ده روند برتر تکنولوژی در صنایع فولاد (روایت اول: هوشمندسازی فولاد)

رشد بی‌سابقه فناوری و هوش مصنوعی در سال گذاشته تأثیر چشمگیری بر تمام جهان گذاشت، صنایع فولادی نیز از آن عقب نیفتادند. در این شماره از رصدخانه استراتژیک و آینده‌پژوهی به تکنولوژی‌های برتر سال 2023 اشاره می‌کنیم که به‌کارگیری آن‌ها در صنعت، تأثیر بلندمدتی در کمیت و کیفیت تولید خواهد داشت.

در سالی که گذشت صنعت فولاد شاهد پیشرفت در فناوری‌هایی بود که روش تولید فولاد را تغییر می‌دادند، مانند واقعیت افزوده (AR)، واقعیت مجازی (VR)، چاپ سه‌بعدی، تولید هوشمند و اتوماسیون رباتیک. واقعیت افزوده و واقعیت مجازی عموماً در بخش آموزش منابع انسانی کاربرد دارند و محیطی شبه‌واقعی را برای آموزش فراهم می‌کنند که به نیروی کار اجازه می‌دهد با ابزارهای دنیای واقعی در دنیایی مجازی و بی‌خطر تمرین کند و کار را یاد بگیرد. چاپ سه‌بعدی، تولید هوشمند و اتوماسیون رباتیک نیز از دیگر فناوری‌هایی بودند که عملکرد فولادسازان و کارایی فرایندهای فولادسازی را بهبود بخشیدند. با بررسی روندهای مهم فناوری‌های فولادی می‌توانید همیشه به‌روز باشید و از رقبای خود جلوتر باشید. در شکل 1 ده تکنولوژی روند صنایع فولاد و بیست استارت‌آپی را که در این زمینه فعالیت می‌کنند مشاهده می‌کنید.

استارت‌آپ‌ها و اسکیل‌آپ‌ها در حال یافتن راه‌حل‌هایی برای سرعت بخشیدن به تولید با استفاده از فرایندهای تولید هوشمند، اتوماسیون رباتیک و فناوری فولاد سبز هستند. استفاده از نانوپوشش‌های پیشرفته، راه‌حل‌ها جذب کربن و فرایندهای تولید مبتنی بر هیدروژن، فولادسازان را قادر می‌سازد تا انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش دهند و فولاد سبز تولید کنند. سایر روندهای نوظهور بر شکل‌دهی لیزری (laser forming) متمرکزند که برای افزایش دقت در طراحی قطعاتی با جزئیات بالا، نگهداری و تعمیرات پیش‌نگرانه برای افزایش عمر دارایی‌ها کاربرد دارند. در شکل 2 تأثیر ده روند برتر فناوری بر صنایع فولاد را می‌بینید.

تولید فولاد هوشمند (Smart Steel Manufacturing)

 یک رویکرد فناوری‌محور و مبتنی بر اینترنت اشیا است که از علم داده پیشرفته و تکنیک‌های هوش مصنوعی برای بهینه‌سازی فرایندهای تولید سنتی استفاده می‌کند. این امر شامل جنبه‌های کلیدی مختلفی مثل جمع‌آوری و تجزیه‌وتحلیل داده‌های بی‌درنگ از ماشین‌آلات و حسگرهای متصل، اتوماسیون و دیجیتالی شدن فرایندهای تولید، نگهداری پیش‌نگرانه و تشخیص عیوب احتمالی، بهبود کنترل کیفی، افزایش راندمان تولید، افزایش چابکی و پاسخ‌گویی به تقاضای متغیر مشتریان و تطبیق‌پذیری راحت‌تر با شرایط بازار می‌شود. بر اساس داده‌های StartUs Insights اتریش، مرکز رصدی که در مورد فناوری‌های نوظهور، استارت‌آپ‌ها و اسکیل‌آپ‌های سراسر جهان اطلاعات گوناگونی را منتشر می‌کند، تولید فولاد هوشمند تأثیر زیادی بر صنایع فولادی داشته است.

فولاد بازیافتی

 بر توسعه فرایندهای سازگار با محیط‌زیست برای تولید فولاد و افزایش نرخ بازیافت فولاد قراضه تمرکز دارد. فولاد یکی از قابل بازیافت‌ترین مواد جهان است؛ به‌طوری‌که بیش از 90 درصد فولاد به‌کاررفته در ساختمان‌ها یا وسایل فولادی قابل‌بازیافت و قابل‌استفاده مجدد برای پروژه‌های دیگر است. صنعت فولاد در 30 سال گذشته به دلیل نرخ بالای بازیافت این ماده، انتشار گازهای گلخانه‌ای را تا 36 درصد کاهش داده است. بازیافت فولاد نسبتاً آسان است، زیرا فولاد به‌صورت مغناطیسی از سایر مواد جدا می‌شود و سپس برای بازیافت به کارخانه‌های فولاد ارسال می‌گردد. جالب است بدانید که در پروسه تهیه فولاد از قراضه، کیفیت آن کاهش پیدا نمی‌کند. فولاد بازیافتی ارزان‌تر از فولاد جدید است. همچنین استفاده از قراضه فولادی باعث حفظ بیشتر منابع اولیه و مواد خام می‌گردد و آلودگی‌های ناشی از استخراج یا ذوب‌آهن را کاهش می‌دهد. در شکل 3 نحوه تولید فولاد و فولاد بازیافتی را می‌توانید مشاهده کنید.

 چاپ سه‌بعدی

فناوری دیگری است که با اقبال عمومی روبه‌رو شده است. هر نوع چاپگر سه‌بعدی فلزی می‌تواند با فیلامنت فولادی فرایند چاپ را انجام دهد. فولاد رایج‌ترین فلز در جهان است که یکی از پرمصرف‌ترین فیلامنت‌های فلزی در پرینترهای سه‌بعدی نیز به حساب می‌آید. چاپ سه‌بعدی در صنعت فولاد یک فناوری به‌سرعت در حال رشد است که امکان ایجاد قطعات فولادی پیچیده و سفارشی را فراهم می‌کند. چاپ سه‌بعدی فلزی مبتنی بر روش ساخت افزایشی به تولید قطعات می‌پردازد. در این فرایند فایل CAD مدل موردنیاز به پرینتر داده می‌شود و سپس با استفاده از رسوب دادن فیلامنت‌های خاص به‌صورت لایه‌لایه، تولید صورت می‌گیرد. این فرایند بسیار سریع، ارزان و کارآمد است و از منظر استحکام کششی، استحکام در بار استاتیک، خستگی پرچرخه (high cycle fatigue) می‌تواند همان کیفیت قطعات ساخته‌شده به روش سنتی باشد و تا به امروز از این روش در ساخت اجزای صنایع هوافضا، کاربردهای نظامی و پل‌های عابر پیاده استفاده شده است.

اتوماسیون رباتیک

 نقشی حیاتی در فرایندهای تولید مدرن ایفا می‌کند و می‌تواند صنایع فولادی را با افزایش کارایی، بهره‌وری، ایمنی و کنترل کیفی متحول کند. ربات‌ها در فولادسازی می‌توانند جابه‌جایی مستقل مواد خام، جوشکاری و مونتاژ کمکی، ریخته‌گری پیوسته و عملیات کوره‌های خودکار را ممکن کنند. اتوماسیون رباتیک همچنین به صاحبان و مدیران کارخانه‌های تولیدی اجازه می‌دهد تا با حذف نیاز به دخالت مستقیم انسان، وظایف تکراری و خطرناک را ساده‌تر و از کار کردن کارگران در دما، فشار و ارتفاع بالا جلوگیری کنند.

شکل‌دهی به کمک لیزر

فناوری دیگری است در سال 2023 جایگاه منحصربه‌فردی در میان صنعتگران پیدا کرد. فولادسازان مدرن از فناوری‌های جدید در زمینه ساخت، خمش و شکل‌دهی استفاده می‌کند. این فناوری با استفاده از پرتوهای پرقدرت و دقت بسیار زیاد نسبت به روش‌های سنتی، فولاد را فرم می‌دهد. در شکل‌دهی لیزری نیاز به ابزارآلات کاهش پیدا می‌کند، شکل‌پذیری فلز بالاتر می‌رود و ساخت اشکال هندسی پیچیده‌تر امکان‌پذیر می‌گردد. از مزیت‌های این روش نسبت به روش‌های سنتی می‌توان به دقت بالا، کاهش برگشت فنری (Spring Back Compensation)، بهبود کیفیت سطح و انعطاف‌پذیری پیشرفته اشاره کرد.

منابع:

1.https://www.startus-insights.com/innovators-guide/steel-industry-trends/#:~:text=Smart%20steel%20technologies%20like%20augmented,and%20efficiency%20of%20steelmaking%20processes.

2.https://www.techtarget.com/iotagenda/definition/smart-manufacturing-SM

3.https://engineering.tamu.edu/news/2022/03/what-is-smart-manufacturing-and-how-is-it-changing-the-industry.html

4.https://usbridge.com/recycled-steel-in-construction/

5.https://all3dp.com/1/3d-printed-steel/

6.https://www.mdpi.com/2075-4701/10/11/1472

7.https://www.mdpi.com/1996-1944/16/3/1026