Обоснование выбора платформы для создания системы управления материальными потоками в производстве металлургического кремния

В условиях конкуренции на рынке кремния возникла необходимость модернизации технологического процесса, в том числе и горнодобывающих производств, связанных с поставкой рудных материалов (подготовкой и обогащением кварцевого сырья). Существует проблема накопления трудно перерабатываемых техногенных отходов, приводящая к нарушению геологической обстановки. Существующие системы контроля и автоматизированного управления не соответствуют современным требованиям, в частности, в вопросах расхода основных и вспомогательных ресурсов и учета промышленных выбросов. Целесообразно внедрение специальных автоматизированных систем учета материальных потоков и расчета материальных балансов, в том числе и в аспекте подготовки и обогащения кварцита. На основе информации о движении материальных потоков, полученной с действующего предприятия, создается база данных и разрабатывается комплекс мер по повышению эффективности процесса. В основе системы лежит цифровой каркас, требующий наполнения и надстройки под конкретное производство. В данной статье проведен сравнительный анализ трех высокорейтинговых платформ для создания MES-системы, каждая из которых может быть применена в горно-металлургической промышленности в рамках цифровой трансформации. Выявлены положительные и негативные факторы для внедрения автоматизированных комплексов в производство кремния, а также сформулированы общие требования к программному обеспечению, что гарантирует устойчивую работу оборудования.

Бажин В. Ю., Масько О. Н., Ануфриев А. С. Обоснование выбора платформы для создания системы управления материальными потоками в производстве металлургического кремния // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 1-1. – С. 206–219. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_011_0_206.

Бажин Владимир Юрьевич¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: bazhin-alfoil@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-8231-3833,
Масько Ольга Николаевна¹ — аспирант, e-mail: olgamasko.17@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-7512-1099,
Ануфриев Александр Сергеевич — директор по развитию, ООО «Лаборатория инжиниринга», e-mail: a@ануфриев.рф,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II.

Масько О.Н., e-mail: olgamasko.17@gmail.com.

1. Литвиненко В. С., Петров Е. И., Василевская Д. В., Яковенко А. В., Наумов И. А., Ратников М. А. Оценка роли государства в управлении минеральными ресурсами // Записки Горного института. — 2022. — Т. 259. — С. 95—111. DOI: 10.31897/PMI.2022.100.

2. Litvinenko V. Digital economy as a factor in the technological development of the mineral sector // Natural Resources Research. 2019, vol. 29, no. 1. DOI: 10.1007/s11053-019-09568-4.

3. Jaskó S., Skorp A., Holczinger T., Chovan T., Abonyi J. Development of manufacturing execution systems in accordance with Industry 4.0 requirements. A review of standardand ontologybased methodologies and tools // Computers in Industry. 2020, vol. 123, no. 2, article 103300. DOI: 10.34218/IJM.10.2.2019.010.

4. Negri E., Berardi S., Fumagalli L., Macchi M. MES-integrated digital twin frameworks // Journal of Manufacturing Systems. 2020, vol. 56, no. 6, pp. 58—71. DOI: 10.1016/j.jmsy.2020.05.007.

5. Li F., Wu J., Dong F., Lin J., Sun G., Chen H., Shen J. Ensemble machine learning systems for the estimation of steel quality control / Proceedings of 2018 IEEE Conference on Big Data. 2018, pp. 2245—2252. DOI: 10.1109/BigData.2018.8622583.

6. Abburu S., Berre A., Jacoby M. COGNITWIN — hybrid and cognitive digital twins for the process industry / Proceedings of 2020 IEEE International Conference on Engineering, Technology and Innovation (ICE/ITMC). 2020. DOI: 10.1109/ICE/ITMC49519.2020.9198403.

7. Rozs R., Ando M. Collaborative systems, operation and task of the manufacturing execution systems in the 21st century industry // Periodica Polytechnica Mechanical Engineering. 2020, vol. 64, no. 1, pp. 51—66. DOI: 10.3311/PPme.14413.

8. Сафиуллин Р. Н., Афанасьев А. С., Резниченко В. В. Концепция развития систем мониторинга и управления интеллектуальных технических комплексов // Записки Горного института. — 2019. — Т. 237. — С. 322—330. DOI: 10.31897/pmi.2019.3.322.

9. Федорова Э. Р., Пупышева Е. А., Моргунов В. В. Определение параметров осаждения при сгущении и промывке красных шламов // Цветные металлы. — 2023. — № 4. — С. 77—84. DOI: 10.17580/tsm.2023.04.10.

10. Fedorova E., Pupysheva E., Morgunov V. Modelling of red-mud particle-solid distribution in the feeder cup of a thickener using the combined CFD-DPM approach // Symmetry. 2022, vol. 14, article 2314. DOI: 10.3390/ sym14112314.

11. Karlina A. I., Kondratiev V. V., Balanovsky A. E., Kolosov A. D., Ivanchik N. N. Results of modification of cast iron by carbon nanostructures of gas cleaning dust of silicon production // Advances in Engineering Research. International Conference on Aviamechanical Engineering and Transport. 2018, vol. 158, pp. 169—173. DOI: 10.2991/avent-18.2018.33.

12. Martirosyan A. V., Ilyushin Yu.V., Afanaseva O. Development of a distributed mathematical model and control system for reducing pollution risk in mineral water aquifer systems // Water. 2022, vol. 14, no. 2, pp. 151. DOI: 10.3390/w14020151.

13. Свицов А. В., Елкин К. С., Кашлев И. М., Карлина А. И. Процессы в шихтовой и подовой зонах рабочего пространства печи и проблемы управления режимом дозирования шихты при выплавке технического кремния и высококремнистых ферросплавов // Металлург. — 2020. — Т. 64(5-6). — С. 396—403. DOI: 10.1007/s11015-020-01008-6.

14. Sindland C., Tangstad M. Production rate of SiO gas from industrial quartz and silicon // Metallurgical and Materials Transactions. 2020, vol. 52, no. 3. DOI: 10.1007/s11663-021-02143-4.

15. Chigondo F. From metallurgical-grade to solar-grade silicon: An overview // Silicon. 2018, vol. 10, pp. 789—798. DOI: 10.1007/s12633-016-9532-7.

16. Немчинова Н. В., Минеев Г. Г., Тюрин А. А., Яковлева А. А. Разработка технологии руднотермической плавки окускованной шихты из техногенного сырья для производства кремния // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. — 2017. — Т. 60. — № 12. — С. 948—954. DOI: 10.17073/0368-0797-2017-12-948-954.

17. Leonova M. S., Timofeeva S. S. Environmental and economic damage from the dust waste formation in the silicon production // IOP Conference Series Earth and Environmental Science. 2019, vol. 229, no. 1, article 012022. DOI: 10.1088/1755-1315/229/1/012022.

18. Васильев Б. Ю., Мустафин М. Г. Анализ и оптимизация цифровых моделей рельефа горнопромышленного объекта с открытым типом разработки // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 9. — С. 141—159. DOI: 10. 25018/0236_1493_2023_9_0_141.

19. Мустафин М. Г., Кологривко А. А., Васильев Б. Ю. Анализ точности построения цифровых моделей рельефа на основе данных периодического воздушного лазерного сканирования горнопромышленного объекта // Горный журнал. — 2023. — № 2. — С. 56—62. DOI: 10.17580/gzh.2023.02.09.

20. Тарасов П. И., Хазин М. Л., Апакашев Р. А. Использование отходов горнодобывающей промышленности Урала // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 1. — С. 21—31. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-1-0-21-31.

21. Уланов А. Ю., Бахмин В. И., Коробова О. С. О совершенствовании системы обращения с отходами недропользования // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 6. — С. 48—55. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-6-0-48-55.

22. Кульчицкий А. А., Мансурова О. К., Николаев М. Ю. Распознавание дефектов грузоподъемных канатов металлургического оборудования оптическим методом с помощью нейронных сетей // Черные металлы. — 2023. — №3. — С. 81—88. DOI: 10.17580/chm.2023.03.13.

23. Rozhikhina I. D., Nokhrina O. I., Yolkin K. S., Golodova M. A. Ferroalloy production: state and development trends in the world and Russia // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2020, vol. 866, no. 1, article 012004. DOI: 10.1088/1757-899X/866/1/012004.

24. Yolkin K. S., Yolkin D. K., Kolosov A. D., Ivanov N. A., Shtayger M. G. Technologies, which allow to reduce an impact of metal silicon production on the environment // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2018, vol. 411, no. 1, article 012028. DOI: 10.1088/1757-899X/ 411/1/012028.

25. Лютягин Д. В., Яшин В. П., Забайкин Ю. С., Якунин М. А. Особенности и тенденции цифровой трансформации российской горнодобывающей отрасли // Экономика: вчера, сегодня и завтра. — 2019. — № 9. — С. 147—157.

26. Гервиц М. А. Цифровизация горнообогатительного производства // Автоматизация в промышленности. — 2021. — № 4. — С. 63—72. DOI: 10.25728/avtprom.2020.04.10.

27. Potekhin V. V., Bahrami A. H., Katalinič B. Developing manufacturing execution system with predictive analysis // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2020, vol. 966, no. 1, article 012117. DOI: 10.1088/1757-899X/966/1/012117.

28. Mohammed W. M., Ferrer B. R., Iarovyi S., Negri E., Fumagalli L., Lobov A., Lastra J. M. Generic platform for manufacturing execution system functions in knowledge-driven manufacturing systems // International Journal of Computer Integrated Manufacturing. 2018, vol. 31, no. 3, pp. 262—274. DOI: 10.1080/0951192X.2017.1407874.

29. Aramja A., Kamach Q., Elmeziane R. Companies’ perception toward manufacturing execution systems // International Journal of Electrical and Computer Engineering. 2021, vol. 11, no. 4, pp. 3347—3355. DOI: 10.11591/ijece.v11i4.pp3347-3355.

30. Александрова Т. Н., Чантурия A. В., Кузнецов В. В. Минералого-технологические особенности и закономерности селективного разрушения железистых кварцитов Михайловского месторождения // Записки Горного института. — 2022. — Т. 256. — С. 517—526. DOI: 10.31897/PMI.2022.58.