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智能化技術在板帶產品制造中的應用

2019-08-29 09:25:00     作者:施振巖

  隨著工業4.0和中國制造2025的全面開展,國內外智能化工廠、智能化實驗室、智能化設備的研制正蓬勃開展。智能化正在各行各業全面展開。智能化生產線和智能化實驗室正在改變原有傳統企業的生產模式,將人從重復的操作、惡劣的環境和繁重的流水性作業中解放出來。對于鋼鐵廠而言,主生產線智能化,和機組出口附近的機旁實驗室智能化,對于“操作室一律集中,操作崗位一律機器人,運維一律遠程,服務一律上線”起到了極大的推動作用。對于全面提升勞動生產率、減少設備事故和質量事故及安全事故、全面提升產品質量和公司品牌,顯得極其重要。
  中國制造2025,有力地推動了鋼鐵廠智能化發展。目前,機器人已經廣泛地在各鋼鐵廠發揮著重要作用,尤其中高溫、高危、高難度領域,更顯機器人威力。
  鋼鐵廠生產線智能化
  鋼鐵廠局部智能化,為主生產線智能化奠定了良好的基礎,但主生產線智能化是目標和方向。
  主生產線智能化架構:
  生產線是智能化平臺,數字化是智能化基礎,工業互連網是智能化支撐,智能中心是智能化核心。鋼鐵廠生產線目前總體自動化水平比較高,人工參與調節和控制不是很多,這就意味著產品質量在線采集系統數字化和設備狀態在線采集系統數字化顯得尤為重要。生產線數字化了,智能化就不遠了(如圖1所示)。
  產品質量在線采集系統數字化:
  圖2列舉了鋼鐵廠部分產品質量在線采集系統,也是目前用戶比較關心,需要重點數字化的產品質量實際參數。下面舉2例,加以說明。
  案例1,涂層膜厚在線檢測系統:
  用于涂鍍產品表面耐指紋膜、鈍化膜、絕緣涂層、彩涂板涂層、涂油量等涂層膜厚在線實時檢測。該系統為涂層膜厚在線實時準確控制提供了依據。
  案例2,力學性能在線檢測系統:
  用于帶鋼力學性能(硬度、屈服強度、抗拉強度、斷后延伸率、硬化層深度、 透C層深度、 透N層深度、殘余應力、N、R、殘余奧氏體、分層硬度、均勻延伸率)在線實時檢測,為帶鋼實時準確控制力學性能提供了依據。
  設備狀態在線采集系統數字化:
  圖3列舉了可能影響鋼鐵廠主生產線正常運行的部分設備。這些設備狀態在線采集并數字化,對于生產線狀態控制和正常運行起到了關鍵作用。
  旋轉設備狀態在線采集系統。旋轉設備,主要采集溫度和振動兩個參數。對這兩個參數準確采集,并加以狀態分析和控制,能夠有效地監控旋轉設備有效運行。
  智能中心:
  智能中心是生產線智能化核心。其作用正像人的大腦,計算機的CPU。其強大,智能化系統才能強大。
  智能中心架構圖如圖4所示。
  智能中心的功能為:專家系統收集“生產工藝參數”和“設備狀態參數”,與“知識庫”進行比較,建立新的優化方案和優化模型,用于生產線控制。同時,相關參數和數據存入“知識庫”,將“知識庫”數據不斷積累,模型持續優化,解決方案不斷豐富。同時,生產線相關狀態能及時傳送和顯示。
  鋼鐵廠生產線智能化小結。
  現在的鋼鐵廠生產線自動化水平已經相對比較高,在智能化方面,應重點在生產工藝和設備狀態數字化上下功夫,解決了數字化,離智能化就不遠了。
  國內大中型鋼鐵廠,其生產線智能化不是可上可不上的問題,而是必須上,要有規劃有計劃地上。這是國家的需要,也是企業產品質量和企業品牌的需要;否則,會落后,會在競爭中落敗。
  鋼鐵廠機旁實驗室智能化
  機旁實驗室現狀:
  目前大多數鋼鐵廠成品機組出口和出口附近都需要對鋼卷規格尺寸和品質特性進行快速檢測??燜偌觳庖話愣際竊詿飼蟶杌允笛槭?,由操作人員按工藝過程控制的要求進行操作,為機組工藝參數的調整及時反饋質量結果。
  常規的機旁實驗室檢測過程如下:操作人員人工拿取大樣板,人工檢測大樣板的長度、寬度和厚度,人工搬運大樣板到備樣區作為備樣留樣,人工搬運大樣板到加工設備,人工加工大樣板為檢測樣品,人工標注樣品代碼,人工檢測樣品,人工判斷檢測結果,人工將檢測結果輸入電腦或記錄在檢測結果記錄本上,人工處理檢測后的廢樣,完成機旁實驗室樣品檢測全過程。
  常規機旁實驗室至少存在以下問題:一是勞動生產率低。所有的工作都需要人工操作完成,造成大量的操作人員投入。二是檢測質量無法保證。檢測質量與操作人員責任心和技術水平、心情和身體狀況直接相關,檢測質量很難受控。三是安全無法保證。存在樣板劃傷身體、加工設備沖斷手指等等風險。四是檢測速度慢。每一道工序都需要操作人員依次操作完成,無法像無人化實驗室,所有設備可以同時運行。五是成本高。操作人員的工資成本在上升,產品質量問題引起產品降級甚至產生質量異議造成經濟上損失等,直接和間接成本相對較高。
  機旁實驗室智能化必要性和可行性:
  必要性。黑燈工廠、黑燈實驗室是目前比較流行的,正在蓬勃開展的、符合國家方針政策的一項創新工程?;允笛槭抑悄芑?,無論從提升勞動生產率、到保證檢測質量、保證人身安全、再到提升產品質量和企業品牌都很有必要。這更是智能工廠的一個重要組成部分。
  可行性。智能化機旁實驗室是智能車間或智能工廠的一個分支?;允笛槭也簧婕爸苯硬飛??;允笛槭壹庸ず圖觳饃璞概渲靡蠶嘍約虻???梢運?,機旁實驗室存在相對獨立性和相對簡單性,機旁實驗室智能化是完全可行的。研制全自動加工和檢測設備,配置相關機器人和視覺系統,建立工業互連網,開發虛實結合數字化雙胞胎功能和手機APP功能,如有能力或有需要,再增加有“智”能的自學習自診斷自化解問題的神經元網絡技術,實現實驗室智能化(如圖5所示)。
  機旁實驗室智能化模式。
  機旁實驗室智能化模式不會有固定模式,既然智能化了,什么事情都會發生,什么模式都會產生。只怕想不到,不怕做不到。
  機旁實驗室智能化案例:
  熱鍍鋅生產機組機旁實驗室智能化項目案例如下:
  機旁實驗室功能:快速加工從機組剪切下來的大樣板為檢測樣品,快速檢測熱鍍鋅產品樣板寬度、樣板厚度、U彎性能、V彎附著力性能、粗糙度性能、缺陷沖壓性能,為機組快速提供第一手產品品質實績。
  整個機旁實驗室無人化檢測。
  整個機旁實驗室從樣品檢測上分為3個過程。
  過程1:樣板取樣過程。AGV小車上裝有機器人。AGV機器人從機組送樣板平臺上抓取2塊大樣板,其中1塊大樣板放到大樣板放置平臺,供機旁實驗室檢測。另一塊大樣板放在AGV小車上,送到備樣存放區,作為留樣保存。
  過程2:樣品加工過程。地軌機器人從大樣板放置平臺上抓取大樣板,放到全自動激光切割機。全自動激光切割機首先根據來自生產機組的樣板代碼,確定檢測樣品種類,樣品加工位置;然后激光刻碼機對樣品進行激光刻碼。激光切割機再進行樣品激光切割。地軌機器人抓取所有樣品到樣品盒,同時抓取廢樣到廢樣框,完成樣品加工全過程。
  過程3:樣品檢測過程。地軌機器人將樣品盒中樣品輸送到相應全自動檢測設備,如全自動U彎檢測儀、全自動粗糙度檢測儀等。所有的全自動檢測設備按自己的方式,進行檢測樣品的檢測、數據處理和傳送。
  整個機旁實驗室具備4大功能。
  功能1:無人化檢測功能。從樣板取樣、到樣品加工、再到樣品檢測、最后檢測數據處理和傳送,全部無人化,實現無人化實驗室功能。
  功能2:系統可靠性功能。相關全自動加工和檢測設備全部具備手動操作和全自動運行功能,關鍵設備有備機,如地軌機器人可以代替AGV機器人,地軌機器人一用一備,系統計算機一用一備,保證機旁實驗室整個系統能夠正常有效運行。
  功能3:安全環保功能。激光切割機除塵裝置采用降噪措施,噪聲控制70分貝以下。所有機器人運行區域用護欄隔離。整個機旁實驗室內外都有探頭監控。AGV小車為人機混合型,人靠近則停,速度可控,外殼采用塑料制作,即使撞上人也不會造成人身傷害。
  功能4:遠程監控功能。系統配置虛實結合數字化雙胞胎軟件和手機APP軟件,能夠遠程監控和手機監視。
  鋼鐵廠機旁實驗室智能化小結:
  現在的機旁實驗室以手工操作為主,智能化方面重點在單套設備全自動化上下功夫,解決了全自動化,離智能化就不遠了?;允笛槭抑悄芑?,可以與主生產線智能化同步考慮。
  鋼鐵廠實驗室智能化案例
  實驗室現狀:
  目前大多數鋼鐵廠實驗室樣品都是手工加工、手工檢測。這造成勞動生產率低、檢測速度慢、安全風險大,檢測質量風險也大。
  實驗室智能化案例:
  用激光切割機、高速圓盤鋸床替代傳統鋸床完成粗加工;用拉伸加工中心、沖擊加工中心和數控車床替代傳統手工加工設備完成精加工;新增一套立體備樣倉庫,實現切割后備樣的自動歸類存放。新增一套信息化管理系統(系統管理和控制和通訊功能、數字化雙胞胎功能和手機APP功能)、試樣搬運系統(包括噴碼、掃碼、機器人等),將原有來樣輥道和新增加工設備串連起來,結合信息化管理系統,實現試樣信息識別、試樣粗切割、小樣切邊減薄、小樣精加工、備樣歸類保存等自動化功能(如圖6所示)。
  系統投運后,實驗室試樣加工將實現無人化,解決依靠大量的加工設備和操作人員才能完成繁重加工任務的問題,全面提升勞動生產率、加快試樣加工速度、降低人員安全風險,從而全面提升實驗室自動化水平,全面接軌中國制造2025。
  智能化幾點建議
  相通性:智能工廠、智能車間、智能實驗室、智能系統等等,其智能化的精髓是相通的,我們可以從智能工廠或智能實驗室獲得智能化相關知識和技術
  合適性:智能化、全自動化、無人化,從目前智能化時代初始階段,可能更適合于流水性作業、重復性作業、環境惡劣作業、危險性較大作業、體力性較重作業,對于流水性和重復性較少,任務變化較大作業可能暫不是很合適。
  自適應性:智能化項目不管項目大還是小,總歸需要一筆支出。企業有沒有能力支出這筆費用,是否值得支出這筆費用,都需要從企業自身經濟實力出發,不得勉強,跟風上智能化項目沒必要。企業有經濟實力,且認為有必要的才是合適的。
 

來源:中國冶金報-中國鋼鐵新聞網

編輯:網站實習1

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