钢铁行业智能制造中机器人的应用

钢铁行业智能制造中机器人的应用

查利刚

（江苏省常州市武进区横林镇中天钢铁集团有限公司江苏常州213100）

摘要：机器人作为智能制造的重要组成部分，具有重复精度好、稳定可靠、工作效率高等优势，同时还能胜任高危环境作业，在我国钢铁行业向“工业4.0”、“中国智能制造”转型升级过程中，发挥着非常重要的作用。文章先简要概述了机器人在钢铁行业智能制造中应用的意义，然后分析了机器人的工作原理，最后详细介绍了机器人在钢铁行业智能制造中的应用，以供参考。

关键词：钢铁行业；智能制造；机器人；应用

引言

应用在钢铁行业智能制造中的机器人既可以按照预先编好的控制程序自动执行工作，也可以接受人类指挥，还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。应用在钢铁行业智能制造中的机器人集各种先进技术（传感技术、控制论、人工智能、仿生学等）于一身，具有高准确性、可靠性和一致性，能够在恶劣、危险、重复的工作环境下工作，对钢铁行业的可持续发展有重要影响。

1机器人在钢铁行业智能制造中的应用意义

1.1提高冶炼效率改善冶炼效果

在钢铁行业智能制造中应用机器人可以提高冶炼效率，在不停吹的情况下，机器人能够测量出钢水温度、碳含量，根据其测量结果，启动动态计算，计算出还需吹炼的氧量和冷却剂加入量，这不但提高了生产效率，更重要的是终点命中率不断提高。

1.2缩短冶炼周期提高生产效率

机器人能够在转炉吹炼过程中不用停吹倒炉而进行自动取样测温，终点控制精度高，吹炼终点一次命中率高，后吹率低，大大缩短了冶炼周期。直接出钢率情况如图1所示。

图1

1.3改善工作条件

工人在冶炼过程中，需要进行人工测温取样，工人不仅要忍受高温，还要冒着被喷溅的危险去进行测温取样工作，这对工人身体健康及生命安全早晨很大威胁。而在钢铁行业应用机器人进行炼钢，不仅能够将工人从危险的工作环境中解脱出来，还能提高工作效率，减少工作人员劳动强度。实现机器人炼钢后，转炉附近的高温区域人的活动明显减少，地面上没有测温枪、样勺、铁锹等工具的堆放和残钢渣的痕迹，现场环境可以保持得很整洁。工人有更多的机会考虑转炉生产的操作数据和技艺，整体素质正在从体力型向技术智能型转变。

2钢铁行业智能制造中机器人的工作原理

钢铁行业智能制造中机器人的工作原理就是模仿人的各种肢体动作、思维方式和控制决策能力。即通过学习、记忆运动轨迹和行为规则，或根据预先编制的控制程序，甚至通过自我学习、自我规划、自我决策，控制本体在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等，驱动本体末端执行器完成一系列既定动作。

要实现模仿过程，从控制的角度看，机器人可以通过如下四种方式来达到这一目标。

第一，示教再现。通过“示教盒”或人“手把手”两种方式教机械手如何动作，控制器将示教过程记忆下来，然后机器人就按照记忆周而复始地重复示教动作。第二，可编程控制。事先根据机器人的工作任务和运动轨迹编制控制程序，然后将控制程序输人给机器人的控制器，起动控制程序，机器人就按照程序所规定的动作一步一步地去完成；如果任务变更，只要修改或重新编写控制程序，非常灵活方便。大多数工业机器人都是按照前两种方式工作的。第三，自主控制。该方式是机器人控制中最高级、最复杂的控制方式，它要求机器人在复杂的非结构化环境中具有识别环境和自主决策能力，也就是要具有人的某些智能行为。第四，遥控。由人用有线或无线遥控器控制机器人在人难以到达或危险的场所完成某项任务。如防暴排险机器人、军用机器人、在有核辐射和化学污染环境工作的机器人等。

3钢铁行业智能制造中机器人的应用

3.1机器人在钢铁行业智能制造中自动测温取样的应用

机器人测温取样是电炉智能化的特色之一。机器人测温取样技术是以工业机器人为平台，利用机器人的灵活性，自动安装探头，自动从电炉炉门口将枪体插入高温钢水内进行测温取样，自动拆除废探头的高性能的自动化装备。机器人测温取样系统自动化程度高，操作简便，运行安全、可靠，显著改善了工人操作环境，提高了电炉的智能化水平。

3.2机器人在钢铁行业智能制造自动拆捆中的应用

冷轧带钢是以钢卷方式生产的，每一个钢卷在生产前，都必须经过拆捆、开卷、穿带，然后加速到正常速度工作，占用较多的生产时间。将机器人应用在此工作阶段，能够自动剪断前道机组过来的钢卷捆带，还能通过柴捆机机头的旋转运动，自动测定捆带和卷边的具体位置，在剪断捆带后，它还能自动将剪掉的捆带压成最小尺寸并卸入废料斗中。应用工业机器人进行拆捆工作，能够将工作人员从重复的人工操作中解脱出来，减少事故发生，提升生产效率。

3.3机器人在钢铁行业智能制造自动贴标签中的应用

在冷轧生产工艺流程里，钢卷打捆完成后会随钢卷小车到达贴标工位，此时自动贴标机器人会接收到主控制系统发送的钢卷数据，并打印、拾取、粘贴标签，在机器人贴标过程中钢卷小车的运动会被封锁。机器人贴标装置会利用真空吸附方式来吸附标签，然后计算出钢卷的尺寸，根据钢卷大小利用贴标机械臂将标签贴到指定贴标位置。在贴标过程中，需要先用贴标头压住钢卷表面使其固定，贴上标签后利用辊轮将标签进行抚平压实处理，使其结实的粘贴在钢卷表面。最后，贴标机器人回到待机位，解锁出口钢卷小车。自动贴标机器人能够节约大量人工贴标的时间和工作量，减少作业时间，提升生产效率。

4钢铁行业智能制造中机器人应用实例

首钢在硅钢冷轧智能工厂示范项目建设过程中，充分发挥自身在治金行业的优势及控制系统的集成能力，攻坚克难，大胆创新，在机器人工业软件的二次开发和模块化的研制及应用过程中，积极采用“系统集成先行，自主开发跟进”模式，在项目中剪捆、绑捆和贴标签等工序环节中积极推进机器人的现场应用。通过冷轧入口拆捆带机器人智能系统的重点研究和项目实施，实现机器人代替人工自动完成从控制系统接收指令，智能适应生产节奏，并将视频识别技术嵌入系统，提高机器人多样化感知能力和自适应改善控制品质能力。通过机器人应用项目的实施，推进硅钢一冷轧工厂的全生产流程生产过程数字化建模和可视化展示，实现操作交互，实现生产过程的设备、工艺等关键参数的故障预报和报警展示，并形成具有首钢特色“机器人群+互联网+智能管控”的智能制造系统集成解决方案。进一步在首钢钢铁全流程积极推广智能安全型、智能检测型、智能替代型、智能防错型及智能治金专用型等机器人的推广应用，为首钢智慧工厂建设增添一抹亮丽的色彩。

结束语

总而言之，智能制造、机器换人是国家发展战略，是大势所趋。机器人特别适合能够规则化的重复性劳动，在制约自动化能力发挥的瓶颈环节实施意义更为重大，可以释放产线产能，提高自动化率。钢后实施的条件和意义都要大于铁前。

参考文献

[1]苏亚红,刘航,朱晓波.钢铁行业机器人应用及前景展望[J].金属世界,2018(02):6-9.

[2]范铁军.推进行业智能转型践行钢铁强国之路[J].冶金经济与管理,2017(02):1.

[3]彭在美.人工智能技术对钢铁业发展有何启示？[N].中国冶金报,2016-05-11(002).

[4]孙辉.智能制造是钢铁业主攻方向[N].现代物流报,2016-11-30(002).

[5]刘卫朋.焊接机器人焊接路径识别与自主控制方法研究及应用[D].河北工业大学,2016.