無(wú)人工廠：奏響制造業(yè)蝶變曲

走進(jìn)位于北京鳳凰嶺山腳下的三一重工樁機(jī)工廠，一座座重型設(shè)備鱗次櫛比，AGV（無(wú)人搬運(yùn)車）來(lái)去自如，機(jī)械手揮舞有序，這個(gè)偌大的無(wú)人工廠仿佛在演奏舒緩的“機(jī)器交響樂(lè)”。

如果將工廠比作大象，通過(guò)應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)，這頭“大象”實(shí)現(xiàn)了“起舞”。十年間，無(wú)人工廠在中國(guó)完成了從無(wú)到有的轉(zhuǎn)變，工廠里的工人則上演了從有到無(wú)的改變，這“有”和“無(wú)”之間，則見證了中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的蝶變。

從“大規(guī)模生產(chǎn)”到“高度柔性”

“當(dāng)時(shí)還是傳統(tǒng)制造工廠的樣子，4萬(wàn)平米的廠房?jī)?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(zhǎng)達(dá)30天。”三一智能制造研究院院長(zhǎng)董明楷憶起當(dāng)年時(shí)說(shuō)道。 

那時(shí)候，誰(shuí)也想象不到，后來(lái)的三一重工樁機(jī)廠會(huì)脫胎換骨，一躍成為全球重工行業(yè)首個(gè)“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)。

如今，在“智慧大腦”的指揮下，車間中一條條高度柔性的自動(dòng)化生產(chǎn)線井然有條的運(yùn)行著，工廠走向了節(jié)能降耗綠色發(fā)展之路。

圖為三一重工北京樁機(jī)工廠

這種翻天覆地的變化，在投身制造業(yè)愈十年的吳志杰心里烙上了深深的印記，新一代信息技術(shù)帶來(lái)的產(chǎn)業(yè)變革讓吳志杰震撼不已。

“過(guò)去的工廠處于傳統(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，如今客戶個(gè)性化、小批量的訂單需求大幅提升，之前的工廠模式早就難以為繼，迫切需要通過(guò)數(shù)字化升級(jí)實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)。”現(xiàn)任三一重工樁機(jī)工廠制造總監(jiān)吳志杰向《中國(guó)電子報(bào)》記者坦言。

談及樁機(jī)工廠數(shù)字化改造，吳志杰作為主要負(fù)責(zé)人對(duì)工廠數(shù)字化改造過(guò)程歷歷在目。

2018年，集團(tuán)提出數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，其中，樁機(jī)工廠的數(shù)字化改造被寄予厚望。2019年，樁機(jī)工廠開始“燈塔工廠”頂層設(shè)計(jì)和規(guī)劃；2020年6月，北京樁機(jī)工廠開始動(dòng)工建設(shè)“燈塔工廠”，2021年9月樁機(jī)工廠獲得“燈塔工廠”認(rèn)證。通過(guò)990多天的改造，三一重工樁機(jī)工廠實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)的規(guī)模化生產(chǎn)到高度柔性生產(chǎn)的蛻變。

“我在生產(chǎn)一線待過(guò)，特別有感觸。”吳志杰向記者娓娓道來(lái)，“單就焊接工藝而言，在鉆桿方頭焊接改造升級(jí)前，我們需要由人工進(jìn)行多道焊接，這對(duì)焊接員工技能水平要求極高，且人工焊接質(zhì)量一致性差、耗時(shí)長(zhǎng)，局限于僅有的高級(jí)焊工能夠操作。如今，通過(guò)數(shù)字化改造，我們建立了抗反光激光掃描和構(gòu)建坡口數(shù)字化模型，采用自適應(yīng)控制機(jī)器人擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了方頭、接管等對(duì)接焊縫的自適應(yīng)焊接。我們應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工匠技能的軟件化，參數(shù)化，這樣可以讓機(jī)器人實(shí)時(shí)接收準(zhǔn)確的指令，最終實(shí)現(xiàn)了焊接質(zhì)量一次性合格率100%，效率大幅提升。”

樁機(jī)工廠主要生產(chǎn)的是樁工機(jī)械，其生產(chǎn)模式屬典型的離散制造，多品種、小批量、工藝復(fù)雜。更大的挑戰(zhàn)在于工件復(fù)雜，又大又重又長(zhǎng)，例如170 多種鉆桿中最長(zhǎng)27米重達(dá)8 噸，20 多種動(dòng)力頭最重達(dá)16 噸。

經(jīng)過(guò)自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化升級(jí)后，三一樁機(jī)工廠共有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，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，生產(chǎn)制造要素實(shí)現(xiàn)全連接，整個(gè)工廠已成為深度融合互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能的“智慧體”。

“高度柔性生產(chǎn)工廠的潛能得到極大發(fā)揮。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(shuō)。相比于改造前，如今，樁機(jī)工廠可生產(chǎn)近30 種機(jī)型，焊接、裝配、機(jī)加等核心工序作業(yè)效率分別提升了130％、100％、68％，在同樣的廠房面積產(chǎn)值翻了一番?？傮w生產(chǎn)設(shè)備作業(yè)率從66.3％提升到86.7％，平均故障時(shí)間下降58.5％，勞動(dòng)生產(chǎn)率提高85%，生產(chǎn)周期從30天縮短至7天，減少77%。

從“兩班倒”到“空無(wú)一人”

在廚房電器領(lǐng)域，杭州老板電器股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“老板電器”）赫赫有名，吸油煙機(jī)市場(chǎng)占有率高達(dá)47.7%，幾乎占據(jù)半壁江山；嵌入式電蒸箱電商市場(chǎng)占有率高達(dá)40.16%，是線上渠道銷售冠軍；嵌入式蒸烤一體機(jī)則攬獲了線下市場(chǎng)第一名的桂冠。

從一家誕生在杭州市臨平螺螄橋村的村辦企業(yè)，成長(zhǎng)為中國(guó)廚房電器領(lǐng)導(dǎo)品牌，老板電器的華麗轉(zhuǎn)變還要從2010年開啟的關(guān)鍵轉(zhuǎn)型說(shuō)起。彼時(shí)，根據(jù)世界銀行數(shù)據(jù)，2010年中國(guó)制造業(yè)增加值超過(guò)美國(guó)，成為第一制造業(yè)大國(guó)。然而，制造業(yè)生產(chǎn)效率卻有待提升。老板電器掌舵人敏銳地意識(shí)到“制造端需要一些變化”，開始嘗試生產(chǎn)線“機(jī)器換人”。

圖為老板電器無(wú)人工廠

“機(jī)器換人”就像是按動(dòng)了一個(gè)“開關(guān)”，老板電器的智能制造轉(zhuǎn)型之路由此展開。2013年，老板電器啟動(dòng)數(shù)字化工廠改造；2016年，建成廚電行業(yè)首家通過(guò)工信部認(rèn)證的智能制造試點(diǎn)示范基地；2018年，老板電器智能制造科創(chuàng)園動(dòng)工；2019年，老板電器開始與阿里云、浙江大學(xué)等公司、高校機(jī)構(gòu)合作，打造行業(yè)內(nèi)首個(gè)“無(wú)人工廠”；2021年，發(fā)布全國(guó)首個(gè)廚電行業(yè)5G無(wú)人工廠，并入選浙江省首批未來(lái)工廠名單。

位于杭州臨平的老板電器三部茅山基地鈑金/沖壓車間，占地面積5萬(wàn)平方米，配有284臺(tái)自動(dòng)化設(shè)備，現(xiàn)已成為當(dāng)?shù)赜忻?ldquo;無(wú)人工廠”，每天都要接待好幾批來(lái)參觀學(xué)習(xí)的企業(yè)。據(jù)工廠的老工人回憶，2015年工廠剛建成時(shí)配有200多名工人，每天“兩班倒”作業(yè)，“雙十一”期間訂單量大的時(shí)候則是“三班倒”。工人們一人一坑，生產(chǎn)過(guò)程中不能走動(dòng)。一批鈑金沖壓完成后，另有工人用手推車或叉車把成品運(yùn)到存放處。一條生產(chǎn)線配有一名線長(zhǎng)，維持生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

現(xiàn)在放眼看去，偌大的工廠空無(wú)一人。但在車間二樓的指揮中心里，員工或坐在面對(duì)自己的電腦前，或者幾個(gè)人站在20米寬的數(shù)據(jù)大屏前，密切關(guān)注著車間的各種狀態(tài)。“我們從2012年開始嘗試對(duì)這個(gè)鈑金沖壓車間進(jìn)行智能化改造，在2016年的時(shí)候進(jìn)行了自動(dòng)化升級(jí)，自動(dòng)化大概達(dá)到70%左右，到目前自動(dòng)化真正達(dá)到100%，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化，平時(shí)我們都是關(guān)著燈作業(yè)的，所以也叫‘黑燈工廠’。”老板電器CMO葉丹芃介紹說(shuō)道。

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)搭建的“老板電器九天中樞數(shù)字平臺(tái)”接管了廠內(nèi)的284臺(tái)自動(dòng)化設(shè)備、上萬(wàn)個(gè)點(diǎn)位的數(shù)據(jù)。無(wú)人工廠被裝上了“智慧大腦”，人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、5G、數(shù)字孿生等新興技術(shù)被廣泛應(yīng)用到工廠產(chǎn)銷環(huán)節(jié)中，把工人師傅們從枯燥乏味的、流水線式的生產(chǎn)線上解放出來(lái)，去做更高價(jià)值的工作。表面看是在生產(chǎn)過(guò)程中去掉人的參與，實(shí)際上在背后是無(wú)數(shù)高端智能與技術(shù)的交互。據(jù)阿里云工程師陳滎介紹，改造完成后，這所工廠的整體生產(chǎn)效率提高了45%，生產(chǎn)成本降低21%。

改變的不止是工廠，還有老板電器的工人們。29歲的徐橋軍過(guò)去主要負(fù)責(zé)在產(chǎn)線上“接料”，只要產(chǎn)線不停，他就不能休息，現(xiàn)在經(jīng)過(guò)培訓(xùn)轉(zhuǎn)換了身份，已成了“無(wú)人工廠”的機(jī)器人調(diào)試師。31歲的白建強(qiáng)過(guò)去是一名激光刻膜工人，每天在不到一平米的工位上重復(fù)作業(yè)，現(xiàn)在他負(fù)責(zé)對(duì)近30臺(tái)AGV物流機(jī)器人的行駛路線做定期優(yōu)化，“管轄區(qū)域”超過(guò)一萬(wàn)平米。此外，還有“運(yùn)維工程師”、“設(shè)備保養(yǎng)工程師”、“系統(tǒng)開發(fā)工程師”......他們戲稱自己為新時(shí)代的“知識(shí)工人”。

老板電器總裁任富佳感慨道：“40年前，我的父輩拿著老虎鉗創(chuàng)辦工廠，艱苦創(chuàng)業(yè)直至‘企業(yè)上市’，現(xiàn)在我們已經(jīng)完成了‘企業(yè)上云’，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)+智能制造，企業(yè)可以像‘人腦’一樣去思考，無(wú)人工廠不再是夢(mèng)想。”

從“排放大戶”到“環(huán)保標(biāo)桿”

提及鋼鐵業(yè)，高能耗大排放是人們最深的印象，一排排高聳入云的煙囪是工廠的標(biāo)配。十年前，在鋼鐵行業(yè)扎根多年的王耀東也是這么認(rèn)為的。

如今，時(shí)過(guò)境遷，走進(jìn)天津市新天鋼德材科技集團(tuán)下屬企業(yè)新天鋼冷軋薄板有限公司（以下簡(jiǎn)稱“冷軋薄板公司”），一排排光伏組件整齊排列在面積為十萬(wàn)余平方米的廠房屋頂上，在陽(yáng)光的照射下熠熠生輝。這個(gè)光伏發(fā)電項(xiàng)目通過(guò)10kV并網(wǎng)，采用“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”的模式運(yùn)行，每年約生產(chǎn)800萬(wàn)千瓦時(shí)光伏電，相當(dāng)于每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤980噸，減排二氧化碳7000余噸，可以補(bǔ)充企業(yè)近4%的電力消耗。在工廠車間，各條生產(chǎn)線有條不紊地自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)樹根互聯(lián)根云工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，就能將設(shè)備、車輛、人員、能耗等多項(xiàng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)變化情況盡收眼底……這些對(duì)于王耀東而言是十年前未曾想到的。

現(xiàn)任新天鋼冷軋薄板有限公司副總經(jīng)理王耀東告訴記者，作為新天鋼德材科技集團(tuán)的一員，節(jié)能減排的難題曾經(jīng)深深困擾冷軋薄板公司管理層。 

在“雙碳”背景下，新天鋼德材科技集團(tuán)制訂了一系列低碳發(fā)展路線。作為新天鋼德材科技集團(tuán)的一員，冷軋薄板公司也參與了這場(chǎng)翻天覆地的巨變。于是，從2020年開始，該公司啟動(dòng)工廠數(shù)字化智能化改造。

“實(shí)現(xiàn)智能化改造后，工廠的運(yùn)營(yíng)成本降低了25%，報(bào)表統(tǒng)計(jì)效率提高30%，生產(chǎn)、銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)的決策效率提升了57%，整體制造及管理水平得到了質(zhì)的飛躍，碳排放也相應(yīng)地顯著降低。”王耀東說(shuō)道。

圖為新天鋼冷軋薄板有限公司生產(chǎn)車間

從“排放大戶”到成為業(yè)內(nèi)環(huán)保標(biāo)桿企業(yè)；從設(shè)備故障頻發(fā)導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，到核心生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)AI預(yù)測(cè)性維護(hù)；從年虧損10億元到盈利4.5億元……煥然一新的背后，冷軋薄板公司“5G+智能工廠”的光環(huán)吸引到了同行的關(guān)注。

據(jù)悉，2022年冷軋薄板公司還將啟動(dòng)“5G+智慧工廠”項(xiàng)目二期建設(shè)，致力于達(dá)到生產(chǎn)要素?cái)?shù)字化、部分天車操作無(wú)人化、基礎(chǔ)崗位少人化、工序模型系統(tǒng)化、運(yùn)作管控集中化、運(yùn)營(yíng)決策智能化。

基于此，冷軋薄板公司獲評(píng)“福布斯中國(guó)2021年度中國(guó)十大工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型企業(yè)”，并入選天津市綠色工廠名單。對(duì)于整個(gè)集團(tuán)來(lái)說(shuō)，冷軋薄板公司的故事還只是一個(gè)小小的縮影。據(jù)王耀東透露，2021年企業(yè)每生產(chǎn)一噸產(chǎn)品排放0.17噸二氧化碳，比2013年的碳排放強(qiáng)度下降了30%。

“目前集團(tuán)的數(shù)控中心、大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)體系等正在逐步建立完善，今年集團(tuán)還將加大投入，向建設(shè)鋼鐵行業(yè)內(nèi)環(huán)保A類企業(yè)的目標(biāo)不斷發(fā)力。” 新天鋼德材科技集團(tuán)總裁張銀山憧憬著未來(lái)。

在“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的賦能作用下，越來(lái)越多的中國(guó)鋼鐵企業(yè)主動(dòng)破題，走上了綠色發(fā)展的康莊大道。

作者丨徐恒 宋婧

編輯丨趙晨

美編丨馬利亞    

監(jiān)制丨連曉東