葛建偉

（新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鐵廠）

1 前言

隨著第四次工業(yè)革命的來臨，云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字技術(shù)被廣泛應(yīng)用，一些工業(yè)生產(chǎn)形式發(fā)生了顛覆性的變化。2015年中國政府提出《中國制造2025》國家戰(zhàn)略，2018年，中國寶武在大力推進智慧制造的基礎(chǔ)上，又進一步加強了頂層設(shè)計。智慧制造已成為中國寶武踐行國家戰(zhàn)略、實現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展的一個重大戰(zhàn)略舉措。2019年寶武集團提出“創(chuàng)新提升體系能力，協(xié)同共建鋼鐵生態(tài)圈”的管理主題，以“少人化”、“集控化”、“一鍵化”為手段，倒逼流程優(yōu)化、體制變革，努力實現(xiàn)“四個一律”，即“制造環(huán)節(jié)做到操作室一律集中、操作崗位一律機器人、運維一律遠程、服務(wù)環(huán)節(jié)一律上線”，打造極致高效安全的智慧鋼廠。寶武集團提出制造單元‘三個一律’量化指數(shù)，即“操作室一律集中的集中度指數(shù)”、“現(xiàn)場操作一律機器人的無人化指數(shù)”、“設(shè)備運維一律遠程的遠程運維指數(shù)”。八一鋼鐵作為寶武鋼鐵業(yè)板塊的一個單元，對標‘三個一律’量化指標，積極推進智慧制造。針對國內(nèi)冶金行業(yè)煉鐵工序智慧制造應(yīng)用整體處于起步階段的現(xiàn)實狀況，八鋼煉鐵工序?qū)嵤┲腔壑圃爝M行了探索。

2 八鋼煉鐵工序推進智慧制造的難點

八鋼煉鐵工序包括C3000 型COREX 爐一座，年產(chǎn)鐵水135萬t，3 座2500m3高爐年產(chǎn)鐵水560萬t。

3 座2500m3高爐機配套4×66 孔焦?fàn)t和2×265m2+1×430m2燒結(jié)機；分別布置于高爐東側(cè)和東北側(cè)。原燃料場分別布置在高爐北側(cè)和南側(cè)。主要原燃料通過皮帶機直供和落地原料轉(zhuǎn)供給高爐上料。

在煉鐵工序智慧制造設(shè)計施工階段針對關(guān)鍵和重點設(shè)備及生產(chǎn)操作遵循就地遠程操作方式。

八鋼煉鐵生產(chǎn)流程長，涉及原燃料、焦、燒、高爐生產(chǎn)的各工序，物料品種多、原燃料品位差異大。新疆四季分明溫差大，煉鐵各工序作業(yè)環(huán)境室內(nèi)外溫度差異大。煉鐵各工序皮帶運輸流程、生產(chǎn)工藝、設(shè)備裝備各有不同，基于此對應(yīng)的管理流程不盡相同，因此對智慧制造項目的應(yīng)用場景也會千差萬別。同時智慧制造項目應(yīng)用的標準、軟件基礎(chǔ)薄弱，缺少行業(yè)標準，共性關(guān)鍵技術(shù)亟待突破。

3 八鋼煉鐵智慧制造的實踐

聚焦‘三個一律’量化指數(shù)，以“操作室一律集中”為突破口，對標寶武集團內(nèi)先進基地指數(shù)，基于八鋼鐵前系統(tǒng)實際情況推進智慧制造。

3.1 操作室一律集中

控制室集中化指數(shù)表征操控點數(shù)量與控制室數(shù)量關(guān)系的量化指標。操控室集中化，體現(xiàn)的是生產(chǎn)管理的集成化水平。

截至2019年10月八鋼煉鐵廠操作室集中度指數(shù)提高8%，達到87%，操作效率提高30%，在寶武集團內(nèi)達到先進行列。其中第二煉鐵分廠、燒結(jié)分廠已實現(xiàn)“一廠一室”目標。見表1。

表1 2019年八鋼煉鐵操作室集中度情況

根據(jù)煉鐵廠各工序的分布情況，控制室集中要滿足控制室與現(xiàn)場人員的通訊要求。要求專業(yè)對講機發(fā)射功率為4～5W，頻率范圍在136～174MHz 或400～480MHz，空曠環(huán)境覆蓋范圍3-8km，廠區(qū)實際覆蓋范圍3～4km。對于原料廠、焦化廠焦?fàn)t地下室等區(qū)域存在覆蓋死角。基于4G 技術(shù)的公網(wǎng)對講機：基于手機信號基站，無距離限制。但目前焦化廠、燒結(jié)廠、原料煤場等區(qū)域基站信號覆蓋差。采取廣播對講+對講機組合模式，很好地解決通訊及時性問題。

3.2 現(xiàn)場操作一律機器人

作業(yè)無人化指數(shù)表征現(xiàn)場機旁無人作業(yè)數(shù)量與全產(chǎn)線作業(yè)數(shù)量的關(guān)系量化指標。各工藝操控點的作業(yè)統(tǒng)計依據(jù)操作規(guī)程中的室外作業(yè)，包括設(shè)備定修時開展的檢修作業(yè)。指數(shù)最終體現(xiàn)在降低體力勞動負荷重、減少人機接觸，提高作業(yè)過程的本質(zhì)化安全水平。協(xié)助型工業(yè)機器人在標準化作業(yè)活動中推廣較快。

煉鐵廠現(xiàn)場操作無人化指數(shù)15.2%（全口徑），在寶武集團處于較低水平。該項操作投資大，成熟應(yīng)用案例少，有應(yīng)用場景空間、環(huán)境溫度差異原因、受到關(guān)鍵技術(shù)不成熟的制約且投資回報難以量化的影響。例如高爐爐前開口機換轉(zhuǎn)桿、泥炮裝炮泥會受制于設(shè)備同側(cè)布置導(dǎo)致出鐵場平臺空間受限；翻車機火車車皮摘鉤作業(yè)受制于圖像識別技術(shù)與多軸機器技術(shù)與應(yīng)用場景配合問題；現(xiàn)場崗位工“一崗多責(zé)”造成投資難以量化，等等。面臨的一些現(xiàn)實問題都需要逐一解決。在智慧制造建設(shè)中，已有一些項目已投入生產(chǎn)運行。

應(yīng)用案例：基于紅外攝像機對魚雷罐在線檢漏系統(tǒng)已上線。每像素對應(yīng)罐體面積5.4mm2，實現(xiàn)魚雷罐車時速不大于30km/h 在線內(nèi)襯體檢。魚雷罐運送鐵水后，通過對罐體外表面的熱成像圖像的采集及后端軟件的分析，了解爐襯磨損的變化情況，正常魚雷罐表皮溫度，靜態(tài)時150℃，動態(tài)250℃，罐體溫度超預(yù)警溫度300℃，后臺管理軟件及時分析并標示出異常溫度空間坐標，如圖1所示。

圖1 魚雷罐熱成像視頻截圖

系統(tǒng)于2018年上線，主動發(fā)現(xiàn)了四個魚雷罐內(nèi)襯隱患（7#、28#、54#、31#）；減少魚雷罐冷檢次數(shù)，有效降低勞動量，提高工作效率。避免了魚雷罐被燒穿的風(fēng)險。

煉鐵工序機器人成熟應(yīng)用場景少、投資回報率難以量化、專業(yè)人員技術(shù)儲備不足、新技術(shù)應(yīng)用的不確定性等造成一些項目的推進相對滯后。

3.3 設(shè)備運維一律遠程

遠程運維指數(shù)表征已實施遠程監(jiān)測關(guān)鍵設(shè)備與總數(shù)的關(guān)系量化指標，反映設(shè)備管理的效率。

煉鐵廠第二煉鐵分廠和焦化分廠煉鐵廠ABC 類設(shè)備2146 套，其中A 類設(shè)備444 套。目前煉鐵廠關(guān)鍵設(shè)備遠程（手機APP 和網(wǎng)頁WEB 發(fā)布）監(jiān)測率5.4%，手機APP 監(jiān)控數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)基于規(guī)則的定向報警推送任務(wù)。圖2 是2500m3C 高爐Z103 上料主皮帶電機重點參數(shù)及趨勢。

圖2 C 高爐運維系統(tǒng)APP 實時監(jiān)控數(shù)據(jù)

系統(tǒng)于2019年9月上線，初步實現(xiàn)隨時隨地關(guān)鍵設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)控，異常數(shù)據(jù)報警和定向推送，降低點檢員勞動強度，掌控設(shè)備劣化趨勢，為實現(xiàn)設(shè)備預(yù)知維修提供可能。

八鋼統(tǒng)一的設(shè)備監(jiān)控、管理、分析智能運維系統(tǒng)，通過機器點檢、自動采集設(shè)備運行數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析，自動產(chǎn)生設(shè)備狀態(tài)變化趨勢，實現(xiàn)設(shè)備預(yù)知性維修；通過對現(xiàn)有設(shè)備管理信息系統(tǒng)的改造和升級，優(yōu)化設(shè)備日常管理流程設(shè)備報修、設(shè)備維修、資材采購、實現(xiàn)設(shè)備全生命周期管理；通過對重點設(shè)備的遠程診斷和分析，自動預(yù)測設(shè)備生命周期，實現(xiàn)設(shè)備診斷智能化，全面提升設(shè)備管控水平及勞動生產(chǎn)率，向智慧運維過渡。

4 八鋼鐵前智慧制造努力的方向

4.1 操作室一律集中

煉鐵控制中心-One Mill：基于5G、云計算、數(shù)據(jù)挖掘基礎(chǔ)上。建立以業(yè)務(wù)流程最優(yōu)和以適應(yīng)各種原燃料為前提的煉鐵MES，打破傳統(tǒng)廠際間數(shù)據(jù)圍墻邊界。從原燃料入場開始統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理平臺：原料成分、庫存計算最有配比。燒結(jié)礦、焦炭成分計算最優(yōu)入爐料料單并自動下發(fā)L1 執(zhí)行；同時實現(xiàn)多基地生產(chǎn)和技術(shù)支撐。

4.2 現(xiàn)場操作一律機器人

圍繞高溫、有毒有害氣體環(huán)境為應(yīng)用場景，推進點巡檢機器人應(yīng)用，提高現(xiàn)場作業(yè)無人化指標。例如：爐前鐵水測溫取樣機器人、爐前風(fēng)口巡檢機器人等。

投資大，成熟應(yīng)用場景少，應(yīng)用場景空間、環(huán)境溫度等差異性、關(guān)鍵技術(shù)不成熟、投資回報難以量化等原因，煉鐵廠短期內(nèi)不作為重點推進工作。采取跟蹤行業(yè)動態(tài)，對標集團成熟項目，采取可研及引進策略。

4.3 設(shè)備運維一律遠程

煉鐵廠目前辨識出關(guān)鍵設(shè)備444 套，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集完成，可快速完成遠程運維目標。而且隨著傳感器無限傳輸技術(shù)成熟、制造成本下降，也為實現(xiàn)設(shè)備自動點檢、智能故障判斷、異常記錄及檢修任務(wù)單和關(guān)聯(lián)備件采購實現(xiàn)成為可能。因此設(shè)備遠程運維是煉鐵廠今后一段時間重點推進方向。預(yù)計2020年遠程運維率實現(xiàn)30%，基本實現(xiàn)從預(yù)防維修向預(yù)知維修轉(zhuǎn) 變。八鋼公司煉鐵設(shè)備遠程運維網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。

圖3 八鋼煉鐵設(shè)備遠程運維網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖

5 八鋼鐵前智慧制造需要應(yīng)對的問題

隨著智慧制造工作推進，面臨新問題新挑戰(zhàn)，特別是典型場景機器人作業(yè)推廣應(yīng)用帶來的挑戰(zhàn)。

（1）潛在安全風(fēng)險，人機交互界面存在人員身體傷害。因此首先辨識應(yīng)用場景中人機接觸作業(yè)活動并制定人員規(guī)范作業(yè)指南；其次機器人優(yōu)先應(yīng)用到能夠獨立完成作業(yè)項目場景中；設(shè)計中要提高機器人作業(yè)活動室隔離及本質(zhì)化安全措施。

（2）針對人員和技能儲備不足，在所有簽訂項目中增加人員技能提升培訓(xùn)條款，作為項目驗收必備條件；其次固化新增裝置和設(shè)備維修雙標，上線前編制審核完成。

（3）針對煉鐵作業(yè)環(huán)境室內(nèi)外溫差大，冬季機器人配套電池壽命降低，要求室外機器人及充電樁增加保溫裝置。

6 結(jié)束語

綠色發(fā)展關(guān)乎鋼鐵企業(yè)的存亡，智慧制造關(guān)系著鋼鐵企業(yè)的未來。八鋼公司在寶武集團發(fā)展戰(zhàn)略指導(dǎo)下，通過聚焦‘'三個一律’推進智慧制造，在八鋼煉鐵系統(tǒng)正在逐步實施，一些項目已經(jīng)投入生產(chǎn)運行中，降本增效和效率提升效果顯著，為提高企業(yè)競爭力提供了有力保障。