舟山魚山島上，一座現代化綠色石化基地正在崛起。作為浙江自貿試驗區核心組成部分，這一世界上投資最大的單體產業項目，將于今年建成投產。而挑戰和考驗也隨之而來——浙江各類大型球罐將新增200余(yu)臺(tai)，總數達到600余(yu)臺(tai)。如何(he)才能保障如此龐大(da)數量的球罐安全？

近日，記者從浙江省市場監管局了解到，省特種設備科學研究院（以下簡稱省特科院）攻堅六年后首戰告捷：成功研制出國內首款球罐爬壁打磨機器人。而且，通過(guo)“實戰(zhan)”，機(ji)器人的表現(xian)讓人驚艷，已經(jing)被不少單(dan)位(wei)“請”了(le)過(guo)去。

一場(chang)更人性化、更高效率(lv)、更具科技感的“機(ji)器換人”變革，正在深刻(ke)地影響整(zheng)個行業。

“機器換人”呼聲日漲

新(xin)增(zeng)200余臺大(da)型球罐帶來的數量上(shang)的“壓力”，只是迫切(qie)需要球罐爬壁打磨機(ji)器人的一(yi)個方面。

其實早在6年前，省特科院就開(kai)始為未來“布(bu)局(ju)”。

省(sheng)特(te)科院科研所(suo)所(suo)長(chang)凌張偉博(bo)士介紹說，球(qiu)罐(guan)焊縫部位容易發生裂紋和缺陷，每三年左右就(jiu)需進行質量檢測。為保證數據(ju)精(jing)準，檢測過(guo)程對焊縫表面(mian)光潔度具有(you)較(jiao)高要求，打磨(mo)除銹是必不可少(shao)的(de)前提工序。但人工打磨(mo)，難關重(zhong)重(zhong)，其中(zhong)最難的(de)就(jiu)是作(zuo)業(ye)環(huan)(huan)境(jing)極度惡(e)劣。來(lai)看一(yi)(yi)組數據(ju)：球(qiu)罐(guan)直徑一(yi)(yi)般(ban)超過(guo)10米(mi)，像直徑21.2米(mi)的(de)球(qiu)罐(guan)能達5000立(li)方米(mi)。而每完成(cheng)一(yi)(yi)個5000立(li)方的(de)球(qiu)罐(guan)，需要一(yi)(yi)名打磨(mo)工在80分貝的(de)環(huan)(huan)境(jing)聲中(zhong)勞作(zuo)一(yi)(yi)周以上(shang)。

在密閉(bi)空(kong)間中，即便佩戴專業(ye)口罩(zhao)、眼罩(zhao)、身穿(chuan)防護服，也無法(fa)阻擋鐵屑從(cong)呼吸道侵入人體(ti)。而且，當(dang)球罐內(nei)殘留的(de)氣相介質(zhi)濃度達(da)到極限時還可能引發爆炸(zha)，所以打(da)磨(mo)工必須有(you)豐富的(de)經驗(yan)和過硬(ying)的(de)心理承壓能力(li)。而目前打(da)磨(mo)工作者的(de)平均年齡高于55歲(sui)，勞動力(li)緊缺(que)是不爭的(de)事(shi)實。

經(jing)濟成本和時(shi)間成本也是大問題。凌張偉介紹，目前(qian)人工(gong)(gong)作業需(xu)要(yao)在(zai)球罐內外部搭建腳手架，成本約20萬元，時(shi)間長(chang)、費用(yong)高。遇上(shang)打(da)磨(mo)質量不過關的，還需(xu)返工(gong)(gong)，延誤工(gong)(gong)期。

在這樣的背景下，企業和檢驗機(ji)構尋找機(ji)器替代品的需(xu)求日(ri)益強烈。

攻克難題拿下專利

2014年，在(zai)省(sheng)市場監管局科(ke)技(ji)項目(mu)以及(ji)質量技(ji)術(shu)基礎（NQI）項目(mu)等支持下(xia)，省(sheng)特科(ke)院在(zai)全(quan)國率先啟動球罐打(da)磨機(ji)器人的研究和應(ying)用，并投入數千萬建設特種設備機(ji)器人智能檢測(ce)技(ji)術(shu)研發中心(xin)。

“一是不(bu)能掉，二是打得好。”這是機器(qi)人(ren)研(yan)發團(tuan)隊面(mian)臨的(de)(de)兩大技術難題。團(tuan)隊最先想(xiang)到的(de)(de)爬壁機器(qi)人(ren)最通(tong)用(yong)的(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)技術——永磁體吸(xi)(xi)附(fu)。但放在(zai)球罐打磨應用(yong)環境下，問題很快來了：不(bu)能盲目加(jia)大磁鐵，否則會增加(jia)機器(qi)人(ren)的(de)(de)體積和負(fu)載(zai)重量。通(tong)過反復(fu)試(shi)驗(yan)，團(tuan)隊探索出(chu)特殊的(de)(de)磁橋和磁場(chang)布置方(fang)式，在(zai)吸(xi)(xi)附(fu)力與負(fu)載(zai)之間達(da)到平衡(heng)，第一代原型機由此誕(dan)生(sheng)。

然而在(zai)應(ying)用試驗過程中，新問(wen)題又出現(xian)了：焊縫兩側需打磨的路徑寬度約300mm，固定(ding)打磨或擺臂(bei)式打磨效(xiao)率太(tai)低(di)，球(qiu)罐是曲面的，平面打磨頭如(ru)何緊貼(tie)壁面的同時(shi)又不打磨過度？團隊逐一嘗試了高(gao)壓水除銹(xiu)、激(ji)光除銹(xiu)等(deng)方法，但都存在(zai)打磨質量(liang)不高(gao)、易銹(xiu)、成本高(gao)等(deng)缺(que)陷。

團隊沒有(you)放棄(qi)，又“回頭”選擇(ze)了機械打(da)磨，并探索出獨立懸掛(gua)、分段打(da)磨的(de)方式。最(zui)終，三個打(da)磨毛(mao)刷以“品”字形排列，達(da)到立體浮動的(de)效果(guo)。而(er)毛(mao)刷的(de)材質、排列也(ye)幾經(jing)修改(gai)，最(zui)終選用(yong)交叉排列的(de)鍍銅鐵絲刷，以確(que)保達(da)到最(zui)合適的(de)密(mi)度和柔性。

第二代試驗機(ji)誕生了，機(ji)器人在特殊環境下已基本能夠完成球(qiu)罐焊縫打磨任務。

來看看國內首款(kuan)爬壁(bi)打(da)磨機(ji)器人的“功夫”：能(neng)在(zai)零下20℃到65℃環境下作業(ye)，速(su)度(du)高于0.5米/分，質量符合超聲、磁(ci)粉等無損檢測作業(ye)要求，在(zai)國內處于領先水平(ping)。截至2019年年底，這款(kuan)機(ji)器人共授權專(zhuan)利(li)12項，其中發(fa)明專(zhuan)利(li)5項、實(shi)用新型(xing)專(zhuan)利(li)7項。

產業化應用初具成效

完美表(biao)現(xian)還需要通過(guo)“實戰”來(lai)驗(yan)證。團隊將目(mu)光投向了(le)浙江(jiang)鴻基石化股份有(you)限公司。

作為(wei)對先進科(ke)技成果轉(zhuan)化為(wei)生產(chan)力高(gao)度關注的企業，公司(si)負責人一(yi)(yi)度將信將疑(yi)：“我們一(yi)(yi)直期待(dai)有這樣一(yi)(yi)款機器人，但又覺得需要攻克的難點太多了(le)，簡直是不可(ke)完成的任務(wu)。”

但(dan)憑借多年的(de)信(xin)(xin)任(ren)，公(gong)司決(jue)定出(chu)人出(chu)力出(chu)設備，主動配合球罐爬壁打磨機器(qi)(qi)人的(de)工(gong)程(cheng)測試。“要知道，萬一機器(qi)(qi)人在操作過(guo)程(cheng)中墜落，不僅機器(qi)(qi)人會損壞，更會砸傷球罐導致企業千萬損失。但(dan)我(wo)們都(dou)對這款凝(ning)聚6年心(xin)血的(de)機器(qi)(qi)人充滿信(xin)(xin)心(xin)！” 凌張偉(wei)說(shuo)。

第一次(ci)(ci)工(gong)程測試開始。和以(yi)往操作人(ren)員(yuan)終日在罐(guan)(guan)中(zhong)不同，如(ru)今技術人(ren)員(yuan)出(chu)入球(qiu)罐(guan)(guan)只需(xu)兩次(ci)(ci)：一次(ci)(ci)放入機器(qi)人(ren)，一次(ci)(ci)拿出(chu)。期(qi)間，被設置(zhi)好速(su)度和力度的機器(qi)人(ren)，目(mu)標明(ming)(ming)確，馬力全開。由于(yu)機器(qi)人(ren)自(zi)帶攝像頭，球(qiu)罐(guan)(guan)中(zhong)的情(qing)況(kuang)、機器(qi)人(ren)自(zi)身(shen)每個舉動以(yi)及每一道工(gong)序質量，都逃(tao)不過指揮人(ren)員(yuan)的眼睛。測試證明(ming)(ming)：打磨效果(guo)明(ming)(ming)顯優(you)于(yu)人(ren)工(gong)作業，且(qie)安(an)全可靠。

“太棒了，這正是我們(men)夢寐以(yi)求的！”當場，公司負責人就與凌張偉定下約定：一(yi)旦(dan)機器人具(ju)備應用條件，他(ta)們(men)第一(yi)時(shi)間合作。

目前(qian)，這(zhe)款機器人(ren)已(yi)經在浙江物產化(hua)(hua)工(gong)、浙江鴻基、浙江眾立等嘉興、杭州等地區的(de)化(hua)(hua)工(gong)、儲運等公司得(de)到(dao)應用，先后開展球(qiu)罐打磨作業(ye)10余臺，打磨效率(lv)是人(ren)工(gong)的(de)2-3倍。

最新的第三(san)代(dai)球罐打磨機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)也已具備(bei)產業(ye)化條(tiao)件(jian)。特科院同(tong)時又(you)開(kai)始研究(jiu)包(bao)括超聲檢(jian)測(ce)機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)和磁粉檢(jian)測(ce)機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)在內的系(xi)列化機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)，探(tan)索(suo)“一條(tiao)龍(long)”的機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)解決方案，為(wei)迎接大型承壓設備(bei)檢(jian)驗檢(jian)測(ce)“機(ji)(ji)器(qi)(qi)換人(ren)(ren)”時代(dai)打下基礎(chu)。