完成人
王晓晨、刘建彬、徐 冬、梁越永、刘 洋、彭进明、彭功状、郭德福、张学军、李全汉、孙 涛、徐言东、邓佑华、邵 健、王 伟
完成单元
北京科技大学、珠海粤裕丰钢铁无限公司、马鞍山钢铁股分无限公司、飞马智科信息手艺股分无限公司、北京科技大学设想研讨院无限公司、湖南华菱涟源钢铁无限公司、河北物流集体金属材料无限公司、北京新岸线挪动多媒体手艺无限公司、广东新岸线科技无限公司
研讨背景与题目
库区作为钢铁出产流程中物流跟尾和出产节拍节制的首要关头，是工场无人化和智能化扶植的底子。传统的轧钢出产车间库区操纵首要依托野生完成，主动化程度低、休息定员多、操纵情况卑劣、宁静出产和职业安康风险高、功课规范化和出产效力低，是严峻限制轧钢产线智能无人化成长的瓶颈。完成天车无人化运转和库区智能调剂，将从底子上改变了库区的功课形式，对进步出产效力，下降出产本钱，改良产物品德具备首要的意思。
2013~2017年，唐钢、宝武、首钢等企业，停止了无人天车与智能库管手艺的研发，针对钢卷库获得利用功效。但是持久以来，占国际钢材总产量45%以上的长材范畴，一直未能冲破库区智能无人化手艺瓶颈。
长材智能无人库手艺开辟，面对三个方面的难点题目：
难点1：比拟卷材具备的规范卷芯内径、法则库位鞍座和卷形刚度，长材麋集多层码放，轻易产生物料形变与位移，定位坚苦，易致使因重心偏离吊具而产生掉落变乱
难点2：多车功课与高节拍出产，对库管体系调剂效力请求极高；
难点3：主动装装车、职员装备宁静等须要，限制无人集控的完成。
处理题目的思绪与手艺计划
针对以上手艺难点题目，北京科技大学结合珠海粤裕丰钢铁无限公司、马鞍山钢铁股分无限公司、飞马智科信息手艺股分无限公司等9家协作单元，针对性立异开辟库区多源信息感知重构手艺、机械视觉切肯定位节制手艺、出产物流优化调剂手艺及长材库区聪明集控手艺等四项关头手艺，成立长材库区智能化管控关头手艺及装备，并完成国际首套棒材、高线智能立体无人库的树模利用。
全体手艺线路如图1所示。
图1 关头手艺与研发途径
首要立异性功效
（1）长材库区的多源信息三维重构与情况感知手艺
针对长材多层麋集码放形成的物料形变、位移不肯定性题目，开辟库区多源信息三维重构和情况感知手艺，并初次利用于长材库区。包含三项关头手艺：
（a）研发基于非反复扫描激光雷达车辆与车载物料辨认手艺，完成车辆与车载物料500ms瞬态辨认定位，检测精度±20mm，保障无人天车对汽车等运载东西的全主动装卸须要。
（b）研发基于双目视觉棒材库区舆图构建与特点辨认手艺，完成库区棒材堆垛的切确辨认，检测精度±30mm。
（c）研发基于线扫描激光雷达库区舆图构建与特点辨认手艺，完成高线卷、火车车箱切确辨认，检测精度±30mm。
图2 立异点1及关头手艺
（2）长材无人天车机械视觉精准定位节制手艺
开辟了长材无人天车的精准定位装备，具备机械视觉闭环节制、吊具防扭捏恍惚变增益节制、多途径协同过渡节制、多车防撞静态节制等功效，保障了长材无人吊运的宁静、高效，单吊运转时候均匀节流20s，主动运转率到达100%。包含三项关头手艺：
（a）开辟机械视觉校核批改定位节制手艺，经由过程起吊前、起吊中、落吊前、落吊后四个时辰的一次与二次地位校核节制，降服钢材堆放外形地位误差，保障长材无人天车±25mm宁静精准定位节制。
（b）为按捺吊运摆动、晋升吊运效力，成立刚软夹杂计划摆动剖析模子，开辟开环分段设定与闭环恍惚变增益防摆节制手艺，保障扭捏角度在±0.45°之内高效运转。
（c）研发四轴联动、多段途径协同和静态防撞手艺，完成躲避风险地区的效力晋升，单吊来去运转时候削减20s，晋升庞杂情况多车协同效力。
图3 立异点2及关头手艺
（3）基于多智能体的长材库区出产物流优化调剂手艺
成立了长材库区高效出产优化调剂体系，包含多车集群静态调剂模子、物料垛位智能决议计划模子、天车途径计划模子等，与同类库区野生调剂比拟，效力晋升20%，多车负载平衡率进步30%，库内倒垛率下降30%。包含三项关头手艺：
（a）为削减库区倒垛，优化吊运间隔，开辟基于多智能体的库区调剂体系和收支库智能决议计划模子，完成库内倒垛率下降30%。
（b）为进步库区多种物流装备协同运转效力，研发了多车、多物流装备协同静态调剂模子，多车负载平衡率进步30%。
（c）提出基于强化进修的无人天车途径计划方式，完成顺应库区情况、计划静态变更的天车途径及时优化，避障吊运效力进步20%。
图4 立异点3及关头手艺
（4）融会财产5G和数字孪生手艺的库区聪明集控
开辟了融会财产5G与数字孪生手艺的长材库区长途集控聪明体系，库区现场无人操纵，仅需2人完成集控室长途监控，完整改变库区任务形式与休息情况。
（a）为保障天车退役状况与有用功课率，研发数字化无人天车装备安康状况展望手艺，下降装备毛病率，节流掩护用度和备件。
（b）为保障库区运转情况宁静靠得住，开辟EUHT-5G长途操纵与视频AI辨认监控手艺，保障集控形式下对职员及重点地区的宁静管控。
（c）开辟全场景3D可视化监控与数字孪生自立决议计划优化手艺，完成每班2人对全数库区的监控出产，和庞杂库区情况调剂测试阐发与决议计划优化。
图5 立异点4及关头手艺
推行利用情况
名目研讨功效胜利利用于珠海粤裕丰钢铁棒材智能库与马钢特钢高线智能库，别离为国际首套棒材立体无人库和首套高线立体无人库利用事迹，完成了长材库区全主动汽车装运、火车装运、下线、入库、倒库等各项关头功效，并经由过程多车协同优化、天车途径静态优化等方式，有用晋升了库区运转效力。
图6 珠海粤裕丰棒材智能无人库
图7 马钢特钢高线智能无人库
另外，本名目全数或局部功效推行利用于首钢、鞍钢、涟钢、南钢、中冶新材等企业，树模与推行利用名目总计11项，利用结果杰出，辐射感化明显。
手艺目标进步前辈性
本名目在机械视觉检测、天车定位节制和智能库管三个方面比拟外洋手艺具备周全上风：
（1）机械视觉检测精度目标：汽车辨认精度与火车辨认精度均优于外洋进步前辈品牌；完成了检测场景从鞍座丈量到棒、线材库区全笼盖的拓展；比拟外洋品牌，从汽车扫描用时15s，晋升至500ms在线瞬态扫描。
（2）天车定位节制精度与效力目标：基于视觉检测完成针对物料的±25mm闭环定位节制的首要冲破，保障了长材无人天车全主动精准、宁静节制；经由过程自立常识产权防扭捏节制手艺，四轴联动和多段途径协同节制手艺，单吊运转时候均匀削减20s。
（3）智能库管手艺目标：比拟外洋品牌，天车货车协同调剂、多天车负载平衡、入库垛位优化、天车途径计划等多项关头功效均具备上风。
本名目受权发现专利13件、适用新型专利3件，计较机软件著述权16项，掌管及参与拟定国度规范2项、行业规范1项、集体规范2项，颁发科技论文17篇。
名目功效由中国钢铁财产协会构造行业专家评估，分歧以为：功效立异性强，具备完整自立常识产权，全体手艺到达国际抢先程度，经济效益和社会效益明显，推行远景广漠。名目冲破棒线材无人库区相干手艺的瓶颈，并无望持续向熔融金属吊运、型材、钢管等手艺难度更高的范畴拓展手艺研发与财产利用。
经济与社会效益
本名目经济效益明显，停止到2022年，名目功效推行发卖事迹11项，条约额3915万元。2019~2021年，4家结合研发单元新增发卖额25.3亿元，新增效益6.2亿元。
本名目具备首要的社会效益：
（1）完成了情况更庞杂、精度请求更高的长材无人库的利用冲破，为国际大批的长材出产企业供给了亟需的关头手艺，赞助任务职员从卑劣任务情况与沉重膂力休息中束缚出来；
（2）从带卷智能库手艺由外洋引进到长材智能库自立手艺引领，突破了外洋的手艺壁垒；
（3）对鞭策长材智能工场的少人化、高效化扶植、信息流断点贯穿、跨工序跨营业协同管控，具备首要支持感化。
