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宝钢湛江钢铁1550毫米冷轧智能化产线探

发布时间:2020-01-14 13:44:30

宝钢湛江钢铁1550毫米冷轧智能化产线探索实践

智慧制造是未来钢厂的重要特征之一,也是宝钢股份着力构建的五大核心能力之一。在钢铁行业同行纷纷加大智慧制造投入、提升智慧制造水平的背景下,宝钢湛江钢铁有限公司(以下简称:湛江钢铁)作为高起点新建钢铁基地,需要通过智慧制造进一步扩大领先优势。湛江钢铁以构建智能化、络化、集成化、柔性化的新一代冷轧生产线为主要目标,以传感技术、络技术、人工智能技术、大数据技术、工业软件技术、现代管理技术的交叉融合作为理论依据,通过1550毫米冷轧智能化产线的探索实践,以及智能化车间的建设,实现了智能感知探测、管控智能化、知识自动化、业务协同多目标优化等建立涵盖制造全过程的智能化应用,达到了生产各环节的信息集成、信息资源的开发利用,使得自动化作业水平得到提升、制造过程的效率和质量得到提高、制造成本得到降低。

湛江钢铁在1550毫米冷轧智能化产线探索实践过程中已取得较好效果,其使用的技术是集成当前智能化装备、大数据、知识自动化、现代管理等技术的综合应用,这些技术对生产高端冷卷产品的冷轧产线具有示范作用,可复制性强、可推广性好,对于国内其他冷轧产线在智能制造技术和集成方法的应用升级方面有较好借鉴和参考价值。

1湛江钢铁1550毫米冷轧产线智能化探索实践提出的背景

目前,我国钢铁行业在劳动效率、质量稳定性、3D(脏、累、危险)工作场景智能装备应用等方面,与日本新日铁、韩国浦项等先进钢铁企业相比,依然差距明显。

在钢铁消费峰值平台区,钢铁企业要想保持盈利,必须以质量成本为基础,以优化产能为核心,以两化深度融合践行钢铁企业创新驱动,打造钢铁工业的升级版,抓住新时代契机,充分发挥自主创新,智慧制造必将会成为未来钢厂的特征之一。

为了大大提高钢铁行业的整体自动化与信息化水平,为智能制造的实施创造良好的条件,宝钢湛江钢铁作为宝钢股份高起点新建的生产基地,在新形势下中国钢铁行业转型发展中承担重要。需要通过智慧制造进一步扩大领先优势。其中1550毫米冷轧产线处于宝钢湛江钢铁生产流程末端,该生产线更是钢铁工业中流程复杂、工艺水平高、产品附加值高的成品生产线。

因此,宝钢湛江钢铁在项目规划阶段就将1550毫米冷轧产线作为提升产能、提高劳动效率、提高产品质量、降低成本、降低劳动强度、实现柔性生产的智能车间试点示范项目进行建设,重点围绕装备自动化、少人化或无人化,整体策划无人化行车、自动包装、工业机器人等智能装备在1550毫米冷轧产线的全面应用,提升产线智能化水平,并通过业务流程优化、整合,提高1550毫米冷轧产线劳动效率。

2湛江钢铁1550毫米冷轧智能化产线探索实践的理论依据、创新点和目标方案

2.1理论依据

在1550毫米冷轧智能化产线探索实践过程中,主要应用的管理理论和方法包括:传感技术、络技术、人工智能技术、大数据技术、工业软件技术、业务流程设计等,形成的理论系统包括产线无人作业自动化系统、全自动化包装系统、检测与智能控制系统等。

1)业务流程设计基本方法

企业的最终目的是为了提升顾客在价值链上的价值分配,重新设计新的流程以替代原有流程的根本目的,是为了以一种新的结构方式为顾客提供这种价值的增加,及其价值增加的程度。反映到具体的流程设计上,就是尽一切可能减少流程中非增值活动并调整流程中的核心增值活动。

2)传感技术

高精度、高效率、高可靠性地采集各种形式信息的技术,如各种遥感技术(卫星遥感技术,红外遥感技术等)和智能传感技术等。在工业生产自动化过程中,检测、监视和控制温度、压力、流量、液位等参数,以便使设备工作在最佳状态,成本消耗最低,产品质量最高,同时,在生产过程中将各个环节的参数转为电信号,并与计算机接口,实现生产自动化。

3)络技术

实现资源的全面共享和有机协作,使人们能够透明地使用资源的整体能力并按需获取信息。络的根本特征并不一定是它的规模,而是资源共享,消除资源孤岛。

4)大数据技术

从各种各样类型的数据中,快速获得有价值信息的能力。适用于大数据的技术,包括大规模并行处理(MPP)数据库,数据挖掘电,分布式文件系统,分布式数据库,云计算平台,互联,和可扩展的存储系统。

5)工业软件技术

实现工业智能化的关键技术和路径,是工业技术、工艺经验、制造知识和方法的显性化、数字化和系统化的过程。

2.2创新点和目标方案

1550毫米冷轧智能化产线的探索实践,优化了作业流程,精减了人员配置,极大程度地提升了1550毫米冷轧各机组的运行效率、劳动效率、作业效率、信息传递效率。

1)无人化行车项目

1550毫米冷轧行车无人化系统是国内冶金行业目前规模最大的、涵盖冷轧全流程生产的、完全自主集成的无人库区及无人行车智能化系统。无论是在无人化行车数量,还是机组规模,应用软件复杂度等方面都是国内当前最领先的。

1550毫米冷轧产线机组生产性行车利用先进信息通讯技术(ICT)的控制技术,通过业务流程的整合与优化,实施作业指令进行对物料的精确定位,完成卸料、上料、移库等作业,通过智能物流系统实现冷轧产品在仓储运输过程的自动化运作和高效率优化管理,降低成本。

2)自动包装项目

国内包装大多采用传统人工折纸的形式,作业效率低,变动性大。湛江钢铁1550毫米冷轧区域有两条年产能共60万吨电工钢机组(其中30万吨由重卷机组出成品)、一条年产能68万吨的连退机组和一条年产能27万吨的热镀锌机组(其中15万吨由重卷机组出成品)。

利用全自动化包装技术实现钢卷包装过程全自动化,包括钢卷穿心缠绕(纸和薄膜双重缠绕)、塑料板外包皮加装、内外钢护角加装和钢卷小车。整条生产线可只设置一个操作工监管。这些包装线的自动化配备,为现今钢卷包装领域中的最高水平。在满足包装产量的前提下,还兼顾物流,不仅是包装机组,也是钢卷输送通道,一举两得,大大提升了作业效率,节省了人力。

3)工业机器人项目

1550毫米冷轧产线在智能化创新引领下,建成了产线多套无人自动化系统,机组入口拆捆、锌锅区域捞渣、出口取样、出口打捆、出口贴标等全部实现机器人作业,着重管理流程、业务与工业机器人的整合,确保进一步提升劳动效率,大大减轻人工作业负荷,降低安全风险,减少生产成本。同时进一步完善表面缺陷检测仪的自动判定封闭功能,提升产品质量判定放行水平。

3湛江钢铁1550毫米冷轧产线智能化探索实践的做法

3.1实施总体模式

针对1550毫米冷轧产线的智能化,全面实施了五个领域的改造并不断提升,逐步构建智能车间生态圈(如图1所示)。

建立产线无人作业自动化系统;建立工艺过程表面检测;建立面向感知-控制决策一体化的新一代工艺模型;建立智能动态生产排程系统;建立工厂智能管理系统。

3.2项目实施内容

1)行车无人化系统创新实践

湛江钢铁1550毫米冷轧无人化行车项目是国内首条全冷轧生产线与无人化行车同步建设的项目,共有15台无人化行车,其中轧后库五台、成品库10台;涉及产线包括五条主机组、两条重卷;包括五个库区7100多个鞍座,11个激光扫描点22个停车位。

湛江钢铁1550毫米冷轧也是国内冶金行业目前规模最大的、涵盖冷轧全流程生产的、完全自主集成的无人库区及无人行车智能化系统。无论是在无人化行车数量,还是机组规模、应用软件复杂度等方面都是国内当前最领先的。

1550毫米冷轧产线机组生产性行车利用先进的ICT控制技术,根据接收到的作业指令进行对物料的精确定位,完成卸料、上料、移库等作业,实现物料的全自动存储及装卸,主要功能如下:

①配备了无人化行车系统(UACS),实现了行车调度和库区管理功能。无需行车驾驶人员和地面库位人员,行车根据生产物流计划自动吊卷,钢卷信息自动跟踪。

②配置了装卸车系统(SRS),通过该系统设备对框架(或车辆)位置、车辆上的钢卷位置进行扫描数据分析及测量确定,实现行车自动装、卸车功能。

③利用计算机技术对物料进行全程自动跟踪、位置存储、计划优化、作业指令搜索、自动解析及行车的自动控制等流程,实现24小时不间断作业,大大降低了人为因素造成的不必要的停机时间、往返路程、搜寻时间和倒库次数,基本杜绝了错吊现象,防止异材。

④通过无人行车的精确定位、轻装轻卸和防摇摆技术,最大程度地减少了钢卷质量的损失。

⑤在行车运行路线上,经过精细的路线优化计算,实现了路线最优。

2)自动化包装的创新实践

国内包装大多采用传统人工折纸的形式,作业效率低,变动性大。湛江钢铁1550毫米冷轧区域有两条年产能共60万吨电工钢机组(其中30万吨由重卷机组出成品)、一条年产能68万吨的连退机组和一条年产能27万吨的热镀锌机组(其中15万吨由重卷机组出成品)。

若按目前传统的包装机组每小时15卷的包装能力,需要在电工钢机组、连退机组、热镀锌机组(含重卷机组)后面配置三条传统包装机组。传统的包装机组进行人工包装至少需要配置13人(不含管理人员和离线包装人员)才能完成从裸卷到成品包装卷交货的要求,且包装资材大部份采用场外供应。人工包装人员配备较多,劳动强度高,作业效率较低,综合经济性较差。

1550毫米冷轧自动包装机组,设计产能20卷/时,每条线定员6人,可以完成1550连续退火机组约68万吨/年和1550热镀锌机组约27万吨/年(含一条重卷机组约15万吨/年)的包装业务。2号自动包装机组布置在两条硅钢退火涂层机组后面,其可以完成1550硅钢退火涂层机组约60万吨/年(含一条重卷机组约30万吨/年)的包装工作。

钢卷包装过程全自动化,包括钢卷穿心缠绕(纸和薄膜双重缠绕)、塑料板外包皮加装、内外钢护角加装和钢卷小车。整条生产线只需一个操作工监管。这些包装线的自动化配备,为当今钢卷包装领域中的最高水平。在满足包装产量的前提下,还兼顾物流,不仅是包装机组,也是钢卷输送通道,一举两得,大大提升了作业效率,节省了人力。

3.3工业机器人的创新实践

1550毫米冷轧产线在创新驱动作用下建成了产线无人自动化系统,机组入口拆捆、出口取样、出口打捆、出口贴标等全部实现机器人作业,着重管理流程、业务与工业机器人的整合,确保进一步提升劳动效率,大大减轻人工作业负荷,降低安全风险,减少生产成本。同时进一步完善表面缺陷检测仪的自动判定封闭功能,提升产品质量判定放行水平。

1)拆捆带机器人

1550毫米冷轧各机组已经配备了自动拆捆带机器人,投产以后稳定运行。钢卷被行车吊运到鞍座上后,鞍座上安装的地辊会旋转带动钢卷转动,与此同时,拆捆带机器人自动寻找钢卷的外圈带尾,通过转动角度和钢卷直径的计算,确保在地辊停止转动时将带尾压在地辊上。然后机器人自动识别钢卷上捆带的条数,自动拆除捆带,并将拆除的捆带收集到指定的位置。拆捆带机器人的应用,取代了以往的人工作业,保证了机组运行的连续性,消除了拆捆带作业给人带来的安全隐患,提高了企业的劳动效率。

2)取样板机器人

钢卷产出后需要对钢卷的表面特性参数、物理特性参数进行表征,目前的表征方式采用抽样检验的方式进行,因此必须对每个钢卷取样,根据不同的钢种材质,取样的位置和样板数量有所区别。同时在处理过程中,样板的搬运是一项较繁重的体力劳动,且作业存在一定的安全风险;因样板较多,对样板的标记容易出错,引起后续工作混乱。为降低劳动负荷、改善管理流程,已在1550毫米冷轧各机组增加取样板机器人。实现取样板、样板标识全自动化。剪切下线后直接落入小车中,小车开出作业线,机器人自动识别小车中样板的数量并自动逐张对样板贴标签,取出样板根据样板的不同用途放置在指定位置。取样板机器人稳定投入两年多,大大减轻了作业人员的劳动负荷,消除了作业安全风险,样板的流转准确有效。

3)钢卷贴标机器人

连续机组钢卷连续产出,物料的跟踪采用软件系统结合钢卷位置跟踪的方式进行匹配。以往,钢卷的标识(贴标签)通过人工进行,作业人员将标签打印好后确认软件系统中信息流转的位置再匹配到现场的实物钢卷上,非常容易出错,尤其是当工作繁忙时,会出现连续多个钢卷集中贴错标签的情况。信息出错的钢卷会导致物流混乱,甚至发错用户,给市场造成非常恶劣影响。在1550毫米冷轧各机组上增加了钢卷贴标签机器人,当钢卷到达机器人位置时,机器人会立即将接收到的对应钢卷跟踪信息自动打印标签,自动粘贴到钢卷指定位置,从根本上避免了信息出错。

4湛江钢铁1550毫米冷轧产线智能化探索实践的成效

1550毫米冷轧智能化产线的应用,极大程度地提升了1550毫米冷轧各机组的劳动效率和作业效率,累计实现人员配置优化168人,节约人工成本约1680万元,即168人×10万元/(人·年)=1680万元,作业效率平均提升18%,鞍座改造费用节省800万元以上,节约包装成本1000余万元以上,同时降低了安全事故。

4.1无人化行车项目

2017年底轧后库五台无人化行车投运,平均自动化率达95%,2018年4月底进一步提升到99%;2017年底成品库三台外发行车实现无人化作业,目标2018年6月底实现成品库全部行车无人化运行。本项目实现减员60人,产生经济效益600余万元;平条形鞍座上使用自动夹钳找卷,较同类项目一次性节省鞍座改造费用800多万元。

4.2自动包装项目

现场包装作业人员由原来的13人/(班·机组)减至6人/(班·机组),作业线由原来的三条减为两条,共计减员108人。包装材料成本也比传统包装低约5元/吨,满产后预计每年至少为公司创造经济效益1000万元以上。全自动机械生产代替人工手工劳动,作业效率大大提高,降低了人员劳动强度,提高了产量,传统包装极限产能15卷/时,全自动包装设计产能20卷/时。包装的同时兼顾物流,降低了行车的工作负荷,提高了生产效率。固化缠绕包装工艺参数,包装材料在防锈性能上也大大提升,逐步明确缠绕包装技术标准。

4.3工业机器人项目

工业机器人项目的投运,取代了以往的人工作业,保证了机组运行的连续性,进一步降低人工成本、安全风险和质量风险,提高了作业效率和劳动效率。目前,1550毫米冷轧各机组入口拆捆带作业效率提升15%,贴标签机器人作业效率提升8%,出口打捆带作业效率提升12%,且相关岗位人员也进行了优化,随着机器人投运的逐步成熟,作业和劳动效率的提升会更加显著。同时,也极大地降低了岗位员工的作业负荷、质量风险和安全隐患。

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