Ocena stanja in analiza razvoja uporabe procesnega računalništva v Slovenskih železarnah
UDK: 519.68:681.3.06:669.187 ASM/SLA: U4k, D5, D8, D9, X14k, 1-52
Koroušič, B., J. Rodič, J. Žnidar, A. Verčko, J. Šegel, F. Rus, J. Miko, F. Novak, B. Brudar, T. Kolenko, M. Kranjc
Podana je ocena stanja in analiza dosedanjega razvoja uporabe procesnega računalništva na področju krmiljenja proizvodnje, procesov in raziskav v Slovenskih železarnah.
Opisan je potek razvoja uporabe računalnika v posameznih organizacijah ter podane osnovne značilnosti opreme in uporabne aplikacije na področju kontrole kakovosti, krmiljenja, proizvodnje, aplikativnih raziskav in v izobraževalnem procesu.
UVOD
Komisija za računalniško podprto vodenje procesov in proizvodnje pri Slovenskih železarnah je sklenila, da na osnovi razpoložljivih informacij pripravi skupno poročilo o sedanjem stanju in aktivnostih skupin, ki delujejo na področju krmiljenja proizvodnje, procesov in raziskav v Slovenskih železarnah.
V nadaljevanju bo podan oris dosedanjega razvoja, današnje stanje in nadaljnje usmeritve uporabe procesnih računalnikov pri vodenju proizvodnje, krmiljenju tehnoloških procesov, pri razvoju in raziskovalni dejavnosti ter v izobraževalnem procesu.
Čeprav vsa omenjena področja niso enakomerno zastopana, komisija meni, da je potrebno vztrajati na širšem konceptu zaradi vidnih ekonomskih in kakovostnih učinkov, ki jih prinaša uporaba procesnih in operativnih računalnikov, in zaradi boljše obveščenosti širšega kroga uporabnikov v Slovenskih železarnah.
KRATEK ORIS DOSEDANJEGA RAZVOJA
V	posamezni železarni je tekel razvoj uporabe računalnika pri krmiljenju proizvodnje vzporedno z drugimi področji uporabe računalnika in je časovno povezan z nabavo računalniške opreme v posamezni železarni.
V	železarni Ravne je bil poudarek na izdaji delovne dokumentacije ter AOP tehnične kontrole in raziskav. Prve aktivnosti so bile že pred 1970. letom. Procesno področje pa se je pričelo leta 1976 z nabavo opreme za jeklarno. V zadnjih letih so uvedli okoli 50 NC strojev in pridobili prve izkušnje pri CAD-CAM sistemu.
Železarna Jesenice je nabavila med slovenskimi železarnami prva poslovni računalnik, ki so ga uporabljali tudi za področje kontrole kakovosti in raziskav. Pro-
dr. B. Koroušič, SŽ-Melaiurški inštilul - YU 61000 Ljubljana dr. J. Rodič. Slovenske železarne - YU 61000 Ljubljana J. Žnidar. A. Verčko. J. Šegel. F. Rus — Železarna Ravne J. Miko, F. Novak, dr. B. Brudar — Železarna Jesenice dr. T. Kolenko — FNT Monlanislika — YU 61000 Ljubljana M. Kranjc — Železarna Šlore
cesni računalnik je pričela uvajati za jeklarno leta 1985 skupaj z ameriško firmo Process Corporation in železarno Ravne.
Železarna Štore je pričela uporabljati računalnik na procesnem področju leta 1981, ko se je po telefonu priključila na procesni računalnik Železarne Ravne. Za razvojne namene si je nabavila tudi mikroračunalnik Aple.
Metalurški inštitut se je razmeroma pozno vključil v uporabo računalnika pri svojem delu, vendar skuša nadoknaditi zamujeno.
Ena od pomembnih značilnosti dosedanjega razvoja je poenoten in usklajen razvoj na-procesnem področju. Vse tri železarne so se odločile tudi za enako izhodiščno aplikacijsko programsko opremo, kar bistveno poceni razvojne stroške na tem področju.
Omogočen je enostaven prenos znanja in izkušenj med železarnami.
Na področju krmiljenja proizvodnje je enotna računalniška oprema ter v dveh železarnah (Ravne in Štore) obdelava tehnologije in izdaja delovne dokumentacije. Ostale aplikacije se v vsaki železarni samostojno razvijajo.
Oglejmo si današnje stanje, ločeno za posamezne delovne organizacije.
ŽELEZARNA RAVNE:
Dinamični razvoj procesnega računalništva in avtomatizacije proizvodnih procesov v železarni Ravne služi kot vzor za vse druge delovne organizacije.
Danes se procesni računalniki uporabljajo na tako širokem področju, da je težko dati kratek oris in zajeti vse faze razvoja.
—	aplikacije procesnega računalnika v jeklarni so pri pripravi dela jeklarne, vodenju dnevne knjige naročil šarž za vse talilniške agregate, izračunu optimalnega vložka za visoka in nekatera srednje legirana jekla, avtomatskem izračunu dodatkov ferrolegur, sprotnem vodenju ferrolegur ter legiranega odpadka pri pečeh in na skladiščih, uporabi programov za prikaz predpisane tehnologije izdelave jekla, kompletnem nadzoru nad informacijami iz kemijskega laboratorija, računalniškem vodenju električne konice ter vrsti drugih zanimivih aktivnosti, kot je interaktivna uporaba matematično-statističnih analiz, avtomatsko zbiranje in shranjevanje podatkov procesov, napovedovanje kaljivosti jekel iz kemične sestave, itd.
—	razvoj, uvajanje in uporaba mikroprocesorjev na področju avtomatizacije delovnih postopkov. Na tem področju je zaslediti zlasti zadnjih nekaj let vidne rezultate: npr. pri avtomatizaciji zalaganja in razlaganja ogrevancev pri krožni peči za posluževanje kovaškega
stroja, pri avtomatizaciji doziranja legur pri EOP in vakuumskih napravah, pri avtomatizaciji zalaganja in razlaganja krožne peči za termično obdelavo ulitkov, nu-merično krmiljenje obdelovalnih strojev. V teku so tudi številne druge aplikacije v kovačnici, valjarni in jeklar-ni.
Še nekaj podatkov o strojni opremljenosti v železarni Ravne:
—	procesni računalnik za vodenje procesov v elek-trojeklarni:
PDP 11/40-JE 256 kB CPU z 32 MB diskom, 14 vi-deo terminalov, 5xTT*, diskete, 3 x asinhrone linije,
—	procesni računalnik za nadzor električne konice v jeklarni:
PDP 11/40 EL s 64 kB CPU, 5 MB diskom, 2 xTT in 2 x asinhrone linije,
—	procesni računalnik za krmiljenje EPŽ peči:
PDP 11/23-EPŽ, 64 kB CPU,
—	procesni računalnik za potrebe valjarne, obratov industrijskih nožev, strojev in delov, kalilnice, PD je-klarne in oddelka avtomatizacije proizvodnih procesov:
DELTA 644/80 s 786 kB CPU, 160 M B diskom, magnetni trak, diskete, 9 video terminalov, 2 x TT in 1 asinhrono linijo,
—	računalnik za številne aplikacije (EXAPT programiranje NC trakov, ročno programiranje NC trakov, grafična kontrola NC trakov, vzdrževanje programov in dr.):
PDP 11/44-NC s 512 kB CPU, 40 M B diska, magnetni trak, sedem video terminalov, 6 x TT, 4 x puncher, 2 x asinhrone linije, 1 x asinhrona linija, Calcomp plot,
—	TEKTRONIX 4054 za risanje načrtov, grafično kontrolo NC trakov, digitalizacija načrtov, poslovna grafika, z 32 kB CPU, grafičnim terminalom, Ploter A2, digital, 3 x diskete,
—	računalnik za pripravo in izdajo standardov v železarni Ravne:
KOPA 1500 s 64 kB CPU, diskete, 1 x video terminal in 1 x printer,
—	računalnik za razvoj novih programov, tehnične izračune in urejanje dokumentacije:
PDP 11/23-APP z 256 kB CPU, 20 MB diskom, 4 video terminale, 2 x TT, eno asinhrono linijo in 1 sinhro-no linijo,
—	računalnik za operativno vodenje skladišč vlož-nega materiala in terminiranje proizvodnje, naročanje materiala, rezervacije materiala:
DELTA 400-SID z 1 MB CPU, I magnetni trak, 160 MB diskom, 10 video terminalov, 2 printerja in I sin-hrona linija.
METALURŠKI INŠTITUT:
Spoznanje, da si učinkovitega izvajanja raziskovalnega in razvojnega dela in avtomatizacije v procesni tehniki danes ni mogoče niti zamisliti brez uvajanja računalniške opreme, je privedlo do nabave procesnega računalnika s sodobnim operacijskim sistemom in ustrezno programsko opremo.
Danes je jasno, daje bila odločitev Metalurškega inštituta in izbira opreme pravilna.
Klasično znanje na področju metalurških procesov se danes umika pred sodobnim programskim znanjem, ki ima znatno večje možnosti in je bolj primerno za informacijske in komunikacijske sisteme moderne procesne tehnike.
* — tiskalni terminal
Matematično modeliranje metalurških in toplotno-tehničnih procesov ima pri tem pomembno vlogo.
Na Metalurškem inštitutu dajejo največji poudarek matematičnemu modeliranju z vgrajevanjem širšega in poglobljenega znanja s področja termodinamike in ki-netike metalurških procesov, kakor tudi teorije prenosa toplote.
Na tem področju so možnosti pravega sodelovanja in neposrednega vključevanja sodelavcev Metalurškega inštituta v obstoječe in razvijajoče se računalniške sisteme znotraj Slovenskih železarn in na področju barvne metalurgije, proizvodnje ferrolegur ter livarstva.
Osnovna področja in naloge računalniškega sistema na Metalurškem inštitutu so:
—	vključevanje matematičnega modeliranja v raziskovalno delo na področju metalurških in toplotnih procesov,
—	razvoj prototipnih modelov krmiljenja proizvodnih procesov,
—	uporaba sodobnih merilnih naprav za avtomatsko zajemanje podatkov, kot so DATA LOGGER-ji pri izvajanju meritev na laboratorijskih in industrijskih napravah ter njihova povezava z računalniškimi sistemi,
—	izdelava kompletnih programskih paketov za potrebe sodobnih jeklarskih procesov, kot so: VOD-pro-ces za izdelavo nerjavnih jekel, zlitin na osnovi niklja, dinamo jekla in si.,
—	izdelava tehnološke banke podatkov za posamezne tehnološke faze (npr. za jeklarske ponovce),
—	vključevanje računalnika v splošni obseg informacijskega sistema (spremljanje in nadzor projektov in raziskovalnih nalog, INDOK center, JUPAK-omrežje in podobno).
Kratek opis računalniškega sistema:
Procesni računalnik PDP 11/23 PLUS z 256 kB CPU, Floppy diskom, I MB, 30 MB diskom, 3 x VT terminali, 2 x asinhroni liniji, aplikacijski program SCA-DA za nadzor EPŽ-naprave.
SISTEM PROCESNEGA RAČUNALNIKA
V	ŽELEZARNI JESENICE
V	sklopu gradnje nove jeklarne v železarni Jesenice poteka projekt, katerega cilj je uvajanje procesnega računalništva tako na novi kakor tudi v obstoječi elektro-jeklarni.
Istočasno gre za poenoten nastop pri organizaciji in povezovanju ter unifikaciji strojne in programske opreme na celotnem področju proizvodnje jekla.
Mikroprocesorje, instalirane na posameznih napravah, naj bi na osnovi ustreznega spoznavanja uporabljali širše v praksi.
Nadaljnji cilj je neposredna povezava med proizvodnjo in raziskavami, kar mora postati osnova za utemeljevanje tehnoloških regulativov in kakovostnih normativov.
Strokovne in matematično statistične analize naj bi postale osnova pri odločanju in naj bi zamenjale ne-osnovane avtoritativne »ad hoc« odločitve.
Razvoj na področju procesnega računalništva v železarni Jesenice definirajo naslednja štiri tipična področja nalog:
—	spremljanje razvoja na tem področju, pri čemer bo treba posebej skrbeti za povezovanje z bazami podatkov doma in svetu,
—	vplivanje na usmeritve razvijanja ustreznih merilnih sistemov in merilnikov, k čemur spada tudi sodelovanje pri izbiri in nadzor opreme v okviru investicij,
_ organizacija optimalne delitve dela in povezovanje, pri čemer je pomembna vsebina programske dokumentacije,
_ enoten nastop na trgu znanja, tako pri nabavi kot pri prodaji znanja.
Načrtovana organiziranost zelo upošteva izkušnje železarne Ravne in ji je precej podobna.
Kratek pregled stanja projekta procesnega vodenja:
PDP 11/44 (main) s 1 MB + 8 kB hitre memorije, dvojni Winchester disk 121 MB, magnetno tračna enota, tiskalnik, ura
PDP 11/44 (backup), Winchester disk 121 MB, tiskalnik, ura, logični programatorji PLC-3 ter 4 barvni video terminali VT 241-AA, 4 črnobeli video terminali VT 102-AB in PAKA 3000, 3 industrijski terminali in več tiskalnikov tipa LA 100-AA LA 120-DA, mikro računalnik PDP-11 s tiskalnikom LA-120 kot sistemsko konzolo.
V	železarni Jesenice bo že v letu 1986 instalirana in testirana programska oprema za nadzor in krmiljenje proizvodnje jekla v novi jeklarni 2 in stari elektro-je-klarni, kemičnem oddelku, VOD-napravi.
Od pomembnejših programskih paketov naj omenimo:
—	programski paket za nadzor porabe in konice električne energije (Q-VAR),
—	programski paket AVTO-JEK za jeklarske aplikacije in
—	programski paket KEM 101 za področje kemijske analitike.
Železarna Jesenice ustanavlja oddelek za procesno računalništvo, ki naj bo organiziran že v začetku 1986. leta po enotnem konceptu za vsa področja: jeklarna, energetika (npr. računalniško vodenje ogrevanja globinskih peči) in druga področja.
Na omenimo še dejavnosti na področju uporabe IBM 3031 za potrebe proizvodnje.
Gre za pomembno področje aplikacije linearnega programiranja in uporabe matematičnih modelov pri raziskavah optimalne izbire asortimenta za določene proizvodne agregate. Začete raziskave imajo lahko velik pomen, ker omogočajo lociranje šibkih točk in usmerjajo marketing službo pri odločanju, katere izdelke in v katerih količinah se jih splača pospeševati, da bi bili ekonomski učinki največji.
sistem procesnega računalnika
v	železarni štore
Jeklarna v železarni Štore je že od leta 1981 z direktno linijo povezana s procesnim računalnikom jeklarne v železarni Ravne.
V	okviru investicije, ki je v teku, je železarna Štore nabavila lastni računalniški sistem z ustrezno perifernir-no opremo, kar bo omogočilo pospešitev nadaljnjega razvoja na tem področju.
V	letu 1986 je načrtovana uvedba programskih paketov za potrebe elektrojeklarne. Gre predvsem za že
omenjene programe žel. Ravne, kot so AVTO-JEK, KEM-101 ter paket za matematično statistične analize.
Zelo pomembna je tudi akcija, da se na podoben način, kot v železarni Jesenice, instalira programski paket za nadzor in vodenje porabe in konice električne energije na elektro-obločni peči (Q-VAR).
Kratek opis procesnega računalniškega sistema:
PDP 11/44 z 1 MB CPU, 160 MB Winchester disk, magnetna tračna enota, 8 x video terminali tipa PAKA 3000, 5 x TT tipa TRS 836.
V pripravi so idejni projekti avtomatskega vodenja proizvodnih procesov za TH peč in livarno metalurške litine ter uvedba strojnega programiranja NC-strojev in CAD-oddelka za konstrukcijo.
Pomembno je omeniti tudi dosedanje napore, da bi z manjšimi računalniškimi sistemi razvili lastno programsko opremo. Tako so se izkazale uspešne aplikacije na področju energetike (izračuni energetskih bilanc toplotnih agregatov), terminiranje proizvodnje v TOZD livarna strojne litine in vrsta drugih programskih aplikacij.
stanje in razvoj uporabe računalnika na metalurškem odseku - vtozd
montanistika
Glavne usmeritve pri razvoju uporabe računalnika na Metalurškem odseku predstavlja razvoj procesnih modelov za vodenje tehnoloških postopkov.
Pomembni uspehi so doseženi pri:
—	strjevanju, ohlajanju in termični obdelavi valjev v Železarni Štore,
—	simulacija prenosa toplote v pečeh,
—	razvoj izmenjevalnikov toplote (rekuperatorjev).
Omeniti je vredno tudi delo z računalnikom pri reševanju raziskovalnih nalog, pri katerih sicer matematični model ni glavni cilj. Pri tem gre za programe, ki obdelujejo rezultate meritev v obliki masnih in toplotnih bilanc za potrebe energetike.
Naslednje zelo pomembno področje je uporaba računalnika pri reševanju kompleksnih problemov pri vroči in hladni predelavi:
—	ekranizacija valjanja, ki naj natančno določi plan odvzemov na duo in kvarto vaijainem stroju,
—	razširitev uporabe klinastega preizkusa za določanje preoblikovalnega odpora,
—	uvajanje ekspertnih sistemov v plastično predelavo.
Še nekaj podatkov o opremljenosti:
Razpoložljiva oprema je računalnik KOPA 1500 s tiskalnikom LA 120, ki omogoča izvajanje omenjenih aplikacij, je pa za resno in učinkovito delo prepočasen, ter manjši računalnik KONTRON PC-80 s tiskalnikom in plotterjem.
Obstaja tudi povezava z velikim računalnikom univerzitetnega sistema, ki pa skoraj ni uporabna zaradi prezasedenosti.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorgestellte Analyse der gegenwartigen und kiinftigen Entvvicklung der Datenbearbeitung in Slowenischen Hiitten-werken ist keine abgerundete Gesamtheit, da auch wichtige Gebiete wie zum Beispiel mechanische Bearbeitung der Metal-le und anderes nicht miteingefasst sind.
Aus dem gesammelten Material geht hervor, dass mann in den Slowenischen Stahlwerken der Bedeutung dieses Gebietes bevvusst ist, so wird dem in den Entvvicklungsprogrammen be-sondere Aufmerksamkeit gewidmet.
Einige wichtigen Richtungen und die erziehlten Erfolge auf dem Gebiet der Gutekontrolle wie auch auf dem Gebiet der aplikativen Forschungen vverden gezeigt.
Der heutige Stand der Einrichtungen wird beschrieben, die Grundcharakteristiken der Aparatureinrichtungen, Speicher, Periferien, Typen der Rechenanlagen u.s.w. werden angege-ben.
Trotz unzahliger objektiver Schvvierigkeiten vor allem mit der Anschaffung der Aparatureinrichtungen, qualitater Pro-grammeinrichtungen, kann die bisherige Entvvicklung als gut bezeichnet werden. Wir sehen optimistisch der kiinftigen Ent-wicklung entgegen, da diese besonders auf dem Niveau der Prozesssteuerung sichtbare wirtschaftliche Effekte beitragt. Auch bei der mathematischen Modelierung bestimmter metal-lurgischer Prozesse konnen sichtbare Erfolge registriert wer-den, die das Selbstvertrauen in eigene Krafte erregen.
In dem nachsten fiinfjahrigen Zeitabschnitt muss mehr ge-tan vverden, dass die Ubermittlung praktischer Erfahrungen auf dem Gebiet der Prozessrechnung zwischen den einzelnen slowenischen Huttenwerken organisiert verlaufen wird so wie auch die Zusammenarbeit bei der Entvvicklung neuer Pro-grammeinrichtungen und die Ubertragung des Wissens.
SUMMARY
The analysis of present state and future development of application of process computers in Slovene Ironworks which is presented is not complete since some other important regions like machining of metals, and the like, are not encluded.
Nevertheless, the gathered informations show that the Slovene Ironworks are aware of the importance of this field, thus a special attention is given to it in the development programs.
Significant orientations and the achieved successes in quality control and in applied investigations are presented.
The present state of equipment is described, basic charac-teristics of hard-ware, memory, periphery, computer models, etc. are given.
In spite of numerous objective troubles mainly with purchasing hard-vvare and also quality soft-ware the development till now is satisfactory. Further development seems opti-mistic since it brings evident economical effects especially on the level of mastering the computer techniques and its application in the industrial practice. Also in developing mathemat-ical models of single metallurgical processes the achievement is evident which gives confidence in own strengths.
In the next medium-term period the effort must be made for an organized exchange of practical experiences in applying process computers between the partners in Slovene Ironworks, and for cooperation in developing new soft-ware and know-how.
3AKJUOMEHME
npHBeneHHbiii aHajiH3 TenepeutHero h 6yaymero pa3BHTHH BblHHCJIHTejlbHOrO yCTpOHCTBa B CJ10BeHCKHX MeTajiJiyprnHecKHx 3aBoaax He npencTaBjmeT 3aoKpyjKeHHyto uejibHOCTb, TaK KaK He o6xBaTHJi xtpyrHe cytuecTBeHHbte o6jiacTH, KaK Hnp. MauiHHHyio o6pa6oTKy MeTajuiOB h nponee.
Ho hecmotpa ha 3to mokho h3 co6paHHoro vtaTepnajia bbibecth, hto .neatejih cjiobchckhx metajuiyprhheckhx 3aBOflOB co3HatoT 3HaneHHe stoh o6jiac™, KOTopoii npe/iHa3-HaneHHO b nporpa.vtMax pa3BHTH» aojijkhoe BHHMaHHe.
ripHBezieHbi 3HaHHTejibHbie HanpaBjieHHfl h noJiyneHHbie aOCTHJKeHH« B o6jiaCTH KOHTpOJIJI KaHeCTBa H TaKJKe B o6jiacTH npHMeHaeMbtx HCCJieziOBaHHH.
OnncaHO HacTOHiuee nojio>KeHHe o6opyaoBaHHfl h npHBe-iieHbi 0CH0BHbie xapaKTepHCTHKH o6opyztoBaHHH npH6opaviH, naMSTH, Tunbi cneTMHKOB h nponee.
HecMOTpa Ha MHoroHHCJieHHbie o6i>eKTHBHbie 3aTpya-HeHHH, rjtaBHbiM 06pa3OM ana npHo6peTeHHa npn6opoB, TaK)Ke KanecTBeHHoro nporpaMHoro o6opy.no BaHHH, vtbi MO»eM 6bITb BnOJIHe HOBOJlbHbl c flO CHX flOCTHrHyTbIMH pe3yjIbTaTa.MH 3TOrO pa3BHTHSt. Mbl c OnTHMH3MOM CMOTpHM Ha aajibHeHtiiee pa3BHTHe, KOTopoe b onepaTHBHOM npoH3-B04CTBeHH0M npouecce npn noMomH BbiMHCUHTejibHoro yCTpoitcTBa aaeT Ha 3tom ypoBHe oneBHHHbie sKOHOMHtecKHe 3(J)(J)eKTbi. ohebhflhbie ycnexH no^yneHbi TaKace b npeaejiy MaTeMaTHHecKoro MoaenHpoBaHHa onpenejreHHbtx MeTajt-jiyprHHecKHx npoueccoB, hto ;iaex yBepeHH0CTb b co6ct-BeHHbie CHJibi. B cjreztyK)iuHH cpeaHecpoHHbiii nepHoa BpeVteHH Haao BbinOJlHHTb 60JIblUe, HT06bI tlOCpeHHHHeCTBO npaKTHHeCKHX flOCTH)KeHHH B o6jraCTH BblHHCJIHTejlbHOrO yCTpoiicTBa BbinoJiHsijiocb Me>Kfly nap™epaMH cjioBeHCKHx MeTajuiyprHHecKHX 3aBoaoB BbinojiHfljiocb 0nraHH3OBaHHO, a T3K5Ke C0TpynHHHecTB0 npn pa3BHTHto nporpaM.vtHoro o6opyabiBaHHH h nepeHoca 3HaH«a.