废钢智能判级系统在济源钢铁中的应用.pdf

22使用与维护第4 2 卷2 0 2 4 年第1期（总第2 2 9 期）废钢智能判级系统在济源钢铁中的应用陈万俭，李欢欢（河南济源钢铁（集团）有限公司信息化仪表处，河南济源454650)【摘要】介绍了济源钢铁的废钢智能判级系统、系统特性以及使用后的效果。系统主要采用图像识别的方法，经过数据采集、多重AI运算、大数据分析技术、视频处理、深度学习等技术对废钢铁进行自动判级，达到业务智能化的效果，同时也解决了人工验质工作效率低、感情因素大、安全隐患高、判级难追溯等问题。该系统与计量系统、ERP系统标准对接，能够有效保障数据不落地。【关键词】废钢；分类；判级；智能；图像Application of Scrap Steel Intelligent Grading Systemin Jiyuan Iron and Steel(Group)Co.,Ltd.Chen Wanjian,Li Huanhuan(Information Instrument Office of Jiyuan Iron&Steel(Group)Co.,Ltd.,Jiyuan 454650,Henan)Abstract I This paper introduces the scrap steel intelligent grading system,its system characteristics and effects afterapplication in Jiyuan Iron&Steel(Group)Co.,Ltd.This system mainly adopts the method of image recognition,andautomatically judges scrap steel through data collection,multiple AI operations,big data analysis technology,video processing,deep learning and other technologies to achieve the effect of business intelligence,and also solves the problems of low workefficiency of manual quality inspection,changeable subjective factors,high safety hazards,and difficult traceability of grading.The system is connected with the measurement system and ERP system standards,which can effectively ensure that the data canonly be accessed during processing.Keywords scrap steel;classification;grading;intelligence;image1前言我国是目前全球最大的粗钢生产国，粗钢产能达到全球粗钢产能的50%以上。但目前我国钢铁行业中仍然存在一些问题，比如炼钢废钢比较低，短流程企业不多，废钢回收规范仍需继续完善等。针对废钢回收规范，国家相关部门及行业内相关企业一直在积极探索以全新的方式来替代现有人工验收废钢的流程。目前济源钢铁秉承敢为行业先，敢做第一人的原则，已经率先规划并落地了以人工智能的方式结合图像识别技术对废钢进行验收，并取得了成功。传统的废钢验质用的是一双眼睛，根据经验对整车废钢给出级别和扣杂情况。对于同样一辆车，不同的验质人员往往会给出不同的验质结果，与此同时对于废钢中的危险物也很难发现2废钢智能判级系统应用新的废钢智能判级系统基于深度学习算法，将会实时对卸料过程进行拍照和识别，智能输出废钢级别以及每种料型和厚度的重量占比信息，并且自动提示报警信息，不放过每一个疑似报警物，杜绝安全生产风险废钢智能判级系统主要实现废钢自动检验，同时结合公司原有供应链、计量、门禁、财务系统完成数据自动传输和核算。实现车辆定位、自动拍照、爪机、龙门吊卸车方式的抓拍模型算法、不同卸料点的算法共用、不同废钢料型的智能识别等功能。从而实现无人化验质、智能识别、集中管控等（见图1）。2.1技术方案废钢智能判级系统是针对废钢质检的综合解决方案，主要包括两大部分：一部分是硬件、另一部分是软件。整体系统功能架构包含网络硬件、废钢智能判级系统、终端看板、系统接口（与计量、ERP系统集成）精智工业互联网平台等几大部分。23使用与维护第4 2 卷2 0 2 4 年第1期（总第2 2 9 期）物流系统终端看板奥像监控凌锅钢综合级数据分析司机信息车辆信惠拍照留存剪级歌据记缘历史数据查看物料信息即时翔级翻形化服示照片详情微形化展示数据导出现场监控废钢车辆信息判级掉法模型库硬件控制自助终螨废钢判定大屏计量数据系统吸建识别智能手级云台柜机读卡器照明灯身份验证入顶报车辆定位扣茶算法自动顺焦光电开关振警灯选择和料点翔级结果展示自助终端ERP系统图片标注异常处理用户管理移动终鲜预报等级图片标主硬件异带用户角色薄法同步权限日装判级结巢远程监控扣杂结果硬件云台柜机读卡机光电开关自助终端照明灯结算数据网络报警指示灯交换机通讯电缆精智工业互联网平台图1基于工业互联网平台的废钢智能判级解决方案系统架构技术架构（见图2），整体分算力资源层、数据层、智能平台层和应用层，采用微服务技术架构，各个模块间松耦合的方式，各个节点分工明确，控制逻辑严谨，全面保证数据传递的实时性和一致性。废钢智能判级应用应用层判级可视化图像监控摄像机管理判级数据统计APlService模型废钢判级模型料型识别模型车辆区域识别模型爪机识别模型工业智能平台ARIMA算法动态规划算法元启发式算法遗传算法ResNet层算法MaskRCNNCRNNYOLOSVMXGBDOST框架/求解器CBCFlinkSklearnTensorFlowPyTorchPaddlePaddle计量数据车辆数据判级数据废钢类型数据视频数据数据层大数据平台GPU算力精智工业互联网平台图2 基于工业互联网平台的废钢智能判级解决方案技术架构废钢判级系统主要由图像监控、废钢判级、数据分析、算法模型库、硬件控制、自助终端配置、算法训练、异常处理、用户管理9 大功能模块组成。2.2关键技术废钢智能判级系统结合物联网、5G传输技术、图像采集、深度学习、软件开发、接口集成等先进技术，采用用友研发的高清相机自动跟随24使用与维护第4 2 卷2 0 2 4 年第1期（总第2 2 9 期）技术，自动识别车辆位置和区域，自动跟随天车电磁吸盘/爪机，对卸货区域进行覆盖型自动聚焦放大拍照，实时采集废钢卸载照片，基于已标记图片及单体信息，应用深度学习算法技术，通过对不同次数的卷积操作，提取图像特征，实现即时判级和最终整车判级，同时对密闭容器、油污、水渍生铁等拒收品进行及时报警。2.2.1物联网技术基于物联网技术，实现本地高清摄像机、LED屏、自助终端、服务器、报警指示灯等的设备互联感知。2.2.2图像采集技术基于图像采集和自动拍照技术，实现自动追踪废钢车的卸货区域和爪机/吸盘的位置，系统自动拍摄高质量照片。2.2.3深度学习基于深度学习技术，采用最先进的基于卷积神经网络的深度学习算法，通过对海量废钢图片的训练构建废钢智能识别模型，构造标准的废钢数据库以及成熟的多种料型的智能算法，自主开发30 余个AI算法模型，实现废钢的像素级实例分割识别。废钢定级算法模型产生图片和各类废钢的定量相似度，异物识别模型产生图片中所含异物信息，两模型所输出数据及结构化数据输入机器学习模型，输出扣杂扣重、降级和退货指导，其主要功能分为三部分：（1）废钢定级模型：超大件识别是针对部分类型废钢（如优质重废、普通重废）尺寸(长宽）超出收购要求时，系统可进行报警提示。全天候卸货场景，用于定级的分层废钢视频：每个分级类型，分白天和夜晚、均不少于30 0 车，视频总数大于N2300，N为废钢类型数。算法需提供满足数量级的样本图片后通过模型训练具备识别定级能力。（2）异物识别模型：目前异物识别主要针对如下类别：水泥块、油渍、密闭容器、钢丝绳、土石块、塑料。异物在任一摄像头方向的投影大小应大于20pix20pix。实施过程中如果新的异物需要识别，可以对新的异物图片单独打标训练，并更新到视觉算法模型中。（3）扣杂扣重指导模型：判级系统扣杂依据废钢车辆原发净重设定原始扣杂比例，卸料过程中依据采集到的废钢图像油污、锈蚀、土杂严重程度进行累计扣杂扣重，超出设定的范围值时系统进行退货预警或降级处理。2.2.4软件开发基于软件开发技术，构建从摄像机管理、监控点管理、LED屏管理、系统参数配置、判级历史记录、图像监控、数据分析等完整的闭环功能，实现软件、硬件、算法与系统间的一体化。2.2.5数据接口基于数据接口技术，与供应链、计量、门禁、财务系统打通，从车辆进厂、卸料、判级、结算全面一体化，实现数据不落地。废钢采购业务流程见图3。废钢判级业务流程见图4。流程编号：FG-001流程名称：废钢采购业务流程图更新日期：2 0 2 3.0 2.2 7废钢采购部供应商财务部开始01.内勤自动O5.供应商30.结订单维护接单发票维护采购订单采购发票自动10.废钢筒自动自动45.成本荟计进厂制码采购结算采购发票自动.20.废钢自动15.废钢杭40.成本荟计50成本荟计”判级入场过磅冲暂估存货核算判级结果车辆信息采购发票自动自动25.废钢尚机35.结算赏55总账荟计出场过磅暂估处理总账结算计量过磅单凭证结束图3废钢采购业务流程25下转第2 9 页1使用与维护第4 2 卷2 0 2 4 年第1期（总第2 2 9 期）自助机/手持终端废钢智能检测按钮盒停车位徽确认开始脚料停止卸料完成卸料1身份验证抢机拍摄全最照废钢翻片揭示灯指示灯按钮4选择监控点车次选择系统识别车辆的-系统监控伦机调面-有效区城半新吸盘工作状吉废钢圈片库-图片标注爪机吸盘每工作（本地/云端）系统识别废钢一次球机聚焦拍报馨物/碎潼等配盾信息确认照模型训练平台算法后处理翔级数据显示判级进度&判-动练好的拟合计1-高质量的级结果旅法模型-图片样本下载到本地的燕示翔吸过程和判简法模型级贴果（图像监控）1LED屏1三方系统参数管理&配盟管判级结果补录-显示判级进度&判级结果理（摄像机/监控计量系统点/自助机）1-1图4 废钢判级业务流程3使用效果3.1经济效益废钢智能判定系统通过废钢集中远程智能判定，可大大降低人员数量，按照每个料场由3人进行判定计算，通过废钢远程集中智能自动判定，对于拥有10 个废钢料场的生产企业，预计可节省人员数量15人左右，年节省成本约150 万元。每车废钢可自动拍摄4 0 余张高清图片、10 0 0 余个废钢单体，对废钢厚度、类型、重量、尺寸等信息一览无余。传统的废钢验质往往是验质人员拿着手机对车上废钢随机进行2 3张拍照，然后发到微信群里。人工拍照数量少，拍照不规范，无法代表整车废钢的全貌；新的废钢智能判级系统，基于图像采集和自动拍照技术，可实现对全车废钢实现无死角的覆盖拍照，只需点击一个按钮，整车废钢全景图、放大细节高清图一览无余，实现废钢判级过程全面透明可视，大大降低作风险。废钢智能判级公平公正，降低可控风险成本。用友已实施项目吨废钢降低成本10 元以上，按照年需求废钢10 0 万t计算，年降低可控风险成本10 0 0 元。3.2提升钢铁行业数字化管理水平3.2.1统一废钢验质标准，杜绝人情验质通过基于工业互联网平台的废钢智能判级解决方案，判级标准唯一，数据唯一，能在废钢验质层面形成统一的尺子，公平公正进行验质，杜绝人情验质问题。3.2.2验质过程可追溯，有效保护从业者倡导阳光验质。系统能保存了现场验质的所有视频，对于供应商、废钢使用用户的任何异议，均可以实时调出图片及视频进行查看，因此能够能有效保护废钢验质从业者，确保废钢验质在阳光下进行，维护清正廉洁的工作氛围。3.2.3验质过程智能化、少人化，降低安全隐患通过抢球机作为眼睛，判级系统作为大脑，实时指挥现场抓机（天车）驾驶员作业，实现了现场作业智能化、少人化，能有效规避废钢卸载对现场验质人员的人身伤害3.2.4判级数据不落地，提高企业信息化管控水平通过废钢智能判定系统，实现对每一车废钢的入厂计量、废钢卸料、判级过程、人员、结算等进行可追溯化，管理人员可便捷查询历史数据，让每一车废钢判级实现透明可视，风险无处可藏。实现了判级过程的无纸化，确保判级数据不落地，有效提升了企业信息化管控水平3.3判级复议率2022年1月 12 月智能判级车辆7 4 30 辆，判级覆盖率10 0%，人工复议智能判级车辆2 0 0 车，判级复议率9 7.3%。4丝结论废钢智能判级系统界面简洁直观，实时显示当前在判级车辆的数据，查询历史数据废钢判级详情，对废钢刷卡、卸货、判级、危险物预警、供应商评价、实时视频等一键直达，一目了然。传统的废钢验质由于均为人工线下操作，验质人员及管理人员无法实时掌握判级进度和实时信息，信息严重滞后，从而为企业带来很多未知风险。新的废钢智能判级系统提供简洁直观的统一访问人29(2023-04-11 收稿上接第2 5 页(2023-05-07收稿使用与维护第4 2 卷2 0 2 4 年第1期（总第2 2 9 期）指挥者和现场操作人员。是施工质量的创造者，质量的监督和管理一定得要以人为核心，充分调动人的积极主动性、创造能力，持续增强人的责任观念，树立起“质量第一的理念”。在建筑人才的选择上设立相对应门槛，选取文化水平和基本素养比较高的学生，以此来带动整个建筑队伍的素养。也可以对施工队伍进行素质教育培训，派遣有能力的基层人员进行深造，以此来提高团队的素质和技术水平。尽可能减少因为人的失误，以人的工作质量来确保工程的质量。工程相关管理人员和建筑施工人员是建筑产品的直接创造者，其基本素养高低和质量意识强弱都将直接严重影响到工程建设质量的优劣。是影响工程质量高低的主要因素。参考文献：1高国平.谈某房屋建筑工程钢筋混凝土裂缝产生口，登录系统后一个人可同时掌握十几个卸料点的信息，包括实时视频、判级进度、判级结果、扣渣量、危险物报警情况、卸货的质量等，所有相关信息一目了然。废钢智能判级上线以来，经过现场验证及不断地改善修正，目前图片的识别率已经达到9 3%以上，图片识别的准确率已经达到9 6.9%以上，完全满足了现场废钢验收需求，真正实现了公平、公正、公开的要求。一年来，有包括新余钢铁、南钢、安钢等2 0 多家兄弟钢铁企业前来参观学习，为废钢智能判级的推广使用起到了积极地作用。原因及防治 J.建筑工程与管理，2 0 2 2(8)：4.2袁庆。浅谈装配式混凝土结构建造技术在房屋建筑工程中的应用 J.砖瓦世界，2 0 2 2（11)：6 1-6 3.3阮尧.房屋建筑工程施工技术及现场施工管理方法分析 J.中国房地产业，2 0 2 2(2 1)：12 2-12 5.4赵修超.建筑装配式混凝土结构设计与建造技术应用分析 J.中国建筑金属结构，2 0 2 2(6)：5 3-5 5.5曹玉宁.房屋建筑工程施工技术及现场施工管理J.现代物业,2 0 2 1(2 5)：15 4-15 5.6郑雪松.房屋建筑工程施工技术和现场施工管理剖析 J.电脑高手（电子刊），2 0 2 1（1)：1137.7王义文.钢筋砼结构的性能及其在房屋建筑施工技术中的应用研究 J.砖瓦世界，2 0 2 1(5)：8 5.8王丹阳，王东明，张欢.钢筋混凝土结构施工技术在房屋建筑施工中的应用 J.工程建设与设计,2 0 2 1(2 0):16 5-16 7.参考文献：1】徐志远面向人工智能算法下图像识别技术分析.数字技术与应用 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