在巴彥淖爾市天盛新材料公司鈰生產(chǎn)車(chē)間，橙黃色的機(jī)械臂正穩(wěn)穩(wěn)地懸在1050℃的熔鹽電解爐上方，爐口翻涌著刺眼的白光，靠近時(shí)明顯能感到灼人的熱浪。機(jī)器人正不慌不忙地將舀勺探入熔鹽，攪拌、舀出、轉(zhuǎn)身、澆鑄……動(dòng)作一氣呵成。
十幾米外的中控室內(nèi)，曾經(jīng)在爐前揮汗如雨的工人郭利平師傅，此刻正坐在電腦前，盯著屏幕上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄出料次數(shù)和設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。
“我在爐前站了15年，以前每到夏天，車(chē)間里40多度，防護(hù)服里的衣服能擰出水來(lái)。”郭利平摘下安全帽，指著正在作業(yè)的機(jī)器人說(shuō)，“這位機(jī)器人‘新同事’攪拌出料又穩(wěn)又勻，幫了我們大忙。現(xiàn)在只需做好數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、實(shí)時(shí)監(jiān)控作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)就行！”
從“汗水驅(qū)動(dòng)”到“智慧驅(qū)動(dòng)”，幫了郭師傅“大忙”的這臺(tái)機(jī)器人“新同事”，是上海交通大學(xué)內(nèi)蒙古研究院牽頭研發(fā)的國(guó)內(nèi)首臺(tái)稀土電解出料機(jī)器人，目前在內(nèi)蒙古成功完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。
“針對(duì)爐內(nèi)作業(yè)不可見(jiàn)、難預(yù)判等難題，團(tuán)隊(duì)歷時(shí)2年多反復(fù)調(diào)試，讓機(jī)器人學(xué)會(huì)‘看見(jiàn)’爐內(nèi)情況、‘判斷’熔鹽狀態(tài)?？垢邷?、耐強(qiáng)腐的關(guān)鍵技術(shù)突破，將助力稀土冶煉這一傳統(tǒng)高危行業(yè)邁入‘智能無(wú)人’作業(yè)新階段?！毕嚓P(guān)技術(shù)負(fù)責(zé)人、上海交通大學(xué)內(nèi)蒙古研究院特聘專(zhuān)家張偉軍副教授說(shuō)。
內(nèi)蒙古擁有全球最大的稀土電解爐群，僅包頭地區(qū)就有超過(guò)1200臺(tái)電解爐，但長(zhǎng)期以來(lái)，出料這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)，高度依賴(lài)人工操作。工人需身穿厚重的防護(hù)服，戴著耐高溫面罩，憑經(jīng)驗(yàn)和眼力判斷出料時(shí)機(jī)。爐內(nèi)噴濺的熔鹽、彌漫的氟化物煙氣、灼燙的爐壁，多個(gè)環(huán)節(jié)都存在著安全風(fēng)險(xiǎn)。如何將工人從危險(xiǎn)、繁重的爐前作業(yè)中解放出來(lái)，成為稀土冶煉產(chǎn)業(yè)提質(zhì)升級(jí)必須跨越的一道坎。
錨定稀土電解“高溫+強(qiáng)腐蝕”雙極端工況痛點(diǎn)，上海交通大學(xué)內(nèi)蒙古研究院聯(lián)合包頭、巴彥淖爾兩地稀土生產(chǎn)企業(yè)協(xié)同攻關(guān)，將AI智能決策與機(jī)器人控制技術(shù)深度融合，成功研制出國(guó)內(nèi)首臺(tái)適配極端環(huán)境的稀土電解出料智能機(jī)器人。
為推動(dòng)科研成果從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)一線，研究院聯(lián)合企業(yè)開(kāi)展了全工況工業(yè)驗(yàn)證。巴彥淖爾市天盛新材料有限公司相關(guān)負(fù)責(zé)人張建軍表示：“經(jīng)過(guò)4個(gè)月工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，在電解爐滿(mǎn)負(fù)荷連續(xù)生產(chǎn)工況下，稀土電解出料機(jī)器人成功實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)攪拌、精準(zhǔn)舀出、平穩(wěn)澆鑄全流程自動(dòng)化操作，出料質(zhì)量穩(wěn)定可靠，作業(yè)安全性大幅提升，生產(chǎn)效率明顯提高?！?/p>
這臺(tái)機(jī)器人的誕生，并非一蹴而就。稀土電解作業(yè)環(huán)境惡劣，熔鹽溫度高，空氣中彌漫著腐蝕性氣體，普通電子設(shè)備幾分鐘就會(huì)失效。更棘手的是，爐內(nèi)液態(tài)金屬表面覆蓋著熔渣，工人需要憑經(jīng)驗(yàn)判斷液面高度和出料時(shí)機(jī)，而機(jī)器人的“眼睛”和“大腦”很難穿透那片刺眼的火光。
“國(guó)內(nèi)沒(méi)有現(xiàn)成的技術(shù)可以借鑒，我們是從零開(kāi)始，一個(gè)一個(gè)零件選型、一行一行代碼調(diào)試?！睆垈ボ姼嬖V記者。“我們嘗試搭載的AI工藝模型，持續(xù)采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，反向優(yōu)化電解工藝參數(shù)?！?/p>
正是這種“從零開(kāi)始”的攻關(guān)，催生了三大標(biāo)志性創(chuàng)新突破。
最大的突破是“力/位置自適應(yīng)”控制技術(shù)。稀土電解過(guò)程中，陽(yáng)極會(huì)逐漸消耗、舀勺受熱會(huì)變形、爐內(nèi)熔鹽液面不斷波動(dòng)——這些不確定性，對(duì)工業(yè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)幾乎是“噩夢(mèng)”。團(tuán)隊(duì)研發(fā)的力覺(jué)實(shí)時(shí)修正算法，讓機(jī)器人像人一樣“感知”到接觸力的變化，自動(dòng)調(diào)整軌跡和力度，確保每次舀取精準(zhǔn)穩(wěn)定。
“構(gòu)型與防護(hù)一體化設(shè)計(jì)”是另一突破。普通機(jī)器人在氟化物氣體環(huán)境中，電纜不出一個(gè)月就會(huì)被腐蝕斷裂。團(tuán)隊(duì)采用懸掛式冗余構(gòu)型，不干涉人工并行作業(yè)。同時(shí)，全線纜鎧裝包裹、信號(hào)隔離、遠(yuǎn)程控制，形成一套“金鐘罩”，極大延緩了設(shè)備老化變形。
而“基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電解工藝狀態(tài)監(jiān)測(cè)”，是最具“智慧”含量的創(chuàng)新。機(jī)器人通過(guò)攝像頭和多光譜傳感器，實(shí)時(shí)識(shí)別火焰狀態(tài)、槽內(nèi)熔鹽液面、電解終點(diǎn)以及異常工況，形成全流程智能感知決策閉環(huán)。
在巴彥淖爾市天盛新材料有限公司的驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)，記者見(jiàn)證了這套系統(tǒng)的神奇之處。當(dāng)電解爐內(nèi)熔鹽液面下降時(shí)，機(jī)器人自動(dòng)調(diào)整舀勺伸入深度；當(dāng)檢測(cè)到爐內(nèi)溫度異常波動(dòng)時(shí)，它會(huì)放慢動(dòng)作頻率，等待工況穩(wěn)定。整個(gè)過(guò)程中，中控室屏幕上實(shí)時(shí)顯示著爐內(nèi)模擬圖像、機(jī)器人姿態(tài)、預(yù)計(jì)出料量，一切盡在掌握。
張偉軍告訴記者，根據(jù)規(guī)劃，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)未來(lái)3年將針對(duì)單陰極、三陰極等不同爐型，形成系列化產(chǎn)品，逐步覆蓋內(nèi)蒙古2000余臺(tái)電解爐的自動(dòng)化改造需求，重點(diǎn)推進(jìn)“一機(jī)對(duì)多爐”的工程系統(tǒng)部署——即一臺(tái)機(jī)器人通過(guò)軌道移動(dòng)，依次服務(wù)多臺(tái)電解爐，進(jìn)一步降低設(shè)備成本。同步打造稀土電解出料機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)車(chē)間，聯(lián)合行業(yè)組織開(kāi)展技術(shù)成果推廣，為內(nèi)蒙古打造稀土高端應(yīng)用產(chǎn)業(yè)高地注入強(qiáng)勁的科技動(dòng)能。（草原云·正北方網(wǎng)記者 白蓮 通訊員 詹宇）
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