智慧制造是未來鋼廠的重要特征之一，也是寶鋼股份著力構(gòu)建的五大核心能力之一。在鋼鐵行業(yè)同行紛紛加大智慧制造投入、提升智慧制造水平的背景下，寶鋼湛江鋼鐵有限公司（以下簡稱：湛江鋼鐵）作為高起點新建鋼鐵基地，需要通過智慧制造進一步擴大領(lǐng)先優(yōu)勢。湛江鋼鐵以構(gòu)建智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、柔性化的新一代冷軋生產(chǎn)線為主要目標，以傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、工業(yè)軟件技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)的交叉融合作為理論依據(jù)，通過1550毫米冷軋智能化產(chǎn)線的探索實踐，以及智能化車間的建設(shè)，實現(xiàn)了智能感知探測、管控智能化、知識自動化、業(yè)務(wù)協(xié)同多目標優(yōu)化等建立涵蓋制造全過程的智能化應(yīng)用，達到了生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的信息集成、信息資源的開發(fā)利用，使得自動化作業(yè)水平得到提升、制造過程的效率和質(zhì)量得到提高、制造成本得到降低。湛江鋼鐵在1550毫米冷軋智能化產(chǎn)線探索實踐過程中已取得較好效果，其使用的技術(shù)是集成當前智能化裝備、大數(shù)據(jù)、知識自動化、現(xiàn)代管理等技術(shù)的綜合應(yīng)用，這些技術(shù)對生產(chǎn)高端冷卷產(chǎn)品的冷軋產(chǎn)線具有示范作用，可復(fù)制性強、可推廣性好，對于國內(nèi)其他冷軋產(chǎn)線在智能制造技術(shù)和集成方法的應(yīng)用升級方面有較好借鑒和參考價值。

 

1 湛江鋼鐵1550毫米冷軋產(chǎn)線智能化探索實踐提出的背景

 

目前，我國鋼鐵行業(yè)在勞動效率、質(zhì)量穩(wěn)定性、3D（臟、累、危險）工作場景智能裝備應(yīng)用等方面，與日本新日鐵、韓國浦項等先進鋼鐵企業(yè)相比，依然差距明顯。

 

在鋼鐵消費峰值平臺區(qū)，鋼鐵企業(yè)要想保持盈利，必須以質(zhì)量成本為基礎(chǔ)，以優(yōu)化產(chǎn)能為核心，以兩化深度融合踐行鋼鐵企業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動，打造鋼鐵工業(yè)的升級版，抓住新時代契機，充分發(fā)揮自主創(chuàng)新，智慧制造必將會成為未來鋼廠的特征之一。

 

為了大大提高鋼鐵行業(yè)的整體自動化與信息化水平，為智能制造的實施創(chuàng)造良好的條件，寶鋼湛江鋼鐵作為寶鋼股份高起點新建的生產(chǎn)基地，在新形勢下中國鋼鐵行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展中承擔重要責任。需要通過智慧制造進一步擴大領(lǐng)先優(yōu)勢。其中1550毫米冷軋產(chǎn)線處于寶鋼湛江鋼鐵生產(chǎn)流程末端，該生產(chǎn)線更是鋼鐵工業(yè)中流程復(fù)雜、工藝水平高、產(chǎn)品附加值高的成品生產(chǎn)線。

 

因此，寶鋼湛江鋼鐵在項目規(guī)劃階段就將1550毫米冷軋產(chǎn)線作為提升產(chǎn)能、提高勞動效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、降低勞動強度、實現(xiàn)柔性生產(chǎn)的智能車間試點示范項目進行建設(shè)，重點圍繞裝備自動化、少人化或無人化，整體策劃無人化行車、自動包裝、工業(yè)機器人等智能裝備在1550毫米冷軋產(chǎn)線的全面應(yīng)用，提升產(chǎn)線智能化水平，并通過業(yè)務(wù)流程優(yōu)化、整合，提高1550毫米冷軋產(chǎn)線勞動效率。

 

2 湛江鋼鐵1550毫米冷軋智能化產(chǎn)線探索實踐的理論依據(jù)、創(chuàng)新點和目標方案

 

2.1 理論依據(jù)

 

在1550毫米冷軋智能化產(chǎn)線探索實踐過程中，主要應(yīng)用的管理理論和方法包括：傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、工業(yè)軟件技術(shù)、業(yè)務(wù)流程設(shè)計等，形成的理論系統(tǒng)包括產(chǎn)線無人作業(yè)自動化系統(tǒng)、全自動化包裝系統(tǒng)、在線檢測與智能控制系統(tǒng)等。

 

1）業(yè)務(wù)流程設(shè)計基本方法

 

企業(yè)的最終目的是為了提升顧客在價值鏈上的價值分配，重新設(shè)計新的流程以替代原有流程的根本目的，是為了以一種新的結(jié)構(gòu)方式為顧客提供這種價值的增加，及其價值增加的程度。反映到具體的流程設(shè)計上，就是盡一切可能減少流程中非增值活動并調(diào)整流程中的核心增值活動。

 

2）傳感技術(shù)

 

高精度、高效率、高可靠性地采集各種形式信息的技術(shù)，如各種遙感技術(shù)(衛(wèi)星遙感技術(shù)，紅外遙感技術(shù)等)和智能傳感技術(shù)等。在工業(yè)生產(chǎn)自動化過程中，檢測、監(jiān)視和控制溫度、壓力、流量、液位等參數(shù)，以便使設(shè)備工作在最佳狀態(tài)，成本消耗最低，產(chǎn)品質(zhì)量最高，同時，在生產(chǎn)過程中將各個環(huán)節(jié)的參數(shù)轉(zhuǎn)為電信號，并與計算機接口，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。

 

3）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

 

實現(xiàn)資源的全面共享和有機協(xié)作，使人們能夠透明地使用資源的整體能力并按需獲取信息。網(wǎng)絡(luò)的根本特征并不一定是它的規(guī)模，而是資源共享，消除資源孤島。

 

4）大數(shù)據(jù)技術(shù)

 

從各種各樣類型的數(shù)據(jù)中，快速獲得有價值信息的能力。適用于大數(shù)據(jù)的技術(shù)，包括大規(guī)模并行處理（MPP）數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)挖掘電網(wǎng)，分布式文件系統(tǒng)，分布式數(shù)據(jù)庫，云計算平臺，互聯(lián)網(wǎng)，和可擴展的存儲系統(tǒng)。

 

5）工業(yè)軟件技術(shù)：實現(xiàn)工業(yè)智能化的關(guān)鍵技術(shù)和路徑，是工業(yè)技術(shù)、工藝經(jīng)驗、制造知識和方法的顯性化、數(shù)字化和系統(tǒng)化的過程。

 

2.2 創(chuàng)新點和目標方案

 

1550毫米冷軋智能化產(chǎn)線的探索實踐，優(yōu)化了作業(yè)流程，精減了人員配置，極大程度地提升了1550毫米冷軋各機組的運行效率、勞動效率、作業(yè)效率、信息傳遞效率。

 

1）無人化行車項目

 

1550毫米冷軋行車無人化系統(tǒng)是國內(nèi)冶金行業(yè)目前規(guī)模最大的、涵蓋冷軋全流程生產(chǎn)的、完全自主集成的無人庫區(qū)及無人行車智能化系統(tǒng)。無論是在無人化行車數(shù)量，還是機組規(guī)模，應(yīng)用軟件復(fù)雜度等方面都是國內(nèi)當前最領(lǐng)先的。

 

1550毫米冷軋產(chǎn)線機組生產(chǎn)性行車利用先進信息通訊技術(shù)（ICT）的控制技術(shù)，通過業(yè)務(wù)流程的整合與優(yōu)化，實施作業(yè)指令進行對物料的精確定位，完成卸料、上料、移庫等作業(yè)，通過智能物流系統(tǒng)實現(xiàn)冷軋產(chǎn)品在倉儲運輸過程的自動化運作和高效率優(yōu)化管理，降低成本。

 

2）自動包裝項目

 

國內(nèi)包裝大多采用傳統(tǒng)人工折紙的形式，作業(yè)效率低，變動性大。湛江鋼鐵1550毫米冷軋區(qū)域有兩條年產(chǎn)能共60萬噸電工鋼機組（其中30萬噸由重卷機組出成品）、一條年產(chǎn)能68萬噸的連退機組和一條年產(chǎn)能27萬噸的熱鍍鋅機組（其中15萬噸由重卷機組出成品）。

 

利用全自動化包裝技術(shù)實現(xiàn)鋼卷包裝過程全自動化，包括鋼卷穿心纏繞(紙和薄膜雙重纏繞)、塑料板外包皮加裝、內(nèi)外鋼護角加裝和鋼卷小車。整條生產(chǎn)線可只設(shè)置一個操作工監(jiān)管。這些包裝線的自動化配備，為現(xiàn)今鋼卷包裝領(lǐng)域中的最高水平。在滿足包裝產(chǎn)量的前提下，還兼顧物流，不僅是包裝機組，也是鋼卷輸送通道，一舉兩得，大大提升了作業(yè)效率，節(jié)省了人力。

 

3）工業(yè)機器人項目

 

1550毫米冷軋產(chǎn)線在智能化創(chuàng)新引領(lǐng)下，建成了產(chǎn)線多套無人自動化系統(tǒng)，機組入口拆捆、鋅鍋區(qū)域撈渣、出口取樣、出口打捆、出口貼標等全部實現(xiàn)機器人作業(yè)，著重管理流程、業(yè)務(wù)與工業(yè)機器人的整合，確保進一步提升勞動效率，大大減輕人工作業(yè)負荷，降低安全風險，減少生產(chǎn)成本。同時進一步完善表面缺陷檢測儀的自動判定封閉功能，提升產(chǎn)品質(zhì)量判定放行水平。

 

3 湛江鋼鐵1550毫米冷軋產(chǎn)線智能化探索實踐的做法

 

3.1 實施總體模式

 

針對1550毫米冷軋產(chǎn)線的智能化，全面實施了五個領(lǐng)域的改造并不斷提升，逐步構(gòu)建智能車間生態(tài)圈（如圖1所示）。

 

建立產(chǎn)線無人作業(yè)自動化系統(tǒng)；建立工藝過程表面在線檢測；建立面向感知-控制決策一體化的新一代工藝模型；建立智能動態(tài)生產(chǎn)排程系統(tǒng)；建立工廠智能管理系統(tǒng)。

 

3.2 項目實施內(nèi)容

 

1）行車無人化系統(tǒng)創(chuàng)新實踐

 

湛江鋼鐵1550毫米冷軋無人化行車項目是國內(nèi)首條全冷軋生產(chǎn)線與無人化行車同步建設(shè)的項目，共有15臺無人化行車，其中軋后庫五臺、成品庫10臺；涉及產(chǎn)線包括五條主機組、兩條重卷；包括五個庫區(qū)7100多個鞍座，11個激光掃描點22個停車位。

 

湛江鋼鐵1550毫米冷軋也是國內(nèi)冶金行業(yè)目前規(guī)模最大的、涵蓋冷軋全流程生產(chǎn)的、完全自主集成的無人庫區(qū)及無人行車智能化系統(tǒng)。無論是在無人化行車數(shù)量，還是機組規(guī)模、應(yīng)用軟件復(fù)雜度等方面都是國內(nèi)當前最領(lǐng)先的。

 

1550毫米冷軋產(chǎn)線機組生產(chǎn)性行車利用先進的ICT控制技術(shù)，根據(jù)接收到的作業(yè)指令進行對物料的精確定位，完成卸料、上料、移庫等作業(yè)，實現(xiàn)物料的全自動存儲及裝卸，主要功能如下：

 

①配備了無人化行車系統(tǒng)（UACS），實現(xiàn)了行車調(diào)度和庫區(qū)管理功能。無需行車駕駛?cè)藛T和地面庫位人員，行車根據(jù)生產(chǎn)物流計劃自動吊卷，鋼卷信息自動跟蹤。

 

②配置了裝卸車系統(tǒng)（SRS），通過該系統(tǒng)設(shè)備對框架（或車輛）位置、車輛上的鋼卷位置進行掃描數(shù)據(jù)分析及測量確定，實現(xiàn)行車自動裝、卸車功能。

 

③利用計算機技術(shù)對物料進行全程自動跟蹤、位置存儲、計劃優(yōu)化、作業(yè)指令搜索、自動解析及行車的自動控制等流程，實現(xiàn)24小時不間斷作業(yè)，大大降低了人為因素造成的不必要的停機時間、往返路程、搜尋時間和倒庫次數(shù)，基本杜絕了錯吊現(xiàn)象，防止異材。

 

④通過無人行車的精確定位、輕裝輕卸和防搖擺技術(shù)，最大程度地減少了鋼卷質(zhì)量的損失。

 

⑤在行車運行路線上，經(jīng)過精細的路線優(yōu)化計算，實現(xiàn)了路線最優(yōu)。

 

2）自動化包裝的創(chuàng)新實踐

 

國內(nèi)包裝大多采用傳統(tǒng)人工折紙的形式，作業(yè)效率低，變動性大。湛江鋼鐵1550毫米冷軋區(qū)域有兩條年產(chǎn)能共60萬噸電工鋼機組（其中30萬噸由重卷機組出成品）、一條年產(chǎn)能68萬噸的連退機組和一條年產(chǎn)能27萬噸的熱鍍鋅機組（其中15萬噸由重卷機組出成品）。

 

若按目前傳統(tǒng)的包裝機組每小時15卷的包裝能力，需要在電工鋼機組、連退機組、熱鍍鋅機組（含重卷機組）后面配置三條傳統(tǒng)包裝機組。傳統(tǒng)的包裝機組進行人工包裝至少需要配置13人（不含管理人員和離線包裝人員）才能完成從裸卷到成品包裝卷交貨的要求，且包裝資材大部份采用場外供應(yīng)。人工包裝人員配備較多，勞動強度高，作業(yè)效率較低，綜合經(jīng)濟性較差。

 

1550毫米冷軋自動包裝機組，設(shè)計產(chǎn)能20卷/時，每條線定員6人，可以完成1550連續(xù)退火機組約68萬噸/年和1550熱鍍鋅機組約27萬噸/年（含一條重卷機組約15萬噸/年）的包裝業(yè)務(wù)。2號自動包裝機組布置在兩條硅鋼退火涂層機組后面，其可以完成1550硅鋼退火涂層機組約60萬噸/年（含一條重卷機組約30萬噸/年）的包裝工作。

 

鋼卷包裝過程全自動化，包括鋼卷穿心纏繞(紙和薄膜雙重纏繞)、塑料板外包皮加裝、內(nèi)外鋼護角加裝和鋼卷小車。整條生產(chǎn)線只需一個操作工監(jiān)管。這些包裝線的自動化配備，為當今鋼卷包裝領(lǐng)域中的最高水平。在滿足包裝產(chǎn)量的前提下，還兼顧物流，不僅是包裝機組，也是鋼卷輸送通道，一舉兩得，大大提升了作業(yè)效率，節(jié)省了人力。
 

 

3.3 工業(yè)機器人的創(chuàng)新實踐

 

1550毫米冷軋產(chǎn)線在創(chuàng)新驅(qū)動作用下建成了產(chǎn)線無人自動化系統(tǒng)，機組入口拆捆、出口取樣、出口打捆、出口貼標等全部實現(xiàn)機器人作業(yè)，著重管理流程、業(yè)務(wù)與工業(yè)機器人的整合，確保進一步提升勞動效率，大大減輕人工作業(yè)負荷，降低安全風險，減少生產(chǎn)成本。同時進一步完善表面缺陷檢測儀的自動判定封閉功能，提升產(chǎn)品質(zhì)量判定放行水平。

 

1）拆捆帶機器人1550毫米冷軋各機組已經(jīng)配備了自動拆捆帶機器人，投產(chǎn)以后穩(wěn)定運行。鋼卷被行車吊運到鞍座上后，鞍座上安裝的地輥會旋轉(zhuǎn)帶動鋼卷轉(zhuǎn)動，與此同時，拆捆帶機器人自動尋找鋼卷的外圈帶尾，通過轉(zhuǎn)動角度和鋼卷直徑的計算，確保在地輥停止轉(zhuǎn)動時將帶尾壓在地輥上。然后機器人自動識別鋼卷上捆帶的條數(shù)，自動拆除捆帶，并將拆除的捆帶收集到指定的位置。拆捆帶機器人的應(yīng)用，取代了以往的人工作業(yè)，保證了機組運行的連續(xù)性，消除了拆捆帶作業(yè)給人帶來的安全隱患，提高了企業(yè)的勞動效率。

 

2）取樣板機器人

 

鋼卷產(chǎn)出后需要對鋼卷的表面特性參數(shù)、物理特性參數(shù)進行表征，目前的表征方式采用抽樣檢驗的方式進行，因此必須對每個鋼卷取樣，根據(jù)不同的鋼種材質(zhì)，取樣的位置和樣板數(shù)量有所區(qū)別。同時在處理過程中，樣板的搬運是一項較繁重的體力勞動，且作業(yè)存在一定的安全風險；因樣板較多，對樣板的標記容易出錯，引起后續(xù)工作混亂。為降低勞動負荷、改善管理流程，已在1550毫米冷軋各機組增加取樣板機器人。實現(xiàn)取樣板、樣板標識全自動化。剪切下線后直接落入小車中，小車開出作業(yè)線，機器人自動識別小車中樣板的數(shù)量并自動逐張對樣板貼標簽，取出樣板根據(jù)樣板的不同用途放置在指定位置。取樣板機器人穩(wěn)定投入兩年多，大大減輕了作業(yè)人員的勞動負荷，消除了作業(yè)安全風險，樣板的流轉(zhuǎn)準確有效。

 

3）鋼卷貼標機器人

 

連續(xù)機組鋼卷連續(xù)產(chǎn)出，物料的跟蹤采用軟件系統(tǒng)結(jié)合鋼卷位置跟蹤的方式進行匹配。以往，鋼卷的標識（貼標簽）通過人工進行，作業(yè)人員將標簽打印好后確認軟件系統(tǒng)中信息流轉(zhuǎn)的位置再匹配到現(xiàn)場的實物鋼卷上，非常容易出錯，尤其是當工作繁忙時，會出現(xiàn)連續(xù)多個鋼卷集中貼錯標簽的情況。信息出錯的鋼卷會導(dǎo)致物流混亂，甚至發(fā)錯用戶，給市場造成非常惡劣影響。在1550毫米冷軋各機組上增加了鋼卷貼標簽機器人，當鋼卷到達機器人位置時，機器人會立即將接收到的對應(yīng)鋼卷跟蹤信息自動打印標簽，自動粘貼到鋼卷指定位置，從根本上避免了信息出錯。

 

4 湛江鋼鐵1550毫米冷軋產(chǎn)線智能化探索實踐的成效

 

1550毫米冷軋智能化產(chǎn)線的應(yīng)用，極大程度地提升了1550毫米冷軋各機組的勞動效率和作業(yè)效率，累計實現(xiàn)人員配置優(yōu)化168人，節(jié)約人工成本約1680萬元，即168人×10萬元/（人·年）=1680萬元，作業(yè)效率平均提升18%，鞍座改造費用節(jié)省800萬元以上，節(jié)約包裝成本1000余萬元以上，同時降低了安全事故。

 

4.1 無人化行車項目

 

2017年底軋后庫五臺無人化行車投運，平均自動化率達95%，2018年4月底進一步提升到99%；2017年底成品庫三臺外發(fā)行車實現(xiàn)無人化作業(yè)，目標2018年6月底實現(xiàn)成品庫全部行車無人化運行。本項目實現(xiàn)減員60人，產(chǎn)生經(jīng)濟效益600余萬元；平條形鞍座上使用自動夾鉗找卷，較同類項目一次性節(jié)省鞍座改造費用800多萬元。

 

4.2 自動包裝項目

 

現(xiàn)場包裝作業(yè)人員由原來的13人/（班·機組）減至6人/（班·機組），作業(yè)線由原來的三條減為兩條，共計減員108人。包裝材料成本也比傳統(tǒng)包裝低約5元/噸，滿產(chǎn)后預(yù)計每年至少為公司創(chuàng)造經(jīng)濟效益1000萬元以上。全自動機械生產(chǎn)代替人工手工勞動，作業(yè)效率大大提高，降低了人員勞動強度，提高了產(chǎn)量，傳統(tǒng)包裝極限產(chǎn)能15卷/時，全自動包裝設(shè)計產(chǎn)能20卷/時。包裝的同時兼顧物流，降低了行車的工作負荷，提高了生產(chǎn)效率。固化纏繞包裝工藝參數(shù)，包裝材料在防銹性能上也大大提升，逐步明確纏繞包裝技術(shù)標準。

 

4.3 工業(yè)機器人項目

 

工業(yè)機器人項目的投運，取代了以往的人工作業(yè)，保證了機組運行的連續(xù)性，進一步降低人工成本、安全風險和質(zhì)量風險，提高了作業(yè)效率和勞動效率。目前，1550毫米冷軋各機組入口拆捆帶作業(yè)效率提升15%，貼標簽機器人作業(yè)效率提升8%，出口打捆帶作業(yè)效率提升12%，且相關(guān)崗位人員也進行了優(yōu)化，隨著機器人投運的逐步成熟，作業(yè)和勞動效率的提升會更加顯著。同時，也極大地降低了崗位員工的作業(yè)負荷、質(zhì)量風險和安全隱患。