从高楼大厦的“骨骼”，到机械设备的“经络”，钢铁工业担当着国民经济的重要“脊梁”。当前，我国虽已建成全球产业链最为完整的钢铁工业体系，但整个产业仍面临产能过剩、效率较低、节能降碳、创新能力不足等挑战。在此背景下，以鞍钢集团为代表的中国钢铁企业，正围绕降本提质增效目标不断提升智能化水平，而无人行车与库区的智能化建设正成为其中极具代表性的场景。
鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司（简称“鲅鱼圈分公司”）是鞍钢集团对标具有国际竞争力的领先钢铁样板工厂而建，从创立之初就坚持高端化、智能化、绿色化发展方向，连续三年跻身“中国卓越钢铁企业品牌”，获评“首批双碳最佳实践能效标杆示范企业”等，稳居行业第一梯队。
为了解决传统行车作业存在操作人员需求量大、技能参差不齐、缺乏高效调度系统、设备运维复杂度高等难题，鲅鱼圈分公司基于施耐德电气行业领先的IACS智能库区及无人行车系统（Integrated Autonomous Crane System），落地了“1580热轧卷库智能化库区及无人行车改造项目”。该项目自2023年2月开始改造，2024年8月正式竣工，投运后实现了行车无人化和库区智能化运行，减少吊车操作人员超过30名，车间运行的安全性、产品质量和生产效率均大幅提升，其中运行效率较改造之前提升23%，成为鞍钢集团先进智能制造的示范项目。
传统热轧车间面临效率、质量、安全多重挑战
鲅鱼圈分公司1580热连轧工程是一条具有完全自主知识产权的热连轧生产线，可生产23个系列、107个品种、上万个规格的产品。1580热轧成品库车间共有4跨14台行车，年产约400万吨，具有作业类型多、作业负荷高、流程复杂等特点。
在钢铁生产的关键流程中，热轧成品库是物流衔接和生产节奏控制的重要枢纽。然而，库区管理系统不完善和落后的装备会带来效率、质量与安全等一系列挑战：
首先，传统的行车吊运操作效率相对较低。一台行车如果要完成一次钢卷吊运，需要一位机组操作员通过对讲机和吊运计划单传递吊运信息，一名行车工操控行车，一名库位工找准库位，存在人员需求量大、信息易丢失、危险系数高等难题。
其次，在人员工作强度方面，热轧卷作为非标准化产品，每一卷都有唯一标识的钢卷编号。现场工作人员需要对每一个钢卷进行位置录入跟踪，工作强度大，而且查找钢卷位置的效率较低。
与此同时，安全问题始终如影随形。行车在距离地面约15米的位置运行，人员在地面操作，二者频繁交叉作业，存在安全隐患。
最后，产品质量问题也亟待解决。人工司机操作行车时，由于吊运精度不高，夹钳容易对热轧卷表面造成划伤或压痕，直接影响产品品质。一旦发生问题，还需将钢卷退回返修，导致资源浪费和客户满意度下降。
鞍钢集团鲅鱼圈分公司钢铁热轧部首席工程师孙伟表示：“面对传统库区管理和行车作业存在的种种挑战，施耐德电气为我们提供了行业领先的IACS无人行车系统，它包含面向钢铁行业定制的WMS库区管理系统、行车自动化、地面控制和行车运行监控系统四大核心。通过基于AI的调度算法和先进的自动化技术，实现跨间资源动态分配，有效帮助我们优化多台行车的协同性，减少冲突作业。”
打造复杂度高系统性能强大的无人行车解决方案
日常运营中，库区需要全流程处理每一个钢卷，作业量巨大，生产效率要求高。施耐德电气通过先进的调度算法和领先的自动化技术，携手鲅鱼圈分公司打造了目前市面上复杂度高，系统性能强大的无人行车解决方案。
施耐德电气工业自动化钢铁行业经理宋跃辉表示：“无人行车解决方案基于施耐德电气EcoStruxure一体化架构，采用AI技术制定库区管理策略，在动态堆场资源分配技术，闭环防摇控制技术、实时扫描与3D识别技术、动态三轴联动技术、行车路径优化技术、运行中禁吊区避让技术等方面做出诸多突出创新，让钢铁企业的库区运行更加安全、可靠、高效。”
动态资源分配算法担当着整个系统的“核心大脑”。通常而言，库区中每增加一台行车，调度算法的复杂程度都会呈现指数级增长，而该项目涉及4跨14台行车，多台行车到同一区域交叉作业时存在避让问题。同时，要求极高的单位时间消峰能力。针对于此，先进的动态资源分配算法能够综合考虑生产计划、设备状态、码垛原则、行驶路线等因素，结合库区作业的动态特性及装卸过程，建立库区资源优化分配的数学模型，减少库区内倒库作业，降低库区的装卸作业时间，实现整个作业流程的效率最优。
实时扫描与3D识别技术则为库区装上一双“智慧眼睛”。库区的钢卷间距小，且鞍座不规整，要求极高的定位、消摆和识别能力。实时扫描与3D识别技术基于安装在行车上的扫描仪来判断钢卷的尺寸、抓取的位置，从而实现更精确的自动抓取、全自动卡车鞍座识别、全流程无人装卸，同时实时3D扫描技术能检测钢卷的外形缺陷，如断带，塔形卷等，提高安全系数。
此外，高精度的闭环防摇控制技术能有效减少物料摇摆，实现行车和物料的精准定位，提高行车作业效率；动态三轴联动技术能同时控制纵向、横向、高度方向联动，优化行车作业时间，提升物流效率。施耐德电气用创新的技术和解决方案，引领钢铁行业迈向库区管理的数字化新征程。
实现从入库到出库的全流程无人化作业
如今，经过改造的1580热轧卷库区实现了从热卷入库到打包、平整、倒运、取样以及钢卷出库的全流程无人化作业，满足单天1.3万吨全流程产能需求。工作人员只需要编制好生产计划、转库驳运计划，系统就能自动分配任务并设定行车行驶路线完成吊运作业，并可24小时不间断运行，提高吊运作业的标准化和连续运行作业效率，降低因人为因素造成的停机时间、往返路程、搜寻时间和倒库次数。
入库环节，系统能够依据各跨的实际库容、存储能力以及行车作业情况，在兼顾工序的前提下，进行普通钢卷和特殊钢卷的智能分流：分卷原料智能进平整跨区，缓冷钢卷智能入坑，缺陷钢卷智能标记化。单跨小时下卷能力平均在16卷，下卷能力完全满足轧线生产需求。
包装环节，为了充分发挥无人行车连续运行的优势，对包装钢卷包装时间进行柔性调配，并通过提前倒垛、行车协同等功能实现包装钢卷的及时缴库；通过围栏、安全门锁、安全限位等设备的安装并配合安全作业流程、行车自动绕行、安全系统监控等措施，保证打包作业人员的安全。
当作业空闲时，系统还能控制无人行车开启预倒垛功能，按照后续工艺自动对钢卷堆垛进行整理，例如：当分卷步进梁满，行车会自动将原料备到上料区；发货没有发货任务时，按照合同号进行钢卷整理，同时将钢卷吊运至离装车最近的位置，大大提高了分卷备料效率和发货效率。
随着项目正式投运，自动运行率达到99%以上。而无人行车的规范化标准化作业，也使得人工操作行车造成的质量问题和安全事故均降为0。
除了效率的优化、人员的减少以及产品质量的提升，鲅鱼圈分公司的管理模式也由此实现了升级——现在，坐在中控室，管理人员即可通过数字孪生模型查看行车运行情况，以数字化替代传统人工传递和管理信息的模式。
鞍钢集团鲅鱼圈分公司钢铁热轧部生产主任杨玉青表示：“鞍钢1580卷库是目前业内作业量最高、流程最复杂的钢卷库之一，我们携手施耐德电气在该钢卷库取得的智能化实践成果，将为钢铁行业的更多复杂库区提供可借鉴、可复制的蓝本。未来，鞍钢集团还将与施耐德电气一起，全方位推进企业数‘智’化转型和绿色发展，打造钢铁行业智能制造新标杆！”
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