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從高樓大廈的“骨骼”，到機(jī)械設(shè)備的“經(jīng)絡(luò)”，鋼鐵工業(yè)擔(dān)當(dāng)著國民經(jīng)濟(jì)的重要“脊梁”。當(dāng)前，我國雖已建成全球產(chǎn)業(yè)鏈最為完整的鋼鐵工業(yè)體系，但整個(gè)產(chǎn)業(yè)仍面臨產(chǎn)能過剩、效率較低、節(jié)能降碳、創(chuàng)新能力不足等挑戰(zhàn)。在此背景下，以鞍鋼集團(tuán)為代表的中國鋼鐵企業(yè)，正圍繞降本提質(zhì)增效目標(biāo)不斷提升智能化水平，而無人行車與庫區(qū)的智能化建設(shè)正成為其中極具代表性的場(chǎng)景。

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司（簡(jiǎn)稱“鲅魚圈分公司”）是鞍鋼集團(tuán)對(duì)標(biāo)具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的領(lǐng)先鋼鐵樣板工廠而建，從創(chuàng)立之初就堅(jiān)持高端化、智能化、綠色化發(fā)展方向，連續(xù)三年躋身“中國卓越鋼鐵企業(yè)品牌”，獲評(píng)“首批雙碳最佳實(shí)踐能效標(biāo)桿示范企業(yè)”等，穩(wěn)居行業(yè)第一梯隊(duì)。

為了解決傳統(tǒng)行車作業(yè)存在操作人員需求量大、技能參差不齊、缺乏高效調(diào)度系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)維復(fù)雜度高等難題，鲅魚圈分公司基于施耐德電氣行業(yè)領(lǐng)先的IACS智能庫區(qū)及無人行車系統(tǒng)（Integrated Autonomous Crane System），落地了“1580熱軋卷庫智能化庫區(qū)及無人行車改造項(xiàng)目”。該項(xiàng)目自2023年2月開始改造，2024年8月正式竣工，投運(yùn)后實(shí)現(xiàn)了行車無人化和庫區(qū)智能化運(yùn)行，減少吊車操作人員超過30名，車間運(yùn)行的安全性、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率均大幅提升，其中運(yùn)行效率較改造之前提升23%，成為鞍鋼集團(tuán)先進(jìn)智能制造的示范項(xiàng)目。

傳統(tǒng)熱軋車間面臨效率、質(zhì)量、安全多重挑戰(zhàn)

鲅魚圈分公司1580熱連軋工程是一條具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的熱連軋生產(chǎn)線，可生產(chǎn)23個(gè)系列、107個(gè)品種、上萬個(gè)規(guī)格的產(chǎn)品。1580熱軋成品庫車間共有4跨14臺(tái)行車，年產(chǎn)約400萬噸，具有作業(yè)類型多、作業(yè)負(fù)荷高、流程復(fù)雜等特點(diǎn)。

在鋼鐵生產(chǎn)的關(guān)鍵流程中，熱軋成品庫是物流銜接和生產(chǎn)節(jié)奏控制的重要樞紐。然而，庫區(qū)管理系統(tǒng)不完善和落后的裝備會(huì)帶來效率、質(zhì)量與安全等一系列挑戰(zhàn)：

首先，傳統(tǒng)的行車吊運(yùn)操作效率相對(duì)較低。一臺(tái)行車如果要完成一次鋼卷吊運(yùn)，需要一位機(jī)組操作員通過對(duì)講機(jī)和吊運(yùn)計(jì)劃單傳遞吊運(yùn)信息，一名行車工操控行車，一名庫位工找準(zhǔn)庫位，存在人員需求量大、信息易丟失、危險(xiǎn)系數(shù)高等難題。

其次，在人員工作強(qiáng)度方面，熱軋卷作為非標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，每一卷都有唯一標(biāo)識(shí)的鋼卷編號(hào)?，F(xiàn)場(chǎng)工作人員需要對(duì)每一個(gè)鋼卷進(jìn)行位置錄入跟蹤，工作強(qiáng)度大，而且查找鋼卷位置的效率較低。

與此同時(shí)，安全問題始終如影隨形。行車在距離地面約15米的位置運(yùn)行，人員在地面操作，二者頻繁交叉作業(yè)，存在安全隱患。

最后，產(chǎn)品質(zhì)量問題也亟待解決。人工司機(jī)操作行車時(shí)，由于吊運(yùn)精度不高，夾鉗容易對(duì)熱軋卷表面造成劃傷或壓痕，直接影響產(chǎn)品品質(zhì)。一旦發(fā)生問題，還需將鋼卷退回返修，導(dǎo)致資源浪費(fèi)和客戶滿意度下降。

鞍鋼集團(tuán)鲅魚圈分公司鋼鐵熱軋部首席工程師孫偉表示：“面對(duì)傳統(tǒng)庫區(qū)管理和行車作業(yè)存在的種種挑戰(zhàn)，施耐德電氣為我們提供了行業(yè)領(lǐng)先的IACS無人行車系統(tǒng)，它包含面向鋼鐵行業(yè)定制的WMS庫區(qū)管理系統(tǒng)、行車自動(dòng)化、地面控制和行車運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)四大核心。通過基于AI的調(diào)度算法和先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)跨間資源動(dòng)態(tài)分配，有效幫助我們優(yōu)化多臺(tái)行車的協(xié)同性，減少?zèng)_突作業(yè)。”

打造復(fù)雜度高系統(tǒng)性能強(qiáng)大的無人行車解決方案

日常運(yùn)營中，庫區(qū)需要全流程處理每一個(gè)鋼卷，作業(yè)量巨大，生產(chǎn)效率要求高。施耐德電氣通過先進(jìn)的調(diào)度算法和領(lǐng)先的自動(dòng)化技術(shù)，攜手鲅魚圈分公司打造了目前市面上復(fù)雜度高，系統(tǒng)性能強(qiáng)大的無人行車解決方案。

施耐德電氣工業(yè)自動(dòng)化鋼鐵行業(yè)經(jīng)理宋躍輝表示：“無人行車解決方案基于施耐德電氣EcoStruxure一體化架構(gòu)，采用AI技術(shù)制定庫區(qū)管理策略，在動(dòng)態(tài)堆場(chǎng)資源分配技術(shù)，閉環(huán)防搖控制技術(shù)、實(shí)時(shí)掃描與3D識(shí)別技術(shù)、動(dòng)態(tài)三軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)、行車路徑優(yōu)化技術(shù)、運(yùn)行中禁吊區(qū)避讓技術(shù)等方面做出諸多突出創(chuàng)新，讓鋼鐵企業(yè)的庫區(qū)運(yùn)行更加安全、可靠、高效。”

動(dòng)態(tài)資源分配算法擔(dān)當(dāng)著整個(gè)系統(tǒng)的“核心大腦”。通常而言，庫區(qū)中每增加一臺(tái)行車，調(diào)度算法的復(fù)雜程度都會(huì)呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，而該項(xiàng)目涉及4跨14臺(tái)行車，多臺(tái)行車到同一區(qū)域交叉作業(yè)時(shí)存在避讓問題。同時(shí)，要求極高的單位時(shí)間消峰能力。針對(duì)于此，先進(jìn)的動(dòng)態(tài)資源分配算法能夠綜合考慮生產(chǎn)計(jì)劃、設(shè)備狀態(tài)、碼垛原則、行駛路線等因素，結(jié)合庫區(qū)作業(yè)的動(dòng)態(tài)特性及裝卸過程，建立庫區(qū)資源優(yōu)化分配的數(shù)學(xué)模型，減少庫區(qū)內(nèi)倒庫作業(yè)，降低庫區(qū)的裝卸作業(yè)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)整個(gè)作業(yè)流程的效率最優(yōu)。

實(shí)時(shí)掃描與3D識(shí)別技術(shù)則為庫區(qū)裝上一雙“智慧眼睛”。庫區(qū)的鋼卷間距小，且鞍座不規(guī)整，要求極高的定位、消擺和識(shí)別能力。實(shí)時(shí)掃描與3D識(shí)別技術(shù)基于安裝在行車上的掃描儀來判斷鋼卷的尺寸、抓取的位置，從而實(shí)現(xiàn)更精確的自動(dòng)抓取、全自動(dòng)卡車鞍座識(shí)別、全流程無人裝卸，同時(shí)實(shí)時(shí)3D掃描技術(shù)能檢測(cè)鋼卷的外形缺陷，如斷帶，塔形卷等，提高安全系數(shù)。

此外，高精度的閉環(huán)防搖控制技術(shù)能有效減少物料搖擺，實(shí)現(xiàn)行車和物料的精準(zhǔn)定位，提高行車作業(yè)效率；動(dòng)態(tài)三軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)能同時(shí)控制縱向、橫向、高度方向聯(lián)動(dòng)，優(yōu)化行車作業(yè)時(shí)間，提升物流效率。施耐德電氣用創(chuàng)新的技術(shù)和解決方案，引領(lǐng)鋼鐵行業(yè)邁向庫區(qū)管理的數(shù)字化新征程。

實(shí)現(xiàn)從入庫到出庫的全流程無人化作業(yè)

如今，經(jīng)過改造的1580熱軋卷庫區(qū)實(shí)現(xiàn)了從熱卷入庫到打包、平整、倒運(yùn)、取樣以及鋼卷出庫的全流程無人化作業(yè)，滿足單天1.3萬噸全流程產(chǎn)能需求。工作人員只需要編制好生產(chǎn)計(jì)劃、轉(zhuǎn)庫駁運(yùn)計(jì)劃，系統(tǒng)就能自動(dòng)分配任務(wù)并設(shè)定行車行駛路線完成吊運(yùn)作業(yè)，并可24小時(shí)不間斷運(yùn)行，提高吊運(yùn)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化和連續(xù)運(yùn)行作業(yè)效率，降低因人為因素造成的停機(jī)時(shí)間、往返路程、搜尋時(shí)間和倒庫次數(shù)。

入庫環(huán)節(jié)，系統(tǒng)能夠依據(jù)各跨的實(shí)際庫容、存儲(chǔ)能力以及行車作業(yè)情況，在兼顧工序的前提下，進(jìn)行普通鋼卷和特殊鋼卷的智能分流：分卷原料智能進(jìn)平整跨區(qū)，緩冷鋼卷智能入坑，缺陷鋼卷智能標(biāo)記化。單跨小時(shí)下卷能力平均在16卷，下卷能力完全滿足軋線生產(chǎn)需求。

包裝環(huán)節(jié)，為了充分發(fā)揮無人行車連續(xù)運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)，對(duì)包裝鋼卷包裝時(shí)間進(jìn)行柔性調(diào)配，并通過提前倒垛、行車協(xié)同等功能實(shí)現(xiàn)包裝鋼卷的及時(shí)繳庫；通過圍欄、安全門鎖、安全限位等設(shè)備的安裝并配合安全作業(yè)流程、行車自動(dòng)繞行、安全系統(tǒng)監(jiān)控等措施，保證打包作業(yè)人員的安全。

當(dāng)作業(yè)空閑時(shí)，系統(tǒng)還能控制無人行車開啟預(yù)倒垛功能，按照后續(xù)工藝自動(dòng)對(duì)鋼卷堆垛進(jìn)行整理，例如：當(dāng)分卷步進(jìn)梁滿，行車會(huì)自動(dòng)將原料備到上料區(qū)；發(fā)貨沒有發(fā)貨任務(wù)時(shí)，按照合同號(hào)進(jìn)行鋼卷整理，同時(shí)將鋼卷吊運(yùn)至離裝車最近的位置，大大提高了分卷備料效率和發(fā)貨效率。

隨著項(xiàng)目正式投運(yùn)，自動(dòng)運(yùn)行率達(dá)到99%以上。而無人行車的規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，也使得人工操作行車造成的質(zhì)量問題和安全事故均降為0。

除了效率的優(yōu)化、人員的減少以及產(chǎn)品質(zhì)量的提升，鲅魚圈分公司的管理模式也由此實(shí)現(xiàn)了升級(jí)——現(xiàn)在，坐在中控室，管理人員即可通過數(shù)字孿生模型查看行車運(yùn)行情況，以數(shù)字化替代傳統(tǒng)人工傳遞和管理信息的模式。

鞍鋼集團(tuán)鲅魚圈分公司鋼鐵熱軋部生產(chǎn)主任楊玉青表示：“鞍鋼1580卷庫是目前業(yè)內(nèi)作業(yè)量最高、流程最復(fù)雜的鋼卷庫之一，我們攜手施耐德電氣在該鋼卷庫取得的智能化實(shí)踐成果，將為鋼鐵行業(yè)的更多復(fù)雜庫區(qū)提供可借鑒、可復(fù)制的藍(lán)本。未來，鞍鋼集團(tuán)還將與施耐德電氣一起，全方位推進(jìn)企業(yè)數(shù)‘智’化轉(zhuǎn)型和綠色發(fā)展，打造鋼鐵行業(yè)智能制造新標(biāo)桿！”