طراحی دوقلوی دیجیتال (digital twin) جهت مدیریت انرژی برای کوره قوس الکتریکی فولاد ارفع

در این پژوهش، سامانه‌ای هوشمند بر پایه فناوری دوقلوی دیجیتال (digital twin) برای بهینه‌سازی مصرف انرژی در کوره قوس الکتریکی (eaf) شرکت آهن و فولاد ارفع طراحی و پیشنهاد شده است. هدف اصلی، ایجاد مدل دیجیتالی همزمان از فرآیند واقعی ذوب است تا با استفاده از داده‌های فرآیندی لحظه‌ای، مدل‌های فیزیکی و الگوریتم‌های هوش مصنوعی، امکان پایش، تحلیل، پیش‌بینی و کنترل بهینه فرآیند فراهم شود. مدل توسعه‌یافته شامل سه بخش اصلی است: (1) مدل‌های فیزیکی مبتنی بر معادلات انتقال حرارت، واکنش‌های شیمیایی و میدان‌های الکترومغناطیسی، (2) مدل‌های داده‌محور و شبکه‌های عصبی برای پیش‌بینی مصرف انرژی و تشخیص ناهنجاری‌های تجهیزاتی، و (3) مدل هیبریدی جهت ادغام دانش فیزیکی و یادگیری ماشینی. زیرساخت دیجیتال مورد استفاده از لایه‌های جمع‌آوری داده (با پروتکل‌های صنعتی مانند opc-ua و mqtt)، ذخیره‌سازی در پایگاه‌های داده timescaledb و postgresql، و تجسم گرافیکی با power bi و unity 3d بهره می‌گیرد.نتایج شبیه‌سازی و پیاده‌سازی اولیه نشان می‌دهد که سامانه پیشنهادی می‌تواند مصرف انرژی ویژه را 8 تا 15 درصد، زمان ذوب را 5 تا 10 درصد کاهش داده و هم‌زمان عمر الکترودها و نسوزها را تا 25 درصد افزایش دهد. این دستاوردها علاوه بر صرفه‌جویی قابل توجه در هزینه‌های انرژی، زمینه‌ساز هوشمندسازی عملیاتی و نگهداری پیش‌بینانه در صنایع فولاد خواهد بود.