螺旋縫埋弧焊鋼管智能制造發(fā)展與展望

孫志剛，周書亮，李建明，李汝江

（渤海裝備華油鋼管公司，河北 青縣 062658）

縱觀世界近300年的工業(yè)化歷程，制造業(yè)始終處于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心地位，推動(dòng)制造業(yè)智能化是搶抓新一次工業(yè)革命機(jī)遇的重要抓手，是促進(jìn)傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的必然選擇。同時(shí)，制造業(yè)也是促進(jìn)國(guó)家間經(jīng)濟(jì)合作、人員往來(lái)、共同發(fā)展的橋梁紐帶。

近年來(lái)，全球制造業(yè)正邁向數(shù)字化、智能化時(shí)代。為應(yīng)對(duì)制造業(yè)新技術(shù)變革，眾多國(guó)家不約而同地將智能制造作為制造業(yè)未來(lái)發(fā)展的重要方向。美國(guó)的《先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃》，旨在大力推動(dòng)以“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”和“新一代機(jī)器人”為特征的智能制造戰(zhàn)略布局。德國(guó)意欲主導(dǎo)智慧工廠等工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)制定，掌控智能制造的規(guī)則話語(yǔ)權(quán)。日本提出了《機(jī)器人新戰(zhàn)略》、“社會(huì)5.0戰(zhàn)略”等一系列戰(zhàn)略措施支持智能制造的發(fā)展。

新中國(guó)成立70年來(lái)，我國(guó)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)了“由小到大”的轉(zhuǎn)變，目前擁有全球完整的產(chǎn)業(yè)體系和不斷增強(qiáng)的科技創(chuàng)新能力，有力推動(dòng)了國(guó)家工業(yè)化和現(xiàn)代化進(jìn)程，顯著增強(qiáng)了綜合國(guó)力，對(duì)我國(guó)成為世界大國(guó)形成重要支撐。當(dāng)前，新一輪產(chǎn)業(yè)變革正在加速興起，我國(guó)制造業(yè)正處于爬坡過(guò)坎的關(guān)鍵階段，必須堅(jiān)持穩(wěn)中求進(jìn)工作總基調(diào)，堅(jiān)持新發(fā)展理念，推動(dòng)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。目前，中國(guó)螺旋縫焊管的制造技術(shù)水平和工程應(yīng)用取得快速發(fā)展，特別是高鋼級(jí)大直徑厚壁螺旋縫埋弧焊管的制造技術(shù)和工程應(yīng)用方面［1-2］，如西氣東輸、中亞、中俄等高壓大輸量天然氣管道工程，均大量采用了Φ1 422 mm×21.4 mm X80鋼級(jí)的螺旋縫埋弧焊管并獲得成功；Φ1 219 mm×22 mm X80鋼級(jí)的螺旋縫埋弧焊管在世界范圍第一次獲得應(yīng)用。

1 國(guó)內(nèi)外螺旋縫埋弧焊管制造技術(shù)水平現(xiàn)狀

19世紀(jì)美國(guó)首先發(fā)明了螺旋縫埋弧焊管一步法的加工方法，成型與焊接同時(shí)進(jìn)行。1967年，美國(guó)石油學(xué)會(huì)發(fā)布了適用于螺旋縫焊管的API Spec 5L《管線鋼管規(guī)范》。1984年，美國(guó)石油學(xué)會(huì)將螺旋縫埋弧焊管、直縫焊管及無(wú)縫鋼管的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一為同一標(biāo)準(zhǔn)。目前在我國(guó)使用的油氣輸送鋼管的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有 API Spec 5L、GB/T 9711《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》、DNV-OS-F101《海底管線系統(tǒng)規(guī)范》，經(jīng)常涉及到的標(biāo)準(zhǔn)還有ISO 3183《石油和天然氣工業(yè)管道運(yùn)輸系統(tǒng)用鋼管》、CAN/CSA-Z662《油氣管道系統(tǒng)》等。

我國(guó)第一條螺旋縫埋弧焊管生產(chǎn)線始建于1959年，設(shè)備從蘇聯(lián)引進(jìn)，生產(chǎn)的產(chǎn)品鋼級(jí)較低，質(zhì)量水平一般，大部分用于低壓管道［3］。改革開放以來(lái)，隨著我國(guó)石油工業(yè)的發(fā)展，西部油氣資源的開發(fā)推動(dòng)了油氣長(zhǎng)輸管線的建設(shè)。近年以來(lái)，西氣東輸管線、陜京管線、中俄管線等工程建設(shè)推動(dòng)了我國(guó)螺旋縫埋弧焊管技術(shù)的進(jìn)步，其主干線所需鋼管全部實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。

2 螺旋縫埋弧焊管生產(chǎn)線技術(shù)進(jìn)步情況

國(guó)內(nèi)外主流螺旋縫埋弧焊管生產(chǎn)工藝分為一步法和兩步法。一步法生產(chǎn)工藝是指鋼管成型和焊接在焊管主機(jī)上同步完成。機(jī)組有前擺和后擺之分，前擺機(jī)組和后擺機(jī)組都是以成型器為回轉(zhuǎn)中心，分為前橋和后橋兩部分。前橋繞成型器轉(zhuǎn)動(dòng)為前擺式，后橋繞成型器轉(zhuǎn)動(dòng)為后擺式，這兩種方式的主要生產(chǎn)流程相同。

2.1 自動(dòng)焊接工藝進(jìn)步

螺旋縫埋弧焊管的生產(chǎn)工藝分為一步法和兩步法。

一步法生產(chǎn)工藝，是指焊接和成型在同一生產(chǎn)線上同步完成，即成型和焊接同步進(jìn)行。焊接采用內(nèi)外埋弧焊，焊接速度較慢，成型過(guò)程中一些成型調(diào)整不確定因素容易造成鋼管成型幾何尺寸超出工藝標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而形成焊接質(zhì)量缺陷。

兩步法生產(chǎn)工藝是成型過(guò)程與焊接過(guò)程獨(dú)立分離。步驟一：熱軋鋼帶經(jīng)成型器形成鋼管管型后，用CO2氣體保護(hù)焊在鋼管內(nèi)壁進(jìn)行連續(xù)的預(yù)焊，在預(yù)焊的過(guò)程中，可隨時(shí)對(duì)鋼管的幾何形狀進(jìn)行調(diào)整。步驟二：在精焊工作站進(jìn)行內(nèi)外埋弧焊接，采用多絲焊方法進(jìn)行焊接。由于成型不受焊接過(guò)程的牽制，可以優(yōu)化成型工藝參數(shù)，使得鋼管的幾何形狀較為精確。

2.2 前擺式與后擺式一步法生產(chǎn)工藝比較

前擺式機(jī)組工藝特點(diǎn)：成型前所有設(shè)備均安裝在可擺動(dòng)的前橋上，包括開卷機(jī)、矯平機(jī)、遞送機(jī)、剪切對(duì)焊機(jī)、銑邊機(jī)和導(dǎo)板等，其特點(diǎn)是前橋擺動(dòng)調(diào)整成型角，后橋微調(diào)，采用中心遞送方式。

前擺式機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)組短，工序集中，換道容易；缺點(diǎn)是由于沒(méi)有活套裝置，必須停車對(duì)頭，且不易糾正帶鋼“月牙彎”，影響生產(chǎn)的穩(wěn)定性和作業(yè)率。

后擺式機(jī)組的工藝特點(diǎn)：工藝準(zhǔn)備段設(shè)備安裝在飛焊小車上，后橋上主要安裝焊接設(shè)備、切割機(jī)、扶正器和鋼管輸出輥道。其特點(diǎn)是成型角的調(diào)整通過(guò)后橋圍繞后橋回轉(zhuǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，采用遞送邊定位方式，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷生產(chǎn)。

后擺式機(jī)組工藝準(zhǔn)備較長(zhǎng)，可設(shè)置活套，采用邊部遞送方式，成型器中心轉(zhuǎn)軸在一側(cè)，帶鋼展開長(zhǎng)度長(zhǎng)，接板側(cè)彎小，成型合口穩(wěn)定［4］。

2.3 生產(chǎn)線裝備發(fā)展

我國(guó)的鋼管制造能力從數(shù)量上已能滿足國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，并且有較大富裕產(chǎn)能，但是在質(zhì)量保證、精益化生產(chǎn)方面還不能完全滿足日益提高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。加大對(duì)工藝裝備的改進(jìn)，提升螺旋縫埋弧焊管生產(chǎn)線的自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化水平，推進(jìn)螺旋縫埋弧焊管制造全生命周期物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、對(duì)標(biāo)國(guó)外先進(jìn)制管企業(yè)將有重要的意義。

通過(guò)近幾年技術(shù)積累和研發(fā)，螺旋縫埋弧焊管行業(yè)在機(jī)組設(shè)備自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化提升和物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)方面創(chuàng)新的開展工作，取得了行業(yè)內(nèi)可以借鑒推廣的引領(lǐng)性成果。

（1）成型焊接區(qū)域遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)。

螺旋縫埋弧焊管在生產(chǎn)過(guò)程中，需要經(jīng)過(guò)成型、內(nèi)外焊接等關(guān)鍵工序。崗位人員戴防塵口罩、多人多點(diǎn)位現(xiàn)場(chǎng)操作設(shè)備，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，而且各類信息傳遞滯后、管理效率低，關(guān)鍵工序設(shè)備也未能實(shí)時(shí)監(jiān)控，現(xiàn)場(chǎng)存在粉塵、噪音污染，存在職業(yè)健康管理風(fēng)險(xiǎn)。

經(jīng)過(guò)技術(shù)研發(fā)積累和優(yōu)化控制系統(tǒng)，行業(yè)內(nèi)焊管廠已成功研發(fā)成型焊接遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)［5］，該系統(tǒng)集成銑邊、成型、內(nèi)外焊、切管、運(yùn)管等崗位，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)控精確、響應(yīng)快捷，一人可監(jiān)控多個(gè)崗位，成型焊接各項(xiàng)數(shù)據(jù)均實(shí)時(shí)記錄，關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，操作人員脫離粉塵、有毒物質(zhì)、噪音的危害，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中操控。成型焊接遠(yuǎn)程集中控制室如圖1所示。

圖1 成型焊接遠(yuǎn)程集中控制室

（2）內(nèi)焊板邊自動(dòng)跟蹤。

研發(fā)應(yīng)用接觸式內(nèi)焊板邊自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)（圖2），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、跟蹤效果好、系統(tǒng)穩(wěn)定、適用所有一步法螺旋縫焊管機(jī)組。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于不依賴激光對(duì)坡口的形貌分析來(lái)進(jìn)行焊點(diǎn)跟蹤，而是單純以帶鋼遞送邊的偏移量作為焊點(diǎn)移動(dòng)的依據(jù)；通過(guò)確定遞送邊檢測(cè)點(diǎn)與焊點(diǎn)之間的固定位移，結(jié)合當(dāng)前生產(chǎn)鋼管規(guī)格，經(jīng)過(guò)PLC邏輯運(yùn)算，可準(zhǔn)確計(jì)算出因遞送邊變化焊點(diǎn)位置所需移動(dòng)量［6-8］。

圖2 接觸式內(nèi)焊板邊自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)

該系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣，幾乎不受管徑、焊接位置空間和坡口形貌的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)頭前后、月牙彎、鋼帶竄動(dòng)等極端情況下零誤差實(shí)時(shí)閉環(huán)自動(dòng)跟蹤，跟蹤精度±0.1 mm；解決了小直徑鋼管因內(nèi)焊空間受限而無(wú)法應(yīng)用自動(dòng)跟蹤的行業(yè)難題。

（3）鋼管周長(zhǎng)實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)。

行業(yè)內(nèi)焊管廠通過(guò)在成型器出口布置激光測(cè)距傳感器采集鋼管實(shí)時(shí)位置［8］，經(jīng)過(guò)PLC程序算法處理，實(shí)現(xiàn)了成型鋼管周長(zhǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量和顯示（圖3），測(cè)量精度±1 mm，實(shí)現(xiàn)了由人工采用鋼卷尺到自動(dòng)實(shí)時(shí)測(cè)量監(jiān)視的變革［9-10］。

圖3 鋼管周長(zhǎng)實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)

該裝置具備人機(jī)對(duì)話功能［11］，便于換道調(diào)整，實(shí)現(xiàn)螺旋縫焊管焊接過(guò)程中對(duì)鋼管周長(zhǎng)的自動(dòng)實(shí)時(shí)測(cè)量功能，測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定可靠，消除了人工測(cè)量的安全質(zhì)量隱患，有效避免批量質(zhì)量事故，提高了鋼管周長(zhǎng)尺寸精度，確保了鋼管周長(zhǎng)的一致性。

（4）自動(dòng)定尺“一鍵切管”系統(tǒng)。

某焊管廠自主研發(fā)自動(dòng)定尺“一鍵切管”系統(tǒng)（圖4），通過(guò)人機(jī)交互系統(tǒng)和高精度伺服控制定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)切管系統(tǒng)的自動(dòng)化、數(shù)字化，并結(jié)合板長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)，逐步向智能化方向發(fā)展。該系統(tǒng)在人機(jī)交互界面，輸入切管長(zhǎng)度，定尺裝置自動(dòng)運(yùn)行到指定位置，定位精度±0.5 mm，定尺傳感器檢測(cè)到鋼管管端時(shí)，切管機(jī)構(gòu)動(dòng)作［12］，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切管功能。

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了切管過(guò)程全自動(dòng)控制和數(shù)字化統(tǒng)計(jì)，省去了人工調(diào)整定尺的環(huán)節(jié)，提升切管效率10%；與生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)相連接，實(shí)現(xiàn)了材耗分析、精細(xì)切割等精益生產(chǎn)管理功能。

（5）管端焊縫自動(dòng)磨削系統(tǒng)。

行業(yè)內(nèi)多家焊管廠，通過(guò)在磨削機(jī)器人第六軸機(jī)器臂安裝伺服電機(jī)、磨頭機(jī)構(gòu)和激光視覺(jué)傳感器等，實(shí)現(xiàn)了管端內(nèi)外焊縫自動(dòng)磨削，精度達(dá)到±0.12 mm，修磨質(zhì)量穩(wěn)定可靠，自動(dòng)磨削機(jī)器人（圖5）取代了人工操作磨削［13］，實(shí)現(xiàn)管端內(nèi)外焊縫磨削兩崗合一，保證焊縫磨削長(zhǎng)度及焊縫余高的高精度。

圖4 自動(dòng)定尺“一鍵切管”系統(tǒng)

圖5 焊縫自動(dòng)磨削

自動(dòng)磨削系統(tǒng)可以對(duì)鋼管管端內(nèi)外焊縫寬度、高度、錯(cuò)邊等質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、存儲(chǔ)，自動(dòng)生成焊縫數(shù)據(jù)庫(kù)，便于質(zhì)量追溯。系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)一步優(yōu)化了工作環(huán)境、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高鋼管檢驗(yàn)一次通過(guò)率2%，降低材耗1‰。

（6）成品綜合檢測(cè)系統(tǒng)。

行業(yè)內(nèi)多家焊管廠都已成功研發(fā)和應(yīng)用成品綜合檢測(cè)系統(tǒng)（圖6），替代了繁瑣的人工測(cè)量。系統(tǒng)采用專機(jī)測(cè)量裝置或者機(jī)器人測(cè)量裝置［9］，實(shí)現(xiàn)鋼管長(zhǎng)度、質(zhì)量及管端周長(zhǎng)、橢圓度、壁厚、切斜等數(shù)據(jù)的自動(dòng)測(cè)量和采集，重復(fù)精度可達(dá)±0.2 mm。

測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)保存到SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)中，具有按日期、班次、人員、管號(hào)等多種組合查詢方式，同時(shí)具備和MES（Manufacturing Execution System）系統(tǒng)的接口，有效保證了鋼管外形尺寸質(zhì)量指標(biāo)的客觀性。上位機(jī)界面具有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示和故障自診斷功能，便于及時(shí)了解設(shè)備動(dòng)態(tài)信息和日常維護(hù)。

（7）智能庫(kù)區(qū)系統(tǒng)。

圖6 成品綜合檢測(cè)系統(tǒng)

行業(yè)內(nèi)多家焊管廠已成功研發(fā)應(yīng)用智能庫(kù)區(qū)系統(tǒng)（圖7），該系統(tǒng)包括機(jī)器人自動(dòng)噴標(biāo)系統(tǒng)、模塊化真空吊具、智能交庫(kù)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了庫(kù)區(qū)的自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化。

圖7 智能庫(kù)區(qū)系統(tǒng)的子系統(tǒng)

機(jī)器人自動(dòng)噴標(biāo)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鋼管內(nèi)外壁4個(gè)位置的自動(dòng)噴標(biāo)，并與MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)噴標(biāo)內(nèi)容零誤差。該系統(tǒng)采用上位機(jī)噴標(biāo)排版，標(biāo)志內(nèi)容（如二維碼）更加豐富，版面更加清晰。該系統(tǒng)還提高了作業(yè)效率，告別了人工刷底漆噴字的方式，增強(qiáng)鋼管標(biāo)志的美觀性，消除了職業(yè)健康危害風(fēng)險(xiǎn)。

真空吊系統(tǒng)，以模塊化真空吊具替代傳統(tǒng)掛鉤式橫梁吊具［14］，僅一名天車工就可以完成鋼管出庫(kù)作業(yè)，避免掛吊人員擠傷、砸傷等安全風(fēng)險(xiǎn)，消除鋼管管體和管口磕傷、碰傷等質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。鋼管吊運(yùn)損傷率為0，交庫(kù)效率提高5%。

智能交庫(kù)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多工序鋼管輸送分段控制，自動(dòng)檢測(cè)與智能切換鋼管存儲(chǔ)位置實(shí)現(xiàn)鋼管自動(dòng)噴標(biāo)完成后，鋼管通過(guò)鋼管輸送系統(tǒng)智能運(yùn)送到最優(yōu)交庫(kù)臺(tái)架。

同時(shí)，螺旋縫埋弧焊管行業(yè)通過(guò)采用物料自動(dòng)傳輸系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）數(shù)據(jù)采集等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鋼管的實(shí)際物流和信息物流的有機(jī)融合，使鋼管生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，主要包括工藝數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、能源數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)等能夠?qū)崟r(shí)記錄、存儲(chǔ)、分析、預(yù)警，實(shí)現(xiàn)了資源共享，建立鋼管生產(chǎn)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)模型，為逐步邁向智能化的螺旋縫焊管生產(chǎn)線，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 與“黑燈工廠”的差距分析

3.1 “黑燈工廠”定義

“黑燈工廠”是指在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)需專門人員進(jìn)行值守，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過(guò)程的自動(dòng)化，即使關(guān)燈仍然可以繼續(xù)生產(chǎn)。這一生產(chǎn)模式將從根本上解決設(shè)備提升瓶頸問(wèn)題，大幅提升設(shè)備自動(dòng)化程度，減少人員投入，同時(shí)大幅提升生產(chǎn)效率。

在國(guó)內(nèi)，勞動(dòng)力已不像過(guò)去那么廉價(jià)，尤其是與亞洲其他快速成長(zhǎng)的制造中心比較。中國(guó)制造企業(yè)正在經(jīng)歷用機(jī)器人和自動(dòng)化改變生產(chǎn)流程，以降低生產(chǎn)成本、優(yōu)化工藝流程、提高生產(chǎn)效率的過(guò)程。因此，“黑燈工廠”是中國(guó)工業(yè)的變革之路。

3.2 打造“黑燈工廠”需攻克的技術(shù)難題

針對(duì)國(guó)內(nèi)螺旋縫埋弧焊管制造行業(yè)現(xiàn)狀，在已取得的自動(dòng)化成果基礎(chǔ)上，要打造“黑燈工廠”，還需攻克以下難題。

（1）探索螺旋縫埋弧焊管主機(jī)的全自動(dòng)化控制流程。

在鋼卷從垛區(qū)運(yùn)送到拆卷機(jī)工位時(shí)，鋼卷雖然有出廠自帶二維碼（或條形碼）標(biāo)志，但行業(yè)內(nèi)目前還處于人工編排卷號(hào)、天車通過(guò)人工指揮確定吊運(yùn)位置的方式，在此環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化過(guò)程中，需考慮天車吊運(yùn)時(shí)結(jié)合鋼卷二維碼識(shí)別技術(shù)，在吊運(yùn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)鋼卷相對(duì)拆卷機(jī)的自動(dòng)定位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鋼卷物料輸送過(guò)程中的自動(dòng)控制。

螺旋縫埋弧焊管機(jī)組開卷、矯平、對(duì)頭工序，雖然一些制管企業(yè)已經(jīng)具備自動(dòng)化輔助設(shè)備，但是拆卷作業(yè)還需要人工作業(yè)，一些國(guó)外的制管企業(yè)現(xiàn)在的作法是預(yù)拆卷，把拆卷作業(yè)作為生產(chǎn)準(zhǔn)備流程，來(lái)解決機(jī)組全自動(dòng)化的控制。此外，由于國(guó)內(nèi)外帶鋼月牙彎的不同程度存在，給帶鋼對(duì)頭作業(yè)的自動(dòng)化控制帶來(lái)難題。筆者的考慮是采用帶鋼外形掃描技術(shù)結(jié)合一種智能算法，即使帶鋼存在“月牙彎”，也能實(shí)現(xiàn)帶鋼對(duì)接的直度。

銑邊工序，國(guó)外銑邊機(jī)設(shè)備大部分采用了板邊跟蹤銑削技術(shù)和銑邊刀盤相對(duì)于坡口浮動(dòng)跟蹤技術(shù)，使用的效果不是很理想，國(guó)內(nèi)的銑邊機(jī)還處在人工實(shí)時(shí)監(jiān)控操作的水平。筆者認(rèn)為，造成這種情況的主要原因是：對(duì)粗銑邊機(jī)的控制模式，行業(yè)內(nèi)還沒(méi)有統(tǒng)一，主要集中在粗銑邊機(jī)隨動(dòng)跟蹤板邊進(jìn)行銑削，以及粗銑邊機(jī)固定控制帶鋼的位置；對(duì)于精銑邊機(jī)，主要集中在設(shè)備的加工精度和坡口數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，以及坡口檢測(cè)傳感器安裝位置受限，使精銑邊機(jī)還不能完全實(shí)現(xiàn)無(wú)人化的控制。對(duì)于粗銑邊機(jī)的控制模式，筆者建議采用后面的模式，這樣可以最大限度消除“月牙彎”。

成型工序，雖然成型器各個(gè)設(shè)備的位置數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采集，但還未做到根據(jù)鋼管規(guī)格自動(dòng)調(diào)型，結(jié)合鋼管合縫間隙變化、管徑變化，探索對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)邏輯關(guān)系，建立算法，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，大橋擺動(dòng)調(diào)整受到合縫間隙、管徑、橢圓度等因素的影響，還處于手動(dòng)方式。

（2）攻克精整線單機(jī)自動(dòng)化難題。

管端平頭工序，設(shè)想實(shí)現(xiàn)的平頭位置自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)切割，平頭長(zhǎng)度存儲(chǔ)記錄，精細(xì)化管理，還需通過(guò)自動(dòng)化檢測(cè)控制手段和大數(shù)據(jù)分析軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而做到精細(xì)化生產(chǎn)。

X射線檢測(cè)工序，雖然已有業(yè)內(nèi)的焊管廠率先實(shí)現(xiàn)了智能判片系統(tǒng)，但是還需要操作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控工業(yè)電視畫面，來(lái)檢測(cè)鋼管質(zhì)量，急需一套X射線的智能預(yù)警系統(tǒng)，來(lái)徹底杜絕錯(cuò)檢的風(fēng)險(xiǎn)。

補(bǔ)焊工序，目前返流程中需要補(bǔ)焊的鋼管采用人工標(biāo)記補(bǔ)焊位置、人工補(bǔ)焊操作方式，探索采用鋼管缺陷自動(dòng)噴涂標(biāo)志方式，結(jié)合物料自動(dòng)輸送控制，將需要補(bǔ)焊的鋼管輸送到補(bǔ)焊工序，采用三維激光視覺(jué)傳感器對(duì)鋼管補(bǔ)焊位置進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，采用機(jī)器臂焊接方式，對(duì)指定位置進(jìn)行軌跡仿型、自動(dòng)補(bǔ)焊。

水壓工序，水壓機(jī)前后采用步進(jìn)臺(tái)架、液壓上管下管機(jī)構(gòu)；步進(jìn)臺(tái)架每個(gè)工位增設(shè)管位檢測(cè)傳感器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上管和下管；結(jié)合管號(hào)識(shí)別裝置，對(duì)打水壓前的每根鋼管管號(hào)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，并自動(dòng)上傳到水壓機(jī)上位機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水壓數(shù)據(jù)與管號(hào)的自動(dòng)綁定；通過(guò)打壓過(guò)程信號(hào)與水壓機(jī)及步進(jìn)臺(tái)架邏輯控制，實(shí)現(xiàn)水壓機(jī)全自動(dòng)打壓。

超聲波探傷工序，主要包括母材和焊縫的超聲波探傷，目前國(guó)內(nèi)管廠在鋼管探傷過(guò)程中出現(xiàn)波形異常、鋼管缺陷的情況，需要人工確認(rèn)標(biāo)記，而且在焊縫超聲波探傷運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)探頭偏離焊縫情況，造成探傷波形不準(zhǔn)確，需要人工修正軌跡。開發(fā)一種探傷波形異常及缺陷自動(dòng)標(biāo)記裝置，避免人工介入；探索探傷過(guò)程中精確仿型定位系統(tǒng)，使探傷設(shè)備按指定軌跡運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)修正軌跡，并將探傷數(shù)據(jù)圖像自動(dòng)保存、上傳到上位機(jī)中，逐步實(shí)現(xiàn)超聲波探傷的自動(dòng)化。

倒棱工序，目前行業(yè)內(nèi)倒棱過(guò)程中輔助操作比如夾瓦升降、托板前后移動(dòng)可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)操作，但倒棱過(guò)程中核心部分——倒棱工進(jìn)及倒棱過(guò)程中對(duì)坡口形貌的檢測(cè)目前還處于人工識(shí)別操作的方式。開發(fā)一種倒棱坡口形貌檢測(cè)技術(shù)，結(jié)合倒棱工進(jìn)精確定位控制，逐步實(shí)現(xiàn)倒棱過(guò)程自動(dòng)化控制。

精整各個(gè)工序間鋼管物料輸送還沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的無(wú)人操作，部分工序間的控制網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有打通，存在控制孤島的情況，單機(jī)的生產(chǎn)工藝參數(shù)閉環(huán)控制沒(méi)有形成，生產(chǎn)工藝自動(dòng)執(zhí)行和自動(dòng)采集能力不強(qiáng)。對(duì)于返流程鋼管物料控制，還需要人工操作，需要優(yōu)化工藝流程和研發(fā)智能的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)工序間的控制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，打破孤島，來(lái)達(dá)到鋼管物料的工序間的交互控制、自動(dòng)運(yùn)行。

4 發(fā)展前景展望

一般而言，智能制造所需要的基礎(chǔ)技術(shù)包括物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能、區(qū)塊鏈等，將這些技術(shù)與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)融合形成統(tǒng)一的信息物理系統(tǒng)。但是，目前這些技術(shù)中只有少部分已經(jīng)成熟落地，絕大部分還處于發(fā)展時(shí)期。

智能制造具有一些關(guān)鍵的特性：由大規(guī)模批量生產(chǎn)向大規(guī)模個(gè)性化定制生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，重視使用機(jī)器人和柔性化生產(chǎn)；由集中生產(chǎn)向網(wǎng)絡(luò)化異地協(xié)同生產(chǎn)轉(zhuǎn)變；物聯(lián)網(wǎng)在制造中的作用日益突出；信息化和工業(yè)化深度融合等。

隨著中國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)的不斷加強(qiáng)、加工工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，并通過(guò)智慧物聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)將具有感知、監(jiān)控功能的各類采集、控制傳感器或終端設(shè)備，以及云平臺(tái)、智能分析等技術(shù)不斷融入到螺旋縫焊管生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，將大幅度提高制造效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本和物料消耗，將傳統(tǒng)制造模式轉(zhuǎn)型升級(jí)到智能化的新階段，完成焊管制造業(yè)真正的技術(shù)變革，最終實(shí)現(xiàn)“黑燈工廠”的愿景。