關(guān)于八鋼煉鐵實(shí)施智慧制造的探索

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(lái)臨，云計(jì)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(guó)政府提出《中國(guó)制造2025》國(guó)家戰(zhàn)略，2018年，中國(guó)寶武在大力推進(jìn)智慧制造的基礎(chǔ)上，又進(jìn)一步加強(qiáng)了頂層設(shè)計(jì)。智慧制造已成為中國(guó)寶武踐行國(guó)家戰(zhàn)略、實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展的一個(gè)重大戰(zhàn)略舉措。2019年寶武集團(tuán)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(shí)現(xiàn)“四個(gè)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(jī)器人、運(yùn)維一律遠(yuǎn)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(tuán)提出制造單元‘三個(gè)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(chǎng)操作一律機(jī)器人的無(wú)人化指數(shù)”、“設(shè)備運(yùn)維一律遠(yuǎn)程的遠(yuǎn)程運(yùn)維指數(shù)”。八一鋼鐵作為寶武鋼鐵業(yè)板塊的一個(gè)單元，對(duì)標(biāo)‘三個(gè)一律’量化指標(biāo)，積極推進(jìn)智慧制造。針對(duì)國(guó)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(shí)狀況，八鋼煉鐵工序?qū)?shí)施智慧制造進(jìn)行了探索。

2 八鋼煉鐵工序推進(jìn)智慧制造的難點(diǎn)

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

3 座2500m3高爐機(jī)配套4×66 孔焦?fàn)t和2×265m2+1×430m2燒結(jié)機(jī)；分別布置于高爐東側(cè)和東北側(cè)。原燃料場(chǎng)分別布置在高爐北側(cè)和南側(cè)。主要原燃料通過(guò)皮帶機(jī)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(jì)施工階段針對(duì)關(guān)鍵和重點(diǎn)設(shè)備及生產(chǎn)操作遵循就地遠(yuǎn)程操作方式。

八鋼煉鐵生產(chǎn)流程長(zhǎng)，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(yùn)輸流程、生產(chǎn)工藝、設(shè)備裝備各有不同，基于此對(duì)應(yīng)的管理流程不盡相同，因此對(duì)智慧制造項(xiàng)目的應(yīng)用場(chǎng)景也會(huì)千差萬(wàn)別。同時(shí)智慧制造項(xiàng)目應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)、軟件基礎(chǔ)薄弱，缺少行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，共性關(guān)鍵技術(shù)亟待突破。

3 八鋼煉鐵智慧制造的實(shí)踐

聚焦‘三個(gè)一律’量化指數(shù)，以“操作室一律集中”為突破口，對(duì)標(biāo)寶武集團(tuán)內(nèi)先進(jìn)基地指數(shù)，基于八鋼鐵前系統(tǒng)實(shí)際情況推進(jìn)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(diǎn)數(shù)量與控制室數(shù)量關(guān)系的量化指標(biāo)。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(dá)到87%，操作效率提高30%，在寶武集團(tuán)內(nèi)達(dá)到先進(jìn)行列。其中第二煉鐵分廠、燒結(jié)分廠已實(shí)現(xiàn)“一廠一室”目標(biāo)。見(jiàn)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(mǎn)足控制室與現(xiàn)場(chǎng)人員的通訊要求。要求專(zhuān)業(yè)對(duì)講機(jī)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(shí)際覆蓋范圍3～4km。對(duì)于原料廠、焦化廠焦?fàn)t地下室等區(qū)域存在覆蓋死角?；?G 技術(shù)的公網(wǎng)對(duì)講機(jī)：基于手機(jī)信號(hào)基站，無(wú)距離限制。但目前焦化廠、燒結(jié)廠、原料煤場(chǎng)等區(qū)域基站信號(hào)覆蓋差。采取廣播對(duì)講+對(duì)講機(jī)組合模式，很好地解決通訊及時(shí)性問(wèn)題。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)操作一律機(jī)器人

作業(yè)無(wú)人化指數(shù)表征現(xiàn)場(chǎng)機(jī)旁無(wú)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(biāo)。各工藝操控點(diǎn)的作業(yè)統(tǒng)計(jì)依據(jù)操作規(guī)程中的室外作業(yè)，包括設(shè)備定修時(shí)開(kāi)展的檢修作業(yè)。指數(shù)最終體現(xiàn)在降低體力勞動(dòng)負(fù)荷重、減少人機(jī)接觸，提高作業(yè)過(guò)程的本質(zhì)化安全水平。協(xié)助型工業(yè)機(jī)器人在標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)活動(dòng)中推廣較快。

煉鐵廠現(xiàn)場(chǎng)操作無(wú)人化指數(shù)15.2%（全口徑），在寶武集團(tuán)處于較低水平。該項(xiàng)操作投資大，成熟應(yīng)用案例少，有應(yīng)用場(chǎng)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(bào)難以量化的影響。例如高爐爐前開(kāi)口機(jī)換轉(zhuǎn)桿、泥炮裝炮泥會(huì)受制于設(shè)備同側(cè)布置導(dǎo)致出鐵場(chǎng)平臺(tái)空間受限；翻車(chē)機(jī)火車(chē)車(chē)皮摘鉤作業(yè)受制于圖像識(shí)別技術(shù)與多軸機(jī)器技術(shù)與應(yīng)用場(chǎng)景配合問(wèn)題；現(xiàn)場(chǎng)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(shí)問(wèn)題都需要逐一解決。在智慧制造建設(shè)中，已有一些項(xiàng)目已投入生產(chǎn)運(yùn)行。

應(yīng)用案例：基于紅外攝像機(jī)對(duì)魚(yú)雷罐在線檢漏系統(tǒng)已上線。每像素對(duì)應(yīng)罐體面積5.4mm2，實(shí)現(xiàn)魚(yú)雷罐車(chē)時(shí)速不大于30km/h 在線內(nèi)襯體檢。魚(yú)雷罐運(yùn)送鐵水后，通過(guò)對(duì)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(yú)雷罐表皮溫度，靜態(tài)時(shí)150℃，動(dòng)態(tài)250℃，罐體溫度超預(yù)警溫度300℃，后臺(tái)管理軟件及時(shí)分析并標(biāo)示出異常溫度空間坐標(biāo)，如圖1所示。

圖1 魚(yú)雷罐熱成像視頻截圖

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

煉鐵工序機(jī)器人成熟應(yīng)用場(chǎng)景少、投資回報(bào)率難以量化、專(zhuān)業(yè)人員技術(shù)儲(chǔ)備不足、新技術(shù)應(yīng)用的不確定性等造成一些項(xiàng)目的推進(jìn)相對(duì)滯后。

3.3 設(shè)備運(yùn)維一律遠(yuǎn)程

遠(yuǎn)程運(yùn)維指數(shù)表征已實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)關(guān)鍵設(shè)備與總數(shù)的關(guān)系量化指標(biāo)，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(lèi)設(shè)備2146 套，其中A 類(lèi)設(shè)備444 套。目前煉鐵廠關(guān)鍵設(shè)備遠(yuǎn)程（手機(jī)APP 和網(wǎng)頁(yè)WEB 發(fā)布）監(jiān)測(cè)率5.4%，手機(jī)APP 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)基于規(guī)則的定向報(bào)警推送任務(wù)。圖2 是2500m3C 高爐Z103 上料主皮帶電機(jī)重點(diǎn)參數(shù)及趨勢(shì)。

圖2 C 高爐運(yùn)維系統(tǒng)APP 實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

系統(tǒng)于2019年9月上線，初步實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地關(guān)鍵設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)控，異常數(shù)據(jù)報(bào)警和定向推送，降低點(diǎn)檢員勞動(dòng)強(qiáng)度，掌控設(shè)備劣化趨勢(shì)，為實(shí)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(yùn)維系統(tǒng)，通過(guò)機(jī)器點(diǎn)檢、自動(dòng)采集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，自動(dòng)產(chǎn)生設(shè)備狀態(tài)變化趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)知性維修；通過(guò)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備管理信息系統(tǒng)的改造和升級(jí)，優(yōu)化設(shè)備日常管理流程設(shè)備報(bào)修、設(shè)備維修、資材采購(gòu)、實(shí)現(xiàn)設(shè)備全生命周期管理；通過(guò)對(duì)重點(diǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷和分析，自動(dòng)預(yù)測(cè)設(shè)備生命周期，實(shí)現(xiàn)設(shè)備診斷智能化，全面提升設(shè)備管控水平及勞動(dòng)生產(chǎn)率，向智慧運(yùn)維過(guò)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(jì)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(chǎng)開(kāi)始統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理平臺(tái)：原料成分、庫(kù)存計(jì)算最有配比。燒結(jié)礦、焦炭成分計(jì)算最優(yōu)入爐料料單并自動(dòng)下發(fā)L1 執(zhí)行；同時(shí)實(shí)現(xiàn)多基地生產(chǎn)和技術(shù)支撐。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)操作一律機(jī)器人

圍繞高溫、有毒有害氣體環(huán)境為應(yīng)用場(chǎng)景，推進(jìn)點(diǎn)巡檢機(jī)器人應(yīng)用，提高現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)無(wú)人化指標(biāo)。例如：爐前鐵水測(cè)溫取樣機(jī)器人、爐前風(fēng)口巡檢機(jī)器人等。

投資大，成熟應(yīng)用場(chǎng)景少，應(yīng)用場(chǎng)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(bào)難以量化等原因，煉鐵廠短期內(nèi)不作為重點(diǎn)推進(jìn)工作。采取跟蹤行業(yè)動(dòng)態(tài)，對(duì)標(biāo)集團(tuán)成熟項(xiàng)目，采取可研及引進(jìn)策略。

4.3 設(shè)備運(yùn)維一律遠(yuǎn)程

煉鐵廠目前辨識(shí)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(yuǎn)程運(yùn)維目標(biāo)。而且隨著傳感器無(wú)限傳輸技術(shù)成熟、制造成本下降，也為實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)點(diǎn)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(gòu)實(shí)現(xiàn)成為可能。因此設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)維是煉鐵廠今后一段時(shí)間重點(diǎn)推進(jìn)方向。預(yù)計(jì)2020年遠(yuǎn)程運(yùn)維率實(shí)現(xiàn)30%，基本實(shí)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(yuǎn)程運(yùn)維網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。

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

5 八鋼鐵前智慧制造需要應(yīng)對(duì)的問(wèn)題

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

（1）潛在安全風(fēng)險(xiǎn)，人機(jī)交互界面存在人員身體傷害。因此首先辨識(shí)應(yīng)用場(chǎng)景中人機(jī)接觸作業(yè)活動(dòng)并制定人員規(guī)范作業(yè)指南；其次機(jī)器人優(yōu)先應(yīng)用到能夠獨(dú)立完成作業(yè)項(xiàng)目場(chǎng)景中；設(shè)計(jì)中要提高機(jī)器人作業(yè)活動(dòng)室隔離及本質(zhì)化安全措施。

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

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

6 結(jié)束語(yǔ)

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(lái)。八鋼公司在寶武集團(tuán)發(fā)展戰(zhàn)略指導(dǎo)下，通過(guò)聚焦‘'三個(gè)一律’推進(jìn)智慧制造，在八鋼煉鐵系統(tǒng)正在逐步實(shí)施，一些項(xiàng)目已經(jīng)投入生產(chǎn)運(yùn)行中，降本增效和效率提升效果顯著，為提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力提供了有力保障。