全球重工行業(yè)首個“燈塔工廠”三一樁機的數(shù)字化轉(zhuǎn)型實踐
2023-02-02 08:29:15    新華社

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

旋挖鉆機俗稱打樁機,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,這家國內(nèi)三分天下有其一的旋挖鉆機制造商,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)濟論壇全球燈塔網(wǎng)絡(luò),榮膺全球重工行業(yè)首個“燈塔工廠”。


【資料圖】

三一樁機從規(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)值突破千萬元。

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

“焊接大拿”的徒弟不是人

走進三一樁機廠區(qū),昔日揮汗如雨、滿身油污的工人不見了,取而代之的120余臺焊接、抓取、組裝和搬運等機器人,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噸重的動力頭,都能輕松自如完成。

人氣冷清的焊接線上,幾臺配備自動焊槍的機器人,正在焊接一根20多米長、8噸重的鉆桿:藍色弧光追逐著紅外線靶點和軌跡,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”。他做夢也沒想到,徒弟竟是一群機器人。自己會把焊接樁機方頭的看家本領(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)計打孔。

此前,全廠400多名焊工中,只有趙清霞和另一名高級技工能焊接方頭?!叭绻麄z全不在,整個生產(chǎn)都得停!”制造管理經(jīng)理胡展鵬入廠20年,對此仍記憶猶新。

他還向記者解釋說,焊接方頭跟繡花差不多,主要工藝難點就是用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。”70后趙清霞說,當(dāng)年師傅就是這么教的,他也按這個套路帶徒弟。

然而,這些類似于廚師口中“鹽少許、油少量”的經(jīng)驗,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。焊工是個體力活,經(jīng)常一蹲就是幾個小時,腰間盤突出都成了職業(yè)病。

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

連人都難以掌握的經(jīng)驗,機器人怎么能聽得懂呢?

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

這些“心中有數(shù)”的機器人,巧用AI算法學(xué)藝,僅兩個月就學(xué)會方頭焊接。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100%,個個都成了“焊接大拿”。

以前焊接一根7節(jié)長的鉆桿,6個人白加黑兩班頂多焊一節(jié);現(xiàn)在4個人操縱8臺機器人,一個白班就能全焊完。

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

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

有工友沖他開玩笑:“都這么大年紀了,還報名學(xué)那玩意兒?不如回家抱孩子。”

“學(xué)到的東西歸自己,誰都拿不走?!壁w清霞回應(yīng)道。

生產(chǎn)運行不再靠“人治”

在機加中心,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\到料臺上,由機械臂自動夾裝到數(shù)控機床。一整套動作下來如行云流水。

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、上料和測量主要靠人工。工人們圍著機械設(shè)備爬上爬下是常態(tài)。

如今,機械臂帶攝像頭,機床會自動測量,機器視覺的“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了。

從2003年加入三一樁機,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,整個過程就像打亂戰(zhàn)。

研發(fā)樁機十多年的王龍剛認為,正是這種離散化制造模式,才使該廠成為2019年集團數(shù)字化轉(zhuǎn)型首批試點。如果這塊最硬的“骨頭”都能啃下來,其他工廠就更有把握了。

工程機械行業(yè)周期性較強,導(dǎo)致企業(yè)用工彈性過大,產(chǎn)能調(diào)整跟不上市場變化。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)。

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

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

“要把設(shè)備連起來,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,每項工藝只能采集到30多種數(shù)據(jù)?,F(xiàn)在平均每項超過100多種。他們運用數(shù)據(jù)分類和挖掘技術(shù)搭建知識庫,使三一樁機實現(xiàn)從剛到柔的轉(zhuǎn)變。

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

全廠每臺設(shè)備的工況、每個訂單的進度,包括每位工人的績效、工廠后臺的“智慧大腦”都了如指掌。5G信號打通了信息共享的“經(jīng)脈”,能根據(jù)工廠實時運轉(zhuǎn)情況,把訂單分解到不同的產(chǎn)線上。

樁機物料大多都超長超重,一旦搬運時碰傷報廢,損失動輒上萬元。智慧物流成為數(shù)字化難點之一。

據(jù)王龍剛透露,他們對5G自動導(dǎo)引運輸車采取雙車聯(lián)動,實現(xiàn)大宗物料同步搬運和自動上下料。為了提高智能化水平,下一步重點攻關(guān)運輸路線的實時顯示和算法優(yōu)化。

裝配線上的機械臂,個個都長了一雙“慧眼”:借助視覺傳感技術(shù)和AI算法,能快速識別、抓取和裝配不同型號的工件。裝配精度達到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)場景拍不全,高了圖片分辨率不達標。再加上機械振動、光線反射等噪聲干擾,要反復(fù)調(diào)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(shù),精準識別工件種類和位姿,并由“智慧大腦”指導(dǎo)機械手平穩(wěn)作業(yè)。

三一樁機數(shù)字化試點改造期間,正趕上產(chǎn)能從每月150臺上升到200臺的爬坡階段。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,自己進廠那會兒,每月下線樁機10臺左右,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,簡單理解成“機器換人”,認為最理想狀態(tài)就是“黑燈工廠”。

三一樁機也曾算過一筆賬:假設(shè)購買一臺60萬元的設(shè)備,可替換兩位人均年收入15萬元的工人,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。

隨著數(shù)字化試點的推進,越來越多的人開始意識到,若完全為了機器換人而換人,既不可行也沒有必要。

部件工藝所副所長尹言虎反映,對于一些特殊角度的焊縫,焊接機器人實在無能為力,只能依靠人工。

董明楷估計,三一樁機除了下料、成型等環(huán)節(jié)接近無人化,而焊接、機加、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的智能制造所所長張雯,本想把車廠的數(shù)字化經(jīng)驗移植到樁機上,卻遭遇了“水土不服”。

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

“同樣精確到分鐘的樁機排產(chǎn)計劃,由于不同機型生產(chǎn)差別過大而經(jīng)常落空。”張雯深有感觸地說。

三一樁機現(xiàn)有38種標準機型,小的挖深二三十米,大的挖深達150米。不少訂單還是客戶根據(jù)施工場景定制的非標型號,一年也生產(chǎn)不了幾臺。

董明楷也坦言,目前有近30種機型實現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn),但對挖深超限的特殊機型,仍無法完全覆蓋兼容。

顯而易見,機器換人不僅存在“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的自動化設(shè)備,改為人機協(xié)同模式。

他算過這樣一筆賬:一臺自動螺栓機成本約200萬元,能抵一位年收入10萬的工人干20年。與其完全靠自動螺栓機,遠不如用人操縱機械臂更為高效和經(jīng)濟。

王龍剛認為,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)根本目標上。

一直關(guān)注企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型案例的修斌,也反對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)燈工作的滑稽場面。

在王龍剛的眼里,未來三一樁機將實現(xiàn)自決策,自動制定生產(chǎn)計劃、調(diào)度工人、管理生產(chǎn)要素,真正打通研發(fā)、營銷和服務(wù),實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化。

“以后企業(yè)更多利潤來源于數(shù)據(jù),包括基于數(shù)據(jù)的服務(wù)和創(chuàng)新?!蓖觚垊倛孕艛?shù)據(jù)才是企業(yè)的核心優(yōu)勢,將成為制造業(yè)彎道超車的機會。

三一樁機的數(shù)字化轉(zhuǎn)型,印證了“燈塔工廠”的意義:人讓機器變得更有效率,機器讓人變得更有價值。

(文章來源:新華社)

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