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冶金科技�(jiǎng)一等獎(jiǎng) | 長材(棒線�)庫區(qū)智能化管控關(guān)鍵技�(shù)及裝�

2022-09-19 12:36    來源:中國鋼鐵新聞網(wǎng)
  完成�
  王曉�、劉建彬、徐 冬、梁越永、劉 �、彭�(jìn)明、彭功狀、郭德福、張�(xué)�、李全漢、孫 �、徐言�、鄧佑華、邵 �、王 �
  完成單位
  北京科技大學(xué)、珠?;浽XS鋼鐵有限公司、馬鞍山鋼鐵股份有限公司、飛馬智科信息技�(shù)股份有限公司、北京科技大學(xué)�(shè)�(jì)研究院有限公�、湖南華菱漣源鋼鐵有限公�、河北物流集�(tuán)金屬材料有限公司、北京新岸線移動(dòng)多媒體技�(shù)有限公司、廣東新岸線科技有限公司
  研究背景與問�
  庫區(qū)作為鋼鐵生產(chǎn)流程中物流銜接和生產(chǎn)節(jié)奏控制的重要樞紐,是工廠無人化和智能化建�(shè)的基�(chǔ)。傳�(tǒng)的軋鋼生�(chǎn)車間庫區(qū)操作主要依靠人工完成,自�(dòng)化水平低、勞�(dòng)定員�、操作環(huán)境惡劣、安全生�(chǎn)和職�(yè)健康�(fēng)�(xiǎn)�、作�(yè)�(guī)范化和生�(chǎn)效率�,是�(yán)重制約軋鋼產(chǎn)線智能無人化�(fā)展的瓶頸。實(shí)�(xiàn)天車無人化運(yùn)行和庫區(qū)智能�(diào)�,將從根本上改變了庫區(qū)的作�(yè)模式,對于提高生�(chǎn)效率,降低生�(chǎn)成本,改善產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的意義�
  2013~2017�,唐�、寶�、首鋼等企業(yè),�(jìn)行了無人天車與智能庫管技�(shù)的研�(fā),針對鋼卷庫取得�(yīng)用成�。然而長期以來,占國�(nèi)鋼材總產(chǎn)�45%以上的長材領(lǐng)�,始終未能突破庫區(qū)智能無人化技�(shù)瓶頸�
  長材智能無人庫技�(shù)開發(fā)�面臨三�(gè)方面的難�(diǎn)問題�
  難點(diǎn)1�相比卷材具有的標(biāo)�(zhǔn)卷芯�(nèi)�、規(guī)則庫位鞍座和卷形剛度,長材密集多層碼�,容易產(chǎn)生物料形變與位移,定位困�,易�(dǎo)致因重心偏離吊具而發(fā)生掉落事�
  難點(diǎn)2�多車作業(yè)與高節(jié)奏生�(chǎn),對庫管系統(tǒng)�(diào)度效率要求極��
  難點(diǎn)3�自動(dòng)裝卸�、人員設(shè)備安全等需求,制約無人集控的實(shí)�(xiàn)�
  解決問題的思路與技�(shù)方案
  針對以上技�(shù)難點(diǎn)問題,北京科技大學(xué)�(lián)合珠?;浽XS鋼鐵有限公司、馬鞍山鋼鐵股份有限公司、飛馬智科信息技�(shù)股份有限公司�9家合作單�,針對性創(chuàng)新開�(fā)庫區(qū)多源信息感知重構(gòu)技�(shù)、機(jī)器視覺精確定位控制技�(shù)、生�(chǎn)物流�(yōu)化調(diào)度技�(shù)及長材庫區(qū)智慧集控技�(shù)等四�(xiàng)�(guān)鍵技�(shù),建立長材庫區(qū)智能化管控關(guān)鍵技�(shù)及裝�,并完成國內(nèi)首套棒材、高線智能平面無人庫的示范應(yīng)用�
  整體技�(shù)路線如圖1所��
�1 �(guān)鍵技�(shù)與研�(fā)路徑
  主要?jiǎng)?chuàng)新性成�
 ?�?)長材庫區(qū)的多源信息三維重�(gòu)與環(huán)境感知技�(shù)
  針對長材多層密集碼放造成的物料形�、位移不確定性問�,開�(fā)庫區(qū)多源信息三維重構(gòu)和環(huán)境感知技�(shù),并首次�(yīng)用于長材庫區(qū)。包括三�(xiàng)�(guān)鍵技�(shù)�
 ?。╝)研�(fā)基于非重�(fù)掃描激光雷�(dá)車輛與車載物料識別技�(shù),實(shí)�(xiàn)車輛與車載物�500ms瞬態(tài)識別定位,檢測精度�20mm,保證無人天車對汽車等運(yùn)載工具的全自�(dòng)裝卸需要�
 ?。╞)研�(fā)基于雙目視覺棒材庫區(qū)地圖�(gòu)建與特征識別技�(shù),實(shí)�(xiàn)庫區(qū)棒材堆垛的精確識�,檢測精度�30mm�
 ?。╟)研�(fā)基于線掃描激光雷�(dá)庫區(qū)地圖�(gòu)建與特征識別技�(shù),實(shí)�(xiàn)高線卷、火車車廂精確識�,檢測精度�30mm�
 
�2 �(chuàng)新點(diǎn)1及關(guān)鍵技�(shù)
 ?�?)長材無人天車機(jī)器視覺精�(zhǔn)定位控制技�(shù)
  開發(fā)了長材無人天車的精準(zhǔn)定位�(shè)備,具有�(jī)器視覺閉�(huán)控制、吊具防搖擺模糊變增益控�、多路徑�(xié)同過渡控�、多車防撞動(dòng)�(tài)控制等功�,保證了長材無人吊運(yùn)的安全、高�,單吊運(yùn)行時(shí)間平均節(jié)�20s,自�(dòng)�(yùn)行率�(dá)�100%。包括三�(xiàng)�(guān)鍵技�(shù)�
 ?。╝)開�(fā)�(jī)器視覺校核修正定位控制技�(shù),通過起吊前、起吊中、落吊前、落吊后四�(gè)�(shí)刻的一次與二次位置校核控制,克服鋼材堆放形狀位置偏差,保證長材無人天車�25mm安全精準(zhǔn)定位控制�
 ?。╞)為抑制吊運(yùn)擺動(dòng)、提升吊�(yùn)效率,建立剛軟混合結(jié)�(gòu)擺動(dòng)解析模型,開�(fā)開環(huán)分段�(shè)定與閉環(huán)模糊變增益防擺控制技�(shù),保證搖擺角度在±0.45°以內(nèi)高效�(yùn)行�
 ?。╟)研�(fā)四軸�(lián)�(dòng)、多段路徑協(xié)同和�(dòng)�(tài)防撞技�(shù),實(shí)�(xiàn)�(guī)避危�(xiǎn)區(qū)域的效率提升,單吊往�(fù)�(yùn)行時(shí)間減�20s,提升復(fù)雜環(huán)境多車協(xié)同效��
�3 �(chuàng)新點(diǎn)2及關(guān)鍵技�(shù)
  �3)基于多智能體的長材庫區(qū)生產(chǎn)物流�(yōu)化調(diào)度技�(shù)
  建立了長材庫區(qū)高效生產(chǎn)�(yōu)化調(diào)度系�(tǒng),包括多車集群動(dòng)�(tài)�(diào)度模�、物料垛位智能決策模型、天車路徑規(guī)劃模型等,與同類庫區(qū)人工�(diào)度相�,效率提�20%,多車負(fù)載均衡率提高30%,庫�(nèi)倒垛率降�30%。包括三�(xiàng)�(guān)鍵技�(shù)�
 ?。╝)為減少庫區(qū)倒垛,優(yōu)化吊�(yùn)距離,開�(fā)基于多智能體的庫區(qū)�(diào)度系�(tǒng)和出入庫智能決策模型,實(shí)�(xiàn)庫內(nèi)倒垛率降�30%�
 ?。╞)為提高庫區(qū)多種物流�(shè)備協(xié)同運(yùn)行效率,研發(fā)了多�、多物流�(shè)備協(xié)同動(dòng)�(tài)�(diào)度模型,多車�(fù)載均衡率提高30%�
 ?。╟)提出基于強(qiáng)化學(xué)�(xí)的無人天車路徑規(guī)劃方�,實(shí)�(xiàn)適應(yīng)庫區(qū)�(huán)�、布局�(dòng)�(tài)變化的天車路徑實(shí)�(shí)�(yōu)�,避障吊�(yùn)效率提高20%�
�4 �(chuàng)新點(diǎn)3及關(guān)鍵技�(shù)
 ?�?)融合工�(yè)5G和數(shù)字孿生技�(shù)的庫區(qū)智慧集控
  開發(fā)了融合工�(yè)5G與數(shù)字孿生技�(shù)的長材庫區(qū)�(yuǎn)程集控智慧系�(tǒng),庫區(qū)�(xiàn)場無人操�,僅需2人完成集控室�(yuǎn)程監(jiān)�,徹底轉(zhuǎn)變庫區(qū)工作模式與勞�(dòng)�(huán)境�
 ?。╝)為保證天車服役狀�(tài)與有效作�(yè)率,研發(fā)�(shù)字化無人天車�(shè)備健康狀�(tài)�(yù)測技�(shù),降低設(shè)備故障率,節(jié)省維�(hù)�(fèi)用和備件�
  (b)為保證庫區(qū)�(yùn)行環(huán)境安全可�,開�(fā)EUHT-5G�(yuǎn)程操作與視頻AI識別�(jiān)控技�(shù),保障集控模式下對人員及重點(diǎn)區(qū)域的安全管控�
 ?。╟)開�(fā)全場�3D可視化監(jiān)控與�(shù)字孿生自主決策優(yōu)化技�(shù),實(shí)�(xiàn)每班2人對整�(gè)庫區(qū)的監(jiān)控生�(chǎn),以及復(fù)雜庫區(qū)�(huán)境調(diào)度測試分析與決策�(yōu)��
�5 �(chuàng)新點(diǎn)4及關(guān)鍵技�(shù)
  推廣�(yīng)用情�
  �(xiàng)目研究成果成功應(yīng)用于�?;浽XS鋼鐵棒材智能庫與馬鋼特鋼高線智能�,分別為國內(nèi)首套棒材平面無人庫和首套高線平面無人��(yīng)用業(yè)�,實(shí)�(xiàn)了長材庫區(qū)全自�(dòng)汽車裝運(yùn)、火車裝�(yùn)、下�、入庫、倒庫等各�(xiàng)�(guān)鍵功�,并通過多車�(xié)同優(yōu)化、天車路徑動(dòng)�(tài)�(yōu)化等方法,有效提升了庫區(qū)�(yùn)行效��
�6 珠海粵裕豐棒材智能無人庫
�7 馬鋼特鋼高線智能無人�
  此外,本�(xiàng)目全部或部分成果推廣�(yīng)用于首鋼、鞍�、漣鋼、南�、中冶新材等企業(yè),示范與推廣�(yīng)用項(xiàng)目共�(jì)11�(xiàng),應(yīng)用效果良�,輻射作用顯著�
  技�(shù)指標(biāo)先�(jìn)�
  本項(xiàng)目在�(jī)器視覺檢�、天車定位控制以及智能庫管三�(gè)方面相比國外技�(shù)具有全面�(yōu)勢:
 ?�?)機(jī)器視覺檢測精度指�(biāo):汽車識別精度與火車識別精度均優(yōu)于國外先�(jìn)品牌;實(shí)�(xiàn)了檢測場景從鞍座測量到棒、線材庫區(qū)全覆蓋的拓展;相比國外品�,從汽車掃描用時(shí)15s,提升至500ms在線瞬態(tài)掃描�
 ?�?)天車定位控制精度與效率指標(biāo):基于視覺檢測實(shí)�(xiàn)針對物料的�25mm閉環(huán)定位控制的重要突�,保證了長材無人天車全自�(dòng)精準(zhǔn)、安全控制;通過自主知識�(chǎn)�(quán)防搖擺控制技�(shù),四軸聯(lián)�(dòng)以及多段路徑�(xié)同控制技�(shù),單吊運(yùn)行時(shí)間平均減�20s�
  �3)智能庫管技�(shù)指標(biāo):相比國外品�,天車貨車協(xié)同調(diào)度、多天車�(fù)載均�、入庫垛位優(yōu)化、天車路徑規(guī)劃等多項(xiàng)�(guān)鍵功能均具有�(yōu)��
  本項(xiàng)目授�(quán)�(fā)明專�13�、實(shí)用新型專�3�,計(jì)算機(jī)軟件著作�(quán)16�(xiàng),主持及參加制定國家�(biāo)�(zhǔn)2�(xiàng)、行�(yè)�(biāo)�(zhǔn)1�(xiàng)、團(tuán)體標(biāo)�(zhǔn)2�(xiàng),發(fā)表科技論文17��
  �(xiàng)目成果由中國鋼鐵工業(yè)�(xié)�(huì)組織行業(yè)專家評價(jià),一致認(rèn)為:成果�(chuàng)新性強(qiáng),具有完全自主知識產(chǎn)�(quán)�整體技�(shù)�(dá)到國際領(lǐng)先水�,經(jīng)�(jì)效益和社�(huì)效益顯著,推廣前景廣闊。項(xiàng)目突破棒線材無人庫區(qū)相關(guān)技�(shù)的瓶�,并有望繼續(xù)向熔融金屬吊�(yùn)、型�、鋼管等技�(shù)難度更高的領(lǐng)域拓展技�(shù)研發(fā)與工�(yè)�(yīng)用�
  �(jīng)�(jì)與社�(huì)效益
  本項(xiàng)目經(jīng)�(jì)效益顯著,截止到2022�,項(xiàng)目成果推廣銷售業(yè)�11�(xiàng),合同額3915萬元�2019~2021年,4家聯(lián)合研�(fā)單位新增銷售�25.3億元,新增效�6.2億元�
  本項(xiàng)目具有重要的社會(huì)效益�
  �1)實(shí)�(xiàn)了環(huán)境更�(fù)�、精度要求更高的長材無人庫的�(yīng)用突破,為國�(nèi)大量的長材生�(chǎn)企業(yè)提供了亟需的關(guān)鍵技�(shù),幫助工作人員從惡劣工作�(huán)境與繁重體力勞動(dòng)中解放出��
 ?�?)從帶卷智能庫技�(shù)由國外引�(jìn)到長材智能庫自主技�(shù)引領(lǐng),打破了國外的技�(shù)壁壘�
  �3)對于推�(dòng)長材智能工廠的少人化、高效化建設(shè)、信息流斷點(diǎn)貫�、跨工序跨業(yè)�(wù)�(xié)同管控,具有重要支撐作用�
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