從高樓大廈的“骨骼”，到機械設備的“經絡”，鋼鐵工業擔當著國民經濟的重要“脊梁”。當前，我國雖已建成全球產業鏈最為完整的鋼鐵工業體系，但整個產業仍面臨產能過剩、效率較低、節能降碳、創新能力不足等挑戰。在此背景下，以鞍鋼集團為代表的中國鋼鐵企業，正圍繞降本提質增效目標不斷提升智能化水平，而無人行車與庫區的智能化建設正成為其中極具代表性的場景。
鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司（簡稱“鲅魚圈分公司”）是鞍鋼集團對標具有國際競爭力的領先鋼鐵樣板工廠而建，從創立之初就堅持高端化、智能化、綠色化發展方向，連續三年躋身“中國卓越鋼鐵企業品牌”，獲評“首批雙碳最佳實踐能效標桿示范企業”等，穩居行業第一梯隊。
為了解決傳統行車作業存在操作人員需求量大、技能參差不齊、缺乏高效調度系統、設備運維復雜度高等難題，鲅魚圈分公司基于施耐德電氣行業領先的IACS智能庫區及無人行車系統（Integrated Autonomous Crane System），落地了“1580熱軋卷庫智能化庫區及無人行車改造項目”。該項目自2023年2月開始改造，2024年8月正式竣工，投運后實現了行車無人化和庫區智能化運行，減少吊車操作人員超過30名，車間運行的安全性、產品質量和生產效率均大幅提升，其中運行效率較改造之前提升23%，成為鞍鋼集團先進智能制造的示范項目。
傳統熱軋車間面臨效率、質量、安全多重挑戰
鲅魚圈分公司1580熱連軋工程是一條具有完全自主知識產權的熱連軋生產線，可生產23個系列、107個品種、上萬個規格的產品。1580熱軋成品庫車間共有4跨14臺行車，年產約400萬噸，具有作業類型多、作業負荷高、流程復雜等特點。
在鋼鐵生產的關鍵流程中，熱軋成品庫是物流銜接和生產節奏控制的重要樞紐。然而，庫區管理系統不完善和落后的裝備會帶來效率、質量與安全等一系列挑戰：
首先，傳統的行車吊運操作效率相對較低。一臺行車如果要完成一次鋼卷吊運，需要一位機組操作員通過對講機和吊運計劃單傳遞吊運信息，一名行車工操控行車，一名庫位工找準庫位，存在人員需求量大、信息易丟失、危險系數高等難題。
其次，在人員工作強度方面，熱軋卷作為非標準化產品，每一卷都有唯一標識的鋼卷編號。現場工作人員需要對每一個鋼卷進行位置錄入跟蹤，工作強度大，而且查找鋼卷位置的效率較低。
與此同時，安全問題始終如影隨形。行車在距離地面約15米的位置運行，人員在地面操作，二者頻繁交叉作業，存在安全隱患。
最后，產品質量問題也亟待解決。人工司機操作行車時，由于吊運精度不高，夾鉗容易對熱軋卷表面造成劃傷或壓痕，直接影響產品品質。一旦發生問題，還需將鋼卷退回返修，導致資源浪費和客戶滿意度下降。
鞍鋼集團鲅魚圈分公司鋼鐵熱軋部首席工程師孫偉表示：“面對傳統庫區管理和行車作業存在的種種挑戰，施耐德電氣為我們提供了行業領先的IACS無人行車系統，它包含面向鋼鐵行業定制的WMS庫區管理系統、行車自動化、地面控制和行車運行監控系統四大核心。通過基于AI的調度算法和先進的自動化技術，實現跨間資源動態分配，有效幫助我們優化多臺行車的協同性，減少沖突作業。”
打造復雜度高系統性能強大的無人行車解決方案
日常運營中，庫區需要全流程處理每一個鋼卷，作業量巨大，生產效率要求高。施耐德電氣通過先進的調度算法和領先的自動化技術，攜手鲅魚圈分公司打造了目前市面上復雜度高，系統性能強大的無人行車解決方案。
施耐德電氣工業自動化鋼鐵行業經理宋躍輝表示：“無人行車解決方案基于施耐德電氣EcoStruxure一體化架構，采用AI技術制定庫區管理策略，在動態堆場資源分配技術，閉環防搖控制技術、實時掃描與3D識別技術、動態三軸聯動技術、行車路徑優化技術、運行中禁吊區避讓技術等方面做出諸多突出創新，讓鋼鐵企業的庫區運行更加安全、可靠、高效。”
動態資源分配算法擔當著整個系統的“核心大腦”。通常而言，庫區中每增加一臺行車，調度算法的復雜程度都會呈現指數級增長，而該項目涉及4跨14臺行車，多臺行車到同一區域交叉作業時存在避讓問題。同時，要求極高的單位時間消峰能力。針對于此，先進的動態資源分配算法能夠綜合考慮生產計劃、設備狀態、碼垛原則、行駛路線等因素，結合庫區作業的動態特性及裝卸過程，建立庫區資源優化分配的數學模型，減少庫區內倒庫作業，降低庫區的裝卸作業時間，實現整個作業流程的效率最優。
實時掃描與3D識別技術則為庫區裝上一雙“智慧眼睛”。庫區的鋼卷間距小，且鞍座不規整，要求極高的定位、消擺和識別能力。實時掃描與3D識別技術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，從而實現更精確的自動抓取、全自動卡車鞍座識別、全流程無人裝卸，同時實時3D掃描技術能檢測鋼卷的外形缺陷，如斷帶，塔形卷等，提高安全系數。
此外，高精度的閉環防搖控制技術能有效減少物料搖擺，實現行車和物料的精準定位，提高行車作業效率；動態三軸聯動技術能同時控制縱向、橫向、高度方向聯動，優化行車作業時間，提升物流效率。施耐德電氣用創新的技術和解決方案，引領鋼鐵行業邁向庫區管理的數字化新征程。
實現從入庫到出庫的全流程無人化作業
如今，經過改造的1580熱軋卷庫區實現了從熱卷入庫到打包、平整、倒運、取樣以及鋼卷出庫的全流程無人化作業，滿足單天1.3萬噸全流程產能需求。工作人員只需要編制好生產計劃、轉庫駁運計劃，系統就能自動分配任務并設定行車行駛路線完成吊運作業，并可24小時不間斷運行，提高吊運作業的標準化和連續運行作業效率，降低因人為因素造成的停機時間、往返路程、搜尋時間和倒庫次數。
入庫環節，系統能夠依據各跨的實際庫容、存儲能力以及行車作業情況，在兼顧工序的前提下，進行普通鋼卷和特殊鋼卷的智能分流：分卷原料智能進平整跨區，緩冷鋼卷智能入坑，缺陷鋼卷智能標記化。單跨小時下卷能力平均在16卷，下卷能力完全滿足軋線生產需求。
包裝環節，為了充分發揮無人行車連續運行的優勢，對包裝鋼卷包裝時間進行柔性調配，并通過提前倒垛、行車協同等功能實現包裝鋼卷的及時繳庫；通過圍欄、安全門鎖、安全限位等設備的安裝并配合安全作業流程、行車自動繞行、安全系統監控等措施，保證打包作業人員的安全。
當作業空閑時，系統還能控制無人行車開啟預倒垛功能，按照后續工藝自動對鋼卷堆垛進行整理，例如：當分卷步進梁滿，行車會自動將原料備到上料區；發貨沒有發貨任務時，按照合同號進行鋼卷整理，同時將鋼卷吊運至離裝車最近的位置，大大提高了分卷備料效率和發貨效率。
隨著項目正式投運，自動運行率達到99%以上。而無人行車的規范化標準化作業，也使得人工操作行車造成的質量問題和安全事故均降為0。
除了效率的優化、人員的減少以及產品質量的提升，鲅魚圈分公司的管理模式也由此實現了升級——現在，坐在中控室，管理人員即可通過數字孿生模型查看行車運行情況，以數字化替代傳統人工傳遞和管理信息的模式。
鞍鋼集團鲅魚圈分公司鋼鐵熱軋部生產主任楊玉青表示：“鞍鋼1580卷庫是目前業內作業量最高、流程最復雜的鋼卷庫之一，我們攜手施耐德電氣在該鋼卷庫取得的智能化實踐成果，將為鋼鐵行業的更多復雜庫區提供可借鑒、可復制的藍本。未來，鞍鋼集團還將與施耐德電氣一起，全方位推進企業數‘智’化轉型和綠色發展，打造鋼鐵行業智能制造新標桿！”
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