從防塵面罩到無塵車間，世界首臺智能碳電極清理機(jī)器人的研發(fā)之路

作者： 2021年08月30日 來源： 瀏覽量：
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2020年，中國原鋁產(chǎn)量占全球原鋁總產(chǎn)量的比例達(dá)到56.79%。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展建設(shè)，中國的原鋁產(chǎn)量不僅是世界首位，還在近年來長期占據(jù)全球原鋁總產(chǎn)量五成的比例。鋁工業(yè)的建設(shè)成就，有力支撐了建筑、汽車、航空等行業(yè)
　　2020年，中國原鋁產(chǎn)量占全球原鋁總產(chǎn)量的比例達(dá)到56.79%。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展建設(shè)，中國的原鋁產(chǎn)量不僅是世界首位，還在近年來長期占據(jù)全球原鋁總產(chǎn)量五成的比例。鋁工業(yè)的建設(shè)成就，有力支撐了建筑、汽車、航空等行業(yè)的發(fā)展。產(chǎn)能得到擴(kuò)充之外，中國鋁工業(yè)的技術(shù)也趨于先進(jìn)，各項節(jié)能減排技術(shù)得到應(yīng)用，綜合交流電耗達(dá)到世界領(lǐng)先水平。


　　然而，在原鋁的生產(chǎn)過程中，工藝和流程復(fù)雜，難以避免地帶來了高溫、粉塵、噪音等工作環(huán)境惡劣的問題。同時，以鋁為代表的有色金屬行業(yè)普遍存在著較大的環(huán)保和勞動力緊缺壓力。
　　在冶金工業(yè)中，電解法是一項重要的技術(shù)路線，并被廣泛應(yīng)用在鋁行業(yè)。電解過程中作為陽極的碳塊，以石油焦和瀝青為主原料，整體質(zhì)量接近1噸。在燒結(jié)過程中，一千多度的高溫焙燒會讓碳電極發(fā)生不規(guī)則形變，令其表面凝結(jié)較多雜質(zhì)，形成凹凸不平的結(jié)塊。由于結(jié)塊質(zhì)地堅硬、不平整，碳電極本身也存在形變，傳統(tǒng)的自動化設(shè)備無法對非標(biāo)的碳電極進(jìn)行統(tǒng)一清理，原鋁生產(chǎn)企業(yè)通常只能用人工的方式清理。


　　一個工人通常需要10~30分鐘才能完成一塊碳電極的清理工作，而高溫環(huán)境、粉塵對碳電極清理工人的健康形成了難以預(yù)估的潛在影響。


　　人工清理工作通常需要在夜間進(jìn)行，以避免影響白天的生產(chǎn)，也減少清理過程中揚(yáng)塵給周邊環(huán)境帶來的危害。一晚上的工作結(jié)束之后，清理工人們?nèi)矶紩礉M黑色的碳粉，連口罩都會被染黑。此前，某廠的碳電極在清理過程中還發(fā)生過意外傾倒，1噸重的碳塊砸到清理工人，釀成了安全事故……
　　WATTMAN瓦特曼聯(lián)合創(chuàng)始人陳洪先生是冶金工業(yè)領(lǐng)域資深專家，擁有超過二十年的冶金自動化產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗，對鋁行業(yè)的碳電極清理這一實際痛點有著多年的深刻體會。WATTMAN瓦特曼創(chuàng)始人、前騰訊無人駕駛團(tuán)隊技術(shù)負(fù)責(zé)人陳仁博士在了解到該問題后，同陳洪先生一起帶領(lǐng)技術(shù)團(tuán)隊深入生產(chǎn)一線，同國內(nèi)多家鋁企進(jìn)行了深入的調(diào)研和持續(xù)探討。
　　經(jīng)過數(shù)月的調(diào)研，以及和山東某鋁工業(yè)龍頭企業(yè)的現(xiàn)場實地流程分析，瓦特曼團(tuán)隊與該鋁業(yè)集團(tuán)確定了碳電極清理機(jī)器人的相關(guān)研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)目標(biāo)：
　　單個碳電極的清理控制在3分鐘內(nèi)
　　碳電極的清理保持連續(xù)性，實現(xiàn)流水線式全無人化智能作業(yè)
　　機(jī)器人能靈活適配、智能清理各種不同規(guī)格和型號的碳電極
　　每月累計停機(jī)維護(hù)時間在12小時內(nèi)
　　配備無人自動收塵系統(tǒng)實現(xiàn)車間無塵化
　　陳仁博士憑借其在人工智能和無人駕駛領(lǐng)域頂級技術(shù)專家的深厚積累，在帶領(lǐng)瓦特曼團(tuán)隊經(jīng)過細(xì)致的實地調(diào)研、理論驗證、算法創(chuàng)新后，確定了解決碳電極清理核心難題的技術(shù)架構(gòu)和路線框架，于2019年正式開啟了碳電極清理機(jī)器人的研發(fā)工作。
　　在研發(fā)過程中，多項工業(yè)自動化手段無法解決的核心難題，被瓦特曼技術(shù)團(tuán)隊運用3D視覺定位、智能動態(tài)識別、多源傳感器融合、智能力控算法、實時路徑規(guī)劃等高新技術(shù)逐一攻克。
　　碳電極頂部孔槽（炭碗）是清理的重要難點之一，直徑十厘米左右的內(nèi)圓孔槽不僅布滿了結(jié)塊，還有6個方形炭碗斜槽。該區(qū)域的機(jī)械清理，對刀具的落點和打磨角度有極高的精度要求。實際誤差不得超過1°，否則刀具在清理過程中會對碳電極基體造成損傷。


　　負(fù)責(zé)該項目的工程師們在4個月的時間里經(jīng)過多種嘗試后，確定了三維點云實時定位分析的方案，將刀具的精度提升了8倍。通過應(yīng)用深度學(xué)習(xí)方法，對點云及圖像進(jìn)行分析，提取目標(biāo)物表面毛刺、裂縫等異常信息，WATTMAN 3D智能清理打磨機(jī)器人可將角度誤差控制在0.5度左右，打磨誤差控制在1mm以內(nèi)，高效精準(zhǔn)地完成清理任務(wù)。
　　除此之外，力控算法機(jī)精度控制，多源傳感器融合、復(fù)雜末端執(zhí)行結(jié)構(gòu)、非規(guī)則形變智能匹配、耐高溫、抗粉塵干擾等近百項技術(shù)難點都在相對艱苦的環(huán)境里，被瓦特曼的工程師們逐一完美解決。
　　經(jīng)過近30次的軟硬件系統(tǒng)不斷迭代升級后，WATTMAN 3D智能清理打磨機(jī)器人在世界范圍內(nèi)首次實現(xiàn)了對非標(biāo)形狀碳電極的實時特征匹配、實時路徑規(guī)劃、智能清理打磨的完全無人化智能化操作。同時，考慮到清理現(xiàn)場的高溫、粉塵環(huán)境對硬件設(shè)備穩(wěn)定性和復(fù)雜場景適應(yīng)性有著頗高的要求，碳電極清理機(jī)器人還搭配了實時收塵系統(tǒng)、高溫防護(hù)、安全防護(hù)系統(tǒng)、智能預(yù)警系統(tǒng)等附加設(shè)備和功能，確保機(jī)器人在清理現(xiàn)場能夠應(yīng)對惡劣的工作環(huán)境，減少相關(guān)設(shè)備風(fēng)險。
　　在2020全球鋁業(yè)周行業(yè)峰會上，瓦特曼受邀并在會場預(yù)發(fā)布并演示W(wǎng)ATTMAN 3D智能清理打磨機(jī)器人，引起會場鋁行業(yè)資深人士和專家的高度認(rèn)可和積極反響。在發(fā)布會后的一個月內(nèi)，瓦特曼就收到國內(nèi)外超30家企業(yè)的深度意向訂單。
　　目前，在采購WATTMAN 3D智能清理打磨機(jī)器人的某世界知名鋁業(yè)集團(tuán)，可以實現(xiàn)完全無人化的碳電極清理。1噸重的碳電極清理時間從二十分鐘以上縮短至3分鐘以內(nèi)，平均清理時間在2分30秒。
　　總體上，現(xiàn)版本的WATTMAN 3D智能碳電極清理機(jī)器人實現(xiàn)了以下技術(shù)目標(biāo)：
　　平均2分30秒完成單個碳電極清理，電極清理效率提高6~10倍
　　執(zhí)行精度1mm，動態(tài)檢測精度0.1mm/s，偏轉(zhuǎn)誤差小于0.5°
　　碳電極基體不受損失
　　IP67級防護(hù)，可在-10℃-55℃正常工作
　　搭配實時收塵系統(tǒng)，作業(yè)現(xiàn)場實現(xiàn)完全無人無塵化車間
　　目前最大連續(xù)作業(yè)時間已超 1000小時
　　WATTMAN 3D智能碳電極清理機(jī)器人
　　經(jīng)過兩年多的研發(fā)與打磨后，瓦特曼最終為碳電極清理這一鋁行業(yè)的共性核心痛點提供了卓有成效的解決方案，真正實現(xiàn)了打磨車間的無人無塵化。清理效率和質(zhì)量的大幅提升之外，還大幅減少了粉塵污染，徹底將工人從這一復(fù)雜、惡劣、純體力、高危的工作環(huán)境中徹底釋放出來。


　　在傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域，碳電極的清理工作還只是諸多痛點中的冰山一角。鋼鐵冶金、有色金屬、礦山等原材料工業(yè)工藝流程嚴(yán)格、作業(yè)環(huán)境相對復(fù)雜，高溫、粉塵、噪音等不利環(huán)境因素，對人體所帶來的影響雖然無法進(jìn)行直接驗證，但卻讓年輕人對相關(guān)工作崗位望而卻步，導(dǎo)致了重工業(yè)企業(yè)用工斷層等問題。
　　針對原材料工業(yè)領(lǐng)域的諸多痛點問題，瓦特曼還研發(fā)了智能冶金撈渣機(jī)器人、高溫冶煉容器內(nèi)襯侵蝕智能檢測系統(tǒng)、全智能無人天車等在行業(yè)具有通用性的人工智能解決方案和產(chǎn)品，旨在解決重工業(yè)領(lǐng)域的各類實際痛點，在惡劣的工作環(huán)境下，將具有一定危險性的繁重工作實現(xiàn)機(jī)器替代。

　　全智能無人天車
　　熔爐內(nèi)襯檢測
　　經(jīng)過近三年的產(chǎn)品研發(fā)和行業(yè)積累，瓦特曼的數(shù)款產(chǎn)品創(chuàng)造了多個行業(yè)的世界首例機(jī)器人標(biāo)桿，目前已在多家年產(chǎn)值千億級的大型企業(yè)落地應(yīng)用。寶武集團(tuán)、中國鋁業(yè)、國電投、金川集團(tuán)、首鋼集團(tuán)、河鋼集團(tuán)等世界500強(qiáng)企業(yè)，華菱集團(tuán)、攀鋼集團(tuán)等多家中國500強(qiáng)企業(yè)，信發(fā)集團(tuán)、東方希望、冶控集團(tuán)、太重集團(tuán)等諸多重點骨干工業(yè)企業(yè)均為瓦特曼智能戰(zhàn)略合作客戶。

　　在與客戶的合作溝通中，瓦特曼技術(shù)團(tuán)隊對行業(yè)、工藝流程的理解得到了客戶普遍的贊譽(yù)。同時，從成本回收的角度來看，新型解決方案的應(yīng)用也為瓦特曼的客戶帶來了實際的經(jīng)濟(jì)價值。在工業(yè)智能化革命的浪潮下，智能制造解決方案的優(yōu)勢與價值將愈發(fā)顯著。
　　作為行業(yè)領(lǐng)先的高新技術(shù)企業(yè)，WATTMAN瓦特曼將推動人工智能技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的運用，解決各類行業(yè)痛點，幫助工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)高效清潔的生產(chǎn)，完成降本增效的企業(yè)升級轉(zhuǎn)型。
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