Бережливые испытания, или Как мы заглянули в пекло

Спойлер. Во время испытаний ни одна камера не пострадала. Но это не точно. 

Давайте знакомиться — меня зовут Ольга. Я работаю в компании Datana. Чем мы занимаемся в Datana? Помогаем производить лучшую сталь в мире, из которой делают рельсы, трубы, здания, мосты, ледоколы, автомобили и даже шарики в шариковых ручках. 


В нашем арсенале вся мощь искусственного интеллекта и технологий индустрии 4.0. Мы уже рассказывали, как внедряли искусственный интеллект на металлургическом заводе.

Сегодня я расскажу вам, как мы поместили камеру в самое пекло, что мы там увидели и при чем тут бережливые испытания.

Зачем мы это делали 

Повышение наблюдаемости за процессом и предоставление объективных данных оператору — одна из самых частых задач, которую мы решаем. В этом нам помогают камеры, газоанализаторы, вибродатчики, термопары, лазеры — все, что угодно, что позволяет получать в режиме реального времени данные о наблюдаемом процессе.

В этот раз мы решали задачу помочь сталевару: проводить качественную продувку металла аргоном — один из важных этапов в процессе производства стали. Без продувки аргоном сделать высококачественную сталь невозможно. Но сама продувка происходит под крышкой установки печь-ковш. Сталевар ведет плавку вслепую, опираясь только на данные, которые видит на экране (расход и давление аргона), и словесное описание продувки, которое по рации передает подручный сталевара — у него есть возможность заглянуть в технологическое окно (опасная зона) и посмотреть, как идет продувка. Ну как тут не ошибиться и принять верное решение? 

Здесь на помощь приходим мы. В нашей продуктовой линейке есть интеллектуальная система мониторинга продувки металла аргоном. Что она делает? Если коротко, то мы в режиме реального времени, с помощью камеры, установленной под крышку установки печь-ковш, получаем видеоизображение поверхности расплава, анализируем картинку с помощью машинного зрения и рекомендуем сталевару, как продувку провести оптимально. 


Для одной производственной площадки мы делали кастомизацию этого решения. Нам нужно было выполнить три требования.

1. При просмотре видеоряда глаза сталевара не должны уставать.
2. Мы должны были контролировать «свободный борт», т.е. нам нужно было измерять расстояние от поверхности металла до края сталь-ковша.
3. Мониторинг должен осуществляться на всем протяжении внепечной обработки: 30-40 минут под куполом и температурой от 1000-1500°С.

Оборудование и его монтаж — штука дорогая. Никому не хочется оказаться в ситуации, когда большие деньги потрачены не на то оборудование. Поэтому, прежде чем закупать промышленное оборудование, нужно провести испытания, не потратив на это много денег. Бережливые испытания — способ получить ответы на вопросы с небольшими затратами. 

Как мы решали задачу 

Как решить первую задачу — понятно. Можно установить синее защитное стекло, которое бы с одной стороны защищало и матрицу камеры, а с другой стороны давало бы комфортную для глаз картинку. Но если мы так сделаем, то сможем ли мы определять свободный борт (наша вторая задача)? Не будет ли картинка слишком темная? 

Мы взяли простую камеру GoPro. Ее можно найти за 4-6 тысяч. Сконструировали специальный защитный корпус и штангу.


Такой корпус на какое-то время защитит камеру от температуры внутри установки ковш-печь. Секунд на 20 его вполне хватает, и этого времени для эксперимента вполне достаточно.

Можно ли обойтись без защитного корпуса?

Можно, но секунды две.


В общем, защита нужна.

Итак, мы заказали стекла с разной интенсивностью защиты и приступили к испытаниям.


Через технологическое окно мы на разных режимах продувки опускали камеру внутрь и снимали двадцатисекундные ролики. 

Что мы узнали

Нам нужна широкоугольная камера. Чтобы контролировать «свободный борт», его нужно видеть. Камера со стандартным обзором дает картинку только поверхности и не захватывает борт.

Стандартная защита (такая же используется в очках сталевара) не подходит для нас.


Слишком темным получается борт, и мы не можем определить нужное нам расстояние от его края до расплава.


А вот если сделать защиту чуть слабее, то обе задачи прекрасно решаются. 


Итак, первая и вторая задача решаются с помощью широкоугольной камеры видимого спектра и защитного стекла средней интенсивности.

А что с третьей задачей? Сможет ли камера видимого спектра наблюдать за продувкой во время нагрева и отдачи материалов?

В чем тут сложность? Во-первых, во время отдачи материалов под крышкой будет дымно. Материалы угорают, и видимость становится нулевая. Во-вторых, во время нагрева и интенсивного перемешивания поверхность бурлит, как в жерле вулкана.


С помощью камеры видимого спектра третья задача не решается. Нужна длинноволновая. Только она сможет пробиться сквозь задымление. Значит, наше конечное решение будет комбинированное. Мы будем наблюдать за поверхностью и в видимом спектре и длинноволновом.

Что делать со всплесками? Они в три секунды забрызгают объектив и выведут камеру из строя. Тут нам поможет воздушная защитная шторка. Нужно будет сконструировать гнездо для камеры таким образом, чтобы объектив всегда обдувался потоком воздуха, создавая воздушную защиту и не давая попасть на него каплям металла.

Что в итоге 

С помощью доступного оборудования и технологии бережливых испытаний мы получили ответы на вопросы: какими характеристиками должно обладать оборудование, чтобы решить все наши задачи; что нам нужно предусмотреть для защиты самого оборудования.

Теперь можно приступать к закупке промышленного оборудования и быть уверенным, что мы закупим то, что нужно.

Всегда есть способ провести испытания с минимальными затратами. Найди его и сделай.

В следующий раз мы расскажем, как научить нейронку следить за поверхностью расплава и определять, где тут шлак, где металл, а где посторонние предметы. Подписывайтесь на Datana. Хабр. 

Свои производственные заметки мы, помимо Хабра, выкладываем в Telegram-канал. Присоединяйтесь!