“大象”也在學(xué)跳舞全球重工行業(yè)首個(gè)“燈塔工廠”三一樁機(jī)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)踐

來(lái)源:新華每日電訊

與汽車、家電等行業(yè)知名廠商相比，三一重工北京樁機(jī)工廠（以下簡(jiǎn)稱為三一樁機(jī)）似乎并不起眼，但主產(chǎn)的旋挖鉆機(jī)高擎百米、重逾百噸，稱得上“鋼鐵巨象”了。

旋挖鉆機(jī)俗稱打樁機(jī)，用于大型基建工程的樁基開孔。這些樁基深度往往決定建筑高度。

2年前，這家國(guó)內(nèi)三分天下有其一的旋挖鉆機(jī)制造商，依托物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)賦能，躋身世界經(jīng)濟(jì)論壇全球燈塔網(wǎng)絡(luò)，榮膺全球重工行業(yè)首個(gè)“燈塔工廠”。

三一樁機(jī)從規(guī)模生產(chǎn)到柔性制造，破解了重工行業(yè)品種多、批量小、工藝復(fù)雜等離散化制造難題，全員勞動(dòng)生產(chǎn)率提高85%、生產(chǎn)周期縮短77%，年人均產(chǎn)值突破千萬(wàn)元。

“以柔克剛”的三一樁機(jī)，如何玩轉(zhuǎn)這些“鋼鐵巨象”？“舉重若輕”的變化背后，對(duì)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型有何啟示？

“焊接大拿”的徒弟不是人

走進(jìn)三一樁機(jī)廠區(qū)，昔日揮汗如雨、滿身油污的工人不見了，取而代之的120余臺(tái)焊接、抓取、組裝和搬運(yùn)等機(jī)器人，圍繞16條智能化生產(chǎn)線各顯神通：小到分揀一塊鋼板，大到裝配16噸重的動(dòng)力頭，都能輕松自如完成。

人氣冷清的焊接線上，幾臺(tái)配備自動(dòng)焊槍的機(jī)器人，正在焊接一根20多米長(zhǎng)、8噸重的鉆桿：藍(lán)色弧光追逐著紅外線靶點(diǎn)和軌跡，夾雜著脈沖般吱吱作響的焊接聲……

手握15年焊槍的趙清霞，是全廠有名的“焊接大拿”。他做夢(mèng)也沒想到，徒弟竟是一群機(jī)器人。自己會(huì)把焊接樁機(jī)方頭的看家本領(lǐng)，都“傳”給這些“沒心沒肺”的“鋼鐵小子”。

連接鉆桿與鉆斗的方頭，是樁機(jī)的核心部件。方頭焊接質(zhì)量不好發(fā)生斷裂，鉆斗可能掉進(jìn)地下幾十甚至上百米深的孔洞里，輕則影響工程質(zhì)量，重則需要重新設(shè)計(jì)打孔。

此前，全廠400多名焊工中，只有趙清霞和另一名高級(jí)技工能焊接方頭。“如果他倆全不在，整個(gè)生產(chǎn)都得停！”制造管理經(jīng)理胡展鵬入廠20年，對(duì)此仍記憶猶新。

他還向記者解釋說(shuō)，焊接方頭跟繡花差不多，主要工藝難點(diǎn)就是用1.2mm焊絲，環(huán)繞40mm厚、60mm寬的焊縫反復(fù)施焊上幾十層，還要確保每層都不出現(xiàn)氣泡和裂痕。

“每個(gè)焊層溫度不同，施焊速度和節(jié)奏掌握不好，質(zhì)量就難以保證?！?0后趙清霞說(shuō)，當(dāng)年師傅就是這么教的，他也按這個(gè)套路帶徒弟。

然而，這些類似于廚師口中“鹽少許、油少量”的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)常讓新手們琢磨不透，沒有一年半載出不了徒。

趙清霞干活都穿防護(hù)服，只露出一雙眼睛。趕上大熱天再捂也不敢開電風(fēng)扇，生怕焊縫里吹出氣泡。焊工是個(gè)體力活，經(jīng)常一蹲就是幾個(gè)小時(shí)，腰間盤突出都成了職業(yè)病。

“年輕人不愿意吃這個(gè)苦，”他操著濃重山東腔說(shuō)，“可技術(shù)得往下傳，這不機(jī)器人都成徒弟了?！?/p>

連人都難以掌握的經(jīng)驗(yàn)，機(jī)器人怎么能聽得懂呢？

“不是簡(jiǎn)單模仿工匠的焊接軌跡?！比粯稒C(jī)總經(jīng)理王龍剛揭開了機(jī)器人學(xué)藝秘密：“每一條焊縫背后，都有焊槍角度、擺幅、瞬時(shí)速度、電參、溫度等大量工藝參數(shù)做支撐?！?/p>

這些“心中有數(shù)”的機(jī)器人，巧用AI算法學(xué)藝，僅兩個(gè)月就學(xué)會(huì)方頭焊接。技術(shù)水平就連趙清霞都服氣：不光效率翻倍，一次成功率達(dá)100%，個(gè)個(gè)都成了“焊接大拿”。

以前焊接一根7節(jié)長(zhǎng)的鉆桿，6個(gè)人白加黑兩班頂多焊一節(jié)；現(xiàn)在4個(gè)人操縱8臺(tái)機(jī)器人，一個(gè)白班就能全焊完。

經(jīng)過3個(gè)月的培訓(xùn)，年輕技工岳千喜已能像玩游戲一樣，熟練操控焊接機(jī)器人，比傳統(tǒng)焊工輕松不少。

趙清霞教會(huì)焊接機(jī)器人后，又走上給機(jī)器人下發(fā)指令的新崗位，師徒變成人機(jī)協(xié)同的新搭檔。兩年前，廠里要求新崗位掌握基礎(chǔ)的機(jī)器人編程，趙清霞第一個(gè)報(bào)名參加培訓(xùn)班。

有工友沖他開玩笑：“都這么大年紀(jì)了，還報(bào)名學(xué)那玩意兒？不如回家抱孩子?！?/p>

“學(xué)到的東西歸自己，誰(shuí)都拿不走。”趙清霞回應(yīng)道。

生產(chǎn)運(yùn)行不再靠“人治”

在機(jī)加中心，28歲的操作工李田華遙控著磁力吸盤，將七八十斤重的提引器坯料，穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)氐踹\(yùn)到料臺(tái)上，由機(jī)械臂自動(dòng)夾裝到數(shù)控機(jī)床。一整套動(dòng)作下來(lái)如行云流水。

據(jù)李田華介紹，提引器加工精度高，允許誤差僅為頭發(fā)絲直徑的三分之一。由于擔(dān)心坯料磕碰受損，過去搬運(yùn)、上料和測(cè)量主要靠人工。工人們圍著機(jī)械設(shè)備爬上爬下是常態(tài)。

如今，機(jī)械臂帶攝像頭，機(jī)床會(huì)自動(dòng)測(cè)量，機(jī)器視覺的“慧眼”遍布全廠。李田華形象地拿切菜做比喻：就像近視眼配戴高清眼鏡，拿菜的手和切菜的刀都更有準(zhǔn)了。

從2003年加入三一樁機(jī)，制造部經(jīng)理夏聞世最頭疼的事，莫過于粗重的零部件與毫米級(jí)裝配精度的磨合。直到三年前，零部件生產(chǎn)基本靠“人治”：每道工序都離不開人，一處不到位就得返工。趕上生產(chǎn)繁忙，整個(gè)過程就像打亂戰(zhàn)。

研發(fā)樁機(jī)十多年的王龍剛認(rèn)為，正是這種離散化制造模式，才使該廠成為2019年集團(tuán)數(shù)字化轉(zhuǎn)型首批試點(diǎn)。如果這塊最硬的“骨頭”都能啃下來(lái)，其他工廠就更有把握了。

工程機(jī)械行業(yè)周期性較強(qiáng)，導(dǎo)致企業(yè)用工彈性過大，產(chǎn)能調(diào)整跟不上市場(chǎng)變化。三一重工決策者深知，突破行業(yè)周期困局，唯有“要么翻身，要么翻船”的數(shù)字化背水一戰(zhàn)。

作為三一樁機(jī)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)服務(wù)商，樹根互聯(lián)有限公司市場(chǎng)總經(jīng)理修斌坦言，讓工廠的大量“聾啞設(shè)備”學(xué)會(huì)“說(shuō)話”，聽從“指令”，是傳統(tǒng)制造業(yè)啟動(dòng)數(shù)字化的基礎(chǔ)。

三一重工智能制造研究院院長(zhǎng)董明楷，把這個(gè)過程梳理為“三現(xiàn)四表互聯(lián)”。即通過攝像頭管理現(xiàn)場(chǎng)、現(xiàn)實(shí)、現(xiàn)物，采集水、電、氣、油表等能耗數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)互通。

“要把設(shè)備連起來(lái)，結(jié)合不同的工藝和業(yè)務(wù)要求，才能把數(shù)據(jù)用好?！边@位曾在西門子工業(yè)研究院工作多年的數(shù)字化專家，深諳工業(yè)軟件與生產(chǎn)制造的融合之道。

起初，每項(xiàng)工藝只能采集到30多種數(shù)據(jù)。現(xiàn)在平均每項(xiàng)超過100多種。他們運(yùn)用數(shù)據(jù)分類和挖掘技術(shù)搭建知識(shí)庫(kù)，使三一樁機(jī)實(shí)現(xiàn)從剛到柔的轉(zhuǎn)變。

三一樁機(jī)的數(shù)字工程師和工藝工程師利用這些數(shù)據(jù)，逐一調(diào)試、標(biāo)定，建立生產(chǎn)知識(shí)庫(kù)，讓機(jī)器人得心應(yīng)手地識(shí)別和處理不同尺寸的零件。

全廠每臺(tái)設(shè)備的工況、每個(gè)訂單的進(jìn)度，包括每位工人的績(jī)效、工廠后臺(tái)的“智慧大腦”都了如指掌。5G信號(hào)打通了信息共享的“經(jīng)脈”，能根據(jù)工廠實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)情況，把訂單分解到不同的產(chǎn)線上。

樁機(jī)物料大多都超長(zhǎng)超重，一旦搬運(yùn)時(shí)碰傷報(bào)廢，損失動(dòng)輒上萬(wàn)元。智慧物流成為數(shù)字化難點(diǎn)之一。

據(jù)王龍剛透露，他們對(duì)5G自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車采取雙車聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大宗物料同步搬運(yùn)和自動(dòng)上下料。為了提高智能化水平，下一步重點(diǎn)攻關(guān)運(yùn)輸路線的實(shí)時(shí)顯示和算法優(yōu)化。

裝配線上的機(jī)械臂，個(gè)個(gè)都長(zhǎng)了一雙“慧眼”：借助視覺傳感技術(shù)和AI算法，能快速識(shí)別、抓取和裝配不同型號(hào)的工件。裝配精度達(dá)到0.2mm以內(nèi)，僅有兩張A4紙厚。

董明楷回憶，在設(shè)備上安裝高清攝像頭，位置放低了生產(chǎn)場(chǎng)景拍不全，高了圖片分辨率不達(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視覺定位技術(shù)，精準(zhǔn)識(shí)別工件種類和位姿，并由“智慧大腦”指導(dǎo)機(jī)械手平穩(wěn)作業(yè)。

三一樁機(jī)數(shù)字化試點(diǎn)改造期間，正趕上產(chǎn)能從每月150臺(tái)上升到200臺(tái)的爬坡階段。一直擔(dān)心產(chǎn)量受影響的夏聞世卻意外發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)值比原來(lái)翻了一番，用工還不到過去的一半。

夏聞世清楚地記得，自己進(jìn)廠那會(huì)兒，每月下線樁機(jī)10臺(tái)左右，也就是現(xiàn)在一天的產(chǎn)量。

數(shù)字化不能一味做加法

直到今天，仍有人把制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，簡(jiǎn)單理解成“機(jī)器換人”，認(rèn)為最理想狀態(tài)就是“黑燈工廠”。

三一樁機(jī)也曾算過一筆賬：假設(shè)購(gòu)買一臺(tái)60萬(wàn)元的設(shè)備，可替換兩位人均年收入15萬(wàn)元的工人，兩年就能回本。據(jù)此，他們提出3年收回3億元數(shù)字化投資的目標(biāo)。

隨著數(shù)字化試點(diǎn)的推進(jìn)，越來(lái)越多的人開始意識(shí)到，若完全為了機(jī)器換人而換人，既不可行也沒有必要。

部件工藝所副所長(zhǎng)尹言虎反映，對(duì)于一些特殊角度的焊縫，焊接機(jī)器人實(shí)在無(wú)能為力，只能依靠人工。

董明楷估計(jì)，三一樁機(jī)除了下料、成型等環(huán)節(jié)接近無(wú)人化，而焊接、機(jī)加、涂裝、裝配、物流等環(huán)節(jié)的數(shù)字化程度僅六成以上。

三年前從車企跳槽過來(lái)的智能制造所所長(zhǎng)張?chǎng)?，本想把車廠的數(shù)字化經(jīng)驗(yàn)移植到樁機(jī)上，卻遭遇了“水土不服”。

與品種多、批量小的樁機(jī)生產(chǎn)不同，汽車制造屬于規(guī)?；a(chǎn)，無(wú)需頻繁轉(zhuǎn)換工藝設(shè)備，計(jì)劃可以直接指導(dǎo)生產(chǎn)。

“同樣精確到分鐘的樁機(jī)排產(chǎn)計(jì)劃，由于不同機(jī)型生產(chǎn)差別過大而經(jīng)常落空?！睆?chǎng)┥钣懈杏|地說(shuō)。

三一樁機(jī)現(xiàn)有38種標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型，小的挖深二三十米，大的挖深達(dá)150米。不少訂單還是客戶根據(jù)施工場(chǎng)景定制的非標(biāo)型號(hào)，一年也生產(chǎn)不了幾臺(tái)。

董明楷也坦言，目前有近30種機(jī)型實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)，但對(duì)挖深超限的特殊機(jī)型，仍無(wú)法完全覆蓋兼容。

顯而易見，機(jī)器換人不僅存在“行不行”的技術(shù)問題，也有“值不值”的經(jīng)濟(jì)考量。

2021年，王龍剛接棒總經(jīng)理后，一口氣停掉了全廠近1/6的自動(dòng)化設(shè)備，改為人機(jī)協(xié)同模式。

他算過這樣一筆賬：一臺(tái)自動(dòng)螺栓機(jī)成本約200萬(wàn)元，能抵一位年收入10萬(wàn)的工人干20年。與其完全靠自動(dòng)螺栓機(jī)，遠(yuǎn)不如用人操縱機(jī)械臂更為高效和經(jīng)濟(jì)。

王龍剛認(rèn)為，數(shù)字化并不是沒完沒了地做加法，追求所謂的“大而全”和“高大上”沒必要?，F(xiàn)在做減法就是要回歸到降本增效的企業(yè)根本目標(biāo)上。

一直關(guān)注企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型案例的修斌，也反對(duì)盲目追捧一些熱門概念。他曾見過一家企業(yè)為了追求“黑燈工廠”，要求員工在電腦屏幕前關(guān)燈工作的滑稽場(chǎng)面。

在王龍剛的眼里，未來(lái)三一樁機(jī)將實(shí)現(xiàn)自決策，自動(dòng)制定生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度工人、管理生產(chǎn)要素，真正打通研發(fā)、營(yíng)銷和服務(wù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化。

“以后企業(yè)更多利潤(rùn)來(lái)源于數(shù)據(jù)，包括基于數(shù)據(jù)的服務(wù)和創(chuàng)新。”王龍剛堅(jiān)信數(shù)據(jù)才是企業(yè)的核心優(yōu)勢(shì)，將成為制造業(yè)彎道超車的機(jī)會(huì)。

三一樁機(jī)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，印證了“燈塔工廠”的意義：人讓機(jī)器變得更有效率，機(jī)器讓人變得更有價(jià)值。 （記者劉荒、張典標(biāo)、李坤晟、黃海波）