Топ-10 технологий в металлургии
Институт статистических исследований и экономики знаний НИУ ВШЭ выделил с помощью системы анализа больших данных iFORA приоритетные технологии, которые меняют облик металлургической промышленности.
Справочно:
Система интеллектуального анализа больших данных iFORA разработана ИСИЭЗ НИУ ВШЭ с применением передовых технологий искусственного интеллекта и включает более 850 млн документов (научные публикации, патенты, нормативная правовая база, рыночная аналитика, отраслевые медиа, материалы международных организаций, вакансии и другие виды источников). В 2020 г. iFORA отмечена в журнале Nature в качестве эффективного инструмента поддержки принятия решений в интересах бизнеса и органов власти. Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) относит систему к успешным инициативам в области цифровизации науки. Расчеты для данного исследования произведены на массиве из более 250 тыс. англоязычных источников за 2023–2026 гг., отражающих научную повестку в металлургии.
Металлургия, одна из старейших отраслей промышленности, проходит через комплексную технологическую трансформацию. Ее проявления затрагивают различные этапы производственного процесса: от разработки новых материалов и сплавов до внедрения высокотехнологичного оборудования и цифровых инструментов мониторинга и управления. В совокупности эти изменения способствуют повышению эффективности производства, обеспечивая контроль качества в режиме реального времени и сокращение издержек (табл. 1).
Из инструмента быстрого прототипирования металлических изделий аддитивные технологии (№ 1) постепенно превратились в одно из ключевых направлений развития современной металлургии. С их помощью производят заготовки, близкие к конечному изделию по форме и размерам, а также детали сложной геометрии, недоступной для традиционных методов литья. Дополнительным преимуществом их использования является сокращение производственного цикла. По прогнозам, мировой рынок оборудования для металлического аддитивного производства будет расти в среднем на 22% в год до 2033 г. Широкое применение в аддитивном производстве получило лазерное сплавление в порошковом слое (powder bed fusion) (№ 4), используемое при изготовлении сложных компонентов для аэрокосмической и автомобильной промышленности, биомедицины и других высокотехнологичных сфер.
Другим важным вектором технологического развития металлургии является создание новых типов сплавов. Альтернативой традиционным становятся высокоэнтропийные сплавы (№ 5), получаемые путем сочетания нескольких основных элементов в значительных концентрациях. Суперсплавы (№ 6) используются в изделиях и конструкциях, эксплуатируемых в экстремальных условиях. Высокопрочная сталь (№ 7), относящаяся к классу конструкционных сталей с улучшенными характеристиками, обеспечивает оптимальный баланс прочности, свариваемости, пластичности и коррозионной стойкости. Благодаря такому набору характеристик она востребована в разных сферах, включая автомобильную промышленность, производство промышленного оборудования и инфраструктурные проекты.
Среди перспективных новых материалов выделяются металлогидриды (№ 9). Их применяют прежде всего в технологиях хранения и транспортировки водорода благодаря способности его удерживать в кристаллической структуре. Такой способ хранения требует меньше энергии по сравнению со сжатием и сжижением (соответственно в 2 и 6 раз), снижает риск утечек и выбросы CO₂. Распространение технологий хранения водорода на основе металлогидридов пока ограничено необходимостью использования дорогостоящих лития и лантана, а также высокими требованиями к чистоте водорода. Помимо технологий хранения и транспортировки водорода, металлогидриды находят применение в некоторых металлургических и химико-технологических процессах, включая очистку металлов.
Растущий спрос на более качественные материалы и конкуренция со стороны композитов стимулируют развитие оборудования, позволяющего выпускать продукцию с требуемыми характеристиками при меньших затратах. Электрометаллургия и электродуговые печи (№ 8) стали стандартом выплавки стали, постепенно вытесняя традиционные мартеновские печи. Внедрение новых типов электродуговых печей позволяет получать металл высокой чистоты, а также увеличивать степень автоматизации и экологичности производства.
По мере усложнения производственных процессов в металлургии и усиления требований к качеству продукции растет потребность в инструментах мониторинга и контроля на разных этапах производства и эксплуатации изделий. Для этих задач все шире используются цифровые двойники (№ 2). В частности, они применяются для анализа деформаций стальных конструкций, оценки их технического состояния и связанной с ними инфраструктуры. Технологии предиктивного обслуживания (№ 10) на основе искусственного интеллекта дают возможность в режиме реального времени анализировать данные промышленных датчиков, оценивать состояние оборудования, выявлять и прогнозировать неисправности, оптимизировать техническое обслуживание, снижать вероятность аварий и простоев, а также сопутствующие затраты. Среди методов исследования структуры и состава металлов и сплавов важное место занимает рентгеновская дифракция (№ 3). В последние годы активно развивается энергодисперсионная рентгеновская дифракция и другие модификации данного метода.
Резюме:
Внедряя современное оборудование и новые материалы, металлургические предприятия совершенствуют производственные процессы и расширяют номенклатуру выпускаемой продукции. Это повышает требования к качеству и надежности технологических операций. В ответ предприятия все активнее используют решения на основе ИИ для оценки состояния оборудования, параметров производства и качества продукции, одновременно снижая затраты на мониторинг, диагностику и техническое обслуживание.
Источники: анализ выполнен на основе системы интеллектуального анализа больших данных iFORA (правообладатель — ИСИЭЗ НИУ ВШЭ); результаты проекта в соответствии с утвержденным перечнем тем работ научно-методического обеспечения, предусмотренных Государственным заданием НИУ ВШЭ на 2026 год.
Обзор подготовили Карина Ионкина и Софья Приворотская
Предыдущий выпуск серии «iFORA-экспресс»: «ИИ меняет все: разломы глобальных трансформаций»
