时收集原材料库存、类型和位置数据,实现原材料的全面三维监控。

图扑软件 HT 根据实际情况,引擎将原材料厂的布局、转运站、材料堆放等进行 1:1 还原,2D 实时显示原料厂铁矿、溶剂、燃料等材料堆参数。支持模拟无人机或行人视角漫游,可全方位浏览原材料厂,无死角。通过设备时,自动弹出混合矿、焦粉、煤、一信息。在调度大厅,业务人员可以实时掌握数万平方米原材料场的各个角度、各种设备、各种原材料的进出和使用。

同时驾驶舱中对原料压港、进厂、费用等关键信息辅以 2D 在整个数据开发过程中,呈现组态面板,并提供时间维度切换功能。

智能烧结控制

烧结工艺是钢铁行业的主要生产工艺之一,包括布料、点火、烧结等。其能耗约占钢铁生产总能耗的比例 23% 实现烧结工艺能耗智能控制是降低工艺能耗的重要途径。根据需求对接数据接口,系统可视化烧结机的装置和传输动画。用户可以通过烧结机、环冷机等三维场景直观地查看工艺生产线的设备和材料。2D 面板侧重于烧结机的炉膛温度、炉膛压力、速度和电流。业务人员可根据数据分析和预测烧结过程的能耗,道工序的准确处理。

智能炼铁控制

图扑软件 HT 引擎可根据 CAD 高精度建模图,鸟瞰图,设备三视图,1:1 将铁矿石、焦炭和助熔剂从高炉顶部加入炉内,然后将高温热风从炉下鼓风口加入炉内,产生还原气体、还原铁矿石、熔融铁水和渣。各工序采用多种智能技术,大大提高了生产效率,保证了生产安全。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。

智能监测热风炉和高炉本体的温度

高炉可视化技术是监测高炉内装料和冶炼状况,指导高炉操作的新技术。图扑软件根据高炉工艺布局 3D 建模、整个炉壳、管道考虑半透明外壳,通过半透明炉壳可以看到炉基耐火材料和水冷壁材料,均为变色材料,每种材料对应 1 温度测点。聚焦高炉本体、炉顶卷扬上料、热风炉三个区域,体现实时物料和气体的状态。

通过连接红外温度测量传感器、光纤温度测量、炉顶摄像头、热图像仪等设备,在线实时监控管道和设备的工况。浮动窗口值可显示热风管、气体喷射管、气体升降管流量和炉体静压吹扫的差异。2D 实时显示面板 CO、CO2 质量分数、焦炭比、气流、炉顶压力和透气性参数,辅以折线图,实时显示炉顶交叉温度测量的实时数据变化趋势,使操作人员能够及时了解炉内气流分布和炉状变化,及时发现炉内异常情况,有利于高炉运行的积极调节。

图扑软件还建立了高炉炉体的三维热图监控系统和高炉炼铁厂的可视化系统。三维热图系统通过阅读后端实时传输的热传感器数据进行动态呈现,提供热范围调节功能,可根据需要调节不同峰值下的热性能。这样生成炉体就省去了 3D 在设计师建模过程中,可以通过数据驱动生成任何尺寸和高度的炉体。

炼铁厂高炉 3D 视觉场景通过轻模型展示了高炉炼铁厂的基本运行过程和铁罐车运输钢铁的动画,以及周围的漫游效果,发挥了全面的实时监控状态的变化。D 在面板上,有一些重要的预警数据显示了昨天的历史和今天的实时,可以在控制中发挥实时监控的作用。

智能巡逻及平台维护

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。另外,传统的小火车运输方式整个过程耗时约半小时,铁水热损失过大,不利于节能减排。图扑软件集成 5G 该技术的铁水罐车远程控制和智能调度系统实现了铁水罐温降的精确控制,实现了铁水物流、时间流息流从炼铁到炼钢过程的无缝连接,开启了铁水罐运行效率全面提高的智能控制时代。

智能炼钢控制

通过图扑软件监控炼钢工艺流程 HT 3D 从铁水预处理站到轧钢生产线理站到轧钢生产线的全过程进行信息监控,并对转炉、LF 信息监控精炼炉、连铸机等设备的状态,数字双炼钢技术的集成场景。使炼钢全过程数字可视化显示、智能决策、信息系统交互集成。

在 MES 在系统平台的基础上,通过数据可视化看板、包龄、炉号、状态、称重、温度等在线监控铁水包信息,实现对钢包条件、钢包容量等数据的实时查看。避免因未及时获取钢包超厚、超标等异常信息而造成工艺事故。为下一道工序提供方便可靠的数据支持,帮助炼钢安全稳定运行。

转炉可视化

炼钢操作的第一步是在电炉或转炉中加入铁水或废钢。图扑软件将转炉模型进行转炉 1:1 还原,用户可以从漫游的角度查看转炉细节。并将冶炼状态、计划钢种、开氧时间、供养时间、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助材料的添加量,的耐久性材料,减少人为因素对出钢口的损坏。

LF 可视化精炼炉

LF 精炼炉是钢水精炼、钢水温度控制和调节生产工艺和节奏的关键环节。通过图扑软件 3D 高仿真模型效果,数字孪生精炼炉外部结构、运输加热、脱硫脱氧合金化,集成机器人自动温度测量取样系统,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。有效解决生产过程中高温、危险区域工艺设备关键参数无法自动采集等制约因素。

轧钢智慧管控

轧钢工艺管理可以依靠图扑软件的可视化技术 2D 组态,3D 模拟形式数字化显示连铸、热轧钢、线材生产工艺等加工工艺。

可视化连铸生产

连续铸造是将钢液转化为钢胚的过程。依托图扑软件 HT 发动机将连铸生产工艺和设备数字孪生 1:1 场景恢复连铸生产系统:上游处理钢液,通过钢液分配器分成几股,分别注入特定形状的铸造模具,开始冷却凝固成型,产生外固化壳,内钢液铸造胚胎,然后将铸造胚胎引入弧形铸造道,二次冷却后继续凝固至完全凝固。经校直后,按订单长度切成块,经钢胚表面处理后送轧钢厂轧延。

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。

数据大屏

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。

项目

生产

销售

采购

物流

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。

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。

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