Übergang zur intelligenten Automatisierung kommt Metallindustrie und Umwelt zugute
Die primäre und sekundäre Stahlerzeugung sowie der Feinguss von Nichteisenmetalllegierungen sind aufgrund der extrem hohen Temperaturen, der komplexen chemischen Reaktionen und der zahlreichen Verarbeitungsschritte sehr energieintensive Prozesse. Wärmeverluste, Schrottverwertung und die Komplexität der Temperaturerhaltung erhöhen den Energieverbrauch weiter. Manuelle Probenahmen und Messungen bleiben weit hinter digitalisierten Überwachungs- und Kontrollsystemen zurück, wenn es um die Optimierung von Fertigungsverfahren geht. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts INEVITABLE wurden solche digitalen Instrumente bereitgestellt, die eingebettetes kognitives Denken zur Unterstützung des autonomen Prozessbetriebs nutzen.
Ein Evolutionssprung im digitalen Wandel
„Die Metallindustrie, die für ihren konservativen Ansatz und ihre begrenzte Digitalisierung bekannt ist, bietet viele Verbesserungschancen. So können z. B. durch vorausschauende Wartungsfunktionen potenzielle Anlagenausfälle erkannt werden, bevor sie auftreten, wodurch Ausfallzeiten minimiert und eine optimale Energieeffizienz gewährleistet werden. Mithilfe von Datenanalyse und maschinellem Lernen können durch Vorhersagemodelle Muster und Trends erkannt werden, um die Produktionseffizienz und/oder den Energieverbrauch weiter zu optimieren“, kommentiert Dejan Gradišar vom Jožef-Stefan-Institut, der Projektkoordinator von INEVITABLE. INEVITABLE hat dieses Potenzial mit einer Reihe digitaler Instrumente erschlossen, die auf kognitiven Ansätzen basieren. Sie führten zu nachgewiesenen Verbesserungen der Prozesseffizienz, des Rohstoffverbrauchs, der Produktqualität und des Energieverbrauchs in ausgewählten Anwendungsfällen, die mehrere metallurgische Prozesse umfassen.
Sensortechnologien, Datenanalyse und Prozesssteuerung
Im Rahmen des Projekts wurden sechs innovative digitale Instrumente und eine flexible digitale Infrastruktur zu ihrer Unterstützung entwickelt. Der Veredelungsmonitor des Elektrolichtbogenofens schätzt kontinuierlich wichtige Prozesswerte, verbessert die Steuerung und senkt den Energieverbrauch um bis zu 10 Kilowattstunden/Tonne. Der Kaltwalzwerksassistent steigerte die Qualität und die Leistung der Anlagen, was zu einem Rückgang des Ausschusses und der ungeplanten Stillstandszeiten (bis zu 25 %) und zu einer Erhöhung der Walzgeschwindigkeit um bis zu 45 % führte. Das Beratungsinstrument zur Vorhersage von Düsenverstopfungen verkleinerte Produktionsverluste und Qualitätseinbußen beim Stranggießen, wobei in einem Anwendungsfall die Verstopfung um mehr als die vorhergesagten 20 % reduziert wurde. „Die von INEVITABLE unterstützte Rührkontrolle beim Raffinieren und Stranggießen verwendet Echtzeitdaten zur Anpassung der Rührintensität während der Stahlproduktion. Die kamerabasierte Rührüberwachung verbessert die Prozessüberwachung und die Erkennung von Anomalien. Zusammengenommen sorgten sie für eine hohe Produktivität, einen geringeren Energieverbrauch und eine verbesserte Qualität – letztere um mehr als 75 %, gemessen an den Qualitätsindikatoren“, erklärt Gradišar. Schließlich verbesserte ein intelligentes schlankes Steuerungssystem, das in einem Nichteisen-Feingussverfahren eingeführt wurde, die Rückverfolgbarkeit und optimierte die Nutzung der Produktionsressourcen, was zu einer höheren Prozesseffizienz (die Ausschussquote ging von 12 % auf 8 % zurück) und einer besseren Produktqualität führte. Die „systematische Methodik von INEVITABLE für die Auswahl einer digitalen Infrastruktur, die auf die Bedürfnisse eines Unternehmens zugeschnitten ist, gewährleistet die Anpassung an die Prozess- und Organisationsanforderungen, was für eine nahtlose Integration in bestehende Arbeitsabläufe entscheidend ist“, fügt Gradišar hinzu.
Flexible Instrumente, die Industrie und Umwelt unterstützen
„Unser Projekt trug zur Formalisierung des Wissens von Fachkräften bei, das in digitalen, datengestützten Instrumenten gekapselt ist. Die Instrumente unterstützen eine schnellere Entscheidungsfindung und ein besseres Energiemanagement. Außerdem verringern sie die Abhängigkeit von kritischen Messungen durch datengestützte Modelle und unterstützen einen effizienteren und kostengünstigeren Betrieb“, so Gradišar. Schließlich „wird unser Projekt, das sich auf die Senkung des Energieverbrauchs, die Steigerung der Produktionseffizienz und die Verbesserung der Produktqualität konzentriert, nicht nur der Metallindustrie zugute kommen, sondern auch deren Umweltauswirkungen durch nachhaltige Produktionsverfahren und Umweltmanagement verringern“, schließt Gradišar. Die innovativen Instrumente und Schulungsmaterialien von INEVITABLE werden den beginnenden digitalen Wandel in energieintensiven Industrien mit minimalem Energieaufwand auf Anwendungsseite vorantreiben.
Schlüsselbegriffe
INEVITABLE, Energie, Metallindustrie, Gießen, digitale Instrumente, Prozesseffizienz, Datenanalyse, digitaler Wandel, Prozesssteuerung, maschinelles Lernen, vorausschauende Modellierung, energieintensive Industrien
