Привет! Меня зовут Александр Орлов, я старший менеджер кластера «Индустриальные процессы» в ИТ-команде «Северстали». Начал свою работу на «Северстали» в 1980 году в качестве мастера участка станков с числовым программным управлением в ремонтно-механическом цехе № 1 (РМЦ-1). Впоследствии, более тридцати лет, моя трудовая деятельность была связана с автоматизацией технологических процессов в действующих и строящихся производственных цехах. Трудился на различных должностях: от инженера-конструктора центральной лаборатории автоматизации и механизации, до руководителя управления механизации и автоматизации. На примере одного из производств, я расскажу о том, какие средства автоматизации и робототехники создавались, когда ни программируемых логических контроллеров, ни роботов у нас не было.
Новой технологией роботизацию производства назвать сложно: роботы давно используются в массовом производстве на конвейерных линиях в автомобилестроении, при производстве лекарств, в радиоэлектронной индустрии; а «битвы роботов» сегодня регулярно проходят даже среди школьников. В металлургии роботы появились относительно недавно и нашли, пока, ограниченное применение на вспомогательных операциях. У нас на комбинате роботы используются для маркировки продукции в прокатном производстве. Есть в «Северстали» собственный успешный опыт создания робототехнического комплекса. Несколько лет тому назад конструкторский центр «Промсервис» и программисты управления технологической автоматизации «Северсталь-инфоком» разработали и внедрили в электроремонтном цехе робототехнический комплекс (РТК) на базе двух промышленных роботов. РТК заменил рутинный труд нескольких человек на сборке измерительных жезлов для измерения температуры жидкой стали в сталеплавильном производстве. В конце прошлого года был введён в эксплуатацию робототехнический комплекс для нарезки «в размер» шпунтов из замкнутого объёмного профиля с использованием плазменной резки на трубопрокатном стане в ТПЦ (трубопрофильном цехе) «Шексна». Уникальность этого РТК для российских предприятий в том, что для достижения качественного реза вместо дисковой пилы для отрезания шпунта используется плазменный резак, который надо за ограниченное время перемещать вокруг непрерывно движущейся трубы. При этом сам робот, с резаком в “руке”, должен двигаться вместе с трубой и после отрезания шпунта должен успевать вернуться в исходную точку. Размеры и профиль труб разные (профиль может быть и квадратным, и прямоугольным), а значит, сложное пространственное перемещение резака надо оперативно и точно подбирать в зависимости от сортамента. С этой задачей успешно справляется робот, имеющий манипулятор («механическую руку», которую мы видим и называем роботом) и систему программного управления. Проект сложный, с участием нескольких фирм, российских и зарубежных, но завершать проект пришлось нам самим. В силу сложившихся обстоятельств, запуск в работу и окончательную наладку этого РТК выполнили специалисты трубопрофильного цеха и программисты управления технологической автоматизации «Северсталь-инфоком». В перспективе возможно применение роботов в машиностроительном центре «ССМ-Тяжмаш» и на некоторых участках в производственных цехах «Северстали». Это вопрос экономической целесообразности.
Когда мы говорим, что роботы появились в «Северстали» относительно недавно, несколько лет тому назад, это справедливое утверждение. Но задолго до появления у нас первых роботов, на Череповецком металлургическом комбинате (позднее — «Северстали») целое производство было оснащено оборудованием, подходящим по классификации под средства робототехники. Министерство черной металлургии признавало это в наших отчетах, потому что это оборудование, при выполнении технологических операций, имитировало движение рук человека. Это оборудование имело совершенно отличный от современных роботов манипулятор. Привычной нам механической руки, как у промышленных роботов, не было, но и у многих современных роботов нет манипулятора (например, у бытовых роботов — пылесосов и мойщиков окон). Это оборудование работало по жестко заданному (не перепрограммируемому) алгоритму, реализованному на аппаратном уровне (промышленных контроллеров у нас тогда ещё не было). Оно являлось основным технологическим оборудованием производства, проектировалось и изготавливалось на ЧерМК собственными силами. Что же это за производство, и какое это было оборудование?
В 1970-х годах, ещё во времена СССР, не хватало стальной эмалированной посуды, и правительство решило наладить её производство на металлургических заводах. Так металлурги стали делать кастрюли. В 1973 году такой цех появился и на Череповецком металлургическом заводе. Первоначально, на участках цеха преобладал ручной труд. Чтобы сократить количество ручных операций и повысить производительность труда, в центральной лаборатории автоматизации и механизации (ЦЛАМ) в 1977 году создали лабораторию автоматизации производства предметов народного потребления. Тогда и началось создание штамповочных линий и полуавтоматов для сварки и эмалирования посуды.
Изготовление посуды начинается с штамповки корпусов и ручек. Работа на прессах — процесс не только трудоёмкий, но и опасный. Человек подавал штучные заготовки в пресс, и при интенсивной работе в течение смены возникала опасность травмирования рук. Для того чтобы избежать этих рисков и увеличить производительность труда, в ЦЛАМе разработали и изготовили комплексы оборудования для штамповки заготовок посуды из рулонной стали. Рулон устанавливался на разматыватель, полоса заправлялась в листоправильную машину и, с помощью валковой подачи, задавалась в пресс с конкретным шагом. Теперь пресс работал непрерывно, а работой устройств управляла автоматика. Таким же комплексом оснастили и гильотинные ножницы для нарезания «в размер» штучных заготовок из рулона. Человек контролировал работу оборудования, не входя в опасную зону, и мог выполнять дополнительную работу. После штамповки заготовки проходили обезжиривание в травильных ваннах и поступали на сварочный участок.
На сварочном участке посуда приобретала окончательную форму: к ней приваривались ручки, ушки, носики, элементы для крепления пластмассовой фурнитуры. Некоторые сварочные машины мы оснастили устройствами для автоматической подачи на верхний электрод ручек посуды, что облегчало работу сварщиц и повышало производительность их труда. На базе сварочной машины создали автомат для приварки ручек к кружкам объемом 0,25 литра. Подача корпусов и ручек на электроды сварочной машины и их сварка осуществлялись автоматически. Машинного зрения и подходящих роботов в то время ещё не было, поэтому сварщица вручную отбирала с ленточного конвейера корпуса кружек и укладывала их в лоток‑накопитель. Из лотка, с помощью механизма поштучной выдачи, корпус кружки пневмоцилиндром подавался на нижний электрод сварочной машины, а ручки кружек подавались на верхний электрод по вибролинейке из барабана‑накопителя. После сварки, заготовки посуды отправлялись в контейнерах на эмалирование.
Впервые годы работы цеха эмалирование посуды выполнялось вручную. Ручное эмалирование посуды — это трудоёмкий процесс. Специальными захватами эмалировщица брала стальную заготовку посуды, окунала в состав для эмалирования — шликер — и затем разравнивала нанесенный шликер по поверхности заготовки, придавая захвату с заготовкой вращательные движения, и аккуратно ставила заготовку с нанесённой жидкой эмалью на люльки подвесного конвейера для последующей сушки и обжига эмали. Это требовало больших усилий, особенно при эмалировании тазов и баков, и высокой концентрации внимания, так как неосторожные встряхивания приводили к потёкам эмали, снижению сортности посуды или браку. Попробуйте у себя на кухне взять кастрюлю, повертеть её на вытянутых руках пять‑шесть секунд и аккуратно, без стука, поставить на плиту, и вы получите представление, насколько трудно проработать в таком режиме всю смену. А ведь каждое изделие приходилось эмалировать дважды. Сначала наносилась и обжигалась грунтовая эмаль, обеспечивающая хорошее сцепление с металлом, и только потом наносилась и обжигалась покровная эмаль, имеющая красивый вид и высокие инертные свойства, что делало посуду безопасной для приготовления пищи. Облегчить труд эмалировщиц и повысить производительность их труда было нашей главной задачей. Основной объём в производстве посуды занимали кастрюли. Для их эмалирования изготовили полуавтоматы «Ритм — 1» и «Ритм — 2». Они имеют вид небольшого цепного конвейера, на цепи которого закреплены захваты‑манипуляторы. По мере движения цепи, захваты‑манипуляторы, с зажатыми в них заготовками кастрюль, «оживают»: совершают наклоны, повороты и вращения, как если бы нанесение и разравнивание шликера на кастрюле делал бы человек. Делают они это не так проворно, как эмалировщицы, но благодаря тому, что их много, и работают они одновременно, достигается выигрыш в производительности. Для эмалирования крупной посуды, тазов, баков, вёдер разработали специализированные полуавтоматы. В процессе эмалирования движения захватов этих полуавтоматов тоже имитируют движения рук человека. Установка заготовок в захваты полуавтоматов и снятие заготовок с нанесённым шликером выполняются вручную, но наиболее трудоемкие манипуляции с изделиями при нанесении и разравнивании эмали выполняются автоматически, без участия человека. Для участка декорирования посуды были созданы полуавтоматы карусельного типа для напыления на края крышек и корпусов посуды цветных эмалей. Это — более простые, с точки зрения автоматизации, полуавтоматы, без признаков средств робототехники. После эмалирования и нанесения декоративных покрытий посуда поступала на упаковку и отгрузку.
Для участка упаковки и отгрузки готовой продукции разработали и изготовили мобильные телескопические ленточные транспортёры для подачи упаковок со склада через рампу, непосредственно в товарные вагоны. Время на отгрузку вагонов сократилось, облегчился труд грузчиков. А повысить качество упаковки комплектов посуды позволило создание станков для изготовления заготовок коробок из гофрированного картона. Но это — уже средства механизации.
Сегодня ООО «СТАЛЬЭМАЛЬ» является лидером по производству эмалированной посуды в России, но уже не входит в группу компаний «Северсталь». Предприятие использует современное оборудование: лазерные комплексы для оптимального раскроя заготовок, роботов для загрузки штучных заготовок в прессы, внедряет собственные разработки загрузочных устройств. Но и «старички», отработавшие не один десяток лет, продолжают работу, благодаря хорошему техническому обслуживанию, модернизации приводов и систем управления.
Создание оборудования со сложной механикой и автоматизированным управлением потребовало тесного взаимодействия инженеров‑разработчиков, конструкторов, рабочих, технологов и руководителей различного уровня. Как итог: постоянно повышались квалификация и развивались компетенции ЦЛАМ в области создания новой техники. В будущем, это позволило инженерам и руководителям управления механизации и автоматизации уверенно браться за комплексные технические задачи, включающие разработку, изготовление и внедрение оборудования со сложной механикой и современными АСУТП:
создание обвязочных машин для обвязки рулонов на стане «1500» в ЛПЦ-1 и бухт «катанки» в сортопрокатном цехе;
разработка и внедрение первых российских маркировщиков горячих слябов на разливочных машинах в конвертерном производстве;
создание «летучих» пил для трубных станов;
создание весоизмерительных комплексов и весодозирующих систем;
участие в строительстве и наладке стана 5000 в листопрокатном цехе № 3 (ЛПЦ-3), шахтной печи в электросталеплавильном цехе, мини‑завода сортового проката в Балаково и Ижорского трубного завода;
модернизация автоматизированных систем управления основными технологическими агрегатами и создание вспомогательного оборудования, встроенного в технологические потоки или работающего автономно.
Но это уже другие интересные истории.
P. S. В нашей семье, на кухне, до сих пор используются две удобные детские тарелочки, купленные сорок лет тому назад, когда дети были ещё маленькими. На дне тарелочек есть картинка с двумя ёжиками: один в синих, другой в красных штанишках, стоящие над опрокинутой корзинкой с земляникой. Белая эмаль тарелочек потеряла былой блеск, а их дно покрылось сетью мелких царапин от активно стучавших по нему ложечек. На внешней стороне дна тарелочек виден товарный знак с буквой Ч — Череповец. Это любимые нашими детьми, а теперь и повзрослевшими внуками, тарелочки. И не только потому, что это воспоминания о детстве, но и потому, что они знают историю о том, как здесь, в Череповце, металлурги варили, разливали, катали, дрессировали металл, придавая ему характер — нужные свойства. И как придумывали полуавтоматы, заменившие руки человека на тяжелых и опасных операциях изготовления посуды, потому что подходящих роботов у нас тогда ещё не было.
