استفاده از هوش مصنوعی در تعمیر و نگهداری نسوزها

مطلب منتشر شده در مجله صنعت نسوز، شماره زمستان ۹۷، صفحه ۳۲ تا ۳۵

نوشته: پراکش بهارتی، مدیر ارشد کلدریس

ترجمه: امیرحسین یوسف بیگی، گروه دانش بنیان پاترون

ویرایش: حسام ادیب

اولین انقلاب صنعتی در قرن هجدهم با معرفی تولید مکانیکی از طریق آب و بخار جرقه خورد. دومین انقلاب صنعتی اساسا توسط ایده ها و تقسیم کار به پیش رفت در حالیکه انقلاب سوم با معرفی برنامه های کنترل منطقی (PLC) با هدف اتوماسیون تولید، اتفاق افتاد.

جهان به سرعت در حال حرکت به سمت صنعت ۴٫۰ یا انقلاب صنعتی چهارم است. هوش مصنوعی (AI) و سیستم های بر پایه یادگیری ماشین، نه تنها در نحوه ارتباط ما با اطلاعات و سیستم ها، بلکه انقلابی در بخش تولید ایجاد نموده است.

هوش مصنوعی: یک برنامه که می تواند حس، عقل، عمل و سازگاری داشته باشد.

یادگیری ماشین: الگوریتم هایی که عملکردشان بهبود می یابند چون در طول زمان در معرض اطلاعات بیشتری قرار میگیرند.

یادگیری عمیق: زیر مجموعه ای از یادگیری ماشین که در آن شبکه های عصبی چند لایه از مقادیر وسیعی از داده ها یاد می گیرند.

در زمینه نسوز، (شامل تجهیزات، کوره ها، فرآیندها، پارامترهای عملیاتی و نگهداری و تعمیرات)، انتخاب محصول معمولا به واسطه تجربیات فردی طراحی و تامین شده اند. به عبارت دیگر، شما باید در این حوزه باشید تا بدانید دقیقا به چه نیاز دارید.

این ممکن است در آینده تغییرکند. فرایند تصمیم گیری به طور فزاینده ای به وسیله سیستم های تولیدی دانش محور و خود بهینه ساز یاری خواهد شد.

. کارخانه هوشمند به سیستم های فیزیکی سایبری مجهز خواهد شد که ارتباط بین انسان ها، دستگاه ها و محصولات را امکان پذیر می سازد. از آن جا که آنها می توانند داده ها را در اختیار بگیرند و پردازش کنند، می توانند بخش خاصی را خودشان کنترل کنند و با استفاده از رابط کاربری با انسان ارتباط برقرار کنند. بیشتر وارد جزئیات خواهیم شد.

نگهداری نسوز:

در تولید فولاد، کوره بلند یکی از تجهیزات اصلی است که نیاز روزانه قابل توجهی بهنگهداری نسوز دارد. گرچه کوره بلند از قرن های پیش عملیاتی شده است، اما  هنوز نگهداری نسوز لایه داخلی کوره،  برای تیم های عملیاتی و نگهدارییک چالش محسوب می شود. مثلا پیش بینی سایش و خوردگی نسوز داخلی کوره بدون خاموش کردن کوره تقریبا غیرممکن است.

در طول دهه گذشته، عمر کوره های بلند با بهره گیری از خنک سازهای مدرن، استفاده از طرح های نسوزکاری بهبود یافته و نگهداری های نوآورانه لایه کاری نسوز مانند سیستم گانینگ و شاتکریت (که در آن یک غلاف وارد کوره بلند می شود و از راه دور کنترل می شود در حالیکه دمای داخل کوره بلند بسیار بالاست) به طور موفقیت آمیزی افزایش یافته است.ترکیب این تکنیک های نگهداری با یک فرایند اتوماسیون آن را تبدیل به یکی از ، سریعترین و موثرترین روش ها جهت افزایش طول عمر کوره های بلند می نماید، چراکه تعمیر جرم های نسوز می تواند به طور دقیقی روی نقاطی که خورده شده انجام شود.

مفهوم  نگهداری هوشمند می تواند به بهبود کارایی نسوز کمک کند. این باعث افزایش عمر سرویس و تولید بیشتر آهن داغ شده و انعطاف پذیری بیشتری را برای نگهداری و تعمیرات کارخانه با هزینه منطقی نسوز فراهم می آورد.

اثر متقابل فیزیکی سایبری (CPS): اصطلاح CPS به نسل جدیدی از سیستم ها اطلاق می شود که قابلیت های یکپارچه محاسباتی و فیزیکی دارند و می توانند با روش های جدید با انسان ها تعامل داشته باشد و ارتباط برقرار کنند. در آینده، CPS تعامل سیستم کوره بلند را دگرگون خواهد کرد، همانطور که تولد اینترنت باعث تغییر نحوه ارتباط انسان و گردش اطلاعات شد.

CPS با کاهش زمان توقفات از طریق پیش بینی و عیب یابی با استفاده از بزرگ داده ها از سنسورهای شبکه ای مختلف، ماشین ها و سیستم، بهره وری کوره بلند را بهبود می بخشد. هر ماشین میتواند به صورت خودآگاه، خود پیش گویی، خود سنجی و خود مقایسه گری و ورود عمیق به خود تنظیمی و خود بهینه سازی، خرابی های احتمالی را پیش بینی و عیب یابی نماید و منجر به بهبود عملکرد و هوشمندی گردد.

پلتفرم کلی تحلیلی فیزیکی سایبری با قابلیت خود یادگیری در تصویر بالا نشان داده شده است. (مرجع: مجله مهندسی برای ماشین)

(مرجع: مجله مهندسی برای ماشین)

دانشگاه سینسیناتی، یک سیستم خودآگاه و خودمراقبتی را اینگونه تعریف می کند: سیستمی که می تواند خود را از نظر سلامت ارزیابی کند و در صورت بروز عیب در سیستم با استفاده از اطلاعات مشابه از دیگر سیستم های همسان و مشابه خود، از مسائل بالقوه با تعمیر هوشمندانه جلوگیری کند..

با استفاده از این قابلیت ها، کوره بلند و سیستم آن می تواند هوشمندانه تر و انعطاف پذیرتر با محیط های متغیر و پویا سازگار شود.

چه اتفاقی خواهد افتاد اگر سیستم نسوز کوره بلند بتواند از تاریخچه خود استفاده کند؟ اگر جفت آن کوره از همان طراحی، حجم و فرایند مشابه برخوردار است نیازهای نگهداری را می تواند به سرعت ایجاد کند.

چه اتفاقی خواهد افتاد اگر دسته گانینگ یا شاتکریت مجهز به لیزر باشند و بتوانند ضخامت لایه نسوز باقیمانده را تشخیص دهند؟ بر اساس ارزیابی اندازه گیری لیزر، نقشه گانینگ را می توان بر روی رابط کاربر تعریف کرد و سپس با استفاده از نازل شاتکریت، نسوز را برای تعمیر خودکار در محل مناسب با مقدار ایده آل اعمال نمود. علاوه بر این، دستگاه شاتکریت را می توان با سیستم میکس پیشرفته آب مجهز کرد که به دستگاه اجازه می دهد مقدار آب مورد نیاز برای تهیه مخلوط همگن را برای تعمیر اثر بخش تامین کند.

یکپارچه سازی تصویر برداری حرارتی با CPS: اگر یک سیستم تصویربرداری حرارتی به طور پیوسته شل کوره بلند را اسکن کند می تواند میزان افزایش دما را تشخیص دهد و سپس پمپ بتن نسوز را تحریک کند تا مواد نسوز از طریق نازل، اطراف ناحیه گزارش شده که افزایش دما اعلام شده تزریق کند. از دست دادن دما از طریق شل کوره بلند ممکن است بر روی بار حرارتی کلی تاثیر گذار باشد و باعث شکل گیری سرباره و افزایش نرخ مصرف سوخت شود. اقدام سریع توسط CPS نه تنها از دست دادن انرژی گرمایی جلوگیری می کند، بلکه باعث صرفه جویی در مصرف کک و سوخت نیز خواهد شد.

به طور خلاصه، هوش مصنوعی و یادگیری ماشین ستون فقرات صنعت ۴٫۰ است. راه اندازی هوش مصنوعی پیشرفته و تکنولوژی یادگیری ماشین منجر به کاهش گسترده در  نگهداری نسوز می شود. پیشرفت های اخیر در صنعت، راه را برای راه اندازی سیستماتیک سیستم فیزیکی سایبری باز می کند که در آن اطلاعاتی که از تمام تجهیزات متصل به دست می آید را بتوان کنترل کرد و آن اطلاعات را بین کوره و فضای محاسباتی سایبری همرسانی نمود. انتظار میرود سیستم فیزیکی سایبری نقش مهمی در طراحی و توسعه کوره های بلند آینده با با قابلیت های جدید داشته باشد که به مراتب بیشتر از سطح اتوماسیون، قابلیت و قابلیت اطمینان امروز است.