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人民日報認證:三一重工北京樁機工廠代表智能制造與數(shù)字化的最高水平

2023-12-07 09:28

12月5日,《人民日報》(海外版)創(chuàng)新中國整版刊發(fā)《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(yè)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(yè)領(lǐng)域智能制造和數(shù)字化的最高水平。


報道原文


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(lǐng)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。

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從空中俯瞰北京市昌平區(qū)南口產(chǎn)業(yè)園的三一重工北京樁機工廠


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(shè)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(shè)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(zhuǎn),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(diào)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(luò)基礎(chǔ)設(shè)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(zhuǎn)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(shù)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(shè)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(shè)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(shè)備、每個工人,從訂單到交付,全流程都由數(shù)據(jù)來驅(qū)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?!半m然我們?nèi)庋劭床灰?,但‘根云’工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺在日夜不停地計算?!币曰⒄f,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。現(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(shè)備通過動態(tài)識別和效能分析,能優(yōu)化轉(zhuǎn)速和負載等關(guān)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(luò)”,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(shù),將產(chǎn)品拆解為獨立部件或模塊,并對各模塊進行獨立設(shè)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(diào)整,實現(xiàn)多種產(chǎn)品混線生產(chǎn)。

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三一重工北京樁機工廠內(nèi)部的智能化生產(chǎn)車間


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(shù)、AI算法以及高速的5G網(wǎng)絡(luò),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(lǐng)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(shè)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(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)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(lǐng)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(zhuǎn)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(shè)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?!斑@是供AGV(自動導引運輸車)小車識別用的?!币曰⒄f,智能工廠還應用了物流智能調(diào)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?!斑@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?!?/p>


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(zhuǎn)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”?!拔覀兊淖詣踊附泳€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?!币曰⒄f。


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?!?/p>


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(shù)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(shù)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(zhuǎn),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(diào)試工程師,負責現(xiàn)場機器人編程、調(diào)試、異常處理和自動化設(shè)備的技術(shù)支持。例如,有些設(shè)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?!毙旖ɡ谔寡?,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?!肮S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?!毙旖ɡ谡f。


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(zhì)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。