隨著工業(yè)4.0和中國(guó)制造2025的全面開展，國(guó)內(nèi)外智能化工廠、智能化實(shí)驗(yàn)室、智能化設(shè)備的研制正蓬勃開展。智能化正在各行各業(yè)全面展開。智能化生產(chǎn)線和智能化實(shí)驗(yàn)室正在改變?cè)袀鹘y(tǒng)企業(yè)的生產(chǎn)模式，將人從重復(fù)的操作、惡劣的環(huán)境和繁重的流水性作業(yè)中解放出來。對(duì)于鋼鐵廠而言，主生產(chǎn)線智能化，和機(jī)組出口附近的機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化，對(duì)于“操作室一律集中，操作崗位一律機(jī)器人，運(yùn)維一律遠(yuǎn)程，服務(wù)一律上線”起到了極大的推動(dòng)作用。對(duì)于全面提升勞動(dòng)生產(chǎn)率、減少設(shè)備事故和質(zhì)量事故及安全事故、全面提升產(chǎn)品質(zhì)量和公司品牌，顯得極其重要。
中國(guó)制造2025，有力地推動(dòng)了鋼鐵廠智能化發(fā)展。目前，機(jī)器人已經(jīng)廣泛地在各鋼鐵廠發(fā)揮著重要作用，尤其中高溫、高危、高難度領(lǐng)域，更顯機(jī)器人威力。
鋼鐵廠生產(chǎn)線智能化
鋼鐵廠局部智能化，為主生產(chǎn)線智能化奠定了良好的基礎(chǔ)，但主生產(chǎn)線智能化是目標(biāo)和方向。
主生產(chǎn)線智能化架構(gòu)：
生產(chǎn)線是智能化平臺(tái)，數(shù)字化是智能化基礎(chǔ)，工業(yè)互連網(wǎng)是智能化支撐，智能中心是智能化核心。鋼鐵廠生產(chǎn)線目前總體自動(dòng)化水平比較高，人工參與調(diào)節(jié)和控制不是很多，這就意味著產(chǎn)品質(zhì)量在線采集系統(tǒng)數(shù)字化和設(shè)備狀態(tài)在線采集系統(tǒng)數(shù)字化顯得尤為重要。生產(chǎn)線數(shù)字化了，智能化就不遠(yuǎn)了（如圖1所示）。
產(chǎn)品質(zhì)量在線采集系統(tǒng)數(shù)字化：
圖2列舉了鋼鐵廠部分產(chǎn)品質(zhì)量在線采集系統(tǒng)，也是目前用戶比較關(guān)心，需要重點(diǎn)數(shù)字化的產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)際參數(shù)。下面舉2例，加以說明。
案例1，涂層膜厚在線檢測(cè)系統(tǒng):
用于涂鍍產(chǎn)品表面耐指紋膜、鈍化膜、絕緣涂層、彩涂板涂層、涂油量等涂層膜厚在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。該系統(tǒng)為涂層膜厚在線實(shí)時(shí)準(zhǔn)確控制提供了依據(jù)。
案例2，力學(xué)性能在線檢測(cè)系統(tǒng)：
用于帶鋼力學(xué)性能（硬度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后延伸率、硬化層深度、 透C層深度、 透N層深度、殘余應(yīng)力、N、R、殘余奧氏體、分層硬度、均勻延伸率）在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，為帶鋼實(shí)時(shí)準(zhǔn)確控制力學(xué)性能提供了依據(jù)。
設(shè)備狀態(tài)在線采集系統(tǒng)數(shù)字化：
圖3列舉了可能影響鋼鐵廠主生產(chǎn)線正常運(yùn)行的部分設(shè)備。這些設(shè)備狀態(tài)在線采集并數(shù)字化，對(duì)于生產(chǎn)線狀態(tài)控制和正常運(yùn)行起到了關(guān)鍵作用。
旋轉(zhuǎn)設(shè)備狀態(tài)在線采集系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)設(shè)備，主要采集溫度和振動(dòng)兩個(gè)參數(shù)。對(duì)這兩個(gè)參數(shù)準(zhǔn)確采集，并加以狀態(tài)分析和控制，能夠有效地監(jiān)控旋轉(zhuǎn)設(shè)備有效運(yùn)行。
智能中心：
智能中心是生產(chǎn)線智能化核心。其作用正像人的大腦，計(jì)算機(jī)的CPU。其強(qiáng)大，智能化系統(tǒng)才能強(qiáng)大。
智能中心架構(gòu)圖如圖4所示。
智能中心的功能為：專家系統(tǒng)收集“生產(chǎn)工藝參數(shù)”和“設(shè)備狀態(tài)參數(shù)”，與“知識(shí)庫(kù)”進(jìn)行比較，建立新的優(yōu)化方案和優(yōu)化模型，用于生產(chǎn)線控制。同時(shí)，相關(guān)參數(shù)和數(shù)據(jù)存入“知識(shí)庫(kù)”，將“知識(shí)庫(kù)”數(shù)據(jù)不斷積累，模型持續(xù)優(yōu)化，解決方案不斷豐富。同時(shí)，生產(chǎn)線相關(guān)狀態(tài)能及時(shí)傳送和顯示。
鋼鐵廠生產(chǎn)線智能化小結(jié)。
現(xiàn)在的鋼鐵廠生產(chǎn)線自動(dòng)化水平已經(jīng)相對(duì)比較高，在智能化方面，應(yīng)重點(diǎn)在生產(chǎn)工藝和設(shè)備狀態(tài)數(shù)字化上下功夫，解決了數(shù)字化，離智能化就不遠(yuǎn)了。
國(guó)內(nèi)大中型鋼鐵廠，其生產(chǎn)線智能化不是可上可不上的問題，而是必須上，要有規(guī)劃有計(jì)劃地上。這是國(guó)家的需要，也是企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)品牌的需要；否則，會(huì)落后，會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)中落敗。
鋼鐵廠機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化
機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀：
目前大多數(shù)鋼鐵廠成品機(jī)組出口和出口附近都需要對(duì)鋼卷規(guī)格尺寸和品質(zhì)特性進(jìn)行快速檢測(cè)?？焖贆z測(cè)一般都是在此區(qū)域設(shè)機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室，由操作人員按工藝過程控制的要求進(jìn)行操作，為機(jī)組工藝參數(shù)的調(diào)整及時(shí)反饋質(zhì)量結(jié)果。
常規(guī)的機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)過程如下：操作人員人工拿取大樣板，人工檢測(cè)大樣板的長(zhǎng)度、寬度和厚度，人工搬運(yùn)大樣板到備樣區(qū)作為備樣留樣，人工搬運(yùn)大樣板到加工設(shè)備，人工加工大樣板為檢測(cè)樣品，人工標(biāo)注樣品代碼，人工檢測(cè)樣品，人工判斷檢測(cè)結(jié)果，人工將檢測(cè)結(jié)果輸入電腦或記錄在檢測(cè)結(jié)果記錄本上，人工處理檢測(cè)后的廢樣，完成機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室樣品檢測(cè)全過程。
常規(guī)機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室至少存在以下問題：一是勞動(dòng)生產(chǎn)率低。所有的工作都需要人工操作完成，造成大量的操作人員投入。二是檢測(cè)質(zhì)量無(wú)法保證。檢測(cè)質(zhì)量與操作人員責(zé)任心和技術(shù)水平、心情和身體狀況直接相關(guān)，檢測(cè)質(zhì)量很難受控。三是安全無(wú)法保證。存在樣板劃傷身體、加工設(shè)備沖斷手指等等風(fēng)險(xiǎn)。四是檢測(cè)速度慢。每一道工序都需要操作人員依次操作完成，無(wú)法像無(wú)人化實(shí)驗(yàn)室，所有設(shè)備可以同時(shí)運(yùn)行。五是成本高。操作人員的工資成本在上升，產(chǎn)品質(zhì)量問題引起產(chǎn)品降級(jí)甚至產(chǎn)生質(zhì)量異議造成經(jīng)濟(jì)上損失等，直接和間接成本相對(duì)較高。
機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化必要性和可行性：
必要性。黑燈工廠、黑燈實(shí)驗(yàn)室是目前比較流行的，正在蓬勃開展的、符合國(guó)家方針政策的一項(xiàng)創(chuàng)新工程。機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化，無(wú)論從提升勞動(dòng)生產(chǎn)率、到保證檢測(cè)質(zhì)量、保證人身安全、再到提升產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)品牌都很有必要。這更是智能工廠的一個(gè)重要組成部分。
可行性。智能化機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室是智能車間或智能工廠的一個(gè)分支。機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室不涉及直接產(chǎn)品生產(chǎn)。機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室加工和檢測(cè)設(shè)備配置也相對(duì)簡(jiǎn)單。可以說，機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室存在相對(duì)獨(dú)立性和相對(duì)簡(jiǎn)單性，機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化是完全可行的。研制全自動(dòng)加工和檢測(cè)設(shè)備，配置相關(guān)機(jī)器人和視覺系統(tǒng)，建立工業(yè)互連網(wǎng)，開發(fā)虛實(shí)結(jié)合數(shù)字化雙胞胎功能和手機(jī)APP功能，如有能力或有需要，再增加有“智”能的自學(xué)習(xí)自診斷自化解問題的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室智能化（如圖5所示）。
機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化模式。
機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化模式不會(huì)有固定模式，既然智能化了，什么事情都會(huì)發(fā)生，什么模式都會(huì)產(chǎn)生。只怕想不到，不怕做不到。
機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化案例：
熱鍍鋅生產(chǎn)機(jī)組機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化項(xiàng)目案例如下：
機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室功能：快速加工從機(jī)組剪切下來的大樣板為檢測(cè)樣品，快速檢測(cè)熱鍍鋅產(chǎn)品樣板寬度、樣板厚度、U彎性能、V彎附著力性能、粗糙度性能、缺陷沖壓性能，為機(jī)組快速提供第一手產(chǎn)品品質(zhì)實(shí)績(jī)。
整個(gè)機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室無(wú)人化檢測(cè)。
整個(gè)機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室從樣品檢測(cè)上分為3個(gè)過程。
過程1：樣板取樣過程。AGV小車上裝有機(jī)器人。AGV機(jī)器人從機(jī)組送樣板平臺(tái)上抓取2塊大樣板，其中1塊大樣板放到大樣板放置平臺(tái)，供機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。另一塊大樣板放在AGV小車上，送到備樣存放區(qū)，作為留樣保存。
過程2：樣品加工過程。地軌機(jī)器人從大樣板放置平臺(tái)上抓取大樣板，放到全自動(dòng)激光切割機(jī)。全自動(dòng)激光切割機(jī)首先根據(jù)來自生產(chǎn)機(jī)組的樣板代碼，確定檢測(cè)樣品種類，樣品加工位置；然后激光刻碼機(jī)對(duì)樣品進(jìn)行激光刻碼。激光切割機(jī)再進(jìn)行樣品激光切割。地軌機(jī)器人抓取所有樣品到樣品盒，同時(shí)抓取廢樣到廢樣框，完成樣品加工全過程。
過程3：樣品檢測(cè)過程。地軌機(jī)器人將樣品盒中樣品輸送到相應(yīng)全自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，如全自動(dòng)U彎?rùn)z測(cè)儀、全自動(dòng)粗糙度檢測(cè)儀等。所有的全自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備按自己的方式，進(jìn)行檢測(cè)樣品的檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理和傳送。
整個(gè)機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室具備4大功能。
功能1：無(wú)人化檢測(cè)功能。從樣板取樣、到樣品加工、再到樣品檢測(cè)、最后檢測(cè)數(shù)據(jù)處理和傳送，全部無(wú)人化，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化實(shí)驗(yàn)室功能。
功能2：系統(tǒng)可靠性功能。相關(guān)全自動(dòng)加工和檢測(cè)設(shè)備全部具備手動(dòng)操作和全自動(dòng)運(yùn)行功能，關(guān)鍵設(shè)備有備機(jī)，如地軌機(jī)器人可以代替AGV機(jī)器人，地軌機(jī)器人一用一備，系統(tǒng)計(jì)算機(jī)一用一備，保證機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室整個(gè)系統(tǒng)能夠正常有效運(yùn)行。
功能3：安全環(huán)保功能。激光切割機(jī)除塵裝置采用降噪措施，噪聲控制70分貝以下。所有機(jī)器人運(yùn)行區(qū)域用護(hù)欄隔離。整個(gè)機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外都有探頭監(jiān)控。AGV小車為人機(jī)混合型，人靠近則停，速度可控，外殼采用塑料制作，即使撞上人也不會(huì)造成人身傷害。
功能4：遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。系統(tǒng)配置虛實(shí)結(jié)合數(shù)字化雙胞胎軟件和手機(jī)APP軟件，能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控和手機(jī)監(jiān)視。
鋼鐵廠機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化小結(jié)：
現(xiàn)在的機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室以手工操作為主，智能化方面重點(diǎn)在單套設(shè)備全自動(dòng)化上下功夫，解決了全自動(dòng)化，離智能化就不遠(yuǎn)了。機(jī)旁實(shí)驗(yàn)室智能化，可以與主生產(chǎn)線智能化同步考慮。
鋼鐵廠實(shí)驗(yàn)室智能化案例
實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀：
目前大多數(shù)鋼鐵廠實(shí)驗(yàn)室樣品都是手工加工、手工檢測(cè)。這造成勞動(dòng)生產(chǎn)率低、檢測(cè)速度慢、安全風(fēng)險(xiǎn)大，檢測(cè)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)也大。
實(shí)驗(yàn)室智能化案例：
用激光切割機(jī)、高速圓盤鋸床替代傳統(tǒng)鋸床完成粗加工；用拉伸加工中心、沖擊加工中心和數(shù)控車床替代傳統(tǒng)手工加工設(shè)備完成精加工；新增一套立體備樣倉(cāng)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)切割后備樣的自動(dòng)歸類存放。新增一套信息化管理系統(tǒng)（系統(tǒng)管理和控制和通訊功能、數(shù)字化雙胞胎功能和手機(jī)APP功能）、試樣搬運(yùn)系統(tǒng)(包括噴碼、掃碼、機(jī)器人等)，將原有來樣輥道和新增加工設(shè)備串連起來，結(jié)合信息化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)試樣信息識(shí)別、試樣粗切割、小樣切邊減薄、小樣精加工、備樣歸類保存等自動(dòng)化功能（如圖6所示）。
系統(tǒng)投運(yùn)后，實(shí)驗(yàn)室試樣加工將實(shí)現(xiàn)無(wú)人化，解決依靠大量的加工設(shè)備和操作人員才能完成繁重加工任務(wù)的問題，全面提升勞動(dòng)生產(chǎn)率、加快試樣加工速度、降低人員安全風(fēng)險(xiǎn)，從而全面提升實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化水平，全面接軌中國(guó)制造2025。
智能化幾點(diǎn)建議
相通性：智能工廠、智能車間、智能實(shí)驗(yàn)室、智能系統(tǒng)等等，其智能化的精髓是相通的，我們可以從智能工廠或智能實(shí)驗(yàn)室獲得智能化相關(guān)知識(shí)和技術(shù)
合適性：智能化、全自動(dòng)化、無(wú)人化，從目前智能化時(shí)代初始階段，可能更適合于流水性作業(yè)、重復(fù)性作業(yè)、環(huán)境惡劣作業(yè)、危險(xiǎn)性較大作業(yè)、體力性較重作業(yè)，對(duì)于流水性和重復(fù)性較少，任務(wù)變化較大作業(yè)可能暫不是很合適。
自適應(yīng)性：智能化項(xiàng)目不管項(xiàng)目大還是小，總歸需要一筆支出。企業(yè)有沒有能力支出這筆費(fèi)用，是否值得支出這筆費(fèi)用，都需要從企業(yè)自身經(jīng)濟(jì)實(shí)力出發(fā)，不得勉強(qiáng)，跟風(fēng)上智能化項(xiàng)目沒必要。企業(yè)有經(jīng)濟(jì)實(shí)力，且認(rèn)為有必要的才是合適的。
