一、研究的背景与问题

推进信息化与工业化深度融合是我国制造强国的战略任务之一，青岛特钢在中国钢铁业自动化和信息化应用方面拥有扎实的基础，经过多年的发展，青岛特钢建设了比较完整的信息系统架构，从产线级基础自动化、过程控制系统、生产控制系统(PES)/制造管理系统(MES)、一体化经营管理系统到数据仓库，建成了自下而上纵向集成的五级计算机体系。

在实施智能化改造过程中，针对高速优特钢线材轧制速度快、连续性高、精度要求高，青岛特钢选取该产线作为实施智能工厂的试点示范，通过试点突破一批关键技术，提高产品质量、降低能耗，达到降本增效目的。同时，在全国钢铁企业长材生产线中也起到示范作用。

二、智能工厂建设思路与主要内容

青岛特钢线材智能工厂致力于创建全球稳态生产轧速最快、质量最优、效率最高的现代化优特钢高速线材生产基地。以建设智能制造标杆为目标，力争实现全产线高度智能化、信息化、少人化，整体实现减员降本、增产增效，提升经济指标。该项目以“智能集控—操作集中化”、“智能运维—信息数字化”、“智能设备—装备智能化”三大方向整体推进，同步跟进基础产线建设进度，将现有尖端技术及成熟解决方案投入工程应用，切实提升经济效益打造同行业内技术领先的智能制造产线。

总体架构

1、智能集控

智能集控主要分为集控中心、数据分析平台、图像识别预警系统三大板块。将轧线分布式操作室整合，并以数据分析平台为核心，对生产指标、过程参数、质量数据进行分析和优化，实现提高产品质量，降低能耗，优化成本，提升经济指标的目的。同时，运用图像识别技术，对重要区域实现智能分析监控，对生产异常状况及时预警。

2、智能设备

增设各种全自动/辅助智能机械设备，降低人工岗位劳动强度或完全取代人工。

（1）炉前成分分析

根据现场工况，采用先进的分析技术进行坯料材质分析、机器人自动检测。实现自动打磨、分析，通过与 PLC、MES 信息交互，实现自动鉴别钢种牌号，形成检测信息的有效闭环，有效防止出现混钢的情况。

（2）钢坯喷码识别系统

根据现场工况，结合炼钢下线钢坯实际喷码形式，设置扫码或图像识别装置，对每一支钢坯的相关信息，结合MES系统，进行识别核对，与上游工序的物料跟踪数据有效衔接。

（3）加热炉全视场测温

在加热炉内安装多个温度传感器，对每支钢坯的温度进行分段采样并实时跟踪，并在炉内监控画面上进行分布式标注，便于加热炉操作工更直观地掌握炉内钢坯的加热情况，所采集数据亦可供加热二级模型使用。

（4）智能挂标

 盘圆卷自动挂标牌系统项目结合MES系统实现自动打印标牌，集成化的自动挂标机器人可自动制标，并通过图像算法确定合适位置自动挂标，从而实现替代人工挂标，减少挂标人员，提升标示准确度，降低安全隐患。

（5）自动包护角

在打包机本体上安装自动包护角的装置，并配套相关电控系统，实现全自动包护角，减少包护角岗位人员。

3、智能运维

智能运维是智能制造的基础，设备状态监测平台对设备健康状态进行数字化管理，为设备管理人员提供技术支持。通过采集监测产线关键设备（如电机、轴承、齿轮、轴、介质等）运行过程中多项特征参数，实现对轧线关键生产设备运行状态进行全天候实时监测，设定报警阈值，专家系统诊断，制定维护策略，以达到预知性维护，减少非计划停机时间。

 （1）增设多个监测点的传感器并将数据接入系统；

 （2）建立数据库保存设备部件特征数据；

 （3）增设流体介质管线监测点及相关传感器。

4、智能物流

利用大数据、RFID射频识别、图像识别等技术，对产品入库、出库、移动、盘点、调配、运输等作业环节的数据进行自动采集，实现物流跟踪追溯、自动控制和优化调度，提高仓储利用率、物流周转效率。

三、主要创新性进展

智能工厂的建设相对传统生产车间有以下方面的提升：

1、生产管控一体化智能集中集控，采用EOW扩展操作平台，提升人机交互的高效性、便捷性；

2、设备状态在线监测和诊断分析技术，实现设备全生命周期管理实时定位技术，提升对主机设备的监测和管控能力。加热炉装备全视场测温系统实现数字化升级，将现有生产设施及生产信息实现有机融合，加强对加热炉内每支钢坯温度的实时监控。采用图像识别预警系统，通过视频AI识别技术并结合机器学习算法，实现对多大几十个关键工位的智能管控，帮助现场人员自动监测生产状态并对随时可能出现的异常状况进行预警，防范故障于萌芽阶段，杜绝生产事故扩大化发展。

3、建立数据分析平台，通过采集生产过程数据并利用大数据分析及专家决策模型实现生产精益化；

4、完善智能装备，采用智能挂标机器人、自动包护角装置等自动化、智能化设备，实现工序去人化，降低安全隐患。建立智能仓储系统，智能立体仓库与智能无人天车相互配合实现盘卷入库、出库及发货全流程的无人化。

四、应用情况与效果

1、生产作业-人机协同作业

针对现盘卷库无仓储物流系统，无法实现信息化、无人化、智能化、高效化管理，成品仓储、产品发货流程复杂等问题，建立了智能仓储系统，实现了人机协同作业。

两个智能立体仓库分别位于 5#6#高线主厂房的成品跨，由隶属立体库的卸卷小车对接新线的PF 线新增入立体库下卷点，由出入库 RGV 小车将卷从卸卷小车卸下，通过转运站台配送送到立体库入库平移旋转输送机处，由堆垛机接货后，根据 WMS 指令及 WCS 系统调度，实现盘卷自动入库。堆垛机根据发货订单计划，通过 WMS指令及 WCS 系统调度，运行至指定库区盘卷位置，完成取货，并将货物放置在出入库平移旋转输送机处，由出入库 RGV 接货配送至发货站台，再由无人行车通过车辆识别、定位扫描后全程防摇摆进行全自动吊卷装车，出入库全程由钩号识别系统、 WMS、 WCS 等系统控制。每年累计节省 907.2 万元成本。

 智能立体仓库

2、设备状态在线监测和诊断分析

l 针对在轧钢区设备线数据采集时，监测人员距离红钢危险源位置较近，存在较大的安全隐患;有部分设备轴承因位置原因无法实施监测，导致无法全面把控设备状态;其次是离线监测周期长约 1-2 个月，对突发设备故障监测基本无效，难以及时把控情况;另外离线数据现场采集需要较大人力投入，目前轧钢区每台粗轧减速机监测时间约 2 小时；润滑站内缺少对油品的检测，当油品不达标时对设备无法起到良好的润滑作用等问题。

以设备运行的振动、温度、电流、电压等数据为基础，采用故障机理建模、大数据分析和机器学习等人工智能技术，结合设备负载状态，智能诊断设备故障，并将故障根据故障等级推送至设备相关人员。从而实现了设备管理由“点检定修”向“预测性维护”发展。

l 目前，主机设备故障次数实现了连续两年为零，优化了现场点检系统，缩短数据采样周期有效降低点检工作量。预测设备使用寿命，达到预知维修的目的。 同时，在润滑站增加油品分析系统能够有效对所有油箱中的油品进行实时检测，一旦出现油品质量低于标准水平时提醒相关人员及时处理。

设备在线监测                   油品监测

3、安全管控-安全风险实时监测与识别与危险作业自动化

   针对目前青钢产线及库区多为人工介入，相关工序也全部为人工，生产现场工况复杂存在的不安全因素及现场设备较多、坯料堆垛复杂、对天车工的视线有影响容易引发事故问题等。

l 采用智能挂标机器人及自动包护角装置将这两道工序完全实现无人化作业，在提高效率的同时还能优化人员结构。大大降低了该工序环节人为干预的安全风险。采用图像识别预警技术，对监控的画面进行实时分析，结合机器学习算法，对画面中异常状况进行实时准确捕捉，突出异常画面，降低现场操作风险，减少操作人员对全厂监控画面的关注，使其能更专注于控制生产。图像识别预警系统与数据分析平台中的预警信息进行融合，形成了轧钢系统的综合智能预警系统。大大的降低了各个工序的人员危险性和工作强度，优化人员岗位 20 个，节省库房面积 6000㎡，提升发货效率 100%。

智能挂标机器人 图像识别预警

4、能源管理-能源平衡与调度

针对坯料在加热炉燃烧不充分或者过度燃烧造成的能源损耗问题。建立了加热炉智能燃烧系统，实现了对加热炉整体加热过程的管控，提升了煤气能源的利用率。通过坯料调度系统，采用热装热送的方式实现钢坯从炼钢的轧钢的高温流转，避免了坯料在轧钢侧二次加热，降低了能源的损耗。热装热送率达到了 75%以上。

智能燃烧系统

5、环保管控-排放预警与管控

l  青岛特钢轧钢加热炉，使用高炉煤气和焦炉煤气混合后的混合煤气作为燃料，该混合煤气经燃烧后各排放点的 SO₂ 含量，与公司排放限值的要求有一定的差距，考虑到公司内煤气用户数量多、排放点多的现状，采用“前脱硫”的源头治理方法确保烟气达标排放，处理后混合煤气燃烧产生 SO₂ 含量小于35mg/m³。轧线配备的水系统采用内外嵌套式双循环模式，实现污水零外排。

前脱硫

6、质量管控-质量精准追溯

对不同子系统数据的采集整合，应用数学模型及大数据算法进行统计、分析，完成对产品质量的把控，对生产工艺的改善，对故障分析效率的提高，总体上提高产品质量，优化成本述提升经济指标;收集和存储来自不同子系统的工厂范围的数据，并在该平台之上构建特定于高线厂的模块化、可扩展的分析解决方案，以“高效、高质、低成本”为目标，助力打造新型精益制造模式。

数据分析平台

7、计划调度-车间智能排产

针对存在的全程物流跟踪困难，无法满足集团对物料精细化管控需求。 计划管控力度偏弱，操作流程复杂，未实现钢轧一体化计划排产等问题，契合公司信息化架构,构建高线 MES 系统，上接公司产供销系统、向下连通各过程自动化系统，实现高线区域内物流、业务流、信息流的统一与畅通，实现生产过程的一贯计划与调度、一贯生产控制与管理，为生产线的生产管理、质量管理、物流精确掌控、资源优化配置提供坚实的信息平台，满足公司现代化生产组织、协调、管理的要求。

计划调度

信息来源：青岛特殊钢铁有限公司