方法淬炼出的创新之道

文/本刊记者 马小妹

黑龙江赛区

哈尔滨博实自动化股份有限公司

我国“富煤、贫油、少气”的资源禀赋，决定了需要大力发展煤化工产业，以此降低对石油化工的依赖程度。随着国际石油价格不断上涨，以电石法制PVC为代表的煤化工路线成本优势凸显，需求加速上涨，已纳入国家战略储备。

目前，电石冶炼生产多为人工作业，生产中人员密集，存在工作环境恶劣、安全隐患大和劳动强度大等问题。由于电石冶炼行业自动化水平不高，电石出炉环节又多是人工作业，炉内温度极高，安全事故频发，同时，其他冶炼领域也面临此问题。如，2017年，新疆某电石炉发生爆炸，现场伤亡多人；2018年，甘肃某电石渣库发生爆炸，数人受伤。

为此，国家安全生产监督管理总局迫切提出“自动化冶炼”战略。

鉴于以上背景，哈尔滨博实自动化股份有限公司（以下简称“博实股份”）肩负使命，开发了可替代人工的冶炼机器人，代替人工作业。至此，博实股份将操作工从炉前环境温度高、劳动强度大、安全风险高的作业现状中解放出来，极大程度上提高了生产安全性，降低了劳动强度，改善了工人操作环境。

博实股份成立于1997年，由哈尔滨工业大学及机器人研究所科研骨干创办，是专业从事化工、冶炼、物流、食品、饲料、建材等领域工业机器人及智能制造装备的研发、生产、销售、服务，并围绕系列产品提供智能工厂整体解决方案的高新技术上市公司。博实股份拥有国家级企业技术中心，是国家先进制造业与现代服务业融合试点单位、中国机器人TOP10峰会成员、全国商品售后服务达标认证五星级企业。公司系列产品覆盖国内除港、澳、台的所有省区，并出口欧、亚、美、非洲多个国家。

2022年中国创新方法大赛全国总决赛期间，博实股份的“多方法融合的电石出炉机器人系统研发与工程应用”项目以小组第一名的成绩荣获一等奖，成功晋级天津卫视电视擂台赛。这也是博实股份继2018年首届全国创新方法大赛后，第二次荣获一等奖。

“博实股份自2008年引入TRIZ创新方法后，研发团队全员培训，为企业的研发创新提供了不竭动力。”此次参赛项目负责人姜海涛对记者说，“‘多方法融合的电石出炉机器人系统研发与工程应用’参赛项目能获得一等奖，更多是建立在公司和部门前期投入的大量研发、实践工作基础之上取得的成绩。我们全体参赛队员将把所学到的TRIZ创新方法继续应用到新产品研发中，提升企业竞争力，助力冶炼行业绿色发展、智能制造！”

在新疆中泰矿冶有限公司原董事长介绍下，博实股份研发团队第一次接触“电石”和“电石冶炼出炉”，在技术交流会上得知，由于国内自动化水平不足，导致出炉技术被国外长期封锁，没有属于我国自己的自动化出炉设备，所以电石冶炼出炉多是人工作业，安全事故频发。由于炉前作业环境恶劣，劳动强度大，多年来一直是重大行业难题。几经辗转寻求多家知名企业后，终因为技术不成熟等原因，未能达成合作意向。

交流结束后，博实股份肩负解决行业难题使命，派出研发精锐力量，一行数人前往新疆实地考察调研。到达现场后，一行人员再次被震撼，现场是半开放厂房，环境温度在零下20℃～30℃之间，操作工人顶着寒风，8人合力进行开眼作业，炉眼打开后，炉内2200℃电石溶液瞬间喷涌而出。经现场工人介绍，电石具有腐蚀性，一旦发生烫伤需要立即脱去污染的衣着，并用大量流动清水冲洗至少15分钟，但这种伤口极难愈合。

在现场完成尺寸测绘和工艺学习之后，博实股份立刻展开了国内首台套自动化出炉机器人的研发工作。

在2200℃超高温和4000A～10000A强电流等极端恶劣环境中，研发工作异常艰难，但在公司领导的带领下，博实股份历时数年完成了3款机器人方案设计，通过现场反复试验，机器人终于可以在现场应用。但那时还有两个棘手的问题尚未解决：一是开眼工具变形，二是堵眼工具烧损。“机器人虽然能使用，但耗材消耗量巨大，厂家难以承受，一时间我们陷入困局，没有好的解决办法。”姜海涛回忆道。

在博实股份的组织下，姜海涛、孙掖君、宋旭智接触了TRIZ创新方法。通过学习了解到，TRIZ的精髓在于打破惯性思维，激发创新灵感，从更广的角度来看待和解决问题。

于是，创新团队成员认真反复学习了方法教程。通过不断探索实践，结合现场工艺需求，开展了新一轮的产品研发，应用TRIZ理论来解决目前的棘手问题。

在设计过程中，首要面临的就是超高温和工具烧损这个矛盾问题。博实股份创新团队按照TRIZ问题解决方法，对两个问题逐步展开求解。通过九屏图和完备性法则得出系统进化方向；通过功能分析进一步明确问题；通过因果链确定变形主因，运用最终理想解对受力变形进行研究，并用物理矛盾进行深度求解；通过物场模拟提出受热变形解决方案，同时运用资源分析和“小人法”（对因果分析中“材料不耐热”进行研究）提出强冲击抑振和耐热涂层等技术手段，最后利用“精益六西格玛管理方法”（对因果分析中“加工成本”和“质量缺陷”进行研究）解决了加工成本和质量缺陷的问题。

电石出炉机器人在危险环境下，代替人工冶炼作业

“接下来需要面临更难解决的堵眼工具烧损问题，在尝试上述所有方法之后，没有找到解题思路。”姜海涛进一步说，“于是我们寻求黑龙江省内知名TRIZ创新方法老师帮助，老师提出我们可以尝试利用TRIZ高级解题工具ARIZ-85C来求解，于是我们又展开了新一轮创新方法深度学习。”

博实股份创新团队严格按照书本指导逐步进行求解，通过问题最小化、问题分析与表述、分析问题模型，确定“理想解”“物料矛盾”“小人法”等解题步骤后，终于打破惯性思维，找到突破点——通过引入压缩空气这一超系统元素，解决了堵眼工具烧损的问题。

通过现场3个月的反复验证，运用TRIZ工具求解，“开眼工具变形率高”和“堵眼工具烧损率高”的问题迎刃而解，现场应用良好。

十年磨一剑，砺得梅花香。电石出炉机在多年努力下成功解决了现场面临的多种问题，该款机器人突破国外技术封锁，属国内首创。

谈及今年中国创新方法大赛历程，参赛团队表示：“如何在工作、比赛和家庭之间做好平衡，是我们团队成员首要面临的问题。我们先是认真踏实做好本职工作，再抽时间或加班来准备比赛，在大赛即将开始前的多个周末，我们全天加班来完善PPT图片、动画、素材、版面和内容等资料，有时加班到晚上10点后，回家还演练到凌晨1点才睡……备赛期间，公司主管领导高度重视，为本次参赛提供了很多支持与指导。”

目前，博实股份的电石出炉机器人系统已在新疆、内蒙古、甘肃、宁夏、安徽等多地投入使用，累计销售800余台套，累计销售额超12亿，技术成果未来估值超百亿。电石出炉机器人系统打破国外长期垄断，突破技术壁垒，实现自动化冶炼，技术水平国际领先，在降低人身伤害，实现本质化安全的同时，助力企业产量提升、能耗下降，为国家双碳战略贡献力量。

付出总有收获。“多方法融合的电石出炉机器人系统研发与工程应用”这一创新成果，加速推进了电石出炉机器人系统集群化发展与批量应用。