文/本刊記者 馬小妹

黑龍江賽區(qū)

哈爾濱博實自動化股份有限公司

我國“富煤、貧油、少氣”的資源稟賦，決定了需要大力發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)，以此降低對石油化工的依賴程度。隨著國際石油價格不斷上漲，以電石法制PVC為代表的煤化工路線成本優(yōu)勢凸顯，需求加速上漲，已納入國家戰(zhàn)略儲備。

目前，電石冶煉生產(chǎn)多為人工作業(yè)，生產(chǎn)中人員密集，存在工作環(huán)境惡劣、安全隱患大和勞動強度大等問題。由于電石冶煉行業(yè)自動化水平不高，電石出爐環(huán)節(jié)又多是人工作業(yè)，爐內(nèi)溫度極高，安全事故頻發(fā)，同時，其他冶煉領(lǐng)域也面臨此問題。如，2017年，新疆某電石爐發(fā)生爆炸，現(xiàn)場傷亡多人；2018年，甘肅某電石渣庫發(fā)生爆炸，數(shù)人受傷。

為此，國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局迫切提出“自動化冶煉”戰(zhàn)略。

鑒于以上背景，哈爾濱博實自動化股份有限公司（以下簡稱“博實股份”）肩負使命，開發(fā)了可替代人工的冶煉機器人，代替人工作業(yè)。至此，博實股份將操作工從爐前環(huán)境溫度高、勞動強度大、安全風(fēng)險高的作業(yè)現(xiàn)狀中解放出來，極大程度上提高了生產(chǎn)安全性，降低了勞動強度，改善了工人操作環(huán)境。

博實股份成立于1997年，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)及機器人研究所科研骨干創(chuàng)辦，是專業(yè)從事化工、冶煉、物流、食品、飼料、建材等領(lǐng)域工業(yè)機器人及智能制造裝備的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)，并圍繞系列產(chǎn)品提供智能工廠整體解決方案的高新技術(shù)上市公司。博實股份擁有國家級企業(yè)技術(shù)中心，是國家先進制造業(yè)與現(xiàn)代服務(wù)業(yè)融合試點單位、中國機器人TOP10峰會成員、全國商品售后服務(wù)達標認證五星級企業(yè)。公司系列產(chǎn)品覆蓋國內(nèi)除港、澳、臺的所有省區(qū)，并出口歐、亞、美、非洲多個國家。

2022年中國創(chuàng)新方法大賽全國總決賽期間，博實股份的“多方法融合的電石出爐機器人系統(tǒng)研發(fā)與工程應(yīng)用”項目以小組第一名的成績榮獲一等獎，成功晉級天津衛(wèi)視電視擂臺賽。這也是博實股份繼2018年首屆全國創(chuàng)新方法大賽后，第二次榮獲一等獎。

“博實股份自2008年引入TRIZ創(chuàng)新方法后，研發(fā)團隊全員培訓(xùn)，為企業(yè)的研發(fā)創(chuàng)新提供了不竭動力?！贝舜螀①愴椖控撠?zé)人姜海濤對記者說，“‘多方法融合的電石出爐機器人系統(tǒng)研發(fā)與工程應(yīng)用’參賽項目能獲得一等獎，更多是建立在公司和部門前期投入的大量研發(fā)、實踐工作基礎(chǔ)之上取得的成績。我們?nèi)w參賽隊員將把所學(xué)到的TRIZ創(chuàng)新方法繼續(xù)應(yīng)用到新產(chǎn)品研發(fā)中，提升企業(yè)競爭力，助力冶煉行業(yè)綠色發(fā)展、智能制造！”

在新疆中泰礦冶有限公司原董事長介紹下，博實股份研發(fā)團隊第一次接觸“電石”和“電石冶煉出爐”，在技術(shù)交流會上得知，由于國內(nèi)自動化水平不足，導(dǎo)致出爐技術(shù)被國外長期封鎖，沒有屬于我國自己的自動化出爐設(shè)備，所以電石冶煉出爐多是人工作業(yè)，安全事故頻發(fā)。由于爐前作業(yè)環(huán)境惡劣，勞動強度大，多年來一直是重大行業(yè)難題。幾經(jīng)輾轉(zhuǎn)尋求多家知名企業(yè)后，終因為技術(shù)不成熟等原因，未能達成合作意向。

交流結(jié)束后，博實股份肩負解決行業(yè)難題使命，派出研發(fā)精銳力量，一行數(shù)人前往新疆實地考察調(diào)研。到達現(xiàn)場后，一行人員再次被震撼，現(xiàn)場是半開放廠房，環(huán)境溫度在零下20℃～30℃之間，操作工人頂著寒風(fēng)，8人合力進行開眼作業(yè)，爐眼打開后，爐內(nèi)2200℃電石溶液瞬間噴涌而出。經(jīng)現(xiàn)場工人介紹，電石具有腐蝕性，一旦發(fā)生燙傷需要立即脫去污染的衣著，并用大量流動清水沖洗至少15分鐘，但這種傷口極難愈合。

在現(xiàn)場完成尺寸測繪和工藝學(xué)習(xí)之后，博實股份立刻展開了國內(nèi)首臺套自動化出爐機器人的研發(fā)工作。

在2200℃超高溫和4000A～10000A強電流等極端惡劣環(huán)境中，研發(fā)工作異常艱難，但在公司領(lǐng)導(dǎo)的帶領(lǐng)下，博實股份歷時數(shù)年完成了3款機器人方案設(shè)計，通過現(xiàn)場反復(fù)試驗，機器人終于可以在現(xiàn)場應(yīng)用。但那時還有兩個棘手的問題尚未解決：一是開眼工具變形，二是堵眼工具燒損?！皺C器人雖然能使用，但耗材消耗量巨大，廠家難以承受，一時間我們陷入困局，沒有好的解決辦法?！苯貞浀?。

在博實股份的組織下，姜海濤、孫掖君、宋旭智接觸了TRIZ創(chuàng)新方法。通過學(xué)習(xí)了解到，TRIZ的精髓在于打破慣性思維，激發(fā)創(chuàng)新靈感，從更廣的角度來看待和解決問題。

于是，創(chuàng)新團隊成員認真反復(fù)學(xué)習(xí)了方法教程。通過不斷探索實踐，結(jié)合現(xiàn)場工藝需求，開展了新一輪的產(chǎn)品研發(fā)，應(yīng)用TRIZ理論來解決目前的棘手問題。

在設(shè)計過程中，首要面臨的就是超高溫和工具燒損這個矛盾問題。博實股份創(chuàng)新團隊按照TRIZ問題解決方法，對兩個問題逐步展開求解。通過九屏圖和完備性法則得出系統(tǒng)進化方向；通過功能分析進一步明確問題；通過因果鏈確定變形主因，運用最終理想解對受力變形進行研究，并用物理矛盾進行深度求解；通過物場模擬提出受熱變形解決方案，同時運用資源分析和“小人法”（對因果分析中“材料不耐熱”進行研究）提出強沖擊抑振和耐熱涂層等技術(shù)手段，最后利用“精益六西格瑪管理方法”（對因果分析中“加工成本”和“質(zhì)量缺陷”進行研究）解決了加工成本和質(zhì)量缺陷的問題。

電石出爐機器人在危險環(huán)境下，代替人工冶煉作業(yè)

“接下來需要面臨更難解決的堵眼工具燒損問題，在嘗試上述所有方法之后，沒有找到解題思路?！苯M一步說，“于是我們尋求黑龍江省內(nèi)知名TRIZ創(chuàng)新方法老師幫助，老師提出我們可以嘗試利用TRIZ高級解題工具ARIZ-85C來求解，于是我們又展開了新一輪創(chuàng)新方法深度學(xué)習(xí)。”

博實股份創(chuàng)新團隊嚴格按照書本指導(dǎo)逐步進行求解，通過問題最小化、問題分析與表述、分析問題模型，確定“理想解”“物料矛盾”“小人法”等解題步驟后，終于打破慣性思維，找到突破點——通過引入壓縮空氣這一超系統(tǒng)元素，解決了堵眼工具燒損的問題。

通過現(xiàn)場3個月的反復(fù)驗證，運用TRIZ工具求解，“開眼工具變形率高”和“堵眼工具燒損率高”的問題迎刃而解，現(xiàn)場應(yīng)用良好。

十年磨一劍，礪得梅花香。電石出爐機在多年努力下成功解決了現(xiàn)場面臨的多種問題，該款機器人突破國外技術(shù)封鎖，屬國內(nèi)首創(chuàng)。

談及今年中國創(chuàng)新方法大賽歷程，參賽團隊表示：“如何在工作、比賽和家庭之間做好平衡，是我們團隊成員首要面臨的問題。我們先是認真踏實做好本職工作，再抽時間或加班來準備比賽，在大賽即將開始前的多個周末，我們?nèi)旒影鄟硗晟芇PT圖片、動畫、素材、版面和內(nèi)容等資料，有時加班到晚上10點后，回家還演練到凌晨1點才睡……備賽期間，公司主管領(lǐng)導(dǎo)高度重視，為本次參賽提供了很多支持與指導(dǎo)?！?/p>

目前，博實股份的電石出爐機器人系統(tǒng)已在新疆、內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏、安徽等多地投入使用，累計銷售800余臺套，累計銷售額超12億，技術(shù)成果未來估值超百億。電石出爐機器人系統(tǒng)打破國外長期壟斷，突破技術(shù)壁壘，實現(xiàn)自動化冶煉，技術(shù)水平國際領(lǐng)先，在降低人身傷害，實現(xiàn)本質(zhì)化安全的同時，助力企業(yè)產(chǎn)量提升、能耗下降，為國家雙碳戰(zhàn)略貢獻力量。

付出總有收獲。“多方法融合的電石出爐機器人系統(tǒng)研發(fā)與工程應(yīng)用”這一創(chuàng)新成果，加速推進了電石出爐機器人系統(tǒng)集群化發(fā)展與批量應(yīng)用。