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12月5日，《人民日?qǐng)?bào)》（海外版）創(chuàng)新中國(guó)整版刊發(fā)《走進(jìn)三一重工北京樁機(jī)工廠——“鋼鐵大象”靈動(dòng)起舞》一文，探索全球重工行業(yè)首家“燈塔工廠”——三一重工北京樁機(jī)工廠，稱(chēng)其改造升級(jí)后，代表當(dāng)今全球制造業(yè)領(lǐng)域智能制造和數(shù)字化的最高水平。

紅色的鉆桿高高豎起，在藍(lán)天白云的映襯下顯得格外鮮亮——三一重工北京樁機(jī)工廠外，一排排高大的旋挖鉆機(jī)整齊排放，這是工廠的主打產(chǎn)品。除了旋挖鉆機(jī)，工廠還生產(chǎn)連續(xù)墻抓斗、雙輪銑、水平定向鉆共四大類(lèi)五十余種型號(hào)的產(chǎn)品。這些機(jī)械動(dòng)輒高達(dá)數(shù)十米、重達(dá)上百?lài)?，可謂是“鋼鐵大象”。

傳統(tǒng)印象里，生產(chǎn)這樣的重型裝備，需要大量人力來(lái)搬運(yùn)、組裝、焊接……其過(guò)程很難與數(shù)字化、智能化聯(lián)系起來(lái)。然而2021年，改造后的三一重工北京樁機(jī)工廠成功入選“燈塔工廠”，代表當(dāng)今全球制造業(yè)領(lǐng)域智能制造和數(shù)字化的最高水平。

近日，本報(bào)記者走進(jìn)位于北京市昌平區(qū)南口產(chǎn)業(yè)園的三一重工北京樁機(jī)工廠，看看在全球重工行業(yè)首家“燈塔工廠”里，這些“鋼鐵大象”如何靈動(dòng)起舞。

從空中俯瞰北京市昌平區(qū)南口產(chǎn)業(yè)園的三一重工北京樁機(jī)工廠

5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，打造智能工廠數(shù)字底座

記者到達(dá)樁機(jī)工廠時(shí)，約為上午10時(shí)，工廠里機(jī)器聲轟鳴，正在熱火朝天地生產(chǎn)中。戴好安全帽，三一重工北京樁機(jī)工藝所所長(zhǎng)尹言虎帶記者走進(jìn)廠房?jī)?nèi)。

在面積達(dá)4萬(wàn)平方米的工廠里，共有8個(gè)柔性制造工作中心，16條自動(dòng)化產(chǎn)線，500臺(tái)設(shè)備，工人卻沒(méi)見(jiàn)到幾個(gè)。在一個(gè)個(gè)柔性制造工作中心前駐足，記者看到，有的是機(jī)械臂正在精準(zhǔn)地抓取部件，然后進(jìn)行裝配；有的是配備自動(dòng)焊槍的機(jī)器人，正按著紅外線靶點(diǎn)和軌跡進(jìn)行焊接，火花飛濺。從備料到焊接，從涂裝到裝配……每個(gè)環(huán)節(jié)獨(dú)立作業(yè)又互相配合，有條不紊。

尹言虎介紹，在數(shù)字化改造前，工廠完全是另一番景象：零部件生產(chǎn)主要靠人，每道工序都離不開(kāi)人，一處不到位就得返工。加上零部件都很“笨重”，工人們圍著機(jī)械設(shè)備爬上爬下，揮汗如雨、滿(mǎn)身油污都是常態(tài)。趕上生產(chǎn)繁忙時(shí)，整個(gè)過(guò)程就像打亂戰(zhàn)。如今，工廠能在工人很少的情況下井然有序地運(yùn)轉(zhuǎn)，是因?yàn)椴季至?G和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。以5G連接為神經(jīng)，工廠就像打通了的“任督二脈”一般，把肌肉、骨骼、大腦等都協(xié)調(diào)起來(lái)，組成了智能制造的有機(jī)整體。

2019年樁機(jī)工廠率先部署5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，探索5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)深度融合。那時(shí)，三一重工提出：“數(shù)字化轉(zhuǎn)型要么翻身，要么翻船”，其推進(jìn)數(shù)字化的決心可見(jiàn)一斑。

依托5G技術(shù)大帶寬、廣連接、低時(shí)延、高可靠等特性，樁機(jī)工廠成功將500臺(tái)生產(chǎn)設(shè)備、傳感器和600臺(tái)水電油氣工業(yè)儀表全部接入公司自研的“根云”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，焊接、涂裝等全部工藝都能覆蓋到，這就相當(dāng)于讓大量“聾啞設(shè)備”都學(xué)會(huì)了“聽(tīng)從”指令、“說(shuō)出”信息。同時(shí)，通過(guò)“智能大腦”，訂單可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，從訂單到交付，全流程都由數(shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)。

以樁機(jī)下料區(qū)的切割機(jī)為例，改造前，工廠中5臺(tái)等離子切割機(jī)需要5名人員現(xiàn)場(chǎng)操作，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較差。通過(guò)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，現(xiàn)場(chǎng)情況通過(guò)5G視頻和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳，加工任務(wù)的開(kāi)始、復(fù)位、尋邊操作等均可遠(yuǎn)程實(shí)施，遠(yuǎn)程控制延時(shí)低于10毫秒。

在工廠中間位置一塊超大的可視化屏幕上，可以看到各臺(tái)機(jī)器的實(shí)時(shí)情況，哪一臺(tái)處于瓶頸、哪一臺(tái)效率低下、哪一臺(tái)暫時(shí)冗余，一舉一動(dòng)盡在掌握。甚至三一重工所有樁機(jī)產(chǎn)品在各地的運(yùn)行情況都一目了然。

5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，打造了智能工廠的數(shù)字底座?！半m然我們?nèi)庋劭床灰?jiàn)，但‘根云’工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在日夜不停地計(jì)算?！币曰⒄f(shuō)，以前，不同生產(chǎn)系統(tǒng)相互獨(dú)立，成為數(shù)據(jù)孤島，管理難度高?，F(xiàn)在，“根云”平臺(tái)對(duì)工廠23000多個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)收集的工業(yè)大數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算與分析，可以為每道工序、每個(gè)機(jī)型等匹配最優(yōu)參數(shù)，優(yōu)化生產(chǎn)流程。30臺(tái)高價(jià)值加工中心設(shè)備通過(guò)動(dòng)態(tài)識(shí)別和效能分析，能優(yōu)化轉(zhuǎn)速和負(fù)載等關(guān)鍵參數(shù)，機(jī)床產(chǎn)能提高了5%以上。

“手臂”“眼睛”“飛毛腿”，助力“柔性智造”

除了看不見(jiàn)的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，工廠里還有看得見(jiàn)的“手臂”“眼睛”“飛毛腿”……

作為重型裝備，樁工機(jī)械的生產(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，工件又大又重又長(zhǎng)，例如170多種鉆桿中最長(zhǎng)的有27米，20多種動(dòng)力頭中最重的達(dá)16噸。

尹言虎介紹，基于這種情況，樁機(jī)工廠自行研發(fā)生產(chǎn)控制系統(tǒng)，通過(guò)應(yīng)用模塊化技術(shù)，將產(chǎn)品拆解為獨(dú)立部件或模塊，并對(duì)各模塊進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)、組裝、測(cè)試和維護(hù)，使自動(dòng)化產(chǎn)線在投資最少的條件下根據(jù)不同的訂單、工況快速調(diào)整，實(shí)現(xiàn)多種產(chǎn)品混線生產(chǎn)。

順著尹言虎所指的方向看過(guò)去，在加工不同機(jī)型時(shí)，機(jī)械臂確實(shí)會(huì)自動(dòng)選取最合適的工裝夾具。機(jī)械臂是如何做到快速識(shí)別、抓取和裝配不同型號(hào)工件的呢？原來(lái)，“聰明”的“手臂”，離不開(kāi)“慧眼”的助力。

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，就是工廠內(nèi)無(wú)處不在的“慧眼”。借助2D/3D視覺(jué)傳感技術(shù)、AI算法以及高速的5G網(wǎng)絡(luò)，樁機(jī)工廠實(shí)現(xiàn)了智能工業(yè)機(jī)器人在大型裝備自適應(yīng)焊接、高精度裝配等領(lǐng)域的深入應(yīng)用。

數(shù)字化改造的道路并非一蹴而就。此前，團(tuán)隊(duì)在設(shè)備上安裝高清攝像頭時(shí)，位置放低了生產(chǎn)場(chǎng)景拍不全，放高了圖片分辨率又不達(dá)標(biāo)，再加上機(jī)械振動(dòng)、光線反射等噪聲干擾，要反復(fù)調(diào)試才能選準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)。通過(guò)不斷摸索，團(tuán)隊(duì)決定采取先拍照再修正的辦法，利用圖像模式識(shí)別、2D/3D視覺(jué)定位技術(shù)等，精準(zhǔn)識(shí)別工件的種類(lèi)和位姿，再由“智慧大腦”指導(dǎo)機(jī)械手平穩(wěn)作業(yè)。

有了“慧眼”后，工廠解決了“16噸動(dòng)力頭的無(wú)人化裝配”“厚40毫米、寬60毫米的鉆桿方頭多層單道連續(xù)焊接”等多個(gè)難題。有工人打比方：“就像戴上了高清眼鏡，拿菜的手和切菜的刀都更有準(zhǔn)頭了”。

現(xiàn)在，樁機(jī)工廠可生產(chǎn)50余種機(jī)型，“柔性智造”水平全球領(lǐng)先，讓“大象”靈動(dòng)起舞。工廠的訂單來(lái)自全球各地，有時(shí)候，客戶(hù)根據(jù)施工場(chǎng)景定制的非標(biāo)型號(hào)，一年下來(lái)也生產(chǎn)不了幾臺(tái)，但智能工廠依然可以“從容”接單。從“剛”到“柔”的轉(zhuǎn)變，讓生產(chǎn)潛能得到極大發(fā)揮。相比于改造前，樁機(jī)工廠的產(chǎn)值翻了一番，總體生產(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％。

在工廠里，記者還發(fā)現(xiàn)，地面上有許多二維碼。“這是供AGV（自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車(chē)）小車(chē)識(shí)別用的?！币曰⒄f(shuō)，智能工廠還應(yīng)用了物流智能調(diào)度系統(tǒng)，系統(tǒng)將生產(chǎn)計(jì)劃依據(jù)生產(chǎn)工藝生成揀配任務(wù)清單，立體倉(cāng)庫(kù)同步執(zhí)行揀配工作，物流機(jī)器人將物料送至對(duì)應(yīng)工位，全流程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?！斑@樣一來(lái)，從原材料入庫(kù)到成品發(fā)貨，全過(guò)程都能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，揀配效率提升75%，揀配周期由2天縮短至4小時(shí)?！?/p>

不同于汽車(chē)制造、服裝生產(chǎn)等其他行業(yè)，為了適配樁機(jī)工廠的特殊需求，數(shù)字化改造的不少功能都是專(zhuān)門(mén)定制。例如，鉆桿是樁機(jī)的核心工作部件，單節(jié)桿長(zhǎng)度27米，重8噸，在以往的生產(chǎn)中，都是采用“叉車(chē)”“行車(chē)”進(jìn)行工序間的轉(zhuǎn)運(yùn)，效率低、安全隱患大。為此，工廠首創(chuàng)雙車(chē)聯(lián)動(dòng)物流機(jī)器人，基于5G和激光定位的重載物流機(jī)器人，可以實(shí)現(xiàn)雙車(chē)同步舉升、同步行進(jìn)，定位精度小于10毫米，輕松完成超長(zhǎng)重型物料的自動(dòng)配送及上下料。

這些來(lái)去自如的物流機(jī)器人，可謂工廠里的“飛毛腿”。“我們的自動(dòng)化焊接線物料全部由物流機(jī)器人搬運(yùn)后，鉆桿緩存區(qū)的面積由200平方米下降至80平方米，鉆桿焊接的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間也由17分鐘下降至8.5分鐘。有了‘飛毛腿’，高效又安全?！币曰⒄f(shuō)。

老師傅帶出機(jī)器人“徒弟”，人機(jī)協(xié)同更高效

面對(duì)這么多種復(fù)雜工序，機(jī)器人上崗，能與老師傅的工藝媲美嗎？尹言虎笑著告訴記者：“完全不用擔(dān)心，這些機(jī)器人也成了老師傅的‘徒弟’呢?！?/p>

以焊工為例，傳統(tǒng)焊接方式工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，樁機(jī)工廠就收集了焊接工程師數(shù)以萬(wàn)計(jì)的焊接記錄，形成一個(gè)焊接工藝的數(shù)字模型，將工程師成熟的焊接經(jīng)驗(yàn)參數(shù)化，編制到機(jī)器人焊接程序中，讓工匠技術(shù)在人機(jī)之間實(shí)現(xiàn)傳承。

以前，有個(gè)工位對(duì)于技能要求比較高，如果焊工技術(shù)不過(guò)硬，焊接出來(lái)的產(chǎn)品在使用時(shí)容易斷，因此這個(gè)環(huán)節(jié)一直由兩名老工人“操刀”。老師傅做出來(lái)的產(chǎn)品合格率高一些，但難免還是會(huì)出現(xiàn)紕漏。現(xiàn)在換上了機(jī)器人“徒弟”，在老師傅的經(jīng)驗(yàn)幫助下，產(chǎn)出更穩(wěn)定。工廠還請(qǐng)來(lái)了外部的焊接專(zhuān)家，對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行指導(dǎo)和驗(yàn)證優(yōu)化，并通過(guò)檢測(cè)焊接效果實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝升級(jí)迭代。在大家眼里，今天工廠里的許多機(jī)器也成了“腦子聰明、眼疾手快的工程師”，成為經(jīng)驗(yàn)豐富的“老師傅”。

機(jī)器高效運(yùn)轉(zhuǎn)，工人也各司其職。

記者在工廠里遇到徐建磊。工廠數(shù)字化改造前，他是一名焊接工人；如今，他成為一名機(jī)器人調(diào)試工程師，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人編程、調(diào)試、異常處理和自動(dòng)化設(shè)備的技術(shù)支持。例如，有些設(shè)備運(yùn)行時(shí)間久了后，會(huì)出現(xiàn)微小的偏差，這個(gè)時(shí)候就需要他去優(yōu)化程序。

“聽(tīng)說(shuō)工廠要進(jìn)行數(shù)字化改造，我們大多數(shù)工人的第一反應(yīng)是擔(dān)憂(yōu)，害怕自己沒(méi)工作了?！毙旖ɡ谔寡?，自己也曾憂(yōu)慮過(guò)未來(lái)發(fā)展，后來(lái)他參加培訓(xùn)、不斷學(xué)習(xí)，從一線的焊接工，變成了“看機(jī)器人的人”，憂(yōu)慮隨之消失。在4萬(wàn)平方米大的工廠里，一天步行兩三萬(wàn)步對(duì)徐建磊而言是“標(biāo)配”，不過(guò)他很喜歡現(xiàn)在的工作?！肮S變得智能化了，我們工人也學(xué)習(xí)進(jìn)步了。以前我只會(huì)單一的焊接工種，現(xiàn)在學(xué)會(huì)了操作自動(dòng)化產(chǎn)線，技能提升了，收入也有提升，未來(lái)更有前途。”徐建磊說(shuō)。

事實(shí)上，樁機(jī)工廠在數(shù)字化改造過(guò)程中并不追求完全的無(wú)人化。尹言虎解釋說(shuō)，工程機(jī)械行業(yè)周期性較強(qiáng)，導(dǎo)致企業(yè)用工彈性較大，淡旺季招工數(shù)量不一；此外，以前工人工作強(qiáng)度大，工作環(huán)境也需要提升。數(shù)字化改造后，傳統(tǒng)的勞累活、危險(xiǎn)活不再需要人力操作，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度降低，工作舒適度提升，連帶著產(chǎn)品性能和質(zhì)量也會(huì)提高。從這些角度看，數(shù)字化改造是很有必要的。但是，數(shù)字化改造離不開(kāi)提高生產(chǎn)效率、降低成本這個(gè)核心，如果有的工序更合適人機(jī)協(xié)同，那就還是保留人工的崗位。數(shù)據(jù)顯示，在樁機(jī)工廠，人機(jī)協(xié)同下的重型工件勞動(dòng)生產(chǎn)率提高85%，生產(chǎn)周期縮短77%。

如今，三一重工樁機(jī)工廠的諸多數(shù)字化經(jīng)驗(yàn)已實(shí)現(xiàn)能力外溢，持續(xù)對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈伙伴和行業(yè)賦能。

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