工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能、控制技術(shù)等多種學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)于一體的具有自動(dòng)定位控制、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的復(fù)雜智能機(jī)器。自20世紀(jì)60年代初以來(lái)，歷經(jīng)幾十年的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人以其所具有的工作效率高、穩(wěn)定可靠性好、重復(fù)精度好、能在高危環(huán)境下作業(yè)等優(yōu)勢(shì)，在汽車、電子、冶金、機(jī)械和物流等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。

鋼鐵行業(yè)勞動(dòng)力成本逐年提升，使用機(jī)器人代替人工勞動(dòng)是鋼鐵行業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)和未來(lái)方向。

在鋼鐵行業(yè)，工業(yè)機(jī)器人代替人工作業(yè)主要有幾方面優(yōu)勢(shì)：

1）對(duì)于重復(fù)性強(qiáng)、勞動(dòng)強(qiáng)度高的作業(yè)，機(jī)器人作業(yè)可以大大減輕勞動(dòng)者強(qiáng)度，避免重復(fù)勞動(dòng)造成傷害；

2）對(duì)于質(zhì)量檢測(cè)、溫度測(cè)量、樣品檢測(cè)等標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，機(jī)器人作業(yè)可以避免人為失誤造成誤判、錯(cuò)判、測(cè)量不準(zhǔn)確等，利于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)；

3）對(duì)于鋼鐵行業(yè)一些存在有毒有害氣體和高溫惡劣環(huán)境的作業(yè)，用機(jī)器人代替人工作業(yè)，能保護(hù)勞動(dòng)者不受惡劣環(huán)境傷害，同時(shí)提高作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和勞動(dòng)效率；

4）通過(guò)工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝的數(shù)字化、信息化，借助機(jī)器人的通信能力，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流“不落地”，極大地提高產(chǎn)線信息傳遞快速性、準(zhǔn)確性。

1河鋼唐鋼

河鋼唐鋼應(yīng)用到產(chǎn)線的機(jī)器人主要是以打包機(jī)、打號(hào)機(jī)、拆包機(jī)等高強(qiáng)度、高重復(fù)性的工作為主。目前唐鋼多條產(chǎn)線配備了技術(shù)先進(jìn)的拆包機(jī)和打包機(jī)：

1）高強(qiáng)汽車板酸軋、連退、四五六鍍鋅產(chǎn)線分別設(shè)有入口拆包機(jī)、出口打包機(jī)；

2）冷軋一二三鍍鋅線、五連軋、一二重卷設(shè)置有打包機(jī)；

3）不銹鋼熱軋1580線配置2臺(tái)打包機(jī)；

4）一鋼1700線、1810線配置出口打包機(jī)。拆包機(jī)和打包機(jī)的應(yīng)用效果主要表現(xiàn)在：代替了繁重的人工勞作，提高了勞動(dòng)效率，節(jié)約了勞動(dòng)力成本；實(shí)現(xiàn)打包帶位置、數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)化，有效提高作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，避免人為操作對(duì)鋼卷表面的損傷。

此外，中厚板板坯、不銹鋼板坯、一鋼1700線配置了噴號(hào)機(jī)器人。

唐鋼應(yīng)用到高強(qiáng)汽車板的無(wú)人天車系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)首家鋼鐵行業(yè)無(wú)人天車應(yīng)用案例。唐鋼應(yīng)用到高強(qiáng)汽車板的無(wú)人天車系統(tǒng)集信息化、自動(dòng)化和過(guò)程控制于一體，采用車輛識(shí)別技術(shù)、天車作業(yè)計(jì)劃自動(dòng)排程技術(shù)、自動(dòng)上料過(guò)程控制技術(shù)、自動(dòng)過(guò)跨過(guò)程控制技術(shù)，有效地將庫(kù)區(qū)孤立的汽車、天車、過(guò)跨車、障礙物、鋼卷、步進(jìn)梁等緊密的聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)了庫(kù)區(qū)生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程自動(dòng)化、天車作業(yè)無(wú)人化、庫(kù)區(qū)鋼卷物料跟蹤全壽命周期化。

無(wú)人天車系統(tǒng)有效地連接了原料物流、原料庫(kù)區(qū)和生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)鋼卷入庫(kù)、出庫(kù)全流程全過(guò)程自動(dòng)化及APS排產(chǎn)、MES生產(chǎn)執(zhí)行控制、酸軋線自動(dòng)生產(chǎn)全流程全過(guò)程完全自動(dòng)，為智能工廠其他信息系統(tǒng)提供基礎(chǔ)信息支撐。

高強(qiáng)汽車板無(wú)人天車系統(tǒng)的使用效果主要表現(xiàn)在：

1）貫通信息流；

2）簡(jiǎn)化物流管理；

3）降低運(yùn)營(yíng)成本；

4）提高天車效率；

5）提升系統(tǒng)安全性；

6）降低物流成本。

唐鋼正在高強(qiáng)汽車板鍍鋅線上引進(jìn)撈渣機(jī)器人，預(yù)計(jì)年底投入使用。該機(jī)器人的引入可以代替人工撈渣作業(yè)，減少操作工在高溫、高噪音危險(xiǎn)區(qū)域停留時(shí)間；可設(shè)定撈渣頻率和位置，對(duì)比人工撈渣可減少鋅耗15%以上。

而且，唐鋼正在進(jìn)行不銹鋼板坯庫(kù)、成品庫(kù)自動(dòng)天車項(xiàng)目，預(yù)計(jì)年底投入使用。此外，唐鋼準(zhǔn)備引進(jìn)煉鋼區(qū)域的電爐測(cè)溫取樣和鋼水成分分析機(jī)器人和連鑄區(qū)域結(jié)晶器加渣機(jī)器人。

2首鋼股份

2.1化驗(yàn)室區(qū)域

1）原燃料自動(dòng)取樣機(jī)器人

實(shí)現(xiàn)原燃料自動(dòng)取樣，配合風(fēng)動(dòng)送樣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)原燃料無(wú)人取樣。

2）理化檢驗(yàn)全自動(dòng)分析中心

配合風(fēng)動(dòng)送樣系統(tǒng)、自動(dòng)分析儀器，實(shí)現(xiàn)樣盒自動(dòng)拿取、開(kāi)蓋，樣品傳送、制備、表面識(shí)別、分析、歸檔。

2.2煉鋼區(qū)域

1）精煉自動(dòng)測(cè)溫取樣機(jī)器人

實(shí)現(xiàn)精煉環(huán)節(jié)鋼水液面高度、溫度測(cè)量，定點(diǎn)、定深取樣。

2）煉鋼全自動(dòng)檢驗(yàn)中心

配合風(fēng)動(dòng)送樣系統(tǒng)、自動(dòng)分析儀器，實(shí)現(xiàn)樣盒自動(dòng)拿取、開(kāi)蓋，樣品傳送、制備、表面識(shí)別、分析、歸檔。

2.3熱軋區(qū)域

自動(dòng)噴號(hào)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)鋼卷表面自動(dòng)噴號(hào)。

2.4冷軋區(qū)域

1）自動(dòng)拆捆帶機(jī)器人

適用于鋼卷捆帶拆除的生產(chǎn)工序。能夠自動(dòng)識(shí)別帶頭方向、捆帶數(shù)量，自動(dòng)起帶、剪切，捆帶收集。

2）鋼卷內(nèi)圈點(diǎn)焊機(jī)器人

適用于鋼卷下線后容易塌芯的生產(chǎn)工序。能夠自動(dòng)尋找?guī)ь^位置，將塌芯壓實(shí)、點(diǎn)焊，利于無(wú)人天車作業(yè)及下工序開(kāi)卷作業(yè)。

3）自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)器人

在鋼卷內(nèi)、外圈表面粘貼標(biāo)簽，配合天車夾鉗掃描系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鋼卷信息自動(dòng)核對(duì)。

4）鋼卷套筒自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人

適用于需要批量存取金屬套筒的生產(chǎn)工序。實(shí)現(xiàn)來(lái)料套筒自動(dòng)分類碼放，按生產(chǎn)計(jì)劃自動(dòng)匹配、運(yùn)輸、上料。

5）連退自動(dòng)取樣機(jī)器人

適用于鋼帶首尾取樣、噴碼標(biāo)記的生產(chǎn)工序。實(shí)現(xiàn)樣板自動(dòng)分撿、碼放，激光打碼，廢板自動(dòng)收集。

6）鋼卷邊部質(zhì)量檢測(cè)機(jī)器人

適用于檢測(cè)鋼卷邊部質(zhì)量的生產(chǎn)工序。通過(guò)對(duì)鋼卷側(cè)面成像，利用圖像分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鋼卷邊部質(zhì)量判定。

7）硅鋼性能化驗(yàn)室全自動(dòng)制樣機(jī)器人

通過(guò)多臺(tái)機(jī)器人、激光制樣機(jī)、激光打碼協(xié)作，實(shí)現(xiàn)硅鋼樣品自動(dòng)搬運(yùn)、加工、打碼、分類。

8）鋅鍋撈渣機(jī)器人

將鋅渣從鋅鍋?zhàn)詣?dòng)撈出，取代傳統(tǒng)人工作業(yè)，杜絕現(xiàn)場(chǎng)高溫有毒有害區(qū)域?qū)θ梭w產(chǎn)生傷害。

3梅鋼

3.1加渣機(jī)的配置和使用

1）2014年初，梅鋼3#、4#連鑄機(jī)（兩機(jī)兩流立彎型板坯連鑄機(jī)）采用氣動(dòng)輕裝式自動(dòng)加渣機(jī)（4套）；

2）2018年2月，梅鋼2#連鑄機(jī)（兩機(jī)兩流立彎型板坯連鑄機(jī)）采用機(jī)器人式自動(dòng)加渣機(jī)（2套）；

3）加渣機(jī)使用情況：目前梅鋼3#、4#連鑄機(jī)投用率≥98%，梅鋼2#連鑄機(jī)投用率≥99%；

4）通常加渣機(jī)未投入的情況：工藝原因（換包、換水口、混澆切換）、設(shè)備原因（設(shè)備故障、參數(shù)調(diào)整）；

5）加渣機(jī)的使用，結(jié)合結(jié)晶器液位控制、液面異常自動(dòng)處置模型、結(jié)晶器遠(yuǎn)程調(diào)寬、連鑄自動(dòng)語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)、結(jié)晶器自動(dòng)吹氬系統(tǒng)、拉速自動(dòng)導(dǎo)航為梅鋼煉鋼廠實(shí)現(xiàn)MD區(qū)域的無(wú)人澆鋼奠定了基礎(chǔ)。

3.2加渣機(jī)基本情況

機(jī)器人自動(dòng)加渣機(jī)主要由以下幾個(gè)部分組成：機(jī)器人系統(tǒng)、走行機(jī)構(gòu)、保護(hù)渣存儲(chǔ)/輸送裝置、控制系統(tǒng)等。

機(jī)器人系統(tǒng)：機(jī)器人采用ABB公司IRB4600型。選型主要取決于動(dòng)作行程、負(fù)載和空間情況等因素。從使用情況看，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和重復(fù)定位精度遠(yuǎn)超實(shí)際的工藝需求。

機(jī)器人本體安裝在走行機(jī)構(gòu)上，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，齒輪齒條傳動(dòng)。生產(chǎn)時(shí)走行機(jī)構(gòu)將機(jī)器人由等待位移到加渣位置，澆鑄結(jié)束加渣完成后回到等待位。

3.3加渣機(jī)器人優(yōu)勢(shì)

在生產(chǎn)中使用加渣機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)：1）降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，將操作工從重復(fù)、單調(diào)中解放出來(lái)；2）幫助實(shí)現(xiàn)了結(jié)晶器區(qū)域無(wú)人化（無(wú)人澆鋼）；3）實(shí)現(xiàn)根據(jù)工藝需求自動(dòng)調(diào)節(jié)加渣量；4）加渣軌跡可調(diào)，保證穩(wěn)定的渣層和均勻度；5）總體上加渣機(jī)器人是煉鋼連鑄現(xiàn)場(chǎng)較為成功的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

3.4存在的問(wèn)題

加渣機(jī)器人在使用中主要存在如下問(wèn)題：1）安全性問(wèn)題1：中包車緊急逃跑等異常情況，加渣機(jī)器人的站位和避讓功能的響應(yīng)速度；2）安全性問(wèn)題2：機(jī)器人本身的防護(hù)要求；3）生產(chǎn)不同的鋼種（包括混澆生產(chǎn)），使用不同的保護(hù)渣。補(bǔ)渣和換渣的頻次較高（一個(gè)班要補(bǔ)渣4次）；4）加渣裝置的氣渣分離組件（旋風(fēng)分離器）有一定程度的揚(yáng)塵；5）機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)定位精度和運(yùn)行穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于其他部件的選型標(biāo)準(zhǔn)。

3.5改進(jìn)的路徑

1）優(yōu)化異常情況下機(jī)器人與鑄機(jī)的安全聯(lián)鎖和配合,提高走行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度。

2）安全區(qū)域的設(shè)置，避免機(jī)器人傷人的極端情況。

3）增設(shè)多個(gè)保護(hù)渣高位料倉(cāng)，配備給料、加熱、稱量等功能。

4）試驗(yàn)多級(jí)螺旋給料方式，實(shí)現(xiàn)更加穩(wěn)定、更加精準(zhǔn)的給料、布料。

5）進(jìn)一步優(yōu)化加渣機(jī)器人的各部件的有機(jī)整合。機(jī)器人可以考慮采用國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，形成高低搭配，系列化。

6）開(kāi)發(fā)后續(xù)生產(chǎn)和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

4鋼鐵行業(yè)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用存在的問(wèn)題

1）鋼鐵企業(yè)的個(gè)性化需求。鋼鐵生產(chǎn)雖然是流程行業(yè)，但不屬于標(biāo)準(zhǔn)化的流程行業(yè)，裝備、技術(shù)、廠房、操作標(biāo)準(zhǔn)等方面的個(gè)性化程度較高。這就意味著鋼鐵行業(yè)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用需要解決復(fù)雜環(huán)境條件的制約，并滿足各種個(gè)性化的需求。

2）企業(yè)信息化基礎(chǔ)參差不齊。我國(guó)鋼鐵企業(yè)的發(fā)展環(huán)境和背景各不相同，導(dǎo)致鋼鐵企業(yè)之間的發(fā)展水平差距很大，企業(yè)處于不同的發(fā)展階段。我國(guó)擁有像寶鋼這樣的堪稱全球最先進(jìn)的鋼鐵企業(yè)，但同時(shí)也存在大量相對(duì)落后的鋼鐵企業(yè)，其生產(chǎn)裝備、現(xiàn)場(chǎng)管理、信息化水平、節(jié)能環(huán)保等方面都存在較多欠缺，尤其是在信息化方面，多數(shù)鋼鐵企業(yè)不具備應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)。

3）用工與效率的矛盾。一方面鋼鐵去產(chǎn)能，鋼鐵行業(yè)整體面臨用工需求逐漸減少，行業(yè)職工總量存在整體過(guò)剩的局面。同時(shí)，很多鋼鐵企業(yè)還面臨在高技能、工作環(huán)境惡劣、重體力勞動(dòng)等崗位招工困難的情況。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用必然會(huì)替代大量的工作崗位，這一方面意味著鋼鐵行業(yè)擁有巨大的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用空間，另一方面這個(gè)替代的進(jìn)程也會(huì)在一定程度上影響社會(huì)就業(yè)，從而影響社會(huì)穩(wěn)定。

4）信息化高端人才短缺。鋼鐵企業(yè)信息化人才隊(duì)伍主要是由自動(dòng)化和裝備等科室的相關(guān)人員或冶煉、軋制等相關(guān)專業(yè)人才轉(zhuǎn)崗而來(lái)，雖然近幾年補(bǔ)充了一些專業(yè)的信息化人才，但整體而言，信息化人才短缺、隊(duì)伍整體水平不高、缺乏理論知識(shí)和創(chuàng)新能力等問(wèn)題始終是鋼鐵企業(yè)發(fā)展智能制造的重要制約因素。

5）第一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景是處于行業(yè)領(lǐng)先水平的鋼鐵企業(yè)對(duì)機(jī)器人的需求，其出發(fā)點(diǎn)是希望通過(guò)機(jī)器人提高生產(chǎn)效率和操作精度，從而提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。這種需求是剛性需求，而且可以帶來(lái)立竿見(jiàn)影的效果，但我國(guó)類似的企業(yè)數(shù)量相對(duì)較少。

6）第二個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景是通過(guò)機(jī)器人取代招工困難的工作崗位，主要集中在重體力勞動(dòng)、工作環(huán)境存在安全風(fēng)險(xiǎn)的崗位。由于招不到人，這種需求也是剛性需求，而且會(huì)隨著招工越來(lái)越困難，而變得更加急迫。這一需求不會(huì)因?yàn)殇撹F企業(yè)規(guī)模和效益的差別而體現(xiàn)出較大的差別，我國(guó)類似的企業(yè)數(shù)量相對(duì)較多。