揭秘 | 三一重工“燈塔工廠”背后的故事

近日，在世界經(jīng)濟(jì)論壇（WEF）發(fā)布新一期全球制造業(yè)領(lǐng)域“燈塔工廠”名單中，三一重工樁機(jī)工廠入選。世界最大的混凝土機(jī)械制造商、亞洲最大的智能制造車間、中國最聰明的工廠……三一重工擁有許多令人艷羨的“頭銜”。“世界第一高樓”阿聯(lián)酋迪拜塔、“中國第一高樓”上海中心大廈、“中國第一高塔”廣州小蠻腰等超高層建筑，皆有三一重工的身影。隨著新一輪信息技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)變革加速演進(jìn)，重工行業(yè)如何把握數(shù)字化轉(zhuǎn)型機(jī)遇，以智能制造為支點(diǎn)撬動(dòng)價(jià)值重構(gòu)？帶著疑問，《中國電子報(bào)》記者來到位于京西鳳凰嶺山腳下的產(chǎn)業(yè)園，探尋這座全球重工行業(yè)首家獲權(quán)威認(rèn)證“燈塔工廠”背后的故事。

5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)讓“大象”跑起來

當(dāng)這場席卷全球的數(shù)字化浪潮呼嘯而來之時(shí)，工業(yè)制造業(yè)不可避免地面臨著轉(zhuǎn)型的陣痛。制造企業(yè)普遍存在網(wǎng)絡(luò)能力弱、改造困難，設(shè)備之間難以互聯(lián)互通，制造數(shù)據(jù)難以及時(shí)采集并傳輸，數(shù)據(jù)孤島制約了設(shè)備的預(yù)測(cè)性維護(hù)等現(xiàn)象。如何打破互聯(lián)互通的壁壘，充分挖掘制造數(shù)據(jù)的核心價(jià)值成為亟待解決的關(guān)鍵性問題。

以三一重工樁機(jī)工廠為例，這家重型裝備制造商曾經(jīng)就像一頭體型龐大、身形笨重的大象一樣，受制于其離散制造生產(chǎn)模式以及早期網(wǎng)絡(luò)和信息化技術(shù)的限制，數(shù)字化轉(zhuǎn)型困難重重。

三一智能制造研究院院長董明楷回憶起兩年前的三一樁機(jī)工廠時(shí)說道：“當(dāng)時(shí)還是傳統(tǒng)制造工廠的樣子，4萬平米的廠房內(nèi)，充斥著機(jī)器的轟鳴聲、刺鼻的焊接味，800多個(gè)工人爬上爬下，油污滿身，月產(chǎn)能僅150臺(tái)，生產(chǎn)周期長達(dá)30天。”而今天脫胎換骨的“燈塔工廠”生產(chǎn)節(jié)拍加快了不止4倍，7天就能交付一臺(tái)旋挖鉆機(jī)，月產(chǎn)能更是翻了一番達(dá)到300臺(tái)。

這一切的轉(zhuǎn)變來自5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的深度融合。三一重工樁機(jī)工廠通過部署上行容量在1Gpbs/萬平米以上、單終端達(dá)到300Mbps以上，時(shí)延在20ms左右的5G虛擬專網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了8個(gè)柔性工作中心、16條智能化產(chǎn)線、375臺(tái)全聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)設(shè)備、上千臺(tái)水電油氣儀表的5G全連接，讓整個(gè)工業(yè)制造全流程高效互聯(lián)互通。

現(xiàn)在的三一重工樁機(jī)工廠中，5G成功落地案例比比皆是。例如，依托樹根互聯(lián)“根云平臺(tái)”，透過設(shè)備互聯(lián)及5G攝像頭36000多個(gè)采集點(diǎn)收集工業(yè)大數(shù)據(jù)，將所有設(shè)備運(yùn)行情況盡收眼底，樁機(jī)設(shè)備作業(yè)率從66.3%提升到86.7%；通過5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建立管理駕駛艙后，8臺(tái)激光切割機(jī)只需2人巡檢，加工任務(wù)的開始、復(fù)位、尋邊操作均可遠(yuǎn)程無人化操作；首創(chuàng)的采用5G精準(zhǔn)授時(shí)、激光slam定位、舵輪雙車聯(lián)動(dòng)重載AGV，實(shí)現(xiàn)超長超重物料的雙車協(xié)同搬運(yùn)，讓單節(jié)桿長度27米、重8.0噸的鉆桿自動(dòng)化運(yùn)輸不再困難。

依托5G的大帶寬、廣連接、低時(shí)延、高可靠等特性，原本很多受限于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、速度慢、時(shí)延高等而無法實(shí)現(xiàn)的功能在生產(chǎn)制造、視覺管理、智慧物流、設(shè)備互聯(lián)、智慧園區(qū)、智能研發(fā)、能源管理、智慧營銷與服務(wù)等8大類、30余個(gè)細(xì)分場景一一落地，并逐步在三一集團(tuán)內(nèi)進(jìn)行推廣復(fù)制。

數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前三一集團(tuán)30家工廠均已接入設(shè)備互聯(lián)進(jìn)行管理，并成功將設(shè)備總數(shù)由12000臺(tái)優(yōu)化降低至7782臺(tái)，產(chǎn)值反由752億元增加至1368億元?？梢姡?G讓這個(gè)專攻重型機(jī)械設(shè)備的“大象”真正地“奔跑”起來了。

高度柔性生產(chǎn)讓工廠“聰明”起來

傳統(tǒng)的規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)模式中，工廠的生產(chǎn)線相對(duì)固定單一，很難滿足不同客戶個(gè)性化、小批量的訂單需求。如今，新一代信息技術(shù)的普及與應(yīng)用深刻改變著生產(chǎn)、管理模式，更加靈活的、能夠滿足更多個(gè)性化生產(chǎn)需求的柔性制造受到越來越多的關(guān)注。

三一重工樁機(jī)工廠的高度柔性生產(chǎn)能力備受業(yè)界矚目。據(jù)董明楷介紹，作為整個(gè)工廠智能制造的核心，“智能大腦”FCC（工廠控制中心）將訂單快速分解到每條柔性生產(chǎn)線、每個(gè)工作島、每臺(tái)設(shè)備、每個(gè)工人，實(shí)現(xiàn)從訂單到交付的全流程數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。沿著數(shù)據(jù)流程，產(chǎn)品能夠“了解”自己被制造的全過程和細(xì)節(jié)。

遍布生產(chǎn)制造全流程的機(jī)器視覺系統(tǒng)讓機(jī)器真正擁有了適應(yīng)環(huán)境、柔性完成任務(wù)的能力。5G高清傳感器就是機(jī)器的“慧眼”，每秒可產(chǎn)生100萬個(gè)三維數(shù)據(jù)坐標(biāo)，擁有強(qiáng)大的感知和運(yùn)算能力。董明楷稱：“有了它，無論什么型號(hào)的大大小小零件，機(jī)器人都能實(shí)時(shí)得到場景深度信息和三維模型，作業(yè)時(shí)自動(dòng)修復(fù)偏差”。

在精準(zhǔn)授時(shí)、低時(shí)延的5G無線工業(yè)專網(wǎng)的保證下，AGV小車成為廠區(qū)智慧物流“飛毛腿”。行業(yè)首創(chuàng)的重載AGV“雙車夢(mèng)幻聯(lián)動(dòng)”，讓工人師傅們?cè)?jīng)不敢想象的27米超長超重物料的同步搬運(yùn)和自動(dòng)上下料變成了現(xiàn)實(shí)。

基于5G+AR設(shè)備的“人機(jī)協(xié)同”讓智慧工廠的“雙手”飛速運(yùn)作，物料分揀、銷軸裝配等“臟活”、“累活”全部由機(jī)器人來承擔(dān)。機(jī)器人AI還能通過免編程方式學(xué)習(xí)熟練工人的技能和手法，并作為教具“以老帶新”，最終實(shí)現(xiàn)技能傳授和工廠“老師傅”工匠精神的傳承。

“根云平臺(tái)”更是融合了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等，把工廠打造成一個(gè)完整的智慧體。樹根互聯(lián)股份有限公司副總裁劉偉光介紹說：“在工廠里面大概有36000多數(shù)據(jù)點(diǎn)實(shí)時(shí)接入，通過大數(shù)據(jù)的算力，實(shí)時(shí)計(jì)算，我們?yōu)槊恳坏拦ば颍恳环N機(jī)型，甚至每一個(gè)道具來匹配最優(yōu)的參數(shù)，優(yōu)化生產(chǎn)能力。”

一位現(xiàn)場的工人師傅對(duì)記者表示，目前，工廠里小到一塊鋼板的分揀，大到十多噸桅桿裝配，已全部可由機(jī)器人自動(dòng)化完成。根據(jù)測(cè)算，一條柔性裝配線可以滿足3噸到16噸所有動(dòng)力頭的生產(chǎn)，自動(dòng)化率70％，產(chǎn)能翻倍，因磕碰導(dǎo)致的質(zhì)量缺陷已全部杜絕。

“今天的樁機(jī)工廠就是一個(gè)腦子聰明、眼疾手快的工程師，實(shí)現(xiàn)了工匠精神與經(jīng)驗(yàn)的參數(shù)化與軟件化。”董明楷介紹說，“高度柔性生產(chǎn)讓工廠焊接、裝配、機(jī)加等核心工序作業(yè)效率分別提升130％、100％、68％，在同樣的廠房面積產(chǎn)值翻了一番。2020年，三一重工樁機(jī)工廠的人均產(chǎn)值已達(dá)到1072.8萬元。”

綠色低碳讓“燈塔”亮起來

據(jù)悉，制造業(yè)和建筑業(yè)、發(fā)電和供熱行業(yè)、交通運(yùn)輸這三大領(lǐng)域的碳排放占比超過全國總量的72％，是節(jié)能減排的大戶。

要讓“燈塔”亮起來，真正成為重工行業(yè)的示范標(biāo)桿，就要在降本增效的同時(shí)讓綠色成為智能制造的底色。三一重工總裁向文波認(rèn)為，“碳中和”、“碳達(dá)峰”是一條新賽道，讓企業(yè)可以與國際同行在同一起跑線上展開競爭。“對(duì)全球產(chǎn)業(yè)鏈和未來發(fā)展來說，必須著手于新能源，其將對(duì)全球工業(yè)體系進(jìn)行重構(gòu)。三一重工將積極推動(dòng)電動(dòng)化，并在智能、環(huán)保方面增加研發(fā)投入。”

三一重工樁機(jī)工廠選擇從源頭上“踩穩(wěn)油門”，再在細(xì)節(jié)中“精打細(xì)算”，從而實(shí)現(xiàn)總體脫碳。一方面，通過5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將工廠中上千臺(tái)的水電油氣儀表和生產(chǎn)制造設(shè)備全部連接起來進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警，并首創(chuàng)能源拓?fù)鋱D數(shù)字化看板將能源消耗情況可視化，攻破了能耗核算難、管理難兩大難關(guān)，截至2021年8月實(shí)現(xiàn)年節(jié)水4.74萬噸，下降58.9%，節(jié)電38.63萬度。另一方面，“燈塔工廠”對(duì)每一道生產(chǎn)制造工藝的能效進(jìn)行“精打細(xì)算”，并結(jié)合工業(yè)機(jī)理對(duì)相關(guān)工藝、設(shè)備進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化，截至到2021年，減少二氧化碳排放3977.25噸，排放量同比下降30.5%。

相關(guān)應(yīng)用在三一集團(tuán)推廣后，截止到2021年8月，萬元產(chǎn)值能源費(fèi)用同比下降32.43%，節(jié)電6088萬度，節(jié)氣380萬立方米，節(jié)水101萬噸，減少碳排放45.13萬噸，下降24.5%。

“面對(duì)工程機(jī)械和制造業(yè)數(shù)字化，三一集團(tuán)要么‘翻船’要么‘翻身’，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)字化升級(jí)肯定就‘翻船’，轉(zhuǎn)型升級(jí)成功就會(huì)‘翻身’。”三一集團(tuán)有限公司董事長梁穩(wěn)根直言。從發(fā)源于湖南漣源縣茅塘鎮(zhèn)的一處陳舊廠房發(fā)展成如今沖出國門、走向世界的超大規(guī)模重工企業(yè)，三一重工在智能制造時(shí)代，將追求極致、不斷創(chuàng)新的“工匠精神”融入了骨血。

“智能制造在數(shù)字時(shí)代幫助我們提升生產(chǎn)功能，解決了很多的勞力勞動(dòng)的問題。‘燈塔工廠’讓人和機(jī)器之間形成了一種協(xié)同關(guān)系，而不僅僅是一個(gè)體力的替代關(guān)系。機(jī)器替代了勞力勞動(dòng)和體力勞動(dòng)，讓普通工匠轉(zhuǎn)換為高技能工匠去做創(chuàng)新。而人的創(chuàng)新又為機(jī)器的效率提供了持續(xù)不斷的進(jìn)步的可能。”三一集團(tuán)董事、高級(jí)副總裁代晴華表示，“‘燈塔工廠’最大的意義是機(jī)器讓人變得更好，人讓機(jī)器變得更好。”

下一步，三一重工將啟動(dòng)重工行業(yè)“百人百億”燈塔工廠3.0規(guī)劃，致力在“十四五”末，全集團(tuán)達(dá)成3000億銷售額、3000名工人、30000名工程師的目標(biāo)。

三一集團(tuán)高級(jí)副總經(jīng)理、北京三一智造科技有限公司總經(jīng)理李梁健表示：“ ‘燈塔工廠’的建設(shè)只是一個(gè)起點(diǎn)，未來我們希望能夠和合作伙伴開展數(shù)字化轉(zhuǎn)型的合作，幫助他們一起去提升效率、降低成本、改善質(zhì)量，共同提升中國智能制造的能力與水平。”

作者丨宋婧

編輯丨徐恒

美編丨馬利亞