Искусственный интеллект на НЛМК: конвейер оптимизации

Год назад мы уже разговаривали с Анджеем Аршавским, директором по анализу данных и моделированию Новолипецкого металлургического комбината, о первых шагах по применению искусственного интеллекта для оптимизации производственных процессов компании. Тогда предварительные результаты прототипов и запущенных пилотов давали основания для осторожного оптимизма.

С тех пор многое изменилось. Было построено хранилище данных по основным производственным площадкам — так удалось решить проблему доступности данных. Подразделение data science занялось широкой апробацией различных идей и тестовых проектов: в прошлом году реализовано 23 проекта — как пилотных, так и «боевых». Три проекта уже запущены в промышленную эксплуатацию, а еще четыре находятся на стадии промышленных испытаний. Внедренные решения приносят ощутимую прибыль.

«Достигнут серьезный прогресс по сравнению с прошлым годом: от попыток мы перешли к результатам, — констатирует Аршавский, претендент на премию CDO Award. — Большинство пилотных инициатив, реализованных за последний год, воплотились в реальные проекты. Мы как дирекция достигли стадии зрелости и перешли на самофинансирование новых проектов». Сейчас в НЛМК работают над концепцией цифровой платформы и стратегией «цифровизации», рассчитанной на ближайшие пять лет.

«Сейчас наши усилия сосредоточены на отдельных агрегатах и процессах, мы оптимизируем их по отдельности. В перспективе наш подход станет более глобальным: смежные процессы и участки производства будут включены в единый контур оптимизации»

- Что произошло за последний год?

Самое главное — мы достигли целевых экономических результатов от внедрения решений ИИ, поставили разработку решений на конвейер и перешли на режим самофинансирования. Важным достижением является то, что мы смогли сформировать полноценную команду data science. Мы также научились работать одновременно по большому спектру проектов полного цикла. Удалось завершить ряд внедрений систем в производство и получать прибыль. И последнее, но не менее важное достижение: разработана платформа данных и математического моделирования (озеро данных), куда стекаются производственные данные и производятся расчеты. Тем самым мы существенно упростили доступ к данным и их обработку в наших текущих и перспективных проектах. Сейчас к платформе подключается первая группа источников данных Липецкого комбината.

- Год назад в команде было буквально несколько человек. Появилось ли выделенное подразделение и что оно сейчас собой представляет?

Появилось функциональное направление — дирекция «Анализ данных и моделирование», куда входят 15 человек. До недавнего времени дирекция напрямую подчинялась президенту группы, а сейчас вошла в цифровой блок. В команде трудятся исследователи и инженеры данных, бизнес-аналитики, разработчики и проектные менеджеры. При этом мы не отказались и от аутсорсинга: у нас сформировался круг стратегических подрядчиков, с которыми мы реализуем разные стадии проектов. Часть проектов делается собственными силами, часть — с их помощью. Иногда пилотную часть реализуем самостоятельно, а разработка конечного продукта производится подрядчиком. Мы научились работать комбинированной командой, чтобы действовать наиболее эффективно.

- Что фактически означало для компании формирование выделенного подразделения?

Год назад наше направление было создано, чтобы проверить гипотезу о том, что технологии искусственного интеллекта, внедренные в производственные процессы, могут приносить прибыль. Подчеркну, это была лишь гипотеза. За 2018 год она была подтверждена реальными проектами. Более того, такие решения удалось поставить на поток, создать конвейер. Появился отлаженный бизнес-процесс, рождающий идеи, эти идеи затем апробируются и пилотируются; на их основе появляется минимальный продукт (MVP), который потом последовательно разрабатывается и становится полноценным продуктом, включающим интеграцию с внутренними системами, проведение промышленных испытаний, разработку методик оценки экономического эффекта, внедрение и передачу на поддержку.

Разумеется, есть огромная разница между идеей и пилотом, между пилотом и конечным продуктом. Мы научились их конвертировать друг в друга, а продукты научились тиражировать. Могу констатировать: мы реализуем весь цикл от идеи до тиражирования продукта.

- В прошлом году мы говорили о трех начатых пилотных проектах: экономии ферросплавов, поиске причин дефектов и оптимизации работы ТЭЦ. Какие проекты в итоге стали самыми важными и показали лучшие результаты?

В итоге мы реализовали сразу три проекта по ферросплавам — для разных установок и на разных площадках. Внедряем на зарубежной площадке NLMK Clabecq проект по прогнозированию выхода материала при листовой прокатке. Работы по оптимизации ТЭЦ также оказались успешными. Кроме того, мы запустили около 10 проектов по разным направлениям: по коксохимическому производству, увеличению темпа прокатки слябов на стане 2000 и др. Проект по устранению дефектов оказался сложнее, чем мы ожидали, и пока не завершен.

Мы сосредоточились на двух направлениях: удешевление и повышение эффективности производства и логистика. Охвачены сталеплавильное, прокатное, коксохимическое производства, начата работа по доменному производству. В логистике мы фокусировались на железнодорожном транспорте: оптимизации укладки слябов в вагоны и оптимизации оборота вагонов по внутренним железнодорожным станциям.

Как осуществляется приоритизация проектов? По каким принципам выбираете, «где копать»? Скорость, бизнес-потребность, ожидаемые эффекты?

Мы ранжируем инициативы исходя из их приоритетности для стратегических целей компании — в рамках «Стратегии-2022». Если проект отвечает целям этой стратегии — например, дает хорошую операционную эффективность или помогает выстраивать бережливое производство, то мы ориентируемся на экономический эффект, доступность данных и скорость реализации проекта. Для нас важно, чтобы заказчик тоже был готов — чтобы тот или иной цех понимал для себя значимость этого проекта. Не менее важно, чтобы техническая дирекция признала проект выполнимым и приоритетным.

- В целом ваше подразделение справляется с потоком задач? Или приходится устраивать жесткий отсев и проекты выстраиваются в очередь?

Да, образуется очередь, можно было бы делать и больше. Мы растем, развиваем свою команду. Список проектов очень широк, он за прошлый год вырос на 50%. И у всех из них достаточно большой экономический потенциал.

- Проблема исключительно в кадрах? Откуда брать дополнительные мощности?

Это кадры и процессы. Оптимизируя свои процессы, мы увеличиваем производительность, растет вероятность того, что проект будет успешным. Также имеет значение готовность к изменениям заказчиков — подразделений НЛМК. Наконец, играет роль эффективность внешних команд, привлекаемых к проектам.

Мгновенно нарастить все эти показатели невозможно. В ходе первых проектов было важно увидеть типичные проблемы, выстроить процессы, обеспечить в нужном объеме вовлеченность бизнес-подразделений.

- На первых этапах ожидалось, что в результате реализации проекта текущие процессы должны улучшиться на 5%. Что наблюдается в итоге?

Эта цифра подтверждается. Да, кое-где мы превосходим ее. Но одновременно становится понятно, что следующая волна оптимизации будет нести гораздо больший эффект — 15–20%. На этот более высокий уровень оптимизации мы выйдем, когда наши точечные решения будут собраны воедино.

- В итоге подходы к планированию эффективности меняются? Ведь те самые 5% родились из того, что меньший эффект незначим и его трудно измерить, а на больший не заявлялись из скромности.

Да, подходы к оценке экономического потенциала проекта тоже изменились. В ходе первых проектов мы научились считать эффект и пересчитывать его в экономию. Поэтому оценки стали более обоснованными, чем абстрактные 5%.

- Стратегия управления данными — это чуть ли не первое, чем пришлось заниматься. В чем она заключается, как видоизменяется?

Двумя столпами этой стратегии являются качество и доступность данных. Доступность обеспечивается путем создания единого хранилища, аккумулирующего в себе все источники данных. Разрозненность данных всегда негативно влияет на их доступность, мы это ощутили в полной мере на первых проектах: приходилось прилагать массу дополнительных усилий. Сейчас проблема осталась в прошлом. Еще проблема возникает в тех случаях, когда какие-то части производственного процесса просто не оцифрованы или данные теряются на самых начальных этапах их получения. Это решается согласованием нашей стратегии со стратегией развития АСУТП. К счастью, мы и АСУТП стали частью одного функционального направления — цифровизации.

Качество данных тоже важный и сложный вопрос. Качество может страдать по самым разным причинам. Данные могут быть неполными: какие-то измерения, необходимые для реализации проекта, не производятся. Также качество данных может зависеть от точности измерений или ручного ввода. Полнота данных может иметь даже временной аспект: например, они доступны за последние три месяца, а исторических данных нет — обучать модели не на чем. Мы разработали комплекс мероприятий, направленных на решение проблемы качества данных. У нас обозначены точки, где проекты нужны, но для их реализации отсутствуют данные. Совместно с бизнес-подразделениями НЛМК мы работаем над устранением этих белых пятен.

- Как архитектурно построена инфраструктура для работы с данными?

Мы выбрали подход с максимальным использованием открытых решений. Хранилище построено на Hadoop Spark (сборка российской компании Arenadata), шина данных, которая связывает его с окружением, реализована на Kafka, внутренние сервисы — на Python и Java. Экспериментируем с использованием различных баз данных NoSQL для хранения некоторых витрин данных. При построении участков, связанных с быстрой обработкой информации, экспериментируем с открытой версией Greenplum, различными иерархическими хранилищами.

- Какие работы по цифровизации компании сейчас ведутся?

Мы работаем над концепцией цифровой платформы производства. Под этим понимается создание решений для бизнеса — попытка абстрагироваться от терминов АСУТП или MES и построить платформу, на базе которой смогут эффективно работать интеллектуальные цифровые сервисы, которые приносят бизнес-заказчикам понятный и очевидный результат. Архитектурно это будет построено на самых современных технологиях. Это глобальное решение, оно должно быть реализовано в соответствии со стратегией цифровизации НЛМК.

- Это решение будет единым с платформой больших данных?

Это должна быть единая система. Раньше мы архитектурно разделяли производственные системы и все, что относится к платформе big data, а сейчас в рамках цифровой платформы все эти наработки должны быть объединены и приведены в соответствие друг другу. Технически это вполне реализуемо.

- В чем заключается задел на будущее, сделанный за прошедший год?

Он заключается в том, что в прошлом году мы реализовали некоторое количество проектов, которые подтвердили состоятельность заложенных в них идей. Мы будем их превращать в законченные продукты и прибыль следующего года.

Кроме того, мы пополнили наш банк идей новыми предложениями, расширив его на 50%. Таким образом, у нас появляется больше возможностей для отбора перспективных пилотных проектов в будущем году. Основная часть таких проектов по-прежнему будут производственными, однако мы намерены смотреть шире. Еще часть задач, вероятно, будут касаться сферы закупок, а часть — финансовой сферы.

- Куда движутся большие данные в НЛМК и как они в перспективе могут изменить бизнес компании?

Сейчас наши усилия сосредоточены на отдельных агрегатах и процессах, мы оптимизируем их по отдельности. Однако понятно, что с точки зрения производства это субоптимальный режим. В перспективе наш подход станет более глобальным: смежные процессы и участки производства будут включены в единый контур оптимизации.

В целом мы видим три глобальных этапа развития больших данных и искусственного интеллекта. Первый — создание точечных решений для оптимизации производства, благодаря чему мы можем на 5–10% повысить технический эффект. На этом этапе мы находимся сейчас, и он будет длиться три-четыре года. Второй этап — создание решений для оптимизации групп внедренных точечных решений: с помощью искусственного интеллекта мы начнем оптимизировать связки смежных процессов. Этот этап продлится тоже четыре-пять лет. Затем мы намерены приступить к созданию глобальной системы оптимизации производства. На это уйдет еще пятилетие.