舟山魚山島上，一座現(xiàn)代化綠色石化基地正在崛起。作為浙江自貿(mào)試驗(yàn)區(qū)核心組成部分，這一世界上投資最大的單體產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目，將于今年建成投產(chǎn)。而挑戰(zhàn)和考驗(yàn)也隨之而來——浙江各類大型球罐將新增200余臺(tái)，總數(shù)達(dá)到600余臺(tái)。如何才能保障如此龐大數(shù)量的球罐安全？

近日，記者從浙江省市場監(jiān)管局了解到，省特種設(shè)備科學(xué)研究院（以下簡稱省特科院）攻堅(jiān)六年后首戰(zhàn)告捷：成功研制出國內(nèi)首款球罐爬壁打磨機(jī)器人。而且，通過“實(shí)戰(zhàn)”，機(jī)器人的表現(xiàn)讓人驚艷，已經(jīng)被不少單位“請(qǐng)”了過去。

一場更人性化、更高效率、更具科技感的“機(jī)器換人”變革，正在深刻地影響整個(gè)行業(yè)。

“機(jī)器換人”呼聲日漲

新增200余臺(tái)大型球罐帶來的數(shù)量上的“壓力”，只是迫切需要球罐爬壁打磨機(jī)器人的一個(gè)方面。

其實(shí)早在6年前，省特科院就開始為未來“布局”。

省特科院科研所所長凌張偉博士介紹說，球罐焊縫部位容易發(fā)生裂紋和缺陷，每三年左右就需進(jìn)行質(zhì)量檢測。為保證數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，檢測過程對(duì)焊縫表面光潔度具有較高要求，打磨除銹是必不可少的前提工序。但人工打磨，難關(guān)重重，其中最難的就是作業(yè)環(huán)境極度惡劣。來看一組數(shù)據(jù)：球罐直徑一般超過10米，像直徑21.2米的球罐能達(dá)5000立方米。而每完成一個(gè)5000立方的球罐，需要一名打磨工在80分貝的環(huán)境聲中勞作一周以上。

在密閉空間中，即便佩戴專業(yè)口罩、眼罩、身穿防護(hù)服，也無法阻擋鐵屑從呼吸道侵入人體。而且，當(dāng)球罐內(nèi)殘留的氣相介質(zhì)濃度達(dá)到極限時(shí)還可能引發(fā)爆炸，所以打磨工必須有豐富的經(jīng)驗(yàn)和過硬的心理承壓能力。而目前打磨工作者的平均年齡高于55歲，勞動(dòng)力緊缺是不爭的事實(shí)。

經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本也是大問題。凌張偉介紹，目前人工作業(yè)需要在球罐內(nèi)外部搭建腳手架，成本約20萬元，時(shí)間長、費(fèi)用高。遇上打磨質(zhì)量不過關(guān)的，還需返工，延誤工期。

在這樣的背景下，企業(yè)和檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)尋找機(jī)器替代品的需求日益強(qiáng)烈。

攻克難題拿下專利

2014年，在省市場監(jiān)管局科技項(xiàng)目以及質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)（NQI）項(xiàng)目等支持下，省特科院在全國率先啟動(dòng)球罐打磨機(jī)器人的研究和應(yīng)用，并投入數(shù)千萬建設(shè)特種設(shè)備機(jī)器人智能檢測技術(shù)研發(fā)中心。

“一是不能掉，二是打得好。”這是機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊(duì)面臨的兩大技術(shù)難題。團(tuán)隊(duì)最先想到的爬壁機(jī)器人最通用的吸附技術(shù)——永磁體吸附。但放在球罐打磨應(yīng)用環(huán)境下，問題很快來了：不能盲目加大磁鐵，否則會(huì)增加機(jī)器人的體積和負(fù)載重量。通過反復(fù)試驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)探索出特殊的磁橋和磁場布置方式，在吸附力與負(fù)載之間達(dá)到平衡，第一代原型機(jī)由此誕生。

然而在應(yīng)用試驗(yàn)過程中，新問題又出現(xiàn)了：焊縫兩側(cè)需打磨的路徑寬度約300mm，固定打磨或擺臂式打磨效率太低，球罐是曲面的，平面打磨頭如何緊貼壁面的同時(shí)又不打磨過度？團(tuán)隊(duì)逐一嘗試了高壓水除銹、激光除銹等方法，但都存在打磨質(zhì)量不高、易銹、成本高等缺陷。

團(tuán)隊(duì)沒有放棄，又“回頭”選擇了機(jī)械打磨，并探索出獨(dú)立懸掛、分段打磨的方式。最終，三個(gè)打磨毛刷以“品”字形排列，達(dá)到立體浮動(dòng)的效果。而毛刷的材質(zhì)、排列也幾經(jīng)修改，最終選用交叉排列的鍍銅鐵絲刷，以確保達(dá)到最合適的密度和柔性。

第二代試驗(yàn)機(jī)誕生了，機(jī)器人在特殊環(huán)境下已基本能夠完成球罐焊縫打磨任務(wù)。

來看看國內(nèi)首款爬壁打磨機(jī)器人的“功夫”：能在零下20℃到65℃環(huán)境下作業(yè)，速度高于0.5米/分，質(zhì)量符合超聲、磁粉等無損檢測作業(yè)要求，在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平。截至2019年年底，這款機(jī)器人共授權(quán)專利12項(xiàng)，其中發(fā)明專利5項(xiàng)、實(shí)用新型專利7項(xiàng)。

產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用初具成效

完美表現(xiàn)還需要通過“實(shí)戰(zhàn)”來驗(yàn)證。團(tuán)隊(duì)將目光投向了浙江鴻基石化股份有限公司。

作為對(duì)先進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力高度關(guān)注的企業(yè)，公司負(fù)責(zé)人一度將信將疑：“我們一直期待有這樣一款機(jī)器人，但又覺得需要攻克的難點(diǎn)太多了，簡直是不可完成的任務(wù)。”

但憑借多年的信任，公司決定出人出力出設(shè)備，主動(dòng)配合球罐爬壁打磨機(jī)器人的工程測試。“要知道，萬一機(jī)器人在操作過程中墜落，不僅機(jī)器人會(huì)損壞，更會(huì)砸傷球罐導(dǎo)致企業(yè)千萬損失。但我們都對(duì)這款凝聚6年心血的機(jī)器人充滿信心！” 凌張偉說。

第一次工程測試開始。和以往操作人員終日在罐中不同，如今技術(shù)人員出入球罐只需兩次：一次放入機(jī)器人，一次拿出。期間，被設(shè)置好速度和力度的機(jī)器人，目標(biāo)明確，馬力全開。由于機(jī)器人自帶攝像頭，球罐中的情況、機(jī)器人自身每個(gè)舉動(dòng)以及每一道工序質(zhì)量，都逃不過指揮人員的眼睛。測試證明：打磨效果明顯優(yōu)于人工作業(yè)，且安全可靠。

“太棒了，這正是我們夢(mèng)寐以求的！”當(dāng)場，公司負(fù)責(zé)人就與凌張偉定下約定：一旦機(jī)器人具備應(yīng)用條件，他們第一時(shí)間合作。

目前，這款機(jī)器人已經(jīng)在浙江物產(chǎn)化工、浙江鴻基、浙江眾立等嘉興、杭州等地區(qū)的化工、儲(chǔ)運(yùn)等公司得到應(yīng)用，先后開展球罐打磨作業(yè)10余臺(tái)，打磨效率是人工的2-3倍。

最新的第三代球罐打磨機(jī)器人也已具備產(chǎn)業(yè)化條件。特科院同時(shí)又開始研究包括超聲檢測機(jī)器人和磁粉檢測機(jī)器人在內(nèi)的系列化機(jī)器人，探索“一條龍”的機(jī)器人解決方案，為迎接大型承壓設(shè)備檢驗(yàn)檢測“機(jī)器換人”時(shí)代打下基礎(chǔ)。