Приветствую, Хабр! На связи Евгений Сапрыкин, я главный специалист техуправления по прокатным валкам на Западно‑Сибирском металлургическом комбинате.
Прокатные валки — это деформирующий инструмент прокатного стана. Разогретая заготовка проходит между валками, обжимается в поперечном сечении, вытягивается и приобретает нужную нам форму. На выходе получаем готовый профиль: арматурный пруток, круглый пруток или что‑нибудь более сложной формы — уголок, швеллер, двутавровую балку.
Валки — своего рода колёса для автомобиля, без них стан не «поедет». И, как и колёса, их тоже нужно менять и ремонтировать. Рабочий слой изнашивается от постоянного контакта с горячим металлом, а от циклического нагрева и охлаждения водой на поверхности появляются термические трещины. При сбоях и авариях возникают вмятины и задиры — они потом отпечатываются на металле или вообще разрушают валки.
Есть регламенты по плановому ремонту валков. Но хорошо бы обслуживать их не просто по графику, а по мере реальной необходимости. И быстрее настраивать прокатный стан на отремонтированных валках с изменённой геометрией. Всё это позволит нам не допускать брака и аварийных ситуаций.
Эту статью я написал вместе с коллегами из команд IT и разработки бизнес‑системы: Евгением Никитиным, Владимиром Рыжковым, Ольгой Чегодаевой, Диной Сизиковой, Ильёй Нечкасовым. Расскажем, как мы наладили систему для обмена информацией о валках между специалистами из эксплуатации и ремонта — и какие задачи это помогло решить.
На Западно‑Сибирском металлургическом комбинате (ЕВРАЗ ЗСМК) мелкосортные станы состоят из нескольких десятков клетей, которые формируют профиль заготовок. Вот так всё это хозяйство выглядит в местах хранения обслуживающего вальцетокарного цеха:
Только на проволочном стане постоянно работают 39 клетей, по 24 клети — на станах «250–1» и «250–2». В каждой клети используются комплекты из двух валков для прокатки. Вальцовщики станов меняют валки каждую смену по мере износа, после чего работники вальцетокарного цеха восстанавливают рабочую поверхность валков (калибры) и возвращают их в производство.
Какие были проблемы?
В сортопрокатном цехе (СПЦ) валки отправляли на ремонт до выработки ресурса калибра — при смене профиля или во время простоев стана. Из‑за этого вальцетокарный цех работал с перегрузкой. Но бывало и наоборот: валки работали сверх нормы, потому что не было своевременной замены. Или когда на валках были нарезаны несколько похожих по форме калибров, стан могли настроить на не тот калибр или с неверной маркировкой прокатными знаками.
Это могло приводить к браку, получению несоответствующей продукции или аварийной остановке стана из‑за поломки перегруженных валков.
Металлурги СПЦ тратили дополнительное время на визуальную и инструментальную оценку состояния вновь устанавливаемых комплектов: замеряли диаметры, осматривали выработанные и закрытые калибры при каждом переходе. Если заявку на обработку валков подавали несвоевременно, или не под все запланированные профили, или без учёта текущего состояния комплектов — возникал риск срыва производственной программы.
Также специалистам прокатных станов и вальцетокарного цеха приходилось дополнительно выяснять, сколько комплектов необходимо для каждой клети, где сейчас находятся требуемые комплекты валков и в каком состоянии: отремонтированы, пригодны к доработке без ремонта, собраны в опорах или просто лежат в пирамидах и на стендах. Эту работу стоило автоматизировать.
Переходим к нашей задаче
Ещё в 2008 году мы разработали и начали развивать интегрированную систему учёта прокатных валков на базе SAP. Эта система изначально содержала следующие модули:
Модуль автоматизированного первичного учёта: он позволяет оприходовать валки, перемещать по местам хранения, списывать их (каждый учитывается по уникальному серийному номеру), оформлять документы строгой отчётности для визирования материально ответственными лицами — на основании статуса в технологическом модуле.
Технологический модуль (пока ещё работает в режиме ручного ввода): он даёт возможность учитывать перемещение валков по местам их хранения, эксплуатации, ремонта, статус‑состояние, текущий диаметр и ресурс. Валок попадает в технологический модуль после оприходования на склад новых, не калиброванных валков в первичном учёте.
Модуль учёта экономики и финансов: с его помощью мы можем лимитировать затраты на валки на планируемый период, закладывать бюджет на покупку новых валков, планировать себестоимость и учитывать фактическое списание валков на себестоимость продукции в разрешении месяца, полугодия и года.
Модуль производственного планирования: с ним мы рассчитываем потребность в валках разных материалов для всех клетей и станов на месяц и год с учётом остаточного ресурса наличного парка.
Модуль снабжения: он позволяет оформлять, деблокировать заявки на перемещение, заявки и заказы на поставку новых прокатных валков на основании результатов планирования их потребности, с учётом наличия на складах ещё не освоенных валков и ожидаемого поступления по ранее заключённым договорам на поставку.
Все эти модули связаны друг с другом и позволяют специалистам разных служб обмениваться информацией и отрабатывать свои функции параллельно.
Мы постепенно дорабатываем нашу систему под запросы технологов, служб снабжения, первичного учёта, экономики и финансов. Так, например, завели нормативы расхода валков на количество прокатанного металла и нормативы станкочасов на их первичную калибровку. Дополнили технологический модуль возможностями учёта прокатанного металла по калибрам. Научились планировать производственные заказы и затраты вальцетокарного цеха на обслуживание валков по нормам и стоимости станкочасов, учитывать затраты адресно.
В 2023 году мы взяли курс на снижение ручных операций в нашей системе и на оборудовании, оттуда возникли такие задачи:
Автоматизированный учёт прокатанного металла по калибрам и идентификации дополнительного оборудования, где эксплуатировались валки («обвязка» — кассеты, станины, наборы валковых опор).
Повышение качества идентификации прокатных валков (например, уход от ручной маркировки).
Получение более детальной информации о состоянии валков после эксплуатации и ремонта.
Обмен данными между станами и вальцетокарным цехом с выводом на рабочие места пользователей.
Немного цеховой кухни
Место действия — наш сортопрокатный цех (СПЦ). Это один из главных производителей строительного проката в Сибири. Здесь выпускают арматуру диаметром от 6 до 32 мм, винтовой профиль, катанку, круг, квадрат и уголок.
Эту продукцию поставляют преимущественно российским компаниям и в страны ближнего зарубежья. Каждый месяц специалисты управления по производству операционной дирекции комбината вносят в базу данные о том, какие профили и в каком объёме нужно прокатать, опираясь на заказы наших клиентов. На основе этой информации система автоматически составляет график ввода валков в работу. При необходимости металлурги могут его скорректировать.
Немного об обслуживании валков. Чугунные и стальные валки ремонтируют по‑разному. На обработку чугунных валков уходит один‑два дня, а стальных — от одной до двух недель. С чугунных валков снимают верхний отработанный слой, восстанавливают рабочий контур калибров, формируют комплект и отправляют его обратно в СПЦ. Стальные валки ремонтируют поэтапно: сначала глубоко снимают изношенный слой и удаляют все трещины, затем нагревают валок в печи до 300–400 градусов, в течение нескольких суток рабочий слой высокой износостойкости из сложнолегированного металла удаляют грубую наплавленную поверхность и только после этого калибруют.
Валки чистовых групп клетей обычно работают в прокатке 1–2 смены, со сменой калибров (переходами) каждые 2–4 часа, а валки черновых групп — до 2–3 недель. После выработки ресурса комплекты отправляют на ремонт в ВТЦ. Там ежесменно вносят в программу данные о подготовленных валках.
Наше решение
Вкратце напомним, что требовалось доработать. Нам необходимо было обеспечить доступ всем специалистам станов и вальцетокарного цеха к подробной информации об эксплуатации, ремонтах валков, частоте аварийных смен, задействованном сопутствующем оборудовании, истории предыдущих периодов работы и обслуживания.
Что мы сделали для этого?
Завели индивидуальные учётные единицы оборудования, соответствующие номерам сопутствующей «обвязки» (блоков, кассет, станинов, комплектов подушек), чтобы отмечать факты сборки и разборки комплектов валков.
Создали набор стандартных комментариев о причинах смены калибров (переходов), смены комплектов валков в линии стана (перевалок), состояния калибров после ремонта (годен/закрыт/комбинирован). Смысл в том, чтобы исполнители не набирали текст вручную, а выбирали вариант из выпадающего списка.
Реализовали возможность ввода и вывода пользователям информации (в том числе через выпадающий список) о назначении каждого калибра и его маркировке прокатными знаками при ремонте по комбинированной схеме.
Разработали планировщик работы вальцетокарного цеха, показывающий, какие новые комплекты валков необходимо калибровать, а какие уже имеющиеся — ремонтировать под заведённую ранее программу производства, с подтягиванием требуемых станкочасов для планирования фонда рабочего времени токарей (пока — в месячном разрешении).
Нам понадобился удобный web‑интерфейс в системе для операторов постов управления и вальцовщиков станов, отвечающих за настройку прокатки и эксплуатацию валков — мы его разработали. Автоматизировали учёт тоннажа, соединили тайминг пребывания комплектов валков в линии стана из SAP ERP со счётчиком металла, прокатываемого на стане, в другой MES‑системе (WW): теперь не нужно отслеживать и вручную записывать, сколько металла прокатали на каждом калибре каждого комплекта, — достаточно своевременно отметить сам факт завалки, смены калибров и перевалки.
После установки комплекта в клеть система автоматически считает тоннаж для назначенных в прокатку калибров. На экране операторов стана — норма проката на калибре и текущий прокат с момента завалки. Когда ресурс выработан, система подсвечивает комплект красным — это сигнал о переработке.
Нормы теперь можно регулярно пересматривать — на основе накопленных данных о реальной стойкости каждого калибра. Это позволяет вовремя реагировать на любые изменения показателей.
Про маркировку валков
Все наши валки маркированы. Каждый сопровождается паспортом или сертификатом изготовителя и имеет индивидуальный серийный номер — он заведён в блоки первичного и технологического учёта. Физическая маркировка номера нанесена производителем на приводной и неприводной торцы (ударом или фрезерованием). Это позволяет идентифицировать валок от изготовления до списания в металлолом.
При формировании комплекта из двух валков — а все наши валки работают парами — уже мы сами наносим на торцы валков дополнительную маркировку: клеть назначения, номер комплекта и основной профиль или набор профилей, которые можно на этом комплекте прокатать.
Как раньше мы маркировали валки? Специалисты вальцетокарного цеха делали это молотком и крейцмейселем. А надо понимать, что у каждого специалиста свой «почерк», и, к сожалению, не у всех он понятный. Плюс со временем маркировка на многих валках забивалась, что затрудняло идентификацию, оттуда появлялись разночтения в учёте. А обновлять её было затруднительно, особенно с учётом дефицита времени узких специалистов.
Мы решили заменить ручную маркировку машинной. Есть специальные ударно‑точечные приборы — работают как матричный принтер. Они давно на рынке, моделей много, от разных производителей. Но информации об их применении именно для валков мы не нашли. Поэтому подошли к выбору тщательно: разработали ТЗ с характеристиками маркируемой поверхности — размеры, твёрдость, шероховатость, условия в цехе. Даже нарезали образцы металла и разослали их производителям для пробной маркировки.
В итоге выбрали пару приборов индийского производителя: металлический корпус, выносной модуль управления — чтобы сам блок стоял подальше от ударного инструмента. Так надёжнее и долговечнее.
Приборы заметно упростили и ускорили маркировку, сделали её более читаемой и — главное — позволили отказаться от ручной набивки. Теперь специалист вальцетокарного цеха может сам ввести нужную маркировку в прибор и быстро нанести или обновить её — без риска травм и без брака.
Важно ещё и то, что выбранный прибор, помимо цифро‑буквенной и символьной маркировки, умеет наносить 2D‑коды и Data Matrix (точечный аналог QR). В перспективе это позволит отказаться от визуальной идентификации валков и перейти на аппаратное сканирование.
Итого, какие направления мы задействовали, чтобы доработать систему?
Доработали программу внутри SAP TORO.
Сделали интеграцию между WEB и SAP.
Выполнили передачу данных по фактическому тоннажу из MES‑системы станов «250–1» и «250–2» в SAP.
Разработали web‑интерфейс для отображения данных по состоянию клетей.
Всё настроили, проверили и запустили в работу.
Ещё хочу поделиться предысторией. Это не первый подобный проект в ЕВРАЗе. Похожее решение мы реализовали в среднесортном цехе два года назад. Сначала мы планировали взять и повторить готовый проект в сортопрокатном цехе, но выяснилось, что у сортопрокатчиков своя специфика. Здесь часто используются комбинированные схемы калибровки валков: прокатка идёт в две нитки в черновых, промежуточных группах клетей (то есть с использованием одновременно двух калибров), и в одну нитку ‑‑ в чистовых. Чистовых групп клетей на обоих станах по две, они работают параллельно и используют комплекты валков одинакового типа. На стане «250-1» вдобавок реализовано продольное разделение раската в последних двух чистовых проходах — также с прокаткой одновременно в двух калибрах.
Счётчик металла в MES WW считает иначе, чем в среднесортном цехе. Ещё пришлось дорабатывать технологический модуль в SAP ERP и вносить изменения в ранее реализованную функциональность. Плюс для вальцовщиков сделали упрощённый web‑интерфейс, где видно состояние комплектов валков и клетей в линии стана…
И это не окончательная версия решения. В нашей системе заложен потенциал для развития: пожелания с производства продолжают поступать. О планах на ближайшее будущее расскажу чуть ниже.
Как всё работает в цеху
Вкратце всё выглядит так: сменный мастер в вальцетокарном цехе отмечает в журнале сменных рапортов — это такой огромный бумажный «гроссбух» — диаметр валков до ремонта и после со всеми сопутствующими подробностями. После переносит данные в нашу программу (либо за него это делает инженер). Если какие‑то калибры не подлежат ремонту, их закрывают и помечают как непригодные — «зарисковывают», с указанием причин из сформированного выпадающего списка. При этом никакого ручного ввода текста, соблюдается наше требование: любое действие должно быть реализовано в два‑три клика мышкой.
Благодаря этим данным все пользователи видят текущее состояние валков после калибровки или ремонта и знают их оставшийся ресурс. Как результат — повышение стойкости калибров, снижение себестоимости, уменьшение брака и несоответствующей продукции (которую приходится отдельно согласовывать с заказчиком).
Пока в ВТЦ информацию для надёжности фиксируют сначала на бумаге, но со временем планируют полностью перейти в электронный формат.
Планы на будущее
Как я уже упоминал, мы собираемся развивать систему.
Сейчас оцениваем возможность внедрения автоматизированной идентификации прокатных валков. Новые маркирующие устройства дают нам возможность наносить не только символы, но и кодировку. Это позволяет отказаться от визуальной идентификации и перейти на оптическое или лазерное сканирование (как на сложных складах). При передаче данных в систему с места сканирования можно фиксировать местоположение валков с высокой точностью, в будущем — и вовсе без операторов: сканеры и метки можно размещать не только на валках, но и на кранах, на ячейках пирамид хранения и стендах сборки. Если это получится, то определять местонахождение валка можно будет всего за несколько секунд. А ещё можно поддерживать карту в режиме реального времени.
Также в будущем планируем сделать более строгим планирование калибровок и ремонтов комплектов валков под производственную программу по профилям. Перейдём с помесячного на посменное планирование, а в перспективе — на планирование фонда рабочего времени групп оборудования с выдачей сменных заданий токарям (это элементы ТОиР). Уже в этом году данные из системы начнём передавать на монитор анализа аварийных ситуаций сопутствующего оборудования (валковых опор). Систему также планируем тиражировать и на оборудование для правки профилей (на ролики ролеправильных машин) с учётом их специфики.
Спасибо за интерес к статье! Будем рады ответить на вопросы в комментариях. Напишите, хотели бы вы почитать продолжение — кейс про организацию автоматизированной идентификации прокатных валков? Учтём пожелания в будущих публикациях про наши задачи, которые мы решаем через IT.
