Цветная металлургия считается одной из самых сложных отраслей из числа связанных с переработкой полезных ископаемых. Во-первых, она работает с очень низкой концентрацией полезных металлов в руде. Нередко их количество не превышает десятых долей процента. Так, в очень богатых сульфидных рудах Талнахского месторождения содержание никеля достигает 3,1–5,32%.
Руда в цифре: как запускают масштабную систему планирования металлургического производства
Металлургическое производство похоже на гигантский город, где каждый район — своя стадия обработки с десятками агрегатов и вереницами оборудования. Сложно быстро подстраивать такую систему под новые требования, чтобы получать максимум выгоды: под свойства добытой руды или запросы поставщиков.
«Норникель»
Эксперты компании «Норникель» рассказали редакции Techinsider.ru о своем инновационном решении — переводе процессов среднесрочного планирования производства на специализированную систему металлургического планирования.
Цифровые металлы: планируем путь руды от добычи до продукта
Во-вторых, для переработки руды, разделения разных металлов, обогащения и выплавки цветной металлургии требуется гораздо больше реагентов, чем черной: кислот, растворителей и добавок. Тут свои ограничения накладывает логистика.
Например, Талнахское месторождение, где добывается никель, находится на Таймырском полуострове. Там же находится значительная часть производственных мощностей. Туда за полярный круг не ведут ни железнодорожные пути, ни дороги — все необходимое завозится по морю, по реке Енисей и самолетами. Планировать непрерывную работу переделов приходится на месяцы вперед.
В-третьих, постоянно меняются условия: концентрации в руде, объемы добычи, спрос на рынке, графики ремонтов оборудования. Изменения на одном этапе тянут за собой изменения по всей цепочке.
Для учета всех факторов используются масштабные модели. Например, ранее «Норникель» использовал для расчетов и хранения данных Excel, но система перестала справляться с расчетами. Причин много: огромные объемы файлов, перекрестные ссылки, обусловленные особенностями производства, и настолько сложные формулы, что обывателю они скорее напомнят письмена инопланетян.
Возникла необходимость в специализированной системе, в которой изначально заложены все компоненты металлургических производственных цепочек и необходимые расчетные модели. Основой новой системы стала отечественная платформа Knowledge Space.
Балансируя металлами
Работу над новой системой начали в мае 2024 года совместно с разработчиком платформы, компанией ООО «Интегрированные системы». Проект разделили на три составляющие: разработка эвристический модели по блоку «Обогащение» и блоку «Металлургия» и оптимизатор для выбора самого эффективного плана производства.
В эвристической модели специалисты воссоздают имитационные производственные цепочки. Печи, станки и другое оборудование превратились в системе в рабочие места, связанные потоками сырья и продуктов.
«Фактически "эвристика" — это математическая модель, в которой соблюдаются последовательности определенных действий. В ней заданы алгоритмы, "толкающие" производство "от горы": сколько мы добываем — столько можем произвести», — объясняет руководитель проекта от «Норникеля» Карина Муромцева.
На «входе» система получает руду с набором характеристик. Между агрегатами обогащения и металлургии перемещаются различные виды продуктов, в том числе чистые металлы — никель, палладий и другие, — а на выходе получаются уже готовые к продаже товары.
Отслеживая потоки продуктов, система проверяет баланс металлов по всей производственной цепочке. Но тут возникает сложность, с которой плохо справляются другие системы: не все выходящие продукты идут на следующий этап, некоторые из них возвращаются на то же производство, с которого только что вышли, — возникает множество циклов продуктов.
Когда металл уходит в цикл
Новая система выполняет очень сложную задачу поддержания цикличности материальных потоков. Значительная доля продуктов, выходящих с того или иного передела, действительно идет дальше, но часть «заворачивается» и входит в то же производство. Эта математическая проблема долгое время считалась нерешаемой для российский платформ. Тут ее удалось реализовать.
Еще одна особенность, значительно усложняющая математику проекта, — расчеты извлечения и содержания в продуктах. В этих вычислениях есть показатели, которые ссылаются один на другой в зависимости от концентратов и других реагентов.
От добычи к продукту, от заказчика — к добыче
Эвристическая, или имитационная модель отвечает за потоки металлов «от горы», то есть от добычи к готовым продуктам. Для того, чтобы эффективно учитывать условия на рынке, запросы покупателей и другие внешние факторы, нужно рассчитывать план производства в обратную сторону. Этим занимается оптимизационная модель.
Оптимизатор предлагает альтернативные варианты загрузки производственных мощностей таким образом, чтобы выйти на заданные экономические показатели. Например, максимизировать прибыль.
«Сегодня в системе реализован функционал блока обогащения, и он переведен в опытно-промышленную эксплуатацию. Реализован функционал блока металлургии, и он находится на этапе тестирования. Разработан прототип оптимизатора по блоку обогащения. В следующем году вся имитационная модель будет переведена в промышленную эксплуатацию, и мы продолжим тестирование оптимизатора», — рассказала Карина Муромцева.
Никаких нейросетей, все на опыте специалистов
Сегодня внедренной платформой пользуется уже около 100 работников, среди которых есть как экономисты, так и специалисты производственно-технических служб, которые занимаются планированием процессов на переделах. Некоторые из них работают в компании уже более 20 лет, и, конечно, они активно участвуют в разработке системы.
Математические модели платформы — это, по сути, «слепок» уникального многолетнего опыта экспертов. В систему встроена сложная методология, выработанная на базе широких накопленных знаний о формировании плановых балансов металлов.
«Сегодня нам нужна адекватная и быстрая реакция. Способность адаптироваться к изменениям — ключевой фактор устойчивости. Благодаря проекту мы выстраиваем новую систему, новый процесс, который станет основой для принятия критически важных управленческих решений», — заключила Анна Парфенова, заместитель директора экономического департамента «Норникеля».