超高温な製鉄高炉内の温度をシミュレーション予測！〜DX事例１４_JFEホールディングス株式会社〜
ITコンサル×パートナーCFOのタナショーです。
このnoteでは経営者にITを身近に感じてもらうための記事や、IT活用のヒント、経営者へのお役に立ちそうな記事をお届けしていきます。
DX事例１４回目は、日本の３大高炉メーカーの一角を占める「JFEホールディングス株式会社」の製鉄所高炉の温度予測・シミュレーションDXです。
計測不可能な高炉内の温度をシミュレーション
製鉄に使われる高炉は、鉄鉱石とコークス（石炭）を交互に投入し、鉄鉱石に含まれている酸素やその他の物質を除去する工程で使われます。高炉は大型のものでは高さ100メートルを超え、炉内の温度は2,000℃を超えます。勿論その温度にも耐えられるよう高炉は設計されていますが、やはりその高温故に様々なトラブルが発生します。
代表的な高炉のトラブルとして「吹き抜け」があり、これは高炉内部の圧力や温度が何らかの原因で以上に高まり、原料の投入口である炉の上部から灼熱の風が吹き上がる事故です。この事故により、周辺設備への被害や炉内の温度変化による操業ストップなどの甚大な被害が発生します。
この吹き抜けを防ぐために炉内の中心温度を計測する必要がありますが、当然炉内にセンサを導入するわけにも行かず（センサが溶融するため）、高炉の外部に取り付けた膨大なセンサーをもとに、ベテランの運転員が計測・温度操作を行っていましたがそれでも年に数回吹き抜けが発生していました。
この対策として、JFEは2019年より国内稼働している全高炉に対しCPS（サイバーフィジカルシステム）を導入しました。これは炉内の温度を測定するのではなく、外部センサーから得られる情報をもとに仮想的なモデルとして仮想高炉を作り出しています。
高炉外部には圧力センサー、温度センサー、流量センサーなど、約1,000個以上もの様々なセンサーを取り付けられており、その情報をリアルタイムで仮想高炉に取り込んでいます。仮想高炉はセンサーから得られる情報同期と予測シミュレーションを繰り返すことで、数10分先から12時間先までの高炉内の温度予測が可能になりました。この導入に加え、運転員による原料や送風の量など、きめ細かく調整できるようにもしており、吹き抜けなどの重大トラブルは大幅に減少しました。
JFEホールディングス株式会社「JFEグループインベスターズ・ミーティング2020年11月9日」より抜粋
DXと経営戦略との関連性について
JFEグループは国内トップクラスの大企業ですので、もちろんDXへの取り組みも積極的です。まずDX推進拠点ということで「JFE Digital Transformation Center(」「JDXC®」」を本社に開設しています。JDXCでは、JFEグループが有する全製鉄所や製造所のデータについて、上工程から下工程までの連携、製造プロセスの展開、各地区間での共有化が可能となります。
更にJFEは今回のDX事例のように膨大なビッグデータの分析や解析を行えるデータサイエンティストを重要視しています。併せて関連グループであるJFEエンジニアリングがデータ解析プ ラ ッ ト フ ォ ー ム( P l a ’c e l l o )を開発しており、高度な専門知識がなくとも「異常予兆検知」、「需要予測」が可能となるようなシステムを開発しています。
JFEホールディングス株式会社 「IT REPORT 2019」より抜粋
JFEはデータサイエンティストの養成・人員拡充を進めることで、JFEのDX戦略の主軸であるテクノロジー革新とデータ資産の活用を加速。さらに業務安全率の向上・品質向上、コストダウンならびにCO2削除などを図りたいと謳っています。
まとめ
いかがでしたでしょうか。少し話がずれますが、膨大なデータをもとに予測シミュレーションするという話ですと、スーパーコンピュータ「富岳」による新型コロナウィルスの飛沫感染シミュレーション事例があります。この記事からも分かるように、シミュレーションをすることで電車の中、野外、飲食店等での様々なシーンにおける飛沫状況がわかり、感染予防に対する新たな示唆を得ることができています。
今回のJFEのケースでは、2,000℃以上の高温により計測不可能な炉内温度をシミュレーションにより予測する試みです。先程の飛沫感染シミュレーションと同様に、経験則が通用しずらく観測不可能な状況下においても、ITを活用することでトラブルを減らし品質を向上することができた良い事例だったかと思います。
今回の記事は以上です。次回の記事もお楽しみにしていただければと思います。
タナショー
参考にさせていただいた記事
JFEホールディングス株式会社 HP
https://www.jfe-holdings.co.jp
JFEホールディングス株式会社「JFEグループインベスターズ・ミーティング2020年11月9日」
https://www.jfe-holdings.co.jp/investor/zaimu/g-data/jfe/2020/2020-setumei201109-01.pdf
JFEホールディングス株式会社「IT REPORT 2019」
https://www.jfe-holdings.co.jp/investor/library/itreport/index.html
JFEホールディングス株式会社 JFEグループレポート事業戦略特集「JFEグループのデジタルトランスフォーメーション戦略」
https://www.jfe-holdings.co.jp/investor/library/group-report/2020/pdf/7.pdf
日本経済新聞「JFE、高炉のデジタルツイン 数億円損害の事故回避」
https://r.nikkei.com/article/DGXMZO66458250Q0A121C2000000?type=group&s=4#AwAUAgAANDc0MzI5MA
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