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12月5日，《人民日報》（海外版）創新中國整版刊發《走進三一重工北京樁機工廠——“鋼鐵大象”靈動起舞》一文，探索全球重工行業首家“燈塔工廠”——三一重工北京樁機工廠，稱其改造升級后，代表當今全球制造業領域智能制造和數字化的最高水平。

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，這是工廠的主打產品。除了旋挖鉆機，工廠還生產連續墻抓斗、雙輪銑、水平定向鉆共四大類五十余種型號的產品。這些機械動輒高達數十米、重達上百噸，可謂是“鋼鐵大象”。

傳統印象里，生產這樣的重型裝備，需要大量人力來搬運、組裝、焊接……其過程很難與數字化、智能化聯系起來。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領域智能制造和數字化的最高水平。

近日，本報記者走進位于北京市昌平區南口產業園的三一重工北京樁機工廠，看看在全球重工行業首家“燈塔工廠”里，這些“鋼鐵大象”如何靈動起舞。

從空中俯瞰北京市昌平區南口產業園的三一重工北京樁機工廠

5G+工業互聯網，打造智能工廠數字底座

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。

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……每個環節獨立作業又互相配合，有條不紊。

尹言虎介紹，在數字化改造前，工廠完全是另一番景象：零部件生產主要靠人，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。趕上生產繁忙時，整個過程就像打亂戰。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和工業互聯網。以5G連接為神經，工廠就像打通了的“任督二脈”一般，把肌肉、骨骼、大腦等都協調起來，組成了智能制造的有機整體。

2019年樁機工廠率先部署5G網絡基礎設施，探索5G與工業互聯網深度融合。那時，三一重工提出：“數字化轉型要么翻身，要么翻船”，其推進數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臺生產設備、傳感器和600臺水電油氣工業儀表全部接入公司自研的“根云”工業互聯網平臺，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，全流程都由數據來驅動。

以樁機下料區的切割機為例，改造前，工廠中5臺等離子切割機需要5名人員現場操作，作業現場環境較差。通過5G+工業互聯網建立管理駕駛艙后，8臺激光切割機只需2人巡檢，現場情況通過5G視頻和工業互聯網數據實時回傳，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品在各地的運行情況都一目了然。

5G+工業互聯網，打造了智能工廠的數字底座。“雖然我們肉眼看不見，但‘根云’工業互聯網平臺在日夜不停地計算。”尹言虎說，以前，不同生產系統相互獨立，成為數據孤島，管理難度高。現在，“根云”平臺對工廠23000多個數據采集點收集的工業大數據進行計算與分析，可以為每道工序、每個機型等匹配最優參數，優化生產流程。30臺高價值加工中心設備通過動態識別和效能分析，能優化轉速和負載等關鍵參數，機床產能提高了5%以上。

“手臂”“眼睛”“飛毛腿”，助力“柔性智造”

除了看不見的“神經網絡”，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，樁機工廠自行研發生產控制系統，通過應用模塊化技術，將產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，使自動化產線在投資最少的條件下根據不同的訂單、工況快速調整，實現多種產品混線生產。

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，就是工廠內無處不在的“慧眼”。借助2D/3D視覺傳感技術、AI算法以及高速的5G網絡，樁機工廠實現了智能工業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據采集點。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”指導機械手平穩作業。

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”。

現在，樁機工廠可生產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，客戶根據施工場景定制的非標型號，一年下來也生產不了幾臺，但智能工廠依然可以“從容”接單。從“剛”到“柔”的轉變，讓生產潛能得到極大發揮。相比于改造前，樁機工廠的產值翻了一番，總體生產設備作業率從66.3％提升到86.7％，平均故障時間下降58.5％。

在工廠里，記者還發現，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，系統將生產計劃依據生產工藝生成揀配任務清單，立體倉庫同步執行揀配工作，物流機器人將物料送至對應工位，全流程數據實時傳輸。“這樣一來，從原材料入庫到成品發貨，全過程都能實現生產自動化，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、服裝生產等其他行業，為了適配樁機工廠的特殊需求，數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，單節桿長度27米，重8噸，在以往的生產中，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，工廠首創雙車聯動物流機器人，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，鉆桿緩存區的面積由200平方米下降至80平方米，鉆桿焊接的生產準備時間也由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以萬計的焊接記錄，形成一個焊接工藝的數字模型，將工程師成熟的焊接經驗參數化，編制到機器人焊接程序中，讓工匠技術在人機之間實現傳承。

以前，有個工位對于技能要求比較高，如果焊工技術不過硬，焊接出來的產品在使用時容易斷，因此這個環節一直由兩名老工人“操刀”。老師傅做出來的產品合格率高一些，但難免還是會出現紕漏。現在換上了機器人“徒弟”，在老師傅的經驗幫助下，產出更穩定。工廠還請來了外部的焊接專家，對這些參數進行指導和驗證優化，并通過檢測焊接效果實現生產工藝升級迭代。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，會出現微小的偏差，這個時候就需要他去優化程序。

“聽說工廠要進行數字化改造，我們大多數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，現在學會了操作自動化產線，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，工程機械行業周期性較強，導致企業用工彈性較大，淡旺季招工數量不一；此外，以前工人工作強度大，工作環境也需要提升。數字化改造后，傳統的勞累活、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，連帶著產品性能和質量也會提高。從這些角度看，數字化改造是很有必要的。但是，數字化改造離不開提高生產效率、降低成本這個核心，如果有的工序更合適人機協同，那就還是保留人工的崗位。數據顯示，在樁機工廠，人機協同下的重型工件勞動生產率提高85%，生產周期縮短77%。

如今，三一重工樁機工廠的諸多數字化經驗已實現能力外溢，持續對產業鏈伙伴和行業賦能。

內容來源：人民日報