Otomasi dalam Produksi Baja: Meningkatkan Efisiensi dan Keberlanjutan

Otomasi dalam Industri Baja

Baja adalah logam campuran besi yang biasanya mengandung kurang dari 1 % karbon. Karena sifat serbaguna dan kemampuan daur ulangnya, baja adalah bahan dasar untuk pembangunan berkelanjutan dalam masyarakat industri modern. Baja menyediakan berbagai penggunaan di hampir semua sektor penting industri seperti pembuatan alat dan mesin, konstruksi jembatan dan bangunan, teknik tenaga dan lingkungan, serta industri otomotif dan transportasi.

Baja adalah dan akan tetap menjadi bahan teknik dan konstruksi terpenting di era modern. Industri baja adalah sektor industri yang sangat dinamis. Langkah selanjutnya sedang dilakukan untuk meningkatkan efisiensi sumber daya dan energi, mengurangi emisi, dan menyediakan lingkungan kerja yang aman dan sehat. Untuk mencapai ini, industri baja harus unggul dalam lingkungan bisnis yang sangat dinamis dan interaktif saat ini. Kondisi pasar, persyaratan produk baru, biaya bahan baku, dan manajemen proses dll. semuanya mempengaruhi kinerja industri baja.

Industri baja adalah penggerak penting ekonomi dan oleh karena itu harus dioperasikan secara efisien. Selanjutnya, industri ini membutuhkan investasi besar dan oleh karena itu penting agar beroperasi secara ekonomis untuk tetap sehat. Produknya tidak dapat digantikan oleh industri lain seperti otomotif dan konstruksi. Kualitas, keandalan, dan efisiensi ekonomi dalam produksi produk baja hanya dapat dijamin melalui fasilitas manufaktur otomatis.

Proses industri baja sangat intensif energi dan terdiri dari banyak operasi unit kompleks. Bijih besi dan batu bara memerlukan pra-pemrosesan sebelum dimasukkan ke dalam reaktor, dan logam cair dari berbagai reaktor perlu ditangani dengan hati-hati. Selanjutnya, baja cair harus diubah menjadi bentuk padat lalu digiling menjadi produk jadi. Setiap operasi ini berpartisipasi pada kualitas baja yang dihasilkan, dan juga memerlukan pemantauan konstan. Ada banyak sistem yang tersedia untuk memantau dan mengontrol setiap operasi unit. Sistem kontrol proses dalam industri baja berkisar dari kontrol manual hingga kontrol otomatis sepenuhnya.

Teknologi Dasar dan Lanjutan

Proses dalam industri baja perlu dilengkapi dengan dua jenis teknologi yaitu (i) teknologi dasar, dan (ii) teknologi lanjutan.

Teknologi dasar adalah teknologi yang mendasar untuk proses produksi. Biasanya merupakan teknologi tradisional yang dikembangkan berdasarkan prinsip ilmiah. Ini adalah teknologi yang diperlukan untuk produksi produk dengan tingkat produktivitas dan efisiensi yang dibutuhkan dengan konsumsi spesifik bahan input yang rendah. Teknologi dasar biasanya terdiri dari teknologi kimia, mekanis, metalurgi, atau produksi.

Teknologi manufaktur lanjutan saat ini menggunakan lima alat teknologi berikut untuk memiliki potensi terbesar untuk mempengaruhi kualitas produk selain mempengaruhi perbaikan produktivitas dan efisiensi proses.

• Otomasi – Generasi baru sistem otomasi digunakan dalam proses produksi yang menghubungkan proses manufaktur dengan sistem kontrol jarak jauh seringkali melalui teknologi informasi. Sistem otomasi baru ini dilengkapi dengan sensor kontak atau non-kontak jarak jauh dan antarmuka standar, dan, dalam beberapa kasus, secara total mengeliminasi intervensi manusia. Ini membantu menghilangkan kekurangan kualitas produk yang diperkenalkan melalui kesalahan manusia. Otomasi juga memungkinkan manufaktur produk dengan presisi yang lebih baik dan toleransi yang ketat dengan cara yang hemat biaya.
• Teknik komputasi material terintegrasi – Alat ini membuat model komputer untuk mensimulasikan sifat produk. Dengan melengkapi proses produksi dengan model ini, tidak hanya membantu produksi produk yang memenuhi persyaratan spesifikasi tetapi juga mengurangi tingkat penolakan produk. Alat ini membantu stabilisasi proses sangat cepat saat awal proses manufaktur. Ini juga mengurangi beban pengujian produk setelah manufaktur. Ini juga membantu proses untuk menghasilkan produk dengan cara yang lebih baik, lebih cepat, dan lebih murah.
• Manufaktur digital – Digitalisasi kontrol selama proses manufaktur membantu mengidentifikasi dan secara otomatis memperbaiki kekurangan produk selama setiap langkah proses produksi. Ini sebaliknya meningkatkan tingkat penerimaan produk.
• Internet industri dan otomasi fleksibel – Dengan bantuan otomasi seperti ini, perangkat keras proses dapat disatukan sehingga peralatan dan mesin dapat berkomunikasi satu sama lain dan secara otomatis menyesuaikan kualitas produk berdasarkan data yang dihasilkan oleh sensor.
• Proses manufaktur aditif – Ini adalah alat yang sangat canggih yang membuat objek tiga dimensi berdasarkan model digital dengan menyetorkan lapisan tipis materi secara berurutan. Penggunaan alat ini secara total menghilangkan produksi produk yang tidak sesuai dengan toleransi dimensi.

Meskipun otomasi adalah bagian dari teknologi lanjutan, seringkali istilah teknologi lanjutan dan otomasi digunakan secara bergantian. Dalam artikel ini juga kedua istilah digunakan secara bergantian.

Teknologi manufaktur lanjutan membantu dalam menanggapi sejumlah kebutuhan industri baja. Teknologi proses baru ini meningkatkan produktivitas dan responsivitas terhadap pelanggan dengan memungkinkan pabrik baja untuk dengan cepat dan mudah memodifikasi dan menyesuaikan proses produksi sesuai persyaratan pelanggan. Akibatnya, pabrik baja dapat menghasilkan keberagaman produk yang lebih besar dari proses produksi. Teknologi lanjutan ini menggabungkan efisiensi produksi massal dengan manufaktur kustom dengan produk yang dibuat khusus untuk memenuhi kebutuhan pelanggan. Ini agak sulit, dan seringkali terlalu mahal untuk dilakukan saat menggunakan teknologi konvensional selama proses manufaktur.

Penerapan teknologi lanjutan pada teknologi dasar dalam proses manufaktur adalah tren terbaru. Aplikasi teknologi manufaktur lanjutan memiliki dampak besar pada kualitas produk. Kemajuan cepat dalam teknologi informasi, sensor, dan nano-material secara dramatis tidak hanya menurunkan biaya proses manufaktur terdepan tetapi juga meningkatkan kinerjanya secara besar dengan respecto kualitas produk. Perlahan tetapi pasti, digitalisasi telah mulai menyusuri setiap aspek proses produksi, dari teknik hingga manajemen rantai pasokan hingga lantai produksi yang membuat sistem produksi lebih cerdas dan sangat terhubung serta lebih berorientasi pada kualitas produk. Ini membantu industri baja tidak hanya untuk meningkatkan produktivitas tetapi juga untuk menjadi lebih responsif terhadap kebutuhan pelanggan yang berubah.

Pengertian Otomasi

Kata ‘Otomasi’ berasal dari kata Yunani “Auto” (diri sendiri) dan “Matos” (bergerak). Oleh karena itu, otomasi adalah mekanisme untuk sistem yang “bergerak sendiri”. Namun, selain arti asli kata ini, sistem otomatis juga mencapai kinerja yang jauh lebih unggul daripada yang mungkin dengan sistem manual, dalam hal daya, presisi, dan kecepatan operasi. Oleh karena itu, otomasi biasanya merujuk pada penggantian parsial atau penuh dari suatu fungsi yang sebelumnya dilakukan oleh operator manusia.

Secara historis, otomasi telah terbukti menjadi cara yang efisien untuk mencapai produksi hemat biaya dalam manufaktur, serta dalam industri proses seperti industri baja. Secara umum, otomasi juga telah melepaskan manusia dari tugas yang berat, berbahaya, kompleks, membosankan, dan memakan waktu. Otomasi juga telah luas tidak hanya dalam proses produksi aktual industri baja tetapi juga dalam tugas pendukung (misalnya penanganan materi, transportasi dan penyimpanan dll.). Selanjutnya, otomasi dapat memberikan solusi dalam situasi yang sangat kritis waktu di mana tidak cukup waktu untuk operator manusia untuk merespons dan mengambil tindakan yang tepat atau dalam jenis situasi lainnya di mana manusia terbukti tidak mencukupi dalam satu atau lebih aspek.

Otomasi didefinisikan sebagai sekumpulan teknologi yang menghasilkan operasi mesin dan sistem tanpa intervensi manusia yang signifikan dan mencapai kinerja yang unggul dibandingkan operasi manual.

Otomasi terdiri dari teknologi elektromekanis (komputer) yang diterapkan pada sistem proses untuk tujuan kontrol proses produksi untuk melepaskan atau menggantikan operator manusia. Definisi ini luas dalam niat otomasi, namun terfokus dalam bentuknya – komputer. Komputer merupakan generasi sistem kontrol saat ini dan akan semakin diandalkan di masa depan untuk melakukan pemrosesan data otomatis dan memberikan operator dengan informasi yang penting untuk pengambilan keputusan yang efektif.

Sistem otomasi menggunakan instrumen lapangan dan sensor untuk pengumpulan data dan transmisisinya ke unit pemrosesan yang setelah menganalisis data mengirim sinyal ke peralatan kontrol untuk tujuan mengontrol parameter proses sehingga parameter ini tetap dalam batas yang dapat diterima.

Tujuan otomasi mencakup peningkatan keandalan dan ketersediaan operasional garis produksi. Faktanya, otomasi diterapkan pada sistem manusia-mesin (manusia-komputer) untuk beberapa tujuan yang meliputi (i) peningkatan kinerja, (ii) peningkatan keamanan operasional, dan (iii) peningkatan ekonomi tenaga kerja. Kinerja sistem dapat ditingkatkan dengan mengalokasikan fungsi kepada komputer yang tidak dapat dilakukan oleh manusia karena keterbatasan inheren dalam kemampuan fisik dan kapasitas mental. Misalnya, proses dinamis yang terlalu kompleks bagi operator manusia untuk merespons secara manual, perlu dilakukan melalui penggunaan otomasi. Kinerja sistem juga dapat ditingkatkan dengan mengalokasikan fungsi kepada komputer yang dapat dicapai oleh operator manusia, tetapi tidak cocok untuk atau yang menyebabkan beban kerja dan tingkat stres yang tinggi.

Peran sistem otomasi dalam industri baja meliputi fungsi yang halus, akurat dan stabil dari proses produksi, dasarnya digunakan untuk menghasilkan produk baja jadi dari bahan baku/setengah jadi menggunakan energi, tenaga kerja dan peralatan serta infrastruktur. Karena industri baja pada dasarnya adalah “aktivitas ekonomi sistematis”, tujuan dasar industri adalah untuk menghasilkan keuntungan yang dapat dimaksimalkan dengan menghasilkan produk berkualitas dalam volume yang lebih besar dengan biaya produksi dan waktu yang lebih sedikit, dan oleh karena itu penerapan sistem otomasi dalam industri baja menjadi esensial.

Keuntungan dan Kerugian Otomasi

Keuntungan otomasi meliputi (i) kontrol proses produksi, (ii) perbaikan dalam proses manufaktur terutama membuat proses lebih stabil dengan memastikan kemudahan operasi, (iii) perbaikan dalam produktivitas, (iv) pengurangan siklus produksi dari bahan baku hingga produk, (iv) pengurangan konsumsi spesifik materi serta energi, (v) perbaikan dalam kualitas produk, (vi) pengurangan biaya produksi, (vii) perbaikan dalam kesehatan peralatan, (viii) manajemen lingkungan, dan (ix) keselamatan operator dan peralatan. Keamanan operasional sistem yang teknologis lanjutan yang sangat umum di industri baja modern dapat ditingkatkan melalui otomasi yang bertujuan untuk menghilangkan kesalahan manusia dari sistem dengan menggantikan operator dengan mesin yang hampir tidak pernah salah. Otomasi menghasilkan peningkatan kapasitas dan produktivitas manusia, dan pengurangan beban kerja serta kelelahan operator.

Kerugian penggunaan otomasi dalam industri baja meliputi (i) kepuasan kerja operator yang rendah, (ii) kegagalan operator untuk mengatasi peristiwa sistem kritis (vigilansi), (iii) ketergantungan berlebihan operator pada sistem otomatis (komplaisensi), (iv) kemahiran rendah operator dalam kasus darurat yang memerlukan pengalihan manual (penurunan keterampilan), dan (v) hilangnya kesadaran sistem operator. Faktanya, manajemen beberapa pabrik baja melihat otomasi sebagai mengurangi status peran operator menjadi penekan tombol, mencabutnya dari penggunaan pengetahuan dan pengalamannya dalam mengontrol proses. Jebakan ini dari fungsi operator pasif di bawah otomasi menyebabkan pada operator (i) kurangnya vigilansi, (ii) komplaisensi, dan (iii) kehilangan dalam hal keterampilan (manual) dan kesadaran situasi.

Meskipun telah ada kemajuan teknologi untuk mengembangkan proses produksi otomatis yang dapat melakukan fungsi secara lebih efisien, andal atau akurat atau dengan biaya lebih rendah daripada operator manusia di industri baja, otomasi masih belum menggantikan manusia dalam proses produksi. Dalam istilah lega, namun, mudah untuk memikirkan sistem otomatis sebagai tidak termasuk manusia. Namun, sebagian besar sistem “tanpa manusia” ini, seperti operasi rangkaian papan sirkuit otomatis, melibatkan operator manusia dalam peran pengawasan atau pemantauan.

Kontrol pengawasan yang dapat dilakukan oleh manusia sebagai pengawas dapat dilihat sebagai satu atau lebih dari lima fungsi generik dan saling terkait. Fungsi-fungsi ini adalah sebagai berikut.

• Peran pertama bagi pengawas adalah merencanakan apa yang perlu dilakukan selama beberapa waktu sebelum otomasi diaktifkan.
• Peran kedua adalah mengajarkan (misalnya menginstruksikan, memerintahkan, memprogram) sistem otomatis dengan apa yang perlu diketahuinya untuk melakukan fungsi yang ditugaskannya untuk periode tersebut.
• Peran ketiga adalah mengaktifkan otomasi dan memantau tindakan otomatis serta mendeteksi setiap penyimpangan atau kegagalan.
• Peran keempat dari pengawas adalah campur tangan dalam tindakan otomatis jika perlu dan memutuskan penyesuaian yang diperlukan pada otomasi.
• Peran kelima dan terakhir adalah mengevaluasi kinerja dan belajar dari pengalaman yang diamati.

Dengan otomasi, peran yang ditugaskan kepada operator adalah sebagai pemantau sistem. Diperlukan untuk memindai layar tanpa mengambil tindakan untuk mengubah keadaan sistem kecuali jika diperlukan. Tujuan tunggal dari pemantauan ini adalah untuk menentukan apakah sistem berfungsi secara normal atau jika intervensi manusia diperlukan. Keputusan untuk campur tangan dalam kontrol proses dipengaruhi oleh (i) akurasi di mana operator dapat melihat nilai variabel sistem, (ii) kemungkinan melewatkan peristiwa kritis sambil berkonsentrasi pada informasi lain, (iii) imbalan dan hukuman yang terkait dengan peristiwa kritis, (iv) strategi yang diformulasikan oleh operator, (v) korelasi antara peristiwa, dan (vi) ambang di bawahnya operator tidak menanggapi peristiwa kritis. Dalam kasus kegagalan kontrol otomasi, menjadi diperlukan bagi operator untuk mengambil alih kontrol proses untuk itu operator harus memiliki keterampilan dan sistem harus menyediakan pengalihan kontrol ini.

Selalu ada situasi di industri baja ketika operator sebagai komponen dalam sistem produksi harus terlibat untuk dapat menangani mesin dan peralatan selama situasi yang tidak terduagai. Akibatnya, baik sistem otomatis lanjutan maupun pekerja manusia yang terampil yang bekerja sama diperlukan untuk mencapai produksi yang fleksibel dan efisien. Ketangguhan dan fleksibilitas proses produksi adalah therefore isu kunci untuk otomasi. Namun, karena di industri baja, proses sangat kompleks dan juga karena kustomisasi produk telah meningkatkan kompleksitas ini, telah menjadi persyaratan bahwa industri baja mengadopsi tingkat dan cakupan otomasi yang meningkat.

Otomasi selalu dikaitkan dengan kontrol yang adalah sekumpulan teknologi yang mencapai pola variasi yang diinginkan dari parameter operasional dan urutan untuk mesin dan sistem dengan menyediakan sinyal input yang diperlukan. Ada beberapa perbedaan dalam arti bahwa kedua istilah ini secara umum diinterpretasikan dalam konteks teknis. Ini adalah sebagai berikut.

• Sistem otomasi dapat mencakup sistem kontrol tetapi sebaliknya tidak benar. Sistem kontrol dapat menjadi bagian dari sistem otomasi.
• Fungsi utama sistem kontrol adalah memastikan bahwa output mengikuti titik set. Namun, sistem otomasi dapat memiliki fungsionalitas yang jauh lebih banyak, seperti menghitung titik set untuk sistem kontrol, memantau kinerja sistem, startup atau shutdown pabrik, jadwal pekerja dan peralatan dll.

Sistem otomasi esensial untuk pabrik baja di mana sebagian besar proses memiliki urutan kompleks dari banyak operasi. Oleh karena itu hari ini otomasi di industri baja telah menjadi tidak tergantikan, karena memainkan peran yang sangat khusus. Di tahap awal digunakan hanya untuk kontrol proses, hari ini memberikan informasi tambahan tentang kondisi pabrik yang membantu dalam merencanakan dan mempersiapkan dengan tepat pemeliharaan dan perbaikan pabrik dan peralatan. Hari ini otomasi carries fungsi diagnostik yang digunakan untuk pemeliharaan berdasarkan kondisi. Ini membantu dalam meningkatkan keandalan peralatan dan ketersediaannya untuk produksi.

Otomasi industri baja memerlukan beberapa fitur yang meliputi (i) ketelitian persyaratan kontrol yang ketat, (ii) keandalan untuk menahan operasi kontinu 24 jam di pabrik di mana operasi tidak pernah berhenti, (iii) pemrosesan informasi yang besar karena skala operasi yang besar, (iv) ketelitian persyaratan untuk respons tinggi, dan (v) kesulitan operasi stabil dan “pembuatan-dalam,” karena kompleksitas proses manufaktur.

Kemampuan operator manusia untuk mengontrol sistem otomatis mungkin langsung dipengaruhi oleh tingkat perencanaan tugas dan interaksi kinerja yang dipertahankan dengan kontroler komputer. Di sisi lain, kemampuan operator untuk merespons dan mengambil keputusan berdasarkan informasi sistem biasanya dipengaruhi oleh berbagai tingkat otomasi. Di bawah situasi ini, tingkat otomasi di industri baja dapat (i) manual yang adalah kontrol manusia tanpa bantuan komputer, (ii) dukungan keputusan di mana kontrol operator dengan masukan dalam bentuk rekomendasi komputer, (iii) konsensual di mana komputer mengontrol tindakan tetapi persetujuan operator diperlukan untuk melakukan tindakan, (iv) dipantau dalam hal ini kontrol komputer diimplementasikan secara otomatis kecuali manusia menolak, dan (v) otomasi penuh di mana ada kontrol komputer lengkap tanpa interaksi operator.

Sistem otomasi dapat dikategorikan berdasarkan fleksibilitas dan tingkat integrasi dalam operasi proses manufaktur. Berbagai sistem otomasi yang digunakan di industri baja dapat diklasifikasikan sebagai berikut.

• Otomasi Tetap – Biasanya dirancang khusus, peralatan khusus untuk mengotomatiskan urutan operasi yang tetap. Digunakan dalam produksi volume tinggi dengan peralatan khusus, yang memiliki himpunan operasi yang tetap dan dirancang untuk efisien untuk himpunan ini. Sistem produksi aliran kontinu dan produksi massal diskrit menggunakan otomasi ini. Otomasi tetap biasanya dikaitkan dengan tingkat produksi tinggi dan desain produk baja yang tidak fleksibel.
• Otomasi Terprogram – Sistem otomasi ini digunakan untuk urutan operasi dan konfigurasi mesin yang dapat diubah menggunakan kontrol elektronik. Namun, usaha pemrograman yang tidak sepele mungkin diperlukan untuk memprogram ulang mesin atau urutan operasi. Investasi pada peralatan terprogram lebih kecil, karena proses produksi tidak diubah secara sering. Sistem terdiri dari peralatan yang dirancang untuk mengakomodasi kelas tertentu dari perubahan produk. Jenis otomasi ini biasanya digunakan dalam proses batch di mana keanekaragaman pekerja rendah dan volume produk sedang hingga tinggi, dan terkadang dalam produksi massal juga.
• Otomasi Fleksibel – Jenis otomasi ini memiliki fleksibilitas dan digunakan untuk memproduksi berbagai produk. Dalam sistem otomasi ini operator memberikan perintah tingkat tinggi dalam bentuk kode yang dimasukkan ke komputer mengidentifikasi produk dan lokasinya dalam urutan dan perubahan tingkat rendah dilakukan secara otomatis. Setiap mesin produksi menerima pengaturan / instruksi dari komputer. Mesin secara otomatis memuat / membongkar alat yang diperlukan dan melakukan instruksi pemrosesannya. Setelah pemrosesan, produk secara otomatis dipindahkan ke mesin berikutnya. Biasanya digunakan dalam bengkel kerja dan proses batch di mana varietas produk tinggi dan volume pekerja sedang hingga rendah. Namun jenis otomasi ini dikaitkan dengan tingkat produksi yang lebih rendah dan produk yang memerlukan perubahan sering karena ketergantungan pada permintaan.
• Sistem Otomasi Terintegrasi – Ini menunjukkan otomasi lengkap dari sebuah bengkel pabrik baja, dengan semua proses berfungsi di bawah kontrol komputer dan di bawah koordinasi melalui pemrosesan informasi digital. Ini mencakup teknologi seperti desain dan manufaktur supported komputer, perencanaan proses supported komputer, mesin bubut CNC, sistem pengolahan fleksibel, sistem penyimpanan dan pengambilan otomatis, sistem penanganan materi otomatis seperti robot dan krain otomatis serta konveyor, penjadwalan komputer dan kontrol produksi. Ini juga dapat mengintegrasikan sistem bisnis melalui basis data umum. Dengan kata lain, ini melambangkan integrasi penuh dari operasi proses dan manajemen menggunakan teknologi informasi dan komunikasi.

Otomatisasi pabrik baja menggunakan luas “Teknologi Informasi” (IT). Gambar 1 di bawah ini menunjukkan beberapa area IT utama yang digunakan dalam konteks otomatisasi pabrik baja.

Gambar 1 Area IT dalam operasi pabrik baja

Namun, otomatisasi pabrik baja berbeda dari IT dalam hal-hal berikut

• Otomatisasi pabrik baja juga melibatkan jumlah besar teknologi perangkat keras, terkait dengan instrumentasi dan sensornya, aktuator dan drive, elektronika untuk kondisi sinyal, komunikasi dan tampilan, sistem komputasi embedded maupun stand-alone dll.
• Karena sistem otomatisasi pabrik baja semakin canggih sehari demi hari dalam hal pengetahuan dan algoritma yang mereka gunakan, mereka mencakup area operasi yang lebih besar yang terdiri dari beberapa unit atau seluruh pabrik baja, dan mereka mengintegrasikan produksi dengan area lain dari fungsi pabrik baja, seperti, manajemen materi, manajemen hubungan pelanggan, manajemen keuangan, manajemen kualitas produk, manajemen kontrol biaya, dan manajemen penjualan dll., penggunaan IT telah meningkat secara dramatis dalam otomatisasi pabrik baja.

Ketika dibandingkan dengan industri yang intensif tenaga kerja, industri baja dapat dilihat sangat intensif modal, sehingga peran dan aplikasi otomasi seringkali berbeda. Sebaliknya garis produksi yang sepenuhnya otomatis, otomasi digunakan luas untuk meningkatkan kontrolabilitas proses, kualitas produk dan tugas bantuan otomatis seperti penanganan materi. Fitur membedakan sistem otomatisasi pabrik baja meliputi hal-hal berikut.

• Sistem otomatisasi baja umumnya bersifat reaktif dalam artinya menerima stimuli dari lingkungan tempat berfungsi dan dalam gilirannya menghasilkan respons yang merangsang lingkungannya. Secara alami, komponen kunci sistem otomatisasi pabrik baja adalah antarmukanya dengan lingkungan.
• Sistem otomatisasi pabrik baja harus real-time. Dengan itu dimaksud komputasi tidak hanya harus benar, tetapi juga harus dihasilkan tepat waktu. Hasil yang akurat, yang tidak tepat waktu, dapat kurang diinginkan daripada hasil yang kurang akurat yang dihasilkan tepat waktu. Oleh karena itu sistem otomasi harus dirancang dengan pertimbangan eksplisit untuk memenuhi batas waktu komputasi.
• Sistem otomatisasi pabrik baja harus mission-critical, dalam artinya gangguan pada komponen mana pun dari sistem otomasi dapat menyebabkan konsekuensi katastropis dalam hal kehilangan peralatan dan bahkan kehilangan manusia. Oleh karena itu perawatan luar biasa diperlukan untuk dilakukan selama desainnya untuk membuatnya sempurna. Meski demikian, mekanisme yang rumit sering digunakan untuk memastikan bahwa keadaan tidak terduagai pun dapat ditangani dengan cara yang dapat diprediksi. Ketahanan terhadap kecemasan karena kesalahan perangkat keras dan perangkat lunak sering dibangun dalam sistem otomasi.

Tingkat Otomasi

Ada lima tingkat otomasi yang umum digunakan di industri baja. Tingkat-tingkat ini adalah sebagai berikut.

• Tingkat 0 – Di bawah tingkat ini, secara praktis tidak ada otomasi dan setiap kontrol peralatan dan proses terdiri dari kontrol manual.
• Tingkat 1 – Otomasi tingkat I terbatas pada proses produksi. Ini mencakup kontrol peralatan dan proses produksi. Ini mencakup kontroler digital khusus (DDC). Ini tidak mencakup jaringan. Otomasi tingkat 1 menggunakan instrumen lapangan modern lebih dan lebih, remote I/O’s, field busses dan antarmuka grafis. Di berbagai bengkel pabrik baja, AC-drive modern menyediakan alat baru untuk kontrol kecepatan dan torsi yang canggih. Juga penggunaan servo hydraulics telah menyediakan kemungkinan baru yang ditingkatkan untuk mengontrol produksi baja dalam rentang luas dari mesin cetak kontinu hingga manipulatori kecil. Secara umum sistem kontrol tingkat 1 saat ini mampu menangani sistem MIMO (multi input dan multi output) yang semakin kompleks dan sistem kaskade dengan akurasi yang ditingkatkan.
• Tingkat 2 – Tingkat otomasi ini mencakup kontrol pengawasan. Kontrol pengawasan menggabungkan fungsi penjadwalan produksi dan manajemen informasi dengan fungsi kontrol proses untuk membentuk sistem kontrol hierarkis. Ini juga mencakup model proses, penanganan materi otomatis, pengaturan alat, pengemasan dan sistem bantuan lainnya. Ini menggunakan model proses fisik untuk melengkapi kontrol tingkat 1 dengan memberikan nilai titik yang dihitung ke kontrol proses tingkat 1. Pemantauan dan diagnostik proses juga memainkan peran penting dalam sistem tingkat 2. Dalam sistem besar komputer terpisah mungkin diperlukan untuk menangani setiap tingkat, tetapi dalam sistem kecil, dua atau lebih tingkat operasional mungkin dikompromikan ke dalam satu tingkat komputer. Kontroler digital khusus pada tingkat 1 tidak memerlukan intervensi manusia karena tugas fungsionalnya sepenuhnya ditetapkan oleh desain sistem dan ini tidak berinteraksi, secara online, dengan operator. Semua tingkat lainnya memiliki antarmuka manusia seperti yang ditunjukkan. Sistem otomasi tingkat 2 menawarkan dua kemampuan utama yaitu (i) kontrol teroptimasi yang ketat dari setiap unit operasi pabrik berdasarkan tingkat produksi dan batasan yang ditetapkan oleh sistem perencanaan dan kontrol produksi (PPC) tingkat 3 dengan memberikan titik operasi optimal ke proses manufaktur dengan kontrol ini bereaksi langsung terhadap setiap darurat yang terjadi dalam unitnya sendiri, dan (ii) peningkatan keandalan dan ketersediaan keseluruhan sistem kontrol melalui deteksi kesalahan, toleransi kesalahan, redundansi, dan teknik lain yang dibangun dalam spesifikasi dan operasi sistem.
• Tingkat 3 – Sistem otomasi tingkat 3 berisi fitur penjadwalan dan pemantauan status pengiriman. Ini mencakup fungsi perencanaan dan kontrol produksi. Baik fungsi perencanaan produksi maupun kontrol produksi termasuk dalam tingkat ini. Ini juga mencakup perencanaan pemeliharaan dan analisis data. Sistem ini adalah sistem otomasi terintegrasi total. Dengan tingkat otomasi ini, petugas operasi jarak jauh dapat melihat semua data. Enterprise resource planning (ERP) adalah teknologi perangkat lunak populer yang terkait dengan otomasi tingkat 3.
• Tingkat 4 – Ini mirip dengan kontrol tingkat 3 tetapi di bawah tingkat ini kontrol dari jarak jauh melalui satelit dari area jarak jauh mungkin. Tingkat 4 menghubungkan pesanan pelanggan dan materi serta membuat alokasi kapasitas ke produksi. Sistem ERP kompleks ini digunakan untuk mengelola penanganan dan dokumentasi rantai pasokan pesanan lengkap.

Gambar 2 menunjukkan hierarki fungsional sistem kontrol pada berbagai tingkat otomasi.

Gambar 2 Hierarki fungsional sistem kontrol pada berbagai tingkat otomasi

Sistem Kontrol Terdistribusi (DCS)

Sistem kontrol terdistribusi (DCS) adalah platform teknologi yang mewujudkan otomasi tingkat 1 dan tingkat 2. Kontrol tingkat 1 dan tingkat 2 biasanya dapat dicapai melalui kontroler logika terprogram (PLC), sistem berbasis mikroprosesor serta kontroler terprogram (PC) / work station, sesuai kebutuhan. Dalam DCS, masing-masing sistem otomasi bengkel dibagi sesuai kebutuhan fungsional dan mencakup fungsi kontrol loop terbuka dan loop tertutup dari berbagai bagian bengkel produksi.

Sistem kontrol terdistribusi telah berkembang pesat sejak pertengahan 1980-an dari pada dasarnya pengganti panel board saat awal kemunculannya menjadi jaringan informasi, komputasi, dan kontrol pabrik yang komprehensif yang sepenuhnya terintegrasi dalam aliran utama operasi pabrik. Kemajuan ini telah diinduksi sebagian besar oleh revolusi teknologi dalam mikroprosesor dan teknologi perangkat lunak serta kebutuhan ekonomi.

DCS berbasis mikroprosesor hadir pada pertengahan 1970-an. Awalnya mereka dirancang sebagai pengganti fungsional untuk instrumentasi papan board elektronik dan dikemas sesuai. Sistem awal menggunakan layar papan board diskrit yang mirip dengan instrumen elektronik sejenisnya. Sistem ini berkembang dengan cepat, menambahkan work station berbasis video dan kontroler bersama yang mampu menyatakan strategi kontrol regulasi dan urutan berorientasi unit-operasi yang kompleks yang berisi ratusan elemen fungsional, seperti PID (proporsional-integral-turunan), lad / lag / totalizers, elemen dead-time, elapsed timer, rangkaian logika dan kalkulator umum

Pada awal hingga pertengahan 1980-an industri komputer pribadi matang ditandai dengan sistem operasi disk IBM PC (DOS) sebagai standar. Ini melahirkan industri perangkat lunak yang menyediakan paket perangkat lunak berkualitas tinggi murah dengan banyak fitur. Dengan ini, menjadi mungkin untuk mengembangkan paket scan kontrol alarm dan pengakuisisi data (SCADA) yang relatif murah untuk platform komputer pribadi dan mengintegrasikannya dengan paket perangkat lunak shrink wrap umum ini, seperti spreadsheet, desktop publishing, atau manajemen basis data dan seseorang dapat memiliki alternatif yang sangat hemat biaya untuk DCS. Karena keterbatasan kinerja dan kesesuaian umum dari penawaran PC ini, pendekatan ini memiliki daya tarik sebagian besar dalam aplikasi nonkritik sensitif biaya dan di mana terdapat risiko keselamatan atau bahaya rendah. Konsep ini, menciptakan harapan dan visi masa depan, yaitu, arsitektur terbuka.

DCS dikembangkan lebih lanjut dan sekarang mencakup alat untuk menangani aplikasi kontrol proses real-time dengan menggabungkan paket shrink wrap biaya rendah dalam sistemnya. Paket-paket ini meliputi (i) manajemen basis data relasional, (ii) paket spreadsheet, (iii) kemampuan kontrol proses statistik, (iv) sistem pakar, (v) simulasi proses berbasis komputer, (vi) desain dan gambar supported komputer, (desktop publishing, (vii) manajemen tampilan berorientasi objek, (viii) manajemen tampilan berorientasi window, dan (ix) pertukaran informasi dengan sistem pabrik lainnya.

Selama akhir 1980-an dan awal 1990-an industri komputer terus mengalami transformasi. Jaringan sistem menjadi satu kesatuan yang kohesif berjanji untuk (lagi) merevolusi industri baja, yang baru saja menyerap dampak revolusi PC. Standar perangkat lunak dan komunikasi mulai berlaku, membuat interoperabilitas antara platform komputasi yang berbeda dan perangkat lunak aplikasi menjadi kenyataan jangka dekat. Organisasi baja, termasuk lantai pabrik, dapat dicetak menjadi satu kesatuan yang kohesif dengan membuat berbagai sistem departemen bekerja sama dengan biaya integrasi yang dapat diterima. Ini menambahkan fitur teknologi baru ke DCS termasuk (i) standar sistem operasi terbuka, seperti UNIXC atau POSIX dll., (ii) model komunikasi OSI (open system interconnect), (iii) model komputasi kooperatif client server, (iv) protokol X-window untuk komunikasi work station, (v) sistem manajemen basis data relasial terdistribusi, (vi) akses SQL (Structured query language) ke basis data relasial terdistribusi, (vii) pemrograman berorientasi objek dan bahasa independen platform, dan (viii) rekayasa perangkat lunak supported komputer.

Ini melambangkan teknologi DCS modern. DCS saat ini adalah platform komputasi terdistribusi dengan kinerja yang cukup untuk mendukung aplikasi proses real-time skala besar. Secara struktural DCS tradisionalnya diorganisir ke dalam lima subsistem utama, yaitu (i) work station operasi yang bertindak sebagai MMI (machine man interface) dan menyediakan kemampuan visualisasi, (ii) subsistem kontroler yang melakukan kontrol digital langsung, (iii) subsistem pengumpulan data, (iv) subsistem komputasi proses untuk optimasi dan supervisi proses, dan (v) jaringan komunikasi. Standar komunikasi sistem terbuka memungkinkan DCS untuk menerima informasi dari sekelompok platform komputasi serupa yang kompatibel, termasuk sistem bisnis, informasi laboratorium, pemeliharaan, dan sistem pabrik lainnya serta untuk menyediakan informasi untuk mendukung aplikasi, seperti yang diberikan di bawah.

• Sistem barisan gudang dan pengemasan otomatis sehingga pesanan lengkap dapat dikoordinir dari penerimaan bahan baku hingga pengiriman produk akhir.
• Sistem manajemen informasi laboratorium (LIMs), yang melakukan analisis dalam proses serta inspeksi jaminan kualitas.
• Penjadwalan produksi otomatis untuk pabrik yang mengakses sistem bisnis dan terhubung dengan sistem perencanaan sumber daya manufaktur dan paket penjadwalan kapasitas terbatas.

Penerapan sistem DCS dapat ditemukan di beberapa area operasi di pabrik baja terintegrasi besar.