数字化转型网灯塔制造专题
数字化转型网灯塔智造专题活动将涵盖灯塔工厂、黑灯工厂、未来工厂、智能工厂等，从设计规划到落地实践的全流程。并融合人工智能、数字化转型、智能制造、机器人与自动化等技术与理念，帮助中国制造业企业打通客户订单到生产的全流程，实现世界一流灯塔标杆。
近日，三一重工18号工厂入选“灯塔工厂“，成为智能工厂的典范；根据相关报道整理此文，以飨读者。整理不易，欢迎点赞、收藏、转发与交流！
2022年10月11日，世界经济论坛（WEF）公布最新一批“灯塔工厂”名单，共有11家企业入选，三一重工18号工厂成功入选（以下简称“18号工厂”），国内各大媒体争相报道。多年前笔者在湖南做业务员，曾多次拜访三一重工长沙工厂进行商务交流，对三一重工的生产设备情况有个初步的认知，当时是以大规模机械制造为主、智能化设备还没有起步。今非昔比，发展至今18号工厂已成为“全球灯塔工厂”，全球智能工厂的典范。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
一、18号工厂基本情况
18号工厂位于湖南省长沙经济技术开发区三一工业城，长约1000米、宽约100米，总面积10万平方米。18号工厂经历了从大厂房到智能工厂两个阶段的转变，第一阶段，受国内、国际市场需求的双重拉动，三一集团为提升泵车产量，最早于2008年开始筹建，2012年投产，目标建一座面积更大、生产效率更高、月产泵车1000台的装配大厂房。第二阶段，2018年三一集团董事长梁稳根以“要么翻身，要么翻船”的决心；推动三一数字化转型。同年，三一在18号工厂启动智能工厂建设，迈出探索智能制造转型的第一步。投入5亿元资金，突破55项关键技术，项目于2020年达产，成为三一集团第一座落地达产的智能工厂。其多项原创技术方案在三一集团其他45个工厂推广。
18号厂房是三一重工总装车间，有混凝土机械、路面机械、港口机械等六条装配线。总装车间分为装配区、高精机加区、结构件区、立库区、展示厅、景观区六大功能区域；主要生产泵车、拖泵、车载泵和平地机、压路机、摊铺机、正面吊等产品。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
18号工厂是工信部首批智能制造试点示范工厂，是工程机械行业的第一座标杆工厂；被《华尔街日报》誉为这里藏有中国未来工业的蓝图。目前已成为长沙市工业旅游景点、“网红”工厂、智能制造、精益改善、标杆管理等领域典型管理案例。
二、灯塔工厂的定义
灯塔工厂被誉为世界上最先进的工厂，是由达沃斯世界经济论坛（WEF）和麦肯锡咨询公司共同遴选，是具有榜样意义的数字化制造和工业4.0示范者，代表全球制造业智能制造和数字化最高水平。灯塔工厂是智能制造、智能工厂领域目前最新的热词。工厂车间内不再是灯火通明、机器轰鸣，工人忙碌穿梭，而机器设备在安全绿灯下静悄悄运行，整个生产流程全部无人化操作。
从2018年开始评选，目前全球已有114家灯塔工厂、其中中国有42家，主要来自于3C电子、家电、汽车、钢铁、新能源等行业。18号工厂是继三一重工北京桩机工厂后，全球重工行业第二座获认证的“灯塔工厂”。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
一些质疑，有人士认为，世界经济论坛与麦肯锡是国外民间机构，其权威性待考证；其主导的灯塔工厂的评定标准也存在一些争议。其入选标准主要看是否采用工业互联网、人工智能、云计算、大数据、5G等工业4.0技术，并综合运用这些新技术，与制造业深度融合，起到示范与引领作用。
三、初步了解18号工厂智能制造
18号工厂是亚洲最大的智能化制造车间之一，基于工业互联网平台，目前18号工厂的全部9大工艺、32个典型场景都已实现“智能制造”。18号工厂充分利用柔性自动化生产、人工智能和规模化的工业物联网IIoT，建立了数字化柔性的重型设备制造系统。各环节全部实现自动化、信息化。智能工厂建设涉及企业人机料法环测方方面面的问题，为便于了解18号工厂智能制造情况，本文按照制造流程、结合兰光创新提出的智能工厂 “六维智能理论”展开交流。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
1. 智能计划排产
18号工厂从计划源头上确保生产计划的科学化、精准化。集成MES系统与ERP系统，实现了客户订单下达到生产制造、产品交付以及售后追踪的全流程信息化，实现了生产制造现场与客户的实时交互。客户的个性化需求可以第一时间到达计划、制造、商务等相关部门，制造人员就能直接按照客户的要求进行快速生产和交付，客户也可以随时了解所购买设备的生产进度。
实施智能化改造后，18号工厂实现了厂内物流、装配、质检各环节自动化，一个订单可逐级快速精准地分解至每个工位，创造了一小时下线一台泵车。
2. 智能生产过程协同
18号工厂从产品设计→工艺→工厂规划→生产→交付，打通产品到交付的核心流程。
三一利用18号数字化工厂的建设，引进或者自研了一大批先进的硬件设备和软件系统，例如自主研发的先进的制造执行系统（MES）和智能仓储物流系统。生产现场以MES系统为主线，辅助智能派工、现场LED看板等可视化信息，集成化计划/物流/质量等控制系统，从生产计划下达、物料配送、作业标准查询、质量管理等维度进行在线管控，实现了人员、资源实时调度，生产制造现场与生产管控中心的实时交互。
3. 智能设备互联互通
三一集团为所有生产设备搭建了设备互联系统，监测每台机器的运行情况，有没有开工、利用率是多少，一目了然。引进了智能化的工装设备，如上下料、分拣、成型、焊接、喷涂、检测、清丝、打磨、拧紧等十余类机器人，20吨级高速智能行车，6吨级的载重AGV，水、油、气、电等智能化传感器等；同时搭建工业生产物联网，通过网络连入机台，实现机台的生产信息采集、机台互联，以及自动控制与数据传输，使机台使用率最大化。自动化立体库/ AGV、自动上下料等智能装备的应用，以及设备的M2M 智能化改造，实现物与物、人与物之间的互联互通与信息互联互通。
通过自动化改造，18号工厂建立了的自动下料成型生产线，无人投料后钢板自动套料和自动切割，切割好的钢板被智能行车输送至自动分拣输送线，3D视觉识别后,机器人任意抓取工件放到料框中；装有3D视觉系统的机器人，抓取工件送至对应的成型设备进行自动加工，合格的零件就可以直接进入中小件立库待用。从钢板到变成零部件，全流程均实现无人自动化生产。
钢板的切割和分拣完全交给了拥有3D视觉的AI机器人，将精度提升至1毫米，周期缩短60%，材料浪费减少了近一半。依托电弧跟踪技术，长3.7米、重达2.6吨的泵车转台在行业首次实现了“无夹具抓取与焊接”。在装配中心，三一“老师傅们”所拥有的专业技能，被参数化、软件化为机器人程序，大到70米长的臂架、小到2厘米的螺丝等自动化装配完成，效率指数级提升。
在工程机械产品焊接和涂装自动化率低、作业效率低等老大难领域，三一重工通过为机器人装上全新的视觉信息系统，实现在焊接过程中，可以自动光线补偿，识别零件形态，定位零件位置，指导机器人自动抓取零件，完成各类零件自适应拼装和焊接，精度达到±0.5mm。在涂装过程中，该系统自动完成转台、转塔、支腿等形状识别，自主指导抛丸开展表面清理；自主适配喷涂程序，指导机器人完成底漆、面漆的喷涂，以及喷枪的清洗和换色，效率提高25%左右。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
混合生产163种阀块的机加中心是18号工厂“关灯式”柔性生产的示范单元。在数字孪生技术的赋能下，三一品质原本仅0.1毫米的精度误差，被刷新至0.01毫米。
4. 智能生产资源管控
三一已建成车间智能监控网络和刀具管理系统、公共制造资源定位与物料跟踪管理系统。
公共资源定位系统是18号智能工厂的一个重要支撑。通过物联网技术实现对在制品、叉车、人员、设备资源的实时定位、追踪与监控；实时获取物料和运输工具的状态和位置等信息，并可以通过对这些信息的分析实现对物料的高效调度；综合运用WSN、RFID 和GPS等多种定位技术，满足不同制造资源的定位需求。
18号工厂打造的“基于工业区块链的智慧碳排放管理平台(iCEP)”，管理者便能透过一块数据可视化大屏，轻松掌握数万台设备的每一度电、每一滴水、每一方气的去向，做到源头管控、过程管控和末端治理，持续降低碳排放强度和成本。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
位于厂房中部的智能立体仓库总占地面积9000平方米，投资额6000万元；仓库容量约16000个货位，智能化立体仓库和物流运输系统实现泵车、拖泵、车载泵装配线及部装线所需物料的暂存、拣选、配盘功能，端到端的物流系统，可以实现10万种不同类型零件的自动搬运和上下料，准时交货率高达99.2%，是灯塔工厂高效运作的保障。配套AGV实现工位物料自动配送至各个工位，把工人从繁复的运输工作中解放出来，改变将近总量30%的物料种类的储存和出入库作业模式，很大程度地缓和了自动化立体仓库的出入库作业压力，有效地提高了整个系统的作业能力。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
5. 智能质量过程控制
18号工厂通过GSP、MES、CSM及QIS的整合应用，实现了涵盖供应商送货、零件制造、整机装配、售后服务等全生命周期的质检数字化，以及SPC分析、质量追溯等功能。
SPC质量在线检测与分析，质检员所使用的设备，以工业级平板电脑和PDA为载体，在总装及部装线全面应用，实现了图形化质检，指导质检员快速、准确定位质检部位及质检标准。质检项图形化率达90%以上，
质检电子化率100%，全面提升了质检效率。
利用生产管理系统（MES）检验结果和质量问题数据录入PDA和平板电脑等终端，每一个检验项目都标准化、电子化，一旦发现质量异常，系统就会第一时间自动启动不合格处理流程，将情况发送给相关责任人。在不合格品控制流程中的隔离、评审等6个环节，保证每道工序的每个产品在下一道工序前合格。而数据的录入则会为产品质量追溯提供可靠依据。三一的自制件可以具体查到是某台产品零部件，制作时间、制作地点和工位、制作人、制作条件等信息，供应商提供的零部件则是可以查到批次和反馈。
6. 智能大数据分析与决策支持
在整个生产过程中，系统运行着大量的生产数据以及设备的实时数据。厂房建设有 PCC生产控制中心，通过对生产过程中物料、设备、辅助生产资源等数据采集，并集成PDM\ERP\CRM\MES等应用系统，实现订单执行与生产现场的集中管理与调度。管理人员能够实时掌握“人、机、料、法、环、测”全要素数据。PCC全方位的工厂车间监控系统能实现对生产过程的全面监控和记录，保证生产现场的安全，以及现场事故的追溯和回放。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
每台泵车从原材料起就有一张专属“身份证”，由制造运营管理系统（MOM）全程智能调度，实现“一张钢板进，一台泵车出”的智能制造全要素落地。遍布工厂的1540个传感器和200台全联网机器人每天能产生超过30TB的大数据，相当于一座20万人口的县城一天产生的手机网络流量。在这个过程中，通过互联提供的数据中台及工业应用，将设计、制造和服务中的关键相关流程和数据无缝链接，实现实体工厂实时运行数据映射到了虚拟工厂，实现了智能设计、柔性生产、智能供应与智能制造。
在内部流程中，三一将设计、研发、生产、销售、服务等核心业务“搬家线上”，实施“三现”数据、设备互联、营销信息化（CRM）、产销存一体化（SCM）、研发信息化（PLM）等一批数字化项目并取得积极进展。外部服务也在数智化升级。通过对70多万台海量设备工况等状态进行数据分析，2021年，三一已实现了5万台挖掘机预测性维护，将故障遏制在摇篮之中。智能运营的数智化转型，成为工程机械行业智能制造标杆。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
四、个人几点体会
随着工业互联网、智能化的不断发展，传统的制造模式和经营模式将会逐步被淘汰，结合学习的内容初步谈几点个人体会。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
1. 智能制造是大势所趋
党中央、国务院高度重视智能制造的发展。《“十四五”智能制造发展规划》明确提出“两步走”，力争在2025年实现规模以上制造业企业大部分实现数字化网络化，重点行业骨干企业初步应用智能化；到2035年，规模以上制造业企业全面普及数字化网络化，重点行业骨干企业基本实现智能化。
当前，由于经济与社会环境的不稳定性与不确定性，制造企业正面临着巨大的转型压力，需要从低成本竞争策略转向建立差异化竞争优势；随着人口老龄化、劳动力成本迅速攀升、招工难以及缺乏专业技师的巨大压力，及客户个性化需求日益增长等因素，迫切需要推进智能工厂建设。
数字经济时代，数字技术渗透到制造业的各个环节，同时国家和地方政府大力支持智能制造、两化融合等项目，使各行业越来越多的大中型企业开启了智能工厂建设的征程。
智能制造是个循序渐进的过程，原机械工业部副部长沈烈初提出，目前装备制造业大多处于工业1.0、2.0时代，制造业水平不同于德国，推进智能制造发展，工业4.0可作为参考而不能简单复制，必须通过实践和总结找到属于我们自己的成功之路。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
2. 机床制造企业需要提供智能装备及数控系统
作为机床行业下游的汽车、工程机械、3C领域已经开启了智能化改造升级之路，不进则退，机床行业需要为下游行业提供智能装备及数控系统。智能机床可与实现工厂内所有设备、资源互联互通，时时监测机床工作状态；并自动优化参数、自动补偿，抑止热变形；刀具、工件干涉自动检测；智能维护保养及智能远程诊断、维护等智能手段。智能机床领域目前国内机床企业还没有起步。
日本MAZAK机床具有六大特色：一是有自动抑制振动的功能。二是能自动测量和自动补偿，减少高速主轴、立拄、床身热变形的影响。三是有自动防止刀具和工件碰撞的功能。四是有自动补充润滑油和抑制噪音的功能。五是数控系统具有人机对话功能，在编程时能在监测画面上显示出刀具轨迹等，进一步提高了切削效率。六是机床故障能进行远距离诊断。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
日本大隈运用“机、电、情、知”一体化的智能化技术，大隈机床加工中不会产生热变形、不会撞机、不会振刀、自动调整至优化加工条件等实现智能化。
DMG MORI为用户提供基于应用程序的CELOS®系统及其他智能软件解决方案，配置CELOS®的机床与生产组织连接在同一个网络中。CELOS®简化从构思到成品的全过程，全面提升加工业务效益，为生产奠定工业4.0的基础。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
2. 智能化改造需要大投入
智能化改造和数字化转型是指综合运用工业互联网、大数据、人工智能等技术，构建和完善智能化生产线，加快推进生产方式智能化。智能化改造和数字化转型不是简单增加几台机械臂，或者对某几个生产环节进行改造，必须是各环节、全过程的改造升级。智能化改造和数字化转型牵一发而动全身，需要持续大额资金投入；想要把每个节点都智能化，要做到的软件和硬件的投入成本是非常高的，再加之厂房、设备、配套软硬件新建或改造投资额是巨大的，而且后期运维的成本存在不可预测性，一般规模不大的企业，即使能花大价钱去购买软件、硬件，后期但很难轻松消化巨大的运维负担。智能化改造后不可能立马就看见到收益，有时候企业的投入和产出不成比例。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
从2019年开始，三一重工投入百亿资金，依托工业互联网，开启二十多个工厂的智能化升级；三一18号工厂投入5亿元资金建设“灯塔工厂”；三一智能装备产业园新建二期工程2022年7月1日正式开工，主要生产起重机等设备，建设面积约17万平方米，总投资约30亿元，建成后将为重庆再添一个“灯塔工厂”。
3. 智能化推进企业业绩大幅提升
数智化转型已经为三一带来了翻天覆地的变化，三一集团经营管理质量也步入历史最佳水平，净利润进入行业全球前三，现金流、盈利水平，人均产值等核心经营数据迈入国际一流行列，实现高质量发展。2012年至2021年，三一挖掘机销量从1万台升至10万台。
2012年三一集团销售额为580亿元。至2021年集团销售额突破1720亿元，十年间增长近三倍，取得历史最好经营业绩。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
4. 智能化大幅提升企业经营管理水平
智能制造带来的是生产效率的飞跃，2021年18号工厂的人均产值1471.13万元，每平方米效益15.4万元。18号工厂厂房没什么变化，但软件升级却在衔枚疾行。与改造前相比，18号工厂产能提升123%，人员效率提升98%，整体自动化率升至76%，可生产多达263种机型。
从大厂房到智能工厂，18号工厂在制品减少8%，物料齐套性提高14%，单台套能耗平均降低8%，人均产值提高24%，现场质量信息匹配率100%，原材料库存降低30%。
整个机加区集智能化、柔性化、少人化于一体，可以满足多品种、小批量生产要求。对整个生产过程的精益管控，大大提高了产品制造过程的质量、物流、生产管控程度
企业生产效率提高24%以上，生产周期缩短28%，减少生产误操作40%，不良品率下降14%，物流运作效率提高18%以上，送货速度提高12%；节省人力成本约20%，总体制造运营成本降低28%，生产节能7%。下线一台泵车的时间已经缩短至45分钟，从订单到交付只需20天。
5. 智能化需要转变经营管理理念与习惯
通过智能化管理，凡是能用机器做的绝不用人来做，凡是能远程操作的绝不来现场来做。一线工人由操作者向机器设备的看护者和研究者转型，智能化将工人从繁重单调的劳动中解放出来，向更有附加值的领域转变。由直接操作设备、机械式劳动向智能控制、设备维护、工艺改善、检验检测等转变。
智能化实施的过程，需要重新培养经营者管理理念及工人操作习惯，习惯于操作传统机器的工人如何掌握操作智能机器设备的技能？如何将之前依靠经验生产的产品通过智能化软件实现生产？工艺和编程人员如何成功结合等难题，成为智能化改造人才培养计划的重点。三一工业职业技术学院开展培训工作，除了理论课程，还投放了40台机器人，供员工进行编程、机器人控制等实操课程的练习。三一集团设置近8000万元的激励奖金，将集团内包括工艺、编程、设备、操作等方面共2000多人纳入了培养计划，重新培养了工人行为习惯，一线工人实现转型，跟上智能化的脚步。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
雾里看花、水中望月。落笔数千言，作者水平有限，只是对18号工厂智能化建设有个初步认识，一家之言、不成体系，本文仅供借鉴交流！ 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
数字化转型网灯塔智造专题
数字化转型网灯塔智造专题活动将涵盖灯塔工厂、黑灯工厂、未来工厂、智能工厂等，从设计规划到落地实践的全流程。并融合人工智能、数字化转型、智能制造、机器人与自动化等技术与理念，帮助中国制造业企业打通客户订单到生产的全流程，实现世界一流灯塔标杆。数字化转型网灯塔智造专题活动包含以下内容：
1、灯塔智造外脑支持：通过平台外脑的力量，让决策者拥有更多的聘请超过100位的智能制造专家、超过1000家的智能制造软硬件技术公司、超过10000份学习资料，为企业提供强大的智造外脑支持，助力企业打造智能工厂、灯塔工厂。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
2、灯塔智造研习社：与制造业顶尖精英一起学习！数字化转型网建立了一个专门讨论智能制造、灯塔工厂等相关技术的研究学习社区，与各位同学一起成长！
3、灯塔智造论坛：智能浪潮！引领未来！数字化转型网打造的智造论坛，旨在通过高端对话推动行业树立正确理念，减少行业噪音，正本清源，助力行业发展！
4、灯塔工厂参观研学：目前灯塔工厂全球已有153家，目前中国已有62家，数字化转型网计划组织灯塔研习社的同学们先后参观国内的施耐德、海尔、博世、美的、三一重工、宁德时代、联合利华、宝洁、青岛啤酒等等，以及赴国外参观全球的灯塔工厂。
5、灯塔标杆案例研学：除了灯塔工厂外，数字化转型网仍然关注驱动整个制造业数字化转型、制造业智能制造、数字创新技术，我们将以不积跬步无以至千里的精神，关注每一个在细微处取得伟大成绩的“灯塔标杆”案例，组织灯塔研习社社员学习行业标杆！
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本文由数字化转型网（www.szhzxw.cn）转载而成，来源于老燕勤啄泥；编辑/翻译：数字化转型网宁檬树。
