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中钢用AI驱动数位转型,以4大对策克服少子化缺工、经验传承难题

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2024-10-24

面临少子化、高科技业竞争人才,中钢运用AI加速数位转型发展,导入多项数位技术,以提高人机协作程度、开发数位助理、导入混合云架构、产线运用数位双生4大对策,提高员工的工作效率、加速经验传承。

中钢导入不同的数位技术来实现2大目标,例如提升人机协作程度,结合AI电脑视觉、远程控制、低延迟通信技术,让人员可以在安全的环境下操控设备;基础建设方面,导入混合云架构,让AI应用能在云地协作式开发、维运,加速推动AI普及;导入数位双生技术,以数位模拟真实的生产环境,以了解虚拟环境的变量对真实世界产生影响;运用生成式AI开发行政、操作、维护各方面的数位助理。

开发天车人机协作技术、远程协作技术

在钢铁的生产环境中,不论原料或半成品,重量多达数吨,一般机械手臂难以搬运,因此中钢多仰赖天车吊运物料,约有一千多部不同的天车,用于搬运不同的物料及设备,每天天车吊运作业成为钢铁产线的重要工作。

为了提高人机协作方面,过去仰赖人工上下天车,在驾驶舱操控天车吊运物料,天车位于厂房的高架上,驾驶操控的天车手因吃饭、上厕所,经常需要上下天车,现场作业环境也有工安疑虑,为了推动自动化,几年前中钢研发AI无人天车,不需人工驾驶,让天车通过电脑视觉及雷射测距,判定需要吊运的钢卷位置,自动化吊运钢卷作业。

但是,由于AI难以完成细致化的吊运作业,因此天车虽为三轴同动,中钢仅在限制环境下让AI操作天车,例如AI无人天车只能两轴同动,无法运行三轴同动作更细致化的操作,即使无人天车能够24小时作业,难以完全取代人力。

因此在无人天车之后,中钢也开发天车的人机协作技术,他们在天车作业环境部署5G及Wi-Fi,并创建 5G及Wi-Fi网络备援,满足天车远程控制的低时延通信需求,搭配大带宽传输天车作业的即时影像,开发智能辅助夹取技术,包括改造天车防撞系统、人员安全辨识系统、天车半自动驾驶技术。

以小钢胚的天车吊运作业为例,传统上,天车手和地面人员协作,天车手操作电磁吸盘吊运多个钢胚,从A储位吊运到B储位,每次吊运的钢胚数量由地面人员计算后,输入到仓储管理系统(WMS)。

为克服缺工问题,中钢在天车吊臂上架设摄影机,利用AI电脑视觉辨识天车所吊运的小钢胚数量,然而,他们很快发现储位大量的钢胚,导致AI辨识吊运钢胚数量容量误判,因此他们在摄影机旁边再加装雷射线,每次天车吊起多个钢胚,将雷射线打在被吊起的钢胚上,由AI侦测雷射线区分被吊起的钢胚和储位的其他钢胚,自动计算吊起的小钢胚数量,利用这个方式,在天车多次吊运测试下,AI计算钢胚数量的正确率提高到99%。

许朝咏表示,AI落地经常发生的问题大多和环境有关,他认为AI项目应用有3个层次,第一个层次是单纯使用AI技术,因为条件不可控,使得AI技术难以符合现场环境;第二个层次是限定环境使用AI,以天车吊运钢胚为例,使用雷射线即是限定环境使用AI技术,但是容易因为环境变异造成AI辨识失准;第三个是精确设计环境后使用AI技术,控制雷射线只打在吊起的钢胚上,在设计的环境中就能很好地使用AI技术。

另外,中钢也开发天车远程协作技术,在第二热轧钢带工厂,利用5G专网涵盖钢卷储区,通过5G网络及Wi-Fi网络备援,创建低延迟网络来发送控制命令,同时改造天车系统,将控制信号拉到控制室,使其可以远程控制,天车手不需登上高处的天车,只要在地面上安全的操作台,通过多个屏幕呈现不同视角的天车操作即时影像,从远程操控天车吊运钢卷。

天车手在地面的控制台远程操控天车,中钢也盘点天车吊运钢卷作业进程,评估哪些进程适合由人工操作,例如吊取钢卷、放置钢卷比较适合人工远程操控,其他进程如电子围篱、防撞系统、钢卷号码辨识、点到点移动控制则可由AI代劳,如此一来,每个天车的人工操作负担大幅降低。

如图所示,天车手只需在地面控制台,通过多个屏幕来远程操控天车吊运钢材:

许朝咏表示,原本的人工操控天车进程,在导入人机协作后,人工操控只剩下夹取、放置钢卷,其他则由AI自动化控制,天车手的工作负担降到原本的20%,天车手剩余时间可以切换操控其他天车,未来一个人可以远程操控多台天车,提高工作效率。

运用数位双生技术模拟天车操控、高炉内布料情形

为了训练新手操控天车,中钢打造模拟训练系统,利用数位双生技术打造钢卷仓库的数位分身,天车新手可以先在钢卷仓库的模拟环境中,练习操控天车吊运钢卷,这套训练系统支持驾驶舱操控及远程遥控操作,让天车手考照的同时,先熟悉未来的工作环境。

在钢铁的生产过程中,高炉用于高温熔炼原料产生铁水,但是高炉内上千度高温,高炉内操控在钢铁业的产线过程中如同盲盒,高炉内布料的情形不易被了解,中钢运用数位双生技术打造高炉的数位分身,

许朝咏指出,中钢通过Nvidia Omniverse创建高炉布料的模拟,模拟高炉炉顶布料到料面的情况,了解和真实高炉的布料情况是否一致,从模拟系统的布料变动,预测判断真实高炉布料的结果。

以生成式AI打造数位助理,加速经验传承、职能训练

为了加速新旧员工的经验传承,以及新手员工的训练,中钢也运用生成式AI,以多年累积的既有知识库结合ChatGPT,开发个人的数位助理。以生成式AI数位赋能员工,将他们不具备的技能、知识,让他们具备或是能够从系统中提取。

许朝咏认为让员工大量使用生成式AI,最终他们会从工作场域中找出合适的生成式AI应用,并且提出他们的需求。

目前中钢内部已有生成式AI应用,例如将设备、线路数据格式化后存于数据库,传统上,不会SQL语法的员工需要仰赖熟悉SQL语法的其他人协助,从数据库中取得需要的数据,现在利用生成式AI,不会SQL语法的员工得以自然语言提出问题,由AI生成SQL语法从数据库中取得数据,再以自然语言回答。

中钢运用生成式AI开发工程小管家,工程人员遇到问题,可以自然语言像系统提问,由小管家搜索数据后回复:

另一个生成式AI的应用实例是在维修指引方面,资深员工多年从事维修工作所留下的文档,中钢根据这些文档开发维护指引系统,结合生成式AI,维护人员遇到不熟悉的维护难题,可以自然语言向指引系统提问,由指引系统找寻数据答复,让新手员工学习如何维护设备。

许朝咏指出,数位转型过程中最重要的是,如何导入数位技术协助员工完成工作,中钢在推动数位转型中导入各种数位技术,例如导入AI来开发远程操作人机协作,利用人工和AI各自的优点打造人机共同作业,以提升工作效率,其次是导入数位双生技术,在创建数位分身的过程,借此机会盘点内部的信息流是否足以呈现实境情况,以及虚境模型能不能解释实境的现象,「能够做到这两件事,数位双生才能带来效益」。另外,中钢导入混合云,结合低代码工具,让员工可以快速创建AI应用,最后运用生成式AI创建专家询问系统,活用过去员工的经验数据,让新进员工汲取知识,获得经验传承,达到训练效果。

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