无人机和机器人在水泥行业应用介绍
水泥 中国水泥网 韩彦峰 2023-11-08
目前我国无人机和机器人行业在快速的发展，无人机和机器人替代人工安全，快捷方便，使用成本低。正在很多行业进行大量的普及应用，部分已经应用到民用领域，很多宾馆、饭店送水，送菜都在使用机器人，农业打药无人机也正在快速的普及；水泥行业也有部分使用无人机和机器人的案例和场景，下面把目前水泥行业无人机、机器人使用案例场景和未来有可能使用无人机、机器人的场景介绍如下：
一、无人机在水泥行业的应用场景介绍
1.1 无人机航拍新闻宣传
目前受无人机价格的降低和操作方式的便捷，部分大企业宣传部门购买了消费级无人机用来公司航拍宣传等，属于通用无人机使用范围，不在此详细介绍。
1.2 矿山无人机测绘
无人机测绘目前还属于专业级，使用带专业扫描雷达的无人机在矿山上空飞行扫描，再利用特殊软件对矿山进行三维建模，能测量出目前矿区矿产体积，再折算为重量。在建设数字化矿山时需要无人机飞行扫描矿山数据，建模；还有一种应用是政府强制要求矿山每年动检，邀请专业第三方公司进行测量，根据二次检测的体积差值，计算出当年的矿山开采量，出具专业的开采报告，缴纳相应的矿山开采费用等。
1.3 无人机巡检
规模较大的企业，可以购置专业无人机对矿山或者厂内进行日常巡检，可以进行日常的消防检查，安全检查、环保检查、日常巡检等，可以选择带喊话或者通话的功能的无人机，便于发现问题后沟通。
目前无人机巡检在电力行业巡线，长距离油气管道巡检方面推广速度较快，案例已经很多，在水泥行业目前案例还较少。
1.4 无人机对高空管道外观进行检查
因水泥行业部分废气管道位置较高，平台较少，日常检查不方便，爬高上顶风险性较大，如预热器最高处C1旋风筒出口废气管道，窑尾部分废气管道等，可以使用普通无人机进行拍照检查，看是否有保温铁皮松动，是否有膨胀节破损漏风等，无人机检查具有方便快捷，安全风险的优点。
1.5 利用专业防碰撞无人机进行设备内部检查
针对水泥行业大型储库内部、窑尾烟囱、窑尾废气管道等内部情况检查。储库不进库内部检查库壁传统方式是使用蛇形摄像头进行检查，有的需要在库顶开口，存在较多的的不便。预热器内部耐火材料检查，从人孔门一般难以检查到内部全貌，有的需要搭设脚手架进行内部检查，比较危险，并且工作量较大。目前有一种防碰撞无人机，可以飞到狭小的空间内进行检查，能拍摄视频和使用雷达扫描空间形状，利用特种算法进行三维立体建模。在水泥行业可以应用到烟囱、预热器分解炉、旋风筒内部、窑尾废气管道、大型储库内部等狭窄空间内飞行，进行拍摄和三维建模，方便进行系统检查并发现问题。
因这种无人机比较贵，可以采用购买服务方式进行，邀请专业的公司到厂进行单次检查，支付少量服务费用；或者大型集团公司购买一套集团内部多基地共享使用；目前这种方式在水泥行业应用案例较少，在矿山采空区建模，隧道、巷道内建模巡检等行业有较多的应用。
1.6 利用无人机进行高空清洗、喷涂
对于部分堆棚，库顶彩钢瓦，或者保温铁皮等如果锈蚀需要从新清洗、喷漆，如果传统的施工方式需要搭设大量的脚手架，或者采用吊车吊篮载人的方式施工，施工费用高，安全风险大，目前已经有部分工程，采取无人机进行清洗、喷涂，无人机安装喷枪，拖拽一根输送油漆的细管，油漆桶在地面放置的方式进行喷漆，也可以采用大型负重带几十公斤油漆进行无人机喷涂（类似打农药的植保无人机，无人机负重越重，价格越贵），这种需要有经验的专业公司，专业人员进行操作，优点是不需要搭设脚手架或者使用吊车，安全风险小，方便，快捷。目前在水泥行业已经有实际案例。
1.7 利用无人机进行定向送样等
目前在水泥厂已经有使用压缩空气动力的“炮弹”送样方式，优点是能从复杂的设备中穿过输送，但是运行成本较高。目前空旷地带基于点对点的无人机固定路线飞行技术上已经成熟，可以多点位运输，更换输送点也很方便。在矿山等比较空旷的地方，可以对钻孔样使用无人机输送到实验室的方案，这样能解决矿山面积大，送样不方便的问题。在一些大的水泥企业也可以采用这种方式对出磨水泥样品、进厂石灰石样品等距离实验室较远的样品采用无人机固定线路输送的解决方案。目前在山区景点已经有成熟的无人机运输物资案例。
1.8 无人机盘库
大型堆棚因料堆高低不平，且形状不规则，盘库比较麻烦，一般采用体积割补法加上经验值进行计算，存在误差较大、不容易计算准确，对月度生产数据会造成影响，目前新技术是采用无人机进行盘库，无人机上配备激光雷达，从物料上空飞过，使用激光雷达进行测距，加上软件特殊的算法，能生成料堆的立体模型，准确的算出料堆的体积，然后根据不同物料的容重计算出料堆物料的重量。这种方式盘库方便，快捷，人为干扰低，准确性高，适用于水泥企业大型圆堆、长堆以及露天堆场物料的盘库作业。目前已经有多家企业在推广这种方案。
综述：目前无人机技术在快速的发展，小型化，穿越机、重负载机等各种新机型不断涌现，并且价格在不断的降低，操作方式也越来越简单，期待未来适应水泥行业能在复杂路线中飞行的的小型无人机，具备视频监控、红外测温、声波测漏风、语音对讲等实用功能，配备在中控室房顶，能随时执行中控操作员命令，飞到水泥厂任意室外位置进行巡检，中控大屏实时显示无人机监控数据的应用场景在水泥行业应用普及。
二、 机器人在水泥行业的应用场景介绍
机器人行业在快速的发展，目前在电子制造、汽车制造等行业已大规模使用机器人代替人工，水泥行业使用的机器人还主要是以机械臂运输物料和装卸为主，也有部分大型仓储使用AGV和IGV自动化小车，机器人在水泥行业应用整体还不是很多，还需要开发更多的场景使用机器人替代人工，具体介绍如下：
2.1 袋装水泥机械臂自动插袋、自动装车
目前水泥行业包装插袋和装车都有很多机器替代人工解决方案，并且运行的效果很好，在水泥行业已开始普及。具体袋装水泥插袋方面目前有分为机械手式插袋机和喷射式插袋机并且有配套的理袋机或者送袋机，能完全实现自动化，智能化插袋作业，替代人工插袋，只需要一名工人定期搬运编织袋到理袋机或者送袋机即可。自动装车机目前结构也有多种形式：有机械臂式的，能一次抓取一到二袋水泥装车，有气缸式落袋式的，还有一种桁架式装车机器人，也能实现水泥袋装自动装车，在水泥行业内业绩还较少；这二年也开始流行袋装水泥托盘自动码垛，然后冷拉膜塑封，每托盘一吨或者二吨，方便使用叉车装卸车；目前装车机都能够实现自动从一卡通系统内获得装车量，对车身进行自动扫描，系统自动计算装车剁型，然后进行自动码垛装车；
目前水泥自动插袋和袋装自动装车技术在快速的发展，技术不断的迭代，呈现百花齐放的状态，近二年在水泥行业推广很快。
2.2 全自动实验室设备中机械臂送样
目前全自动实验室设备在水泥行业开始推广，估计全行业约有三十到五十套应用，整体集成了多种自动化、智能化技术，其中使用到多关节机器臂送样机器人，因要求精度较高，目前还是以进口机械臂为主。目前全自动化实验室设备整体价格还偏高，未来随着技术的进步，成本的降低，未来智能化实验室在水泥行业一定会成为标准配置。
2.3 皮带挂轨巡检机器人
部分水泥企业矿山长皮带运距较长，个别超过10km，对人工巡检提出新的挑战，部分长皮带采用轨道小车载人巡检方式，也有采用轨道巡检机器人方式，具体是皮带上方或者侧方设置轨道，采用智能化轨道巡检机器人，机器人配备摄像头，红外测温、语音对讲等功能，并且能采用智能自动充电方式维持动力，摄像画面可以实时传输到中控大屏幕，并且带大块物料识别、堵料、漏料识别，皮带断裂、撕裂识别自动分析软件，发现异常自动报警。目前皮带机挂轨巡检机器人在煤矿等行业的应用比水泥行业更多，因水泥行业皮带机众多，未来皮带巡检机器人在水泥行业肯定会得到大范围推广。
2.4 电气室智能巡检机器人
电气室智能巡检机器人最早是使用在高压，特高压输配电变电站，目前在水泥行业总降变电站等电气室也有应用，采用电动轮式或者挂轨机器人，能自动充电，能够按照特定规定线路进行巡检，配备视频监控和红外温度检测探头，对变压器和电气室配电柜内的电器元件和接线柱的温度进行检测，数据和画面可以无线传输到远程集中控制大屏上，有异常自动报警提示，配合其他电气自动化检测设备，能实现电气室无人化巡检，无人化值守。
2.5 清库机器人
水泥行业储库众多，受各方面的原因影响，水泥库等储库需要不定期进行清理，人工清库需要工人进入库内进行作业，存在极大的安全风险，出现了不少的安全事故，行业急需不进库即可实现库内物料清理的设备和技术，促使很多企业研究机械清库技术，目前机械清库技术在快速的发展，不少企业推出了有专利技术的清库机器人，据了解大部分清库机器人是一种电气和机械结合的清库机器，达不到使用编程技术，具有智慧识别的功能，还需要库外人工操作机器，通过摄像头、雷达等采集库内图像，然后借助钢丝绳等工具，在库外操作清库机器，采用重力，电气机械旋转切削破碎等手段，清理库内挂壁等结块。目前确实可以做到人不进入库内，在库外操作机器实现对库内挂壁物料的清理，期待能智能识别，智能清理结皮的智能清库机器人早日研发出来，投入商业应用，造福水泥行业。
2.6 矿山无人驾驶矿车
近二年低速无人驾驶矿车得到快速的发展，已成社会热点，涌现出很多专业的公司进行技术公关，技术发展很快，再加上新能源矿车技术的进步，新能源矿车企业和无人驾驶专业公司密切合作，共同研发，不断有新的解决方案推向市场。目前在水泥行业中约有十多家矿山，100辆以上无人驾驶矿车在实际运行，能实现自动驾驶，自动排队避让，自动卸车等功能，均取得了较好的经济和社会效益，随着技术的不断进步，价格的下探，未来在水泥矿山行业必将得到大范围的推广应用。
2.7 智能抓斗上料
基于3D料堆体积测量盘库系统能实时测定，并三维建模堆棚内物料高度情况，结合视频自动识别技术，实现检测到料仓空了之后自动启动智能抓斗，把特定区域内高点物料抓取到空的料仓内，实现无人值守智能化抓斗上料系统，不再使用传统的铲车上料，节省储库建设费用和铲车运行费用并减少了安全风险，目前在新建水泥配料站已有应用案例。
2.8 仓储AGV、IGV 自动化小车
目前在快递仓储、港口码头等行业已大范围采用AGV、IGV 自动化小车，在水泥行业只有部分大型备件仓库和危废仓库采用AGV、IGV 自动化小车，案例较少，因属于通用使用设备，不在此详细叙述。
希望未来像科幻电影中的四足和二足类的机器人能代替人工进行巡检等体力、脑力操作，彻底解放人工，实现水泥智能化生产。
综述：随着技术的发展，无人机和机器人的价格也在不断的降低，功能也越来越多，越来越实用，加之人力成本的不断升高，相信未来水泥行业会有越来越多的应用场景使用无人机和机器人代替人工作业，实现真正的智能化、无人化生产。
数字化、智能化是影响水泥企业长久发展的核心要素。为此，中国水泥网将于2023年11月29日，在杭州举办以“数据驱动决策 智能引领未来”为主题的“第五届中国水泥智能化高峰论坛”，诚邀行业专家学者及相关企业代表，共同探讨和推动水泥行业的智能化进展。
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