方法淬煉出的創新之道

文/本刊記者 馬小妹

黑龍江賽區

哈爾濱博實自動化股份有限公司

我國“富煤、貧油、少氣”的資源稟賦，決定了需要大力發展煤化工產業，以此降低對石油化工的依賴程度。隨著國際石油價格不斷上漲，以電石法制PVC為代表的煤化工路線成本優勢凸顯，需求加速上漲，已納入國家戰略儲備。

目前，電石冶煉生產多為人工作業，生產中人員密集，存在工作環境惡劣、安全隱患大和勞動強度大等問題。由于電石冶煉行業自動化水平不高，電石出爐環節又多是人工作業，爐內溫度極高，安全事故頻發，同時，其他冶煉領域也面臨此問題。如，2017年，新疆某電石爐發生爆炸，現場傷亡多人；2018年，甘肅某電石渣庫發生爆炸，數人受傷。

為此，國家安全生產監督管理總局迫切提出“自動化冶煉”戰略。

鑒于以上背景，哈爾濱博實自動化股份有限公司（以下簡稱“博實股份”）肩負使命，開發了可替代人工的冶煉機器人，代替人工作業。至此，博實股份將操作工從爐前環境溫度高、勞動強度大、安全風險高的作業現狀中解放出來，極大程度上提高了生產安全性，降低了勞動強度，改善了工人操作環境。

博實股份成立于1997年，由哈爾濱工業大學及機器人研究所科研骨干創辦，是專業從事化工、冶煉、物流、食品、飼料、建材等領域工業機器人及智能制造裝備的研發、生產、銷售、服務，并圍繞系列產品提供智能工廠整體解決方案的高新技術上市公司。博實股份擁有國家級企業技術中心，是國家先進制造業與現代服務業融合試點單位、中國機器人TOP10峰會成員、全國商品售后服務達標認證五星級企業。公司系列產品覆蓋國內除港、澳、臺的所有省區，并出口歐、亞、美、非洲多個國家。

2022年中國創新方法大賽全國總決賽期間，博實股份的“多方法融合的電石出爐機器人系統研發與工程應用”項目以小組第一名的成績榮獲一等獎，成功晉級天津衛視電視擂臺賽。這也是博實股份繼2018年首屆全國創新方法大賽后，第二次榮獲一等獎。

“博實股份自2008年引入TRIZ創新方法后，研發團隊全員培訓，為企業的研發創新提供了不竭動力。”此次參賽項目負責人姜海濤對記者說，“‘多方法融合的電石出爐機器人系統研發與工程應用’參賽項目能獲得一等獎，更多是建立在公司和部門前期投入的大量研發、實踐工作基礎之上取得的成績。我們全體參賽隊員將把所學到的TRIZ創新方法繼續應用到新產品研發中，提升企業競爭力，助力冶煉行業綠色發展、智能制造！”

在新疆中泰礦冶有限公司原董事長介紹下，博實股份研發團隊第一次接觸“電石”和“電石冶煉出爐”，在技術交流會上得知，由于國內自動化水平不足，導致出爐技術被國外長期封鎖，沒有屬于我國自己的自動化出爐設備，所以電石冶煉出爐多是人工作業，安全事故頻發。由于爐前作業環境惡劣，勞動強度大，多年來一直是重大行業難題。幾經輾轉尋求多家知名企業后，終因為技術不成熟等原因，未能達成合作意向。

交流結束后，博實股份肩負解決行業難題使命，派出研發精銳力量，一行數人前往新疆實地考察調研。到達現場后，一行人員再次被震撼，現場是半開放廠房，環境溫度在零下20℃～30℃之間，操作工人頂著寒風，8人合力進行開眼作業，爐眼打開后，爐內2200℃電石溶液瞬間噴涌而出。經現場工人介紹，電石具有腐蝕性，一旦發生燙傷需要立即脫去污染的衣著，并用大量流動清水沖洗至少15分鐘，但這種傷口極難愈合。

在現場完成尺寸測繪和工藝學習之后，博實股份立刻展開了國內首臺套自動化出爐機器人的研發工作。

在2200℃超高溫和4000A～10000A強電流等極端惡劣環境中，研發工作異常艱難，但在公司領導的帶領下，博實股份歷時數年完成了3款機器人方案設計，通過現場反復試驗，機器人終于可以在現場應用。但那時還有兩個棘手的問題尚未解決：一是開眼工具變形，二是堵眼工具燒損。“機器人雖然能使用，但耗材消耗量巨大，廠家難以承受，一時間我們陷入困局，沒有好的解決辦法。”姜海濤回憶道。

在博實股份的組織下，姜海濤、孫掖君、宋旭智接觸了TRIZ創新方法。通過學習了解到，TRIZ的精髓在于打破慣性思維，激發創新靈感，從更廣的角度來看待和解決問題。

于是，創新團隊成員認真反復學習了方法教程。通過不斷探索實踐，結合現場工藝需求，開展了新一輪的產品研發，應用TRIZ理論來解決目前的棘手問題。

在設計過程中，首要面臨的就是超高溫和工具燒損這個矛盾問題。博實股份創新團隊按照TRIZ問題解決方法，對兩個問題逐步展開求解。通過九屏圖和完備性法則得出系統進化方向；通過功能分析進一步明確問題；通過因果鏈確定變形主因，運用最終理想解對受力變形進行研究，并用物理矛盾進行深度求解；通過物場模擬提出受熱變形解決方案，同時運用資源分析和“小人法”（對因果分析中“材料不耐熱”進行研究）提出強沖擊抑振和耐熱涂層等技術手段，最后利用“精益六西格瑪管理方法”（對因果分析中“加工成本”和“質量缺陷”進行研究）解決了加工成本和質量缺陷的問題。

電石出爐機器人在危險環境下，代替人工冶煉作業

“接下來需要面臨更難解決的堵眼工具燒損問題，在嘗試上述所有方法之后，沒有找到解題思路。”姜海濤進一步說，“于是我們尋求黑龍江省內知名TRIZ創新方法老師幫助，老師提出我們可以嘗試利用TRIZ高級解題工具ARIZ-85C來求解，于是我們又展開了新一輪創新方法深度學習。”

博實股份創新團隊嚴格按照書本指導逐步進行求解，通過問題最小化、問題分析與表述、分析問題模型，確定“理想解”“物料矛盾”“小人法”等解題步驟后，終于打破慣性思維，找到突破點——通過引入壓縮空氣這一超系統元素，解決了堵眼工具燒損的問題。

通過現場3個月的反復驗證，運用TRIZ工具求解，“開眼工具變形率高”和“堵眼工具燒損率高”的問題迎刃而解，現場應用良好。

十年磨一劍，礪得梅花香。電石出爐機在多年努力下成功解決了現場面臨的多種問題，該款機器人突破國外技術封鎖，屬國內首創。

談及今年中國創新方法大賽歷程，參賽團隊表示：“如何在工作、比賽和家庭之間做好平衡，是我們團隊成員首要面臨的問題。我們先是認真踏實做好本職工作，再抽時間或加班來準備比賽，在大賽即將開始前的多個周末，我們全天加班來完善PPT圖片、動畫、素材、版面和內容等資料，有時加班到晚上10點后，回家還演練到凌晨1點才睡……備賽期間，公司主管領導高度重視，為本次參賽提供了很多支持與指導。”

目前，博實股份的電石出爐機器人系統已在新疆、內蒙古、甘肅、寧夏、安徽等多地投入使用，累計銷售800余臺套，累計銷售額超12億，技術成果未來估值超百億。電石出爐機器人系統打破國外長期壟斷，突破技術壁壘，實現自動化冶煉，技術水平國際領先，在降低人身傷害，實現本質化安全的同時，助力企業產量提升、能耗下降，為國家雙碳戰略貢獻力量。

付出總有收獲。“多方法融合的電石出爐機器人系統研發與工程應用”這一創新成果，加速推進了電石出爐機器人系統集群化發展與批量應用。