关于八钢炼铁实施智慧制造的探索

葛建伟

（新疆八一钢铁股份有限公司炼铁厂）

1 前言

随着第四次工业革命的来临，云计算、大数据、人工智能等数字技术被广泛应用，一些工业生产形式发生了颠覆性的变化。2015年中国政府提出《中国制造2025》国家战略，2018年，中国宝武在大力推进智慧制造的基础上，又进一步加强了顶层设计。智慧制造已成为中国宝武践行国家战略、实现转型发展的一个重大战略举措。2019年宝武集团提出“创新提升体系能力，协同共建钢铁生态圈”的管理主题，以“少人化”、“集控化”、“一键化”为手段，倒逼流程优化、体制变革，努力实现“四个一律”，即“制造环节做到操作室一律集中、操作岗位一律机器人、运维一律远程、服务环节一律上线”，打造极致高效安全的智慧钢厂。宝武集团提出制造单元‘三个一律’量化指数，即“操作室一律集中的集中度指数”、“现场操作一律机器人的无人化指数”、“设备运维一律远程的远程运维指数”。八一钢铁作为宝武钢铁业板块的一个单元，对标‘三个一律’量化指标，积极推进智慧制造。针对国内冶金行业炼铁工序智慧制造应用整体处于起步阶段的现实状况，八钢炼铁工序对实施智慧制造进行了探索。

2 八钢炼铁工序推进智慧制造的难点

八钢炼铁工序包括C3000 型COREX 炉一座，年产铁水135万t，3 座2500m3高炉年产铁水560万t。

3 座2500m3高炉机配套4×66 孔焦炉和2×265m2+1×430m2烧结机；分别布置于高炉东侧和东北侧。原燃料场分别布置在高炉北侧和南侧。主要原燃料通过皮带机直供和落地原料转供给高炉上料。

在炼铁工序智慧制造设计施工阶段针对关键和重点设备及生产操作遵循就地远程操作方式。

八钢炼铁生产流程长，涉及原燃料、焦、烧、高炉生产的各工序，物料品种多、原燃料品位差异大。新疆四季分明温差大，炼铁各工序作业环境室内外温度差异大。炼铁各工序皮带运输流程、生产工艺、设备装备各有不同，基于此对应的管理流程不尽相同，因此对智慧制造项目的应用场景也会千差万别。同时智慧制造项目应用的标准、软件基础薄弱，缺少行业标准，共性关键技术亟待突破。

3 八钢炼铁智慧制造的实践

聚焦‘三个一律’量化指数，以“操作室一律集中”为突破口，对标宝武集团内先进基地指数，基于八钢铁前系统实际情况推进智慧制造。

3.1 操作室一律集中

控制室集中化指数表征操控点数量与控制室数量关系的量化指标。操控室集中化，体现的是生产管理的集成化水平。

截至2019年10月八钢炼铁厂操作室集中度指数提高8%，达到87%，操作效率提高30%，在宝武集团内达到先进行列。其中第二炼铁分厂、烧结分厂已实现“一厂一室”目标。见表1。

表1 2019年八钢炼铁操作室集中度情况

根据炼铁厂各工序的分布情况，控制室集中要满足控制室与现场人员的通讯要求。要求专业对讲机发射功率为4～5W，频率范围在136～174MHz 或400～480MHz，空旷环境覆盖范围3-8km，厂区实际覆盖范围3～4km。对于原料厂、焦化厂焦炉地下室等区域存在覆盖死角。基于4G 技术的公网对讲机：基于手机信号基站，无距离限制。但目前焦化厂、烧结厂、原料煤场等区域基站信号覆盖差。采取广播对讲+对讲机组合模式，很好地解决通讯及时性问题。

3.2 现场操作一律机器人

作业无人化指数表征现场机旁无人作业数量与全产线作业数量的关系量化指标。各工艺操控点的作业统计依据操作规程中的室外作业，包括设备定修时开展的检修作业。指数最终体现在降低体力劳动负荷重、减少人机接触，提高作业过程的本质化安全水平。协助型工业机器人在标准化作业活动中推广较快。

炼铁厂现场操作无人化指数15.2%（全口径），在宝武集团处于较低水平。该项操作投资大，成熟应用案例少，有应用场景空间、环境温度差异原因、受到关键技术不成熟的制约且投资回报难以量化的影响。例如高炉炉前开口机换转杆、泥炮装炮泥会受制于设备同侧布置导致出铁场平台空间受限；翻车机火车车皮摘钩作业受制于图像识别技术与多轴机器技术与应用场景配合问题；现场岗位工“一岗多责”造成投资难以量化，等等。面临的一些现实问题都需要逐一解决。在智慧制造建设中，已有一些项目已投入生产运行。

应用案例：基于红外摄像机对鱼雷罐在线检漏系统已上线。每像素对应罐体面积5.4mm2，实现鱼雷罐车时速不大于30km/h 在线内衬体检。鱼雷罐运送铁水后，通过对罐体外表面的热成像图像的采集及后端软件的分析，了解炉衬磨损的变化情况，正常鱼雷罐表皮温度，静态时150℃，动态250℃，罐体温度超预警温度300℃，后台管理软件及时分析并标示出异常温度空间坐标，如图1所示。

图1 鱼雷罐热成像视频截图

系统于2018年上线，主动发现了四个鱼雷罐内衬隐患（7#、28#、54#、31#）；减少鱼雷罐冷检次数，有效降低劳动量，提高工作效率。避免了鱼雷罐被烧穿的风险。

炼铁工序机器人成熟应用场景少、投资回报率难以量化、专业人员技术储备不足、新技术应用的不确定性等造成一些项目的推进相对滞后。

3.3 设备运维一律远程

远程运维指数表征已实施远程监测关键设备与总数的关系量化指标，反映设备管理的效率。

炼铁厂第二炼铁分厂和焦化分厂炼铁厂ABC 类设备2146 套，其中A 类设备444 套。目前炼铁厂关键设备远程（手机APP 和网页WEB 发布）监测率5.4%，手机APP 监控数据可以实现基于规则的定向报警推送任务。图2 是2500m3C 高炉Z103 上料主皮带电机重点参数及趋势。

图2 C 高炉运维系统APP 实时监控数据

系统于2019年9月上线，初步实现随时随地关键设备关键参数监控，异常数据报警和定向推送，降低点检员劳动强度，掌控设备劣化趋势，为实现设备预知维修提供可能。

八钢统一的设备监控、管理、分析智能运维系统，通过机器点检、自动采集设备运行数据，对数据进行分析，自动产生设备状态变化趋势，实现设备预知性维修；通过对现有设备管理信息系统的改造和升级，优化设备日常管理流程设备报修、设备维修、资材采购、实现设备全生命周期管理；通过对重点设备的远程诊断和分析，自动预测设备生命周期，实现设备诊断智能化，全面提升设备管控水平及劳动生产率，向智慧运维过渡。

4 八钢铁前智慧制造努力的方向

4.1 操作室一律集中

炼铁控制中心-One Mill：基于5G、云计算、数据挖掘基础上。建立以业务流程最优和以适应各种原燃料为前提的炼铁MES，打破传统厂际间数据围墙边界。从原燃料入场开始统一数据管理平台：原料成分、库存计算最有配比。烧结矿、焦炭成分计算最优入炉料料单并自动下发L1 执行；同时实现多基地生产和技术支撑。

4.2 现场操作一律机器人

围绕高温、有毒有害气体环境为应用场景，推进点巡检机器人应用，提高现场作业无人化指标。例如：炉前铁水测温取样机器人、炉前风口巡检机器人等。

投资大，成熟应用场景少，应用场景空间、环境温度等差异性、关键技术不成熟、投资回报难以量化等原因，炼铁厂短期内不作为重点推进工作。采取跟踪行业动态，对标集团成熟项目，采取可研及引进策略。

4.3 设备运维一律远程

炼铁厂目前辨识出关键设备444 套，基础数据采集完成，可快速完成远程运维目标。而且随着传感器无限传输技术成熟、制造成本下降，也为实现设备自动点检、智能故障判断、异常记录及检修任务单和关联备件采购实现成为可能。因此设备远程运维是炼铁厂今后一段时间重点推进方向。预计2020年远程运维率实现30%，基本实现从预防维修向预知维修转 变。八钢公司炼铁设备远程运维网络如图3所示。

图3 八钢炼铁设备远程运维网络系统图

5 八钢铁前智慧制造需要应对的问题

随着智慧制造工作推进，面临新问题新挑战，特别是典型场景机器人作业推广应用带来的挑战。

（1）潜在安全风险，人机交互界面存在人员身体伤害。因此首先辨识应用场景中人机接触作业活动并制定人员规范作业指南；其次机器人优先应用到能够独立完成作业项目场景中；设计中要提高机器人作业活动室隔离及本质化安全措施。

（2）针对人员和技能储备不足，在所有签订项目中增加人员技能提升培训条款，作为项目验收必备条件；其次固化新增装置和设备维修双标，上线前编制审核完成。

（3）针对炼铁作业环境室内外温差大，冬季机器人配套电池寿命降低，要求室外机器人及充电桩增加保温装置。

6 结束语

绿色发展关乎钢铁企业的存亡，智慧制造关系着钢铁企业的未来。八钢公司在宝武集团发展战略指导下，通过聚焦‘'三个一律’推进智慧制造，在八钢炼铁系统正在逐步实施，一些项目已经投入生产运行中，降本增效和效率提升效果显著，为提高企业竞争力提供了有力保障。