Часть 1: CRM для ERP
Часть 2: Роботизация бизнес-процессов
Часть 3: Волшебные интерфейсы и оживление железа
Часть 4: Автоматические личные кабинеты и чат-боты
Часть 5: Автоматизация на производстве
Часть 6: Траблшутинг на предприятии
Часть 7: Цифровой помощник оператора
Часть 8: Автоматическая MES-система
Часть 9: Автоматическая корректировка качества муки (в этой публикации)
В прошлой публикации я рассказывал о разработке собственной MES-системы АЦТЕК, недостатках цифрового помощника оператора и новом уникальном алгоритме определения дозировок. MES-система эволюционировала и получила развитие в виде новой подсистемы "Вивальди", которая автоматически управляет шиберами трех силосов предварительной гомогенизации и непрерывно корректирует качество сырьевой муки - смешиванием.
Что такое АЦТЕК?
АЦТЕК – это программное обеспечения класса MES, которое рассчитывает оптимальные дозировки сырьевых материалов, которые подаются на две линии производства, и в автоматическом режиме через АСУТП управляет дозаторами подачи мела, мергеля, бокситов и огарков – с целью получения клинкерной муки с заданными на производстве показателям качества по химическому составу.
Этапы разработки и внедрения MES-системы АЦТЕК
Основные этапы разработки и внедрения АЦТЕК на заводе "Азия Цемент":
Период | Режим эксплуатации на заводе | Режим работы системы | Алгоритм расчета дозировок сырьевых материалов |
окт. 2021 | обследование процессов, анализ данных, поиск решений | – | – |
ноя. 2021 | – | начало разработки проверка гипотез, тестирование алгоритмов, программное моделирование | моделирование и проверка > 5 различных алгоритмов с разными параметрами и входными данными |
янв. 2022 | тестовая эксплуатация | цифровой помощник оператора | основан на усредненных |
фев. 2022 | промышленная эксплуатация | цифровой помощник оператора | |
май 2022 | тестовая эксплуатация | автоматический | |
июн. 2022 | промышленная эксплуатация | автоматический | |
сен. 2022 | промышленная эксплуатация | автоматический | основан на данных о |
ноя. 2022 – настоящее время | проимышленная эксплуатация | автоматический | основан на данных о качестве сырьевой муки по модулю Кн и содержанию оксидов - Al2O3, Fe2O3 |
Май 2023 - регистрация АЦТЕК в РОСПАТЕНТ, получение свидетельства о регистрации программы для ЭВМ №2023619433
Вивальди на производстве: виртуозное смешивание муки в силосах
Итак, результат работы системы АЦТЕК - это известное качество сырьевой муки на выходе с каждой линии производства, обозначеное на схеме ниже (1) и (2).
Но прежде, чем сырьевая мука попадает в силос окончательной гомогенизации (СОГ) и в последствии после обжига в печи становится клинкером:
мука с в двух линий производства смешивается, образуя неизвестное качество (3) и
попадает в один из трех силосов предварительной гомогенизации, откуда далее
скачивается из одного или двух силосов с неизвестным качеством (4), (5), (6)
образуя собой муку неизвестного качества (7), которая попадает в СОГ
Что такое неизвестное качество?
Под неизвестным качеством подразумевается отсутствие набора данных для обработки информационной системой. В данном случае, набором данных служит химический состав сырьевой муки.
Главная проблема качества на участке гомогенизации в том, что качество неизвестно на входе в силоса (3), в процессе распределения по силосам (4), (5), (6) и на выходе из силосов. Единстенное место, где есть пробоотборник и качество можно определить, сделав анализ в лаборатории - это выход муки из силосов (7).
Почему меняется качество муки и какой есть потенциал для улучшения?
Система АЦТЕК непрерывно воздействует на дозаторы вырьевых материалов (мел, мергаль, бокситы и огарки) и постоянно оценивает качество получаемой сырьевой муки на выходе с двух линий производства. Таким образом, удерживает показатели качества муки в заданном диапазоне значений.
Каждый час по результатам анализов в лаборатории качество сырьевой муки после каждой линии производства может быть следующим:
Линия 1, качество муки | Линия 2, качество муки | Потенциал для улучшения качества |
Качество1 = Диапазон | Качество2 = Диапазон | Не требуется |
Качество1 = Диапазон | Качество2 > Диапазон | Есть |
Качество1 = Диапазон | Качество2 < Диапазон | Есть |
Качество1 > Диапазон | Качество2 = Диапазон | Есть |
Качество1 > Диапазон | Качество2 > Диапазон | Есть |
Качество1 > Диапазон | Качество2 < Диапазон | Есть |
Качество1 < Диапазон | Качество2 = Диапазон | Есть |
Качество1 < Диапазон | Качество2 > Диапазон | Есть |
Качество1 < Диапазон | Качество2 < Диапазон | Есть |
Таким образом, до попадания в СОГ, есть потенциал для улучшения качества сырьевой муки в силосах предварительной гомогенизации. Добиться улучшения качества муки можно – смешиванием муки в разных пропорциях при скачивании из силосов.
Вторая проблема качества на участке гомогенизации – это человеческий фактор в виде оператора, который самостоятельно определяет в какой силос направлять муку, из каких силосов и в каких пропорциях ее скачивать, направляя в СОГ. Анализ работы 4-х сменных операторов выявил, что каждый из них следует своей логике, вручную управляя силосами.
Какой логики придерживались операторы?
Оператор №1 логически разделял силоса по качеству и старался направлять муку согласно своей логике, например:
Силос 1 | Силос 2 | Силос 3 |
"Низкая" мука | Нормальная мука | "Высокая" мука |
На вопрос "как вы определили качество муки с двух линий в силосе?" отвечал, что примерно и полагается на опыт.
На вопрос "вы направили муку в силос 1, откуда вы знаете, что она будет низкая?" отвечал, что не знает точно и полагается на опыт.
Оператор №2 следовал линейной логике, например, всегда каждый час менял направление муки между силосов, а каждый час менял силос для скачивания.
Силос 1 | Силос 2 | Силос 3 |
Мука текущего часа | Мука прошлого часа | Резервный |
Операторы часто были не согласны со своими коллегами по сменам, и каждый считал свою логику верной.
Могу лишь отменить, что все операторы ошибались в одном: они не учитывали время производственных тактов. Переключали силоса в момент получения очередного анализа муки с двух линий производства, что в среднем на 24 минуты позже фактического времени извлечения муки из пробоотборников.
Все это человеческий фактор, который оказывает влияние на качество сырьевой муки до попадания в СОГ, а значит, есть потенциал для улучшения.
Поэтому качество сырьевой муки в силосах - это «черный ящик» с изменением хим. состава муки до попадания в СОГ.
Третья проблема качества на участке гомогенизации в том, что доподлинно неизвестно, как именно мука смешивается внутри одного силоса, и мука какого качества из силоса скачивается. Известно точно, что в одном силосе может накапливаться мука в течение 3-х часов, которая затем скачивается из силоса не слоями.
Идея улучшения качества заключалась в том, что понимая качество муки попадающей в силос, можно попробовать определить качество муки в каждом силосе и управлять шиберами для смешивания муки в разных пропорциях при скачивании из силосов.
Теоретические расчеты качества муки и кратковременные эксперименты
Задачи в неизвестными, которые необходимо было решить:
Задача №1: определить качество сырьевой муки, которая попадает в один силос с двух линий производства одновременно. Решение: выполнение теоретических расчетов и подтверждение фактических результов экспериментальным путем.
Задача №2: определить качество муки в каждом силосе с учетом постоянного изменения объема муки - при наполнении силоса и скачивании из него, т.е. динамически. Решение: алгоритм усреднения партий муки в силосах для динамического изменения объема.
Теоретические расчеты по задаче №1 определения качества муки с двух линий при попадании в один силос были выполнены в Excel технологом производства по известным формулам. Эти расчеты и формулы легли в основу алгоритма.
Как выглядели теоретические расчеты в Excel (пример)
С задачей №2 определять качеству муки, находящейся в силосах оказалось сложнее. Проблема на картинке: мука (сыпучий материал) выходит из силоса не слоями.
Даже если мы теоретически верно определили качество поступающей в силос муки, то при скачивании муки из силоса она выходит не равномерно слоями, а смешиваясь.
На этом видео https://www.youtube.com/watch?v=w_Yd8or3PCk&t=67s можно увидеть процесс выхода сыпучего материала из конусообразного силоса. Ньюанс в том, что в отличие от процесса на видео, где показано полное опорожнение наполненого силоса, на заводе есть существенное отличие процесса:
сначала силос частично наполняется ↑
затем частично опорожняется ↓
затем снова частично наполняется ↑
затем снова частично опорожняется ↓
и так далее...
Фактически, силоса предварительной гомогенизации на произсводстве никогда не опорожняются полностью, а до минимального предела, в том числе, полное опорожнение силосов недопустимо по техническим причинам.
Поэтому здесь нельзя применить метод FIFO для учета партий муки в силосах.
Что такое метод FIFO?
FIFO (англ. first in, first out «первым пришёл — первым ушёл») — способ организации и манипулирования данными относительно времени и приоритетов. Это выражение описывает принцип технической обработки очереди или обслуживания конфликтных требований путём упорядочения процесса по принципу: «первым пришёл — первым обслужен» (ПППО). Тот, кто приходит первым, тот и обслуживается первым, пришедший следующим ждёт, пока обслуживание первого не будет закончено, и так далее.
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/FIFO
По этой причине мы реализовали следующую логику определения качества муки в силосах при динамическом изменении объема:
Так как силос не наполняется полностью (есть макс. тех. предел), то в среднем в нем может храниться мука 2-х последних часов.
Так как силос не опорожняется полностью (ест мин. тех. предел), то остатком можно пренебречь, определяя текущее качество муки в силосе. Основание силоса - конус и в остатке по мин. пределу всегда остается небольшое количество муки.
Таким образом, качество муки в силосе всегда усредняется за 2 последних часа, а при достижении остатка по нижнему пределу в силосе - качество остатка не учитывается при усреднении, т.е. игнорируется в расчетах.
А дальше уже проще, понимая качество муки в силосах, можно задачать пропорции на скачивание из доступных силосов, улучшив качество муки - смешиванием.
Кратковременные эксперименты на производстве выполнялись для проверки теоретических расчетов качества муки и алгоритмов на соответствие фактическим данным:
Сначала в течение 3-4 часов подряд сотрудники лаборатории выполняли анализы муки по хим. составу
Затем полученные результаты сравнивались с теоретическими расчетами и прогнозными данными в системе.
Алгоритм расчета с максимально близким результатом к фактическим значениям запускался в промышленную эксплуатацию.
Подсистема "Вивальди" интегрирована в интерфейс АЦТЕК, является логическим продолжением и относится к контуру управления того же оператора.
Этапы разработки и внедрения подсистемы "Вивальди"
Основные этапы разработки и внедрения "Вивальди" на заводе "Азия Цемент":
Период | Режим эксплуатации на заводе | Режим работы системы | Алгоритм смешивания муки в силосах |
июн. 2022 | обследование процессов, анализ данных, поиск решений | – | теоретические расчеты, тестирование алгоритмов, программное моделирование |
авг. 2022 | тестовая эксплуатация | автоматический, кратковременные эксперименты | расчет хим. состава по модулю Кн в режиме динамического изменения остатков муки в 3-х силосах (расчет качества муки с 2-х линий при попадании в один силос; |
сен. 2022 | тестовая эксплуатация | автоматический, кратковременные эксперименты | скорректированный алгоритм расчета качества муки с 2-х линий при попадании в один силос |
окт. 2022 – настоящее время | промышленная эксплуатация | автоматический |
Новая подсистема имеет свои предопределенные настройки и настройки тэгов OPC. Предопределенные настройки в том числе отражают технические пределы и ограничения.
Пример настройки тэгов OPC
Все принятые решения в системе "Вивальди" (какое качество муки в силосах, в какой силос направлять муку для наполнения, из каких силосов в каких пропорциях скачивать муку) имеют подробную расшифровку расчетов с комментариями по логике.
Пример расшифровки рекомендации и расчета найденного решения
В интерфейсе "Вивальди" динамически отображаются все изменения: изменения в качестве муки в силосах, изменения в объеме муки в силосах, изменения в рекомендациях на наполнение и скачивание.
Таким образом, сырьевая мука с двух линий производства непрерывно попадает в один из трех силосов, и в то же время – непрерывно скачивается из одного или двух других силосов. Когда в силосах качество муки различается, то она скачивается в таких пропорциях, чтобы получить улучшенную по хим. составу клинкерную муку, которая попадает в СОГ.
Теперь результат системы АЦТЕК и "Вивальди" можно оценивать по хим. составу клинкера и стабилизации его основных показателей качества (узкий коридор колебаний).