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智能化技術在板帶產(chǎn)品制造中的應用

2019-08-29 09:25:00

  隨著工業(yè)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(yè)全面展開。智能化生產(chǎn)線和智能化實驗室正在改變原有傳統(tǒng)企業(yè)的生產(chǎn)模式,將人從重復的操作、惡劣的環(huán)境和繁重的流水性作業(yè)中解放出來。對于鋼鐵廠而言,主生產(chǎn)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(chǎn)率、減少設備事故和質量事故及安全事故、全面提升產(chǎn)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(fā)展。目前,機器人已經(jīng)廣泛地在各鋼鐵廠發(fā)揮著重要作用,尤其中高溫、高危、高難度領域,更顯機器人威力。
  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,但主生產(chǎn)線智能化是目標和方向。
  主生產(chǎn)線智能化架構:
  生產(chǎn)線是智能化平臺,數(shù)字化是智能化基礎,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)線目前總體自動化水平比較高,人工參與調節(jié)和控制不是很多,這就意味著產(chǎn)品質量在線采集系統(tǒng)數(shù)字化和設備狀態(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,智能化就不遠了(如圖1所示)。
  產(chǎn)品質量在線采集系統(tǒng)數(shù)字化:
  圖2列舉了鋼鐵廠部分產(chǎn)品質量在線采集系統(tǒng),也是目前用戶比較關心,需要重點數(shù)字化的產(chǎn)品質量實際參數(shù)。下面舉2例,加以說明。
  案例1,涂層膜厚在線檢測系統(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時檢測。該系統(tǒng)為涂層膜厚在線實時準確控制提供了依據(jù)。
  案例2,力學性能在線檢測系統(tǒng):
  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(jù)。
  設備狀態(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)線正常運行的部分設備。這些設備狀態(tài)在線采集并數(shù)字化,對于生產(chǎn)線狀態(tài)控制和正常運行起到了關鍵作用。
  旋轉設備狀態(tài)在線采集系統(tǒng)。旋轉設備,主要采集溫度和振動兩個參數(shù)。對這兩個參數(shù)準確采集,并加以狀態(tài)分析和控制,能夠有效地監(jiān)控旋轉設備有效運行。
  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,計算機的CPU。其強大,智能化系統(tǒng)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(tǒng)收集“生產(chǎn)工藝參數(shù)”和“設備狀態(tài)參數(shù)”,與“知識庫”進行比較,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,相關參數(shù)和數(shù)據(jù)存入“知識庫”,將“知識庫”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,生產(chǎn)線相關狀態(tài)能及時傳送和顯示。
  鋼鐵廠生產(chǎn)線智能化小結。
  現(xiàn)在的鋼鐵廠生產(chǎn)線自動化水平已經(jīng)相對比較高,在智能化方面,應重點在生產(chǎn)工藝和設備狀態(tài)數(shù)字化上下功夫,解決了數(shù)字化,離智能化就不遠了。
  國內大中型鋼鐵廠,其生產(chǎn)線智能化不是可上可不上的問題,而是必須上,要有規(guī)劃有計劃地上。這是國家的需要,也是企業(yè)產(chǎn)品質量和企業(yè)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(xiàn)狀:
  目前大多數(shù)鋼鐵廠成品機組出口和出口附近都需要對鋼卷規(guī)格尺寸和品質特性進行快速檢測??焖贆z測一般都是在此區(qū)域設機旁實驗室,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(shù)的調整及時反饋質量結果。
  常規(guī)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(qū)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(guī)機旁實驗室至少存在以下問題:一是勞動生產(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(chǎn)品質量問題引起產(chǎn)品降級甚至產(chǎn)生質量異議造成經(jīng)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(chuàng)新工程。機旁實驗室智能化,無論從提升勞動生產(chǎn)率、到保證檢測質量、保證人身安全、再到提升產(chǎn)品質量和企業(yè)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。機旁實驗室不涉及直接產(chǎn)品生產(chǎn)。機旁實驗室加工和檢測設備配置也相對簡單??梢哉f,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(tǒng),建立工業(yè)互連網(wǎng),開發(fā)虛實結合數(shù)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(jīng)元網(wǎng)絡技術,實現(xiàn)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(fā)生,什么模式都會產(chǎn)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(chǎn)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(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,為機組快速提供第一手產(chǎn)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(qū),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(jù)來自生產(chǎn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理和傳送,全部無人化,實現(xiàn)無人化實驗室功能。
  功能2:系統(tǒng)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(tǒng)計算機一用一備,保證機旁實驗室整個系統(tǒng)能夠正常有效運行。
  功能3:安全環(huán)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(qū)域用護欄隔離。整個機旁實驗室內外都有探頭監(jiān)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(jiān)控功能。系統(tǒng)配置虛實結合數(shù)字化雙胞胎軟件和手機APP軟件,能夠遠程監(jiān)控和手機監(jiān)視。
  鋼鐵廠機旁實驗室智能化小結:
  現(xiàn)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。機旁實驗室智能化,可以與主生產(chǎn)線智能化同步考慮。
  鋼鐵廠實驗室智能化案例
  實驗室現(xiàn)狀:
  目前大多數(shù)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(chǎn)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(tǒng)鋸床完成粗加工;用拉伸加工中心、沖擊加工中心和數(shù)控車床替代傳統(tǒng)手工加工設備完成精加工;新增一套立體備樣倉庫,實現(xiàn)切割后備樣的自動歸類存放。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APP功能)、試樣搬運系統(tǒng)(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(tǒng),實現(xiàn)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(tǒng)投運后,實驗室試樣加工將實現(xiàn)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(chǎn)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(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(yè)、重復性作業(yè)、環(huán)境惡劣作業(yè)、危險性較大作業(yè)、體力性較重作業(yè),對于流水性和重復性較少,任務變化較大作業(yè)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(yè)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(yè)自身經(jīng)濟實力出發(fā),不得勉強,跟風上智能化項目沒必要。企業(yè)有經(jīng)濟實力,且認為有必要的才是合適的。
 

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