全球重工行业首个“灯塔工厂”三一桩机的数字化转型实践

环球重工行业首个“灯塔工厂”三一桩机的数字化转型实践

与汽车、家电等行业有名厂商比较，三一重工北京桩机工厂（以下简称为三一桩机）彷佛并不起眼，但主产的旋挖钻机高擎百米、重逾百吨，称得上“钢铁巨象”了。

旋挖钻机俗称打桩机，用于大型基建工程的桩基开孔。
这些桩基深度每每决定建筑高度。

2年前，这家海内三分天下有其一的旋挖钻机制造商，依托物联网、大数据和人工智能技能赋能，跻出生界经济论坛环球灯塔网络，荣膺环球重工行业首个“灯塔工厂”。

三一桩机从规模生产到柔性制造，破解了重工行业品种多、批量小、工艺繁芜等离散化制造难题，全员劳动生产率提高85%、生产周期缩短77%，年人均产值打破千万元。

“以柔克刚”的三一桩机，如何玩转这些“钢铁巨象”？“举重若轻”的变革背后，对制造业数字化转型有何启迪？

“焊接大拿”的徒弟不是人

走进三一桩机厂区，昔日挥汗如雨、全身油污的工人不见了，取而代之的120余台焊接、抓取、组装和搬运等机器人，环绕16条智能化生产线各显神通：小到分拣一块钢板，大到装置16吨重的动力头，都能轻松自若完成。

人气生僻的焊接线上，几台配备自动焊枪的机器人，正在焊接一根20多米长、8吨重的钻杆：蓝色弧光追逐着红外线靶点和轨迹，夹杂着脉冲般吱吱作响的焊接声……

手握15年焊枪的赵清霞，是全厂有名的“焊接大拿”。
他做梦也没想到，徒弟竟是一群机器人。
自己会把焊接桩机方头的看家本领，都“传”给这些“没心没肺”的“钢铁小子”。

连接钻杆与钻斗的方头，是桩机的核心部件。
方头焊接质量不好发生断裂，钻斗可能掉进地下几十乃至上百米深的孔洞里，轻则影响工程质量，重则须要重新设计打孔。

此前，全厂400多名焊工中，只有赵清霞和另一名高等技工能焊接方头。
“如果他俩全不在，全体生产都得停！
”制造管理经理胡展鹏入厂20年，对此仍影象犹新。

他还向阐明说，焊接方头跟绣花差不多，紧张工艺难点便是用1.2mm焊丝，环抱40mm厚、60mm宽的焊缝反复施焊上几十层，还要确保每层都不涌现气泡和缝隙。

“每个焊层温度不同，施焊速率和节奏节制不好，质量就难以担保。
”70后赵清霞说，当年师傅便是这么教的，他也按这个套路带徒弟。

然而，这些类似于厨师口中“盐少许、油少量”的履历，常常让新手们琢磨不透，没有一年半载出不了徒。

赵清霞干活都穿防护服，只露出一双眼睛。
遇上大热天再捂也不敢开电风扇，恐怕焊缝里吹出气泡。
焊工是个体力活，常常一蹲便是几个小时，腰间盘突出都成了职业病。

“年轻人不愿意吃这个苦，”他操着浓重山东腔说，“可技能得往下传，这不机器人都成徒弟了。
”

连人都难以节制的履历，机器人怎么能听得懂呢？

“不是大略模拟工匠的焊接轨迹。
”三一桩机总经理王龙刚揭开了机器人学艺秘密：“每一条焊缝背后，都有焊枪角度、摆幅、瞬时速率、电参、温度等大量工艺参数做支撑。
”

这些“心中有数”的机器人，巧用AI算法学艺，仅两个月就学会方头焊接。
技能水平就连赵清霞都服气：不只效率翻倍，一次成功率达100%，个个都成了“焊接大拿”。

以前焊接一根7节长的钻杆，6个人白加黑两班顶多焊一节；现在4个人操纵8台机器人，一个白班就能全焊完。

经由3个月的培训，年轻技工岳千喜已能像玩游戏一样，闇练操控焊接机器人，比传统焊工轻松不少。

赵清霞教会焊接机器人后，又走上给机器人下发指令的新岗位，师徒变成人机协同的新差错。
两年前，厂里哀求新岗位节制根本的机器人编程，赵清霞第一个报名参加培训班。

有工友冲他开玩笑：“都这么大年纪了，还报逻辑学那玩意儿？不如回家抱孩子。
”

“学到的东西归自己，谁都拿不走。
”赵清霞回应道。

生产运行不再靠“人治”

在机加中央，28岁的操作工李田华遥控着磁力吸盘，将七八十斤重的提引器坯料，稳稳当当地吊运到料台上，由机器臂自动夹装到数控机床。
一整套动作下来如行云流水。

据李田华先容，提引器加工精度高，许可偏差仅为头发丝直径的三分之一。
由于担心坯料磕碰受损，过去搬运、上料和丈量紧张靠人工。
工人们围着机器设备爬上爬下是常态。

如今，机器臂带摄像头，机床会自动丈量，机器视觉的“慧眼”遍布全厂。
李田华形象地拿切菜做比喻：就像近视眼配戴高清眼镜，拿菜的手和切菜的刀都更有准了。

从2003年加入三一桩机，制造部经理夏闻世最头疼的事，莫过于粗重的零部件与毫米级装置精度的磨合。
直到三年前，零部件生产基本靠“人治”：每道工序都离不开人，一处不到位就得返工。
遇上生产繁忙，全体过程就像打乱战。

研发桩机十多年的王龙刚认为，正是这种离散化制造模式，才使该厂成为2019年集团数字化转型首批试点。
如果这块最硬的“骨头”都能啃下来，其他工厂就更有把握了。

工程机器行业周期性较强，导致企业用工弹性过大，产能调度跟不上市场变革。
三一重工决策者深知，打破行业周期困局，唯有“要么翻身，要么翻船”的数字化背水一战。

作为三一桩机工业互联网平台做事商，树根互联有限公司市场总经理修斌坦言，让工厂的大量“聋哑设备”学会“说话”，屈服“指令”，是传统制造业启动数字化的根本。

三一重工智能制造研究院院长董明楷，把这个过程梳理为“三现四表互联”。
即通过摄像头管理现场、现实、现物，采集水、电、气、油表等能耗数据，实现设备互联互通。

“要把设备连起来，结合不同的工艺和业务哀求，才能把数据用好。
”这位曾在西门子工业研究院事情多年的数字化专家，深谙工业软件与生产制造的领悟之道。

起初，每项工艺只能采集到30多种数据。
现在均匀每项超过100多种。
他们利用数据分类和挖掘技能搭建知识库，使三一桩机实现从刚到柔的转变。

三一桩机的数字工程师和工艺工程师利用这些数据，逐一调试、标定，建立生产知识库，让机器人得心应手地识别和处理不同尺寸的零件。

全厂每台设备的工况、每个订单的进度，包括每位工人的绩效、工厂后台的“聪慧大脑”都管窥蠡测。
5G旗子暗记打通了信息共享的“经脉”，能根据工厂实时运转情形，把订单分解到不同的产线上。

桩机物料大多都超长超重，一旦搬运时碰伤报废，丢失动辄上万元。
聪慧物流成为数字化难点之一。

据王龙刚透露，他们对5G自动导引运输车采纳双车联动，实现大宗物料同步搬运和自动高下料。
为了提高智能化水平，下一步重点攻关运输路线的实时显示和算法优化。

装置线上的机器臂，个个都长了一双“慧眼”：借助视觉传感技能和AI算法，能快速识别、抓取和装置不同型号的工件。
装置精度达到0.2mm以内，仅有两张A4纸厚。

董明楷回顾，在设备上安装高清摄像头，位置放低了生产场景拍不全，高了图片分辨率不达标。
再加上机器振动、光芒反射等噪声滋扰，要反复调试才能选准数据采集点。

通过不断摸索，团队决定采纳先拍照再改动的办法：利用图像模式识别、2D/3D视觉定位技能，精准识别工件种类和位姿，并由“聪慧大脑”辅导机器手平稳作业。

三一桩机数字化试点改造期间，正遇上产能从每月150台上升到200台的爬坡阶段。
一贯担心产量受影响的夏闻世却意外创造，产值比原来翻了一番，用工还不到过去的一半。

夏闻世清楚地记得，自己进厂那会儿，每月下线桩机10台旁边，也便是现在一天的产量。

数字化不能一味做加法

直到本日，仍有人把制造业数字化转型，大略理解成“机器换人”，认为最空想状态便是“黑灯工厂”。

三一桩机也曾算过一笔账：假设购买一台60万元的设备，可更换两位人均年收入15万元的工人，两年就能回本。
据此，他们提出3年收回3亿元数字化投资的目标。

随着数字化试点的推进，越来越多的人开始意识到，若完备为了机器换人而换人，既不可行也没有必要。

部件工艺所副所长尹言虎反响，对付一些分外角度的焊缝，焊接机器人实在无能为力，只能依赖人工。

董明楷估计，三一桩机除了下料、成型等环节靠近无人化，而焊接、机加、涂装、装置、物流等环节的数字化程度仅六成以上。

三年前从车企跳槽过来的智能制造所所长张雯，本想把车厂的数字化履历移植到桩机上，却遭遇了“水土不服”。

与品种多、批量小的桩机生产不同，汽车制造属于规模化生产，无需频繁转换工艺设备，操持可以直接辅导生产。

“同样精确到分钟的桩机排产操持，由于不同机型生产差别过大而常常落空。
”张雯深有感触地说。

三一桩机现有38种标准机型，小的挖深二三十米，大的挖深达150米。
不少订单还是客户根据施工场景定制的非标型号，一年也生产不了几台。

董明楷也坦言，目前有近30种机型实现数字化生产，但对挖深超限的分外机型，仍无法完备覆盖兼容。

显而易见，机器换人不仅存在“行弗成”的技能问题，也有“值不值”的经济考量。

2021年，王龙刚接棒总经理后，一口气停掉了全厂近1/6的自动扮装备，改为人机协同模式。

他算过这样一笔账：一台自动螺栓机本钱约200万元，能抵一位年收入10万的工人干20年。
与其完备靠自动螺栓机，远不如用人操纵机器臂更为高效和经济。

王龙刚认为，数字化并不是没完没了地做加法，追求所谓的“大而全”和“高大上”没必要。
现在做减法便是要回归到降本增效的企业根本目标上。

一贯关注企业数字化转型案例的修斌，也反对盲目追捧一些热门观点。
他曾见过一家企业为了追求“黑灯工厂”，哀求员工在电脑屏幕前关灯事情的风趣场面。

在王龙刚的眼里，未来三一桩机将实现自决策，自动制订生产操持、调度工人、管理生产要素，真正打通研发、营销和做事，实现产品全生命周期的数字化。

“往后企业更多利润来源于数据，包括基于数据的做事和创新。
”王龙刚坚信数据才是企业的核心上风，将成为制造业弯道超车的机会。

三一桩机的数字化转型，印证了“灯塔工厂”的意义：人让机器变得更有效率，机器让人变得更有代价。
（刘荒、张典标、李坤晟、黄海波）

来源：新华逐日电讯