紅色的鉆桿高高豎起，在藍天白云的映襯下顯得格外鮮亮——三一重工北京樁機工廠外，一排排高大的旋挖鉆機整齊排放，這是工廠的主打產(chǎn)品。除了旋挖鉆機，工廠還生產(chǎn)連續(xù)墻抓斗、雙輪銑、水平定向鉆共四大類五十余種型號的產(chǎn)品。這些機械動輒高達數(shù)十米、重達上百噸，可謂是“鋼鐵大象”。

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

近日，本報記者走進位于北京市昌平區(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”如何靈動起舞。

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

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

在面積達4萬平方米的工廠里，共有8個柔性制造工作中心，16條自動化產(chǎn)線，500臺設備，工人卻沒見到幾個。在一個個柔性制造工作中心前駐足，記者看到，有的是機械臂正在精準地抓取部件，然后進行裝配；有的是配備自動焊槍的機器人，正按著紅外線靶點和軌跡進行焊接，火花飛濺。從備料到焊接，從涂裝到裝配……每個環(huán)節(jié)獨立作業(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”，工人們圍著機械設備爬上爬下，揮汗如雨、滿身油污都是常態(tài)。趕上生產(chǎn)繁忙時，整個過程就像打亂戰(zhàn)。如今，工廠能在工人很少的情況下井然有序地運轉，是因為布局了5G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)調起來，組成了智能制造的有機整體。

2019年樁機工廠率先部署5G網(wǎng)絡基礎設施，探索5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)深度融合。那時，三一重工提出：“數(shù)字化轉型要么翻身，要么翻船”，其推進數(shù)字化的決心可見一斑。

依托5G技術大帶寬、廣連接、低時延、高可靠等特性，樁機工廠成功將500臺生產(chǎn)設備、傳感器和600臺水電油氣工業(yè)儀表全部接入公司自研的“根云”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，焊接、涂裝等全部工藝都能覆蓋到，這就相當于讓大量“聾啞設備”都學會了“聽從”指令、“說出”信息。同時，通過“智能大腦”，訂單可快速分解到每條柔性生產(chǎn)線、每個工作島、每臺設備、每個工人，從訂單到交付，全流程都由數(shù)據(jù)來驅動。

以樁機下料區(qū)的切割機為例，改造前，工廠中5臺等離子切割機需要5名人員現(xiàn)場操作，作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境較差。通過5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建立管理駕駛艙后，8臺激光切割機只需2人巡檢，現(xiàn)場情況通過5G視頻和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)實時回傳，加工任務的開始、復位、尋邊操作等均可遠程實施，遠程控制延時低于10毫秒。

在工廠中間位置一塊超大的可視化屏幕上，可以看到各臺機器的實時情況，哪一臺處于瓶頸、哪一臺效率低下、哪一臺暫時冗余，一舉一動盡在掌握。甚至三一重工所有樁機產(chǎn)品在各地的運行情況都一目了然。

5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，打造了智能工廠的數(shù)字底座。“雖然我們?nèi)庋劭床灰?，?lsquo;根云’工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺在日夜不停地計算。”尹言虎說，以前，不同生產(chǎn)系統(tǒng)相互獨立，成為數(shù)據(jù)孤島，管理難度高?，F(xiàn)在，“根云”平臺對工廠23000多個數(shù)據(jù)采集點收集的工業(yè)大數(shù)據(jù)進行計算與分析，可以為每道工序、每個機型等匹配最優(yōu)參數(shù)，優(yōu)化生產(chǎn)流程。30臺高價值加工中心設備通過動態(tài)識別和效能分析，能優(yōu)化轉速和負載等關鍵參數(shù)，機床產(chǎn)能提高了5%以上。

“手臂”“眼睛”“飛毛腿”，助力“柔性智造”

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

作為重型裝備，樁工機械的生產(chǎn)模式屬典型的離散制造，多品種、小批量、工藝復雜。更大的挑戰(zhàn)在于，工件又大又重又長，例如170多種鉆桿中最長的有27米，20多種動力頭中最重的達16噸。

尹言虎介紹，基于這種情況，樁機工廠自行研發(fā)生產(chǎn)控制系統(tǒng)，通過應用模塊化技術，將產(chǎn)品拆解為獨立部件或模塊，并對各模塊進行獨立設計、組裝、測試和維護，使自動化產(chǎn)線在投資最少的條件下根據(jù)不同的訂單、工況快速調整，實現(xiàn)多種產(chǎn)品混線生產(chǎn)。

順著尹言虎所指的方向看過去，在加工不同機型時，機械臂確實會自動選取最合適的工裝夾具。機械臂是如何做到快速識別、抓取和裝配不同型號工件的呢？原來，“聰明”的“手臂”，離不開“慧眼”的助力。

機器視覺系統(tǒng)，就是工廠內(nèi)無處不在的“慧眼”。借助2D/3D視覺傳感技術、AI算法以及高速的5G網(wǎng)絡，樁機工廠實現(xiàn)了智能工業(yè)機器人在大型裝備自適應焊接、高精度裝配等領域的深入應用。

數(shù)字化改造的道路并非一蹴而就。此前，團隊在設備上安裝高清攝像頭時，位置放低了生產(chǎn)場景拍不全，放高了圖片分辨率又不達標，再加上機械振動、光線反射等噪聲干擾，要反復調試才能選準數(shù)據(jù)采集點。通過不斷摸索，團隊決定采取先拍照再修正的辦法，利用圖像模式識別、2D/3D視覺定位技術等，精準識別工件的種類和位姿，再由“智慧大腦”指導機械手平穩(wěn)作業(yè)。

有了“慧眼”后，工廠解決了“16噸動力頭的無人化裝配”“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頭了”。

現(xiàn)在，樁機工廠可生產(chǎn)50余種機型，“柔性智造”水平全球領先，讓“大象”靈動起舞。工廠的訂單來自全球各地，有時候，客戶根據(jù)施工場景定制的非標型號，一年下來也生產(chǎn)不了幾臺，但智能工廠依然可以“從容”接單。從“剛”到“柔”的轉變，讓生產(chǎn)潛能得到極大發(fā)揮。相比于改造前，樁機工廠的產(chǎn)值翻了一番，總體生產(chǎn)設備作業(yè)率從66.3％提升到86.7％，平均故障時間下降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（自動導引運輸車）小車識別用的。”尹言虎說，智能工廠還應用了物流智能調度系統(tǒng)，系統(tǒng)將生產(chǎn)計劃依據(jù)生產(chǎn)工藝生成揀配任務清單，立體倉庫同步執(zhí)行揀配工作，物流機器人將物料送至對應工位，全流程數(shù)據(jù)實時傳輸。“這樣一來，從原材料入庫到成品發(fā)貨，全過程都能實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，揀配效率提升75%，揀配周期由2天縮短至4小時。”

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

這些來去自如的物流機器人，可謂工廠里的“飛毛腿”。“我們的自動化焊接線物料全部由物流機器人搬運后，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)準備時間也由17分鐘下降至8.5分鐘。有了‘飛毛腿’，高效又安全。”尹言虎說。

老師傅帶出機器人“徒弟”，人機協(xié)同更高效

面對這么多種復雜工序，機器人上崗，能與老師傅的工藝媲美嗎？尹言虎笑著告訴記者：“完全不用擔心，這些機器人也成了老師傅的‘徒弟’呢。”

以焊工為例，傳統(tǒng)焊接方式工人勞動強度大、效率低，樁機工廠就收集了焊接工程師數(shù)以萬計的焊接記錄，形成一個焊接工藝的數(shù)字模型，將工程師成熟的焊接經(jīng)驗參數(shù)化，編制到機器人焊接程序中，讓工匠技術在人機之間實現(xiàn)傳承。

以前，有個工位對于技能要求比較高，如果焊工技術不過硬，焊接出來的產(chǎn)品在使用時容易斷，因此這個環(huán)節(jié)一直由兩名老工人“操刀”。老師傅做出來的產(chǎn)品合格率高一些，但難免還是會出現(xiàn)紕漏?，F(xiàn)在換上了機器人“徒弟”，在老師傅的經(jīng)驗幫助下，產(chǎn)出更穩(wěn)定。工廠還請來了外部的焊接專家，對這些參數(shù)進行指導和驗證優(yōu)化，并通過檢測焊接效果實現(xiàn)生產(chǎn)工藝升級迭代。在大家眼里，今天工廠里的許多機器也成了“腦子聰明、眼疾手快的工程師”，成為經(jīng)驗豐富的“老師傅”。

機器高效運轉，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，他成為一名機器人調試工程師，負責現(xiàn)場機器人編程、調試、異常處理和自動化設備的技術支持。例如，有些設備運行時間久了后，會出現(xiàn)微小的偏差，這個時候就需要他去優(yōu)化程序。

“聽說工廠要進行數(shù)字化改造，我們大多數(shù)工人的第一反應是擔憂，害怕自己沒工作了。”徐建磊坦言，自己也曾憂慮過未來發(fā)展，后來他參加培訓、不斷學習，從一線的焊接工，變成了“看機器人的人”，憂慮隨之消失。在4萬平方米大的工廠里，一天步行兩三萬步對徐建磊而言是“標配”，不過他很喜歡現(xiàn)在的工作。“工廠變得智能化了，我們工人也學習進步了。以前我只會單一的焊接工種，現(xiàn)在學會了操作自動化產(chǎn)線，技能提升了，收入也有提升，未來更有前途。”徐建磊說。

事實上，樁機工廠在數(shù)字化改造過程中并不追求完全的無人化。尹言虎解釋說，工程機械行業(yè)周期性較強，導致企業(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、危險活不再需要人力操作，工人的勞動強度降低，工作舒適度提升，連帶著產(chǎn)品性能和質量也會提高。從這些角度看，數(shù)字化改造是很有必要的。但是，數(shù)字化改造離不開提高生產(chǎn)效率、降低成本這個核心，如果有的工序更合適人機協(xié)同，那就還是保留人工的崗位。數(shù)據(jù)顯示，在樁機工廠，人機協(xié)同下的重型工件勞動生產(chǎn)率提高85%，生產(chǎn)周期縮短77%。

如今，三一重工樁機工廠的諸多數(shù)字化經(jīng)驗已實現(xiàn)能力外溢，持續(xù)對產(chǎn)業(yè)鏈伙伴和行業(yè)賦能。

原標題：

走進三一重工北京樁機工廠——

“鋼鐵大象”靈動起舞（來自智能生產(chǎn)一線的報道）