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智能化技術(shù)在板帶產(chǎn)品制造中的應(yīng)用

2019-08-29 09:25:00

  隨著工業(yè)4.0和中國(guó)制造2025的全面開(kāi)展,國(guó)內(nèi)外智能化工廠、智能化實(shí)驗(yàn)室、智能化設(shè)備的研制正蓬勃開(kāi)展。智能化正在各行各業(yè)全面展開(kāi)。智能化生產(chǎn)線和智能化實(shí)驗(yàn)室正在改變?cè)袀鹘y(tǒng)企業(yè)的生產(chǎn)模式,將人從重復(fù)的操作、惡劣的環(huán)境和繁重的流水性作業(yè)中解放出來(lái)。對(duì)于鋼鐵廠而言,主生產(chǎn)線智能化,和機(jī)組出口附近的機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化,對(duì)于“操作室一律集中,操作崗位一律機(jī)器人,運(yùn)維一律遠(yuǎn)程,服務(wù)一律上線”起到了極大的推動(dòng)作用。對(duì)于全面提升勞動(dòng)生產(chǎn)率、減少設(shè)備事故和質(zhì)量事故及安全事故、全面提升產(chǎn)品質(zhì)量和公司品牌,顯得極其重要。
  中國(guó)制造2025,有力地推動(dòng)了鋼鐵廠智能化發(fā)展。目前,機(jī)器人已經(jīng)廣泛地在各鋼鐵廠發(fā)揮著重要作用,尤其中高溫、高危、高難度領(lǐng)域,更顯機(jī)器人威力。
  鋼鐵廠生產(chǎn)線智能化
  鋼鐵廠局部智能化,為主生產(chǎn)線智能化奠定了良好的基礎(chǔ),但主生產(chǎn)線智能化是目標(biāo)和方向。
  主生產(chǎn)線智能化架構(gòu):
  生產(chǎn)線是智能化平臺(tái),數(shù)字化是智能化基礎(chǔ),工業(yè)互連網(wǎng)是智能化支撐,智能中心是智能化核心。鋼鐵廠生產(chǎn)線目前總體自動(dòng)化水平比較高,人工參與調(diào)節(jié)和控制不是很多,這就意味著產(chǎn)品質(zhì)量在線采集系統(tǒng)數(shù)字化和設(shè)備狀態(tài)在線采集系統(tǒng)數(shù)字化顯得尤為重要。生產(chǎn)線數(shù)字化了,智能化就不遠(yuǎn)了(如圖1所示)。
  產(chǎn)品質(zhì)量在線采集系統(tǒng)數(shù)字化:
  圖2列舉了鋼鐵廠部分產(chǎn)品質(zhì)量在線采集系統(tǒng),也是目前用戶比較關(guān)心,需要重點(diǎn)數(shù)字化的產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)際參數(shù)。下面舉2例,加以說(shuō)明。
  案例1,涂層膜厚在線檢測(cè)系統(tǒng):
  用于涂鍍產(chǎn)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(shí)時(shí)檢測(cè)。該系統(tǒng)為涂層膜厚在線實(shí)時(shí)準(zhǔn)確控制提供了依據(jù)。
  案例2,力學(xué)性能在線檢測(cè)系統(tǒng):
  用于帶鋼力學(xué)性能(硬度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后延伸率、硬化層深度、 透C層深度、 透N層深度、殘余應(yīng)力、N、R、殘余奧氏體、分層硬度、均勻延伸率)在線實(shí)時(shí)檢測(cè),為帶鋼實(shí)時(shí)準(zhǔn)確控制力學(xué)性能提供了依據(jù)。
  設(shè)備狀態(tài)在線采集系統(tǒng)數(shù)字化:
  圖3列舉了可能影響鋼鐵廠主生產(chǎn)線正常運(yùn)行的部分設(shè)備。這些設(shè)備狀態(tài)在線采集并數(shù)字化,對(duì)于生產(chǎn)線狀態(tài)控制和正常運(yùn)行起到了關(guān)鍵作用。
  旋轉(zhuǎn)設(shè)備狀態(tài)在線采集系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)設(shè)備,主要采集溫度和振動(dòng)兩個(gè)參數(shù)。對(duì)這兩個(gè)參數(shù)準(zhǔn)確采集,并加以狀態(tài)分析和控制,能夠有效地監(jiān)控旋轉(zhuǎn)設(shè)備有效運(yùn)行。
  智能中心:
  智能中心是生產(chǎn)線智能化核心。其作用正像人的大腦,計(jì)算機(jī)的CPU。其強(qiáng)大,智能化系統(tǒng)才能強(qiáng)大。
  智能中心架構(gòu)圖如圖4所示。
  智能中心的功能為:專(zhuān)家系統(tǒng)收集“生產(chǎn)工藝參數(shù)”和“設(shè)備狀態(tài)參數(shù)”,與“知識(shí)庫(kù)”進(jìn)行比較,建立新的優(yōu)化方案和優(yōu)化模型,用于生產(chǎn)線控制。同時(shí),相關(guān)參數(shù)和數(shù)據(jù)存入“知識(shí)庫(kù)”,將“知識(shí)庫(kù)”數(shù)據(jù)不斷積累,模型持續(xù)優(yōu)化,解決方案不斷豐富。同時(shí),生產(chǎn)線相關(guān)狀態(tài)能及時(shí)傳送和顯示。
  鋼鐵廠生產(chǎn)線智能化小結(jié)。
  現(xiàn)在的鋼鐵廠生產(chǎn)線自動(dòng)化水平已經(jīng)相對(duì)比較高,在智能化方面,應(yīng)重點(diǎn)在生產(chǎn)工藝和設(shè)備狀態(tài)數(shù)字化上下功夫,解決了數(shù)字化,離智能化就不遠(yuǎn)了。
  國(guó)內(nèi)大中型鋼鐵廠,其生產(chǎn)線智能化不是可上可不上的問(wèn)題,而是必須上,要有規(guī)劃有計(jì)劃地上。這是國(guó)家的需要,也是企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)品牌的需要;否則,會(huì)落后,會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)中落敗。
  鋼鐵廠機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化
  機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀:
  目前大多數(shù)鋼鐵廠成品機(jī)組出口和出口附近都需要對(duì)鋼卷規(guī)格尺寸和品質(zhì)特性進(jìn)行快速檢測(cè)。快速檢測(cè)一般都是在此區(qū)域設(shè)機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室,由操作人員按工藝過(guò)程控制的要求進(jìn)行操作,為機(jī)組工藝參數(shù)的調(diào)整及時(shí)反饋質(zhì)量結(jié)果。
  常規(guī)的機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)過(guò)程如下:操作人員人工拿取大樣板,人工檢測(cè)大樣板的長(zhǎng)度、寬度和厚度,人工搬運(yùn)大樣板到備樣區(qū)作為備樣留樣,人工搬運(yùn)大樣板到加工設(shè)備,人工加工大樣板為檢測(cè)樣品,人工標(biāo)注樣品代碼,人工檢測(cè)樣品,人工判斷檢測(cè)結(jié)果,人工將檢測(cè)結(jié)果輸入電腦或記錄在檢測(cè)結(jié)果記錄本上,人工處理檢測(cè)后的廢樣,完成機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室樣品檢測(cè)全過(guò)程。
  常規(guī)機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室至少存在以下問(wèn)題:一是勞動(dòng)生產(chǎn)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(cè)質(zhì)量無(wú)法保證。檢測(cè)質(zhì)量與操作人員責(zé)任心和技術(shù)水平、心情和身體狀況直接相關(guān),檢測(cè)質(zhì)量很難受控。三是安全無(wú)法保證。存在樣板劃傷身體、加工設(shè)備沖斷手指等等風(fēng)險(xiǎn)。四是檢測(cè)速度慢。每一道工序都需要操作人員依次操作完成,無(wú)法像無(wú)人化實(shí)驗(yàn)室,所有設(shè)備可以同時(shí)運(yùn)行。五是成本高。操作人員的工資成本在上升,產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題引起產(chǎn)品降級(jí)甚至產(chǎn)生質(zhì)量異議造成經(jīng)濟(jì)上損失等,直接和間接成本相對(duì)較高。
  機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化必要性和可行性:
  必要性。黑燈工廠、黑燈實(shí)驗(yàn)室是目前比較流行的,正在蓬勃開(kāi)展的、符合國(guó)家方針政策的一項(xiàng)創(chuàng)新工程。機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化,無(wú)論從提升勞動(dòng)生產(chǎn)率、到保證檢測(cè)質(zhì)量、保證人身安全、再到提升產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)品牌都很有必要。這更是智能工廠的一個(gè)重要組成部分。
  可行性。智能化機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室是智能車(chē)間或智能工廠的一個(gè)分支。機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室不涉及直接產(chǎn)品生產(chǎn)。機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室加工和檢測(cè)設(shè)備配置也相對(duì)簡(jiǎn)單??梢哉f(shuō),機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室存在相對(duì)獨(dú)立性和相對(duì)簡(jiǎn)單性,機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化是完全可行的。研制全自動(dòng)加工和檢測(cè)設(shè)備,配置相關(guān)機(jī)器人和視覺(jué)系統(tǒng),建立工業(yè)互連網(wǎng),開(kāi)發(fā)虛實(shí)結(jié)合數(shù)字化雙胞胎功能和手機(jī)APP功能,如有能力或有需要,再增加有“智”能的自學(xué)習(xí)自診斷自化解問(wèn)題的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù),實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室智能化(如圖5所示)。
  機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化模式。
  機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化模式不會(huì)有固定模式,既然智能化了,什么事情都會(huì)發(fā)生,什么模式都會(huì)產(chǎn)生。只怕想不到,不怕做不到。
  機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化案例:
  熱鍍鋅生產(chǎn)機(jī)組機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化項(xiàng)目案例如下:
  機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室功能:快速加工從機(jī)組剪切下來(lái)的大樣板為檢測(cè)樣品,快速檢測(cè)熱鍍鋅產(chǎn)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(jī)組快速提供第一手產(chǎn)品品質(zhì)實(shí)績(jī)。
  整個(gè)機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室無(wú)人化檢測(cè)。
  整個(gè)機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室從樣品檢測(cè)上分為3個(gè)過(guò)程。
  過(guò)程1:樣板取樣過(guò)程。AGV小車(chē)上裝有機(jī)器人。AGV機(jī)器人從機(jī)組送樣板平臺(tái)上抓取2塊大樣板,其中1塊大樣板放到大樣板放置平臺(tái),供機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。另一塊大樣板放在AGV小車(chē)上,送到備樣存放區(qū),作為留樣保存。
  過(guò)程2:樣品加工過(guò)程。地軌機(jī)器人從大樣板放置平臺(tái)上抓取大樣板,放到全自動(dòng)激光切割機(jī)。全自動(dòng)激光切割機(jī)首先根據(jù)來(lái)自生產(chǎn)機(jī)組的樣板代碼,確定檢測(cè)樣品種類(lèi),樣品加工位置;然后激光刻碼機(jī)對(duì)樣品進(jìn)行激光刻碼。激光切割機(jī)再進(jìn)行樣品激光切割。地軌機(jī)器人抓取所有樣品到樣品盒,同時(shí)抓取廢樣到廢樣框,完成樣品加工全過(guò)程。
  過(guò)程3:樣品檢測(cè)過(guò)程。地軌機(jī)器人將樣品盒中樣品輸送到相應(yīng)全自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備,如全自動(dòng)U彎?rùn)z測(cè)儀、全自動(dòng)粗糙度檢測(cè)儀等。所有的全自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備按自己的方式,進(jìn)行檢測(cè)樣品的檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理和傳送。
  整個(gè)機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室具備4大功能。
  功能1:無(wú)人化檢測(cè)功能。從樣板取樣、到樣品加工、再到樣品檢測(cè)、最后檢測(cè)數(shù)據(jù)處理和傳送,全部無(wú)人化,實(shí)現(xiàn)無(wú)人化實(shí)驗(yàn)室功能。
  功能2:系統(tǒng)可靠性功能。相關(guān)全自動(dòng)加工和檢測(cè)設(shè)備全部具備手動(dòng)操作和全自動(dòng)運(yùn)行功能,關(guān)鍵設(shè)備有備機(jī),如地軌機(jī)器人可以代替AGV機(jī)器人,地軌機(jī)器人一用一備,系統(tǒng)計(jì)算機(jī)一用一備,保證機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室整個(gè)系統(tǒng)能夠正常有效運(yùn)行。
  功能3:安全環(huán)保功能。激光切割機(jī)除塵裝置采用降噪措施,噪聲控制70分貝以下。所有機(jī)器人運(yùn)行區(qū)域用護(hù)欄隔離。整個(gè)機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外都有探頭監(jiān)控。AGV小車(chē)為人機(jī)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(huì)造成人身傷害。
  功能4:遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。系統(tǒng)配置虛實(shí)結(jié)合數(shù)字化雙胞胎軟件和手機(jī)APP軟件,能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控和手機(jī)監(jiān)視。
  鋼鐵廠機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化小結(jié):
  現(xiàn)在的機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室以手工操作為主,智能化方面重點(diǎn)在單套設(shè)備全自動(dòng)化上下功夫,解決了全自動(dòng)化,離智能化就不遠(yuǎn)了。機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化,可以與主生產(chǎn)線智能化同步考慮。
  鋼鐵廠實(shí)驗(yàn)室智能化案例
  實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀:
  目前大多數(shù)鋼鐵廠實(shí)驗(yàn)室樣品都是手工加工、手工檢測(cè)。這造成勞動(dòng)生產(chǎn)率低、檢測(cè)速度慢、安全風(fēng)險(xiǎn)大,檢測(cè)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)也大。
  實(shí)驗(yàn)室智能化案例:
  用激光切割機(jī)、高速圓盤(pán)鋸床替代傳統(tǒng)鋸床完成粗加工;用拉伸加工中心、沖擊加工中心和數(shù)控車(chē)床替代傳統(tǒng)手工加工設(shè)備完成精加工;新增一套立體備樣倉(cāng)庫(kù),實(shí)現(xiàn)切割后備樣的自動(dòng)歸類(lèi)存放。新增一套信息化管理系統(tǒng)(系統(tǒng)管理和控制和通訊功能、數(shù)字化雙胞胎功能和手機(jī)APP功能)、試樣搬運(yùn)系統(tǒng)(包括噴碼、掃碼、機(jī)器人等),將原有來(lái)樣輥道和新增加工設(shè)備串連起來(lái),結(jié)合信息化管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)試樣信息識(shí)別、試樣粗切割、小樣切邊減薄、小樣精加工、備樣歸類(lèi)保存等自動(dòng)化功能(如圖6所示)。
  系統(tǒng)投運(yùn)后,實(shí)驗(yàn)室試樣加工將實(shí)現(xiàn)無(wú)人化,解決依靠大量的加工設(shè)備和操作人員才能完成繁重加工任務(wù)的問(wèn)題,全面提升勞動(dòng)生產(chǎn)率、加快試樣加工速度、降低人員安全風(fēng)險(xiǎn),從而全面提升實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化水平,全面接軌中國(guó)制造2025。
  智能化幾點(diǎn)建議
  相通性:智能工廠、智能車(chē)間、智能實(shí)驗(yàn)室、智能系統(tǒng)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(shí)驗(yàn)室獲得智能化相關(guān)知識(shí)和技術(shù)
  合適性:智能化、全自動(dòng)化、無(wú)人化,從目前智能化時(shí)代初始階段,可能更適合于流水性作業(yè)、重復(fù)性作業(yè)、環(huán)境惡劣作業(yè)、危險(xiǎn)性較大作業(yè)、體力性較重作業(yè),對(duì)于流水性和重復(fù)性較少,任務(wù)變化較大作業(yè)可能暫不是很合適。
  自適應(yīng)性:智能化項(xiàng)目不管項(xiàng)目大還是小,總歸需要一筆支出。企業(yè)有沒(méi)有能力支出這筆費(fèi)用,是否值得支出這筆費(fèi)用,都需要從企業(yè)自身經(jīng)濟(jì)實(shí)力出發(fā),不得勉強(qiáng),跟風(fēng)上智能化項(xiàng)目沒(méi)必要。企業(yè)有經(jīng)濟(jì)實(shí)力,且認(rèn)為有必要的才是合適的。
 

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