原標題：“大象”也在學(xué)跳舞
全球重工行業(yè)首個(gè)“燈塔工廠(chǎng)”三一樁機的數字化轉型實(shí)踐
與汽車(chē)、家電等行業(yè)知名廠(chǎng)商相比，三一重工北京樁機工廠(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)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?lài)?，稱(chēng)得上“鋼鐵巨象”了。
旋挖鉆機俗稱(chēng)打樁機，用于大型基建工程的樁基開(kāi)孔。這些樁基深度往往決定建筑高度。
2年前，這家國內三分天下有其一的旋挖鉆機制造商，依托物聯(lián)網(wǎng)、大數據和人工智能技術(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(gè)“燈塔工廠(chǎng)”。
三一樁機從規模生產(chǎn)到柔性制造，破解了重工行業(yè)品種多、批量小、工藝復雜等離散化制造難題，全員勞動(dòng)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(wàn)元。
“以柔克剛”的三一樁機，如何玩轉這些“鋼鐵巨象”？“舉重若輕”的變化背后，對制造業(yè)數字化轉型有何啟示？
“焊接大拿”的徒弟不是人
走進(jìn)三一樁機廠(chǎng)區，昔日揮汗如雨、滿(mǎn)身油污的工人不見(jiàn)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(xiàn)各顯神通：小到分揀一塊鋼板，大到裝配16噸重的動(dòng)力頭，都能輕松自如完成。
人氣冷清的焊接線(xiàn)上，幾臺配備自動(dòng)焊槍的機器人，正在焊接一根20多米長(cháng)、8噸重的鉆桿：藍色弧光追逐著(zhù)紅外線(xiàn)靶點(diǎn)和軌跡，夾雜著(zhù)脈沖般吱吱作響的焊接聲……
手握15年焊槍的趙清霞，是全廠(chǎng)有名的“焊接大拿”。他做夢(mèng)也沒(méi)想到，徒弟竟是一群機器人。自己會(huì )把焊接樁機方頭的看家本領(lǐng)，都“傳”給這些“沒(méi)心沒(méi)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(jìn)地下幾十甚至上百米深的孔洞里，輕則影響工程質(zhì)量，重則需要重新設計打孔。
此前，全廠(chǎng)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(gè)生產(chǎn)都得停！”制造管理經(jīng)理胡展鵬入廠(chǎng)20年，對此仍記憶猶新。
他還向記者解釋說(shuō)，焊接方頭跟繡花差不多，主要工藝難點(diǎn)就是用1.2mm焊絲，環(huán)繞40mm厚、60mm寬的焊縫反復施焊上幾十層，還要確保每層都不出現氣泡和裂痕。
“每個(gè)焊層溫度不同，施焊速度和節奏掌握不好，質(zhì)量就難以保證?！?0后趙清霞說(shuō)，當年師傅就是這么教的，他也按這個(gè)套路帶徒弟。
然而，這些類(lèi)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(méi)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(kāi)電風(fēng)扇，生怕焊縫里吹出氣泡。焊工是個(gè)體力活，經(jīng)常一蹲就是幾個(gè)小時(shí)，腰間盤(pán)突出都成了職業(yè)病。
“年輕人不愿意吃這個(gè)苦，”他操著(zhù)濃重山東腔說(shuō)，“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(tīng)得懂呢？
“不是簡(jiǎn)單模仿工匠的焊接軌跡?！比粯稒C總經(jīng)理王龍剛揭開(kāi)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(shí)速度、電參、溫度等大量工藝參數做支撐?！?/p>
這些“心中有數”的機器人，巧用AI算法學(xué)藝，僅兩個(gè)月就學(xué)會(huì )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(gè)個(gè)都成了“焊接大拿”。
以前焊接一根7節長(cháng)的鉆桿，6個(gè)人白加黑兩班頂多焊一節；現在4個(gè)人操縱8臺機器人，一個(gè)白班就能全焊完。
經(jīng)過(guò)3個(gè)月的培訓，年輕技工岳千喜已能像玩游戲一樣，熟練操控焊接機器人，比傳統焊工輕松不少。
趙清霞教會(huì )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(chǎng)里要求新崗位掌握基礎的機器人編程，趙清霞第一個(gè)報名參加培訓班。
有工友沖他開(kāi)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?！?/p>
“學(xué)到的東西歸自己，誰(shuí)都拿不走?！壁w清霞回應道。
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(zhù)磁力吸盤(pán)，將七八十斤重的提引器坯料，穩穩當當地吊運到料臺上，由機械臂自動(dòng)夾裝到數控機床。一整套動(dòng)作下來(lái)如行云流水。
據李田華介紹，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。由于擔心坯料磕碰受損，過(guò)去搬運、上料和測量主要靠人工。工人們圍著(zhù)機械設備爬上爬下是常態(tài)。
如今，機械臂帶攝像頭，機床會(huì )自動(dòng)測量，機器視覺(jué)的“慧眼”遍布全廠(chǎng)。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(guò)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(kāi)人，一處不到位就得返工。趕上生產(chǎn)繁忙，整個(gè)過(guò)程就像打亂戰。
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(chǎng)成為2019年集團數字化轉型首批試點(diǎn)。如果這塊最硬的“骨頭”都能啃下來(lái)，其他工廠(chǎng)就更有把握了。
工程機械行業(yè)周期性較強，導致企業(yè)用工彈性過(guò)大，產(chǎn)能調整跟不上市場(chǎng)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”的數字化背水一戰。
作為三一樁機工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺服務(wù)商，樹(shù)根互聯(lián)有限公司市場(chǎng)總經(jīng)理修斌坦言，讓工廠(chǎng)的大量“聾啞設備”學(xué)會(huì )“說(shuō)話(huà)”，聽(tīng)從“指令”，是傳統制造業(yè)啟動(dòng)數字化的基礎。
三一重工智能制造研究院院長(cháng)董明楷，把這個(gè)過(guò)程梳理為“三現四表互聯(lián)”。即通過(guò)攝像頭管理現場(chǎng)、現實(shí)、現物，采集水、電、氣、油表等能耗數據，實(shí)現設備互聯(lián)互通。
“要把設備連起來(lái)，結合不同的工藝和業(yè)務(wù)要求，才能把數據用好?！边@位曾在西門(mén)子工業(yè)研究院工作多年的數字化專(zhuān)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多種數據?，F在平均每項超過(guò)100多種。他們運用數據分類(lèi)和挖掘技術(shù)搭建知識庫，使三一樁機實(shí)現從剛到柔的轉變。
三一樁機的數字工程師和工藝工程師利用這些數據，逐一調試、標定，建立生產(chǎn)知識庫，讓機器人得心應手地識別和處理不同尺寸的零件。
全廠(chǎng)每臺設備的工況、每個(gè)訂單的進(jìn)度，包括每位工人的績(jì)效、工廠(chǎng)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”，能根據工廠(chǎng)實(shí)時(shí)運轉情況，把訂單分解到不同的產(chǎn)線(xiàn)上。
樁機物料大多都超長(cháng)超重，一旦搬運時(shí)碰傷報廢，損失動(dòng)輒上萬(wàn)元。智慧物流成為數字化難點(diǎn)之一。
據王龍剛透露，他們對5G自動(dòng)導引運輸車(chē)采取雙車(chē)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現大宗物料同步搬運和自動(dòng)上下料。為了提高智能化水平，下一步重點(diǎn)攻關(guān)運輸路線(xiàn)的實(shí)時(shí)顯示和算法優(yōu)化。
裝配線(xiàn)上的機械臂，個(gè)個(gè)都長(cháng)了一雙“慧眼”：借助視覺(jué)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?xún)?，僅有兩張A4紙厚。
董明楷回憶，在設備上安裝高清攝像頭，位置放低了生產(chǎn)場(chǎng)景拍不全，高了圖片分辨率不達標。再加上機械振動(dòng)、光線(xiàn)反射等噪聲干擾，要反復調試才能選準數據采集點(diǎn)。
通過(guò)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(jué)定位技術(shù)，精準識別工件種類(lèi)和位姿，并由“智慧大腦”指導機械手平穩作業(yè)。
三一樁機數字化試點(diǎn)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。一直擔心產(chǎn)量受影響的夏聞世卻意外發(fā)現，產(chǎn)值比原來(lái)翻了一番，用工還不到過(guò)去的一半。
夏聞世清楚地記得，自己進(jìn)廠(chǎng)那會(huì )兒，每月下線(xiàn)樁機10臺左右，也就是現在一天的產(chǎn)量。
數字化不能一味做加法
直到今天，仍有人把制造業(yè)數字化轉型，簡(jiǎn)單理解成“機器換人”，認為最理想狀態(tài)就是“黑燈工廠(chǎng)”。
三一樁機也曾算過(guò)一筆賬：假設購買(mǎi)一臺60萬(wàn)元的設備，可替換兩位人均年收入15萬(wàn)元的工人，兩年就能回本。據此，他們提出3年收回3億元數字化投資的目標。
隨著(zhù)數字化試點(diǎn)的推進(jìn)，越來(lái)越多的人開(kāi)始意識到，若完全為了機器換人而換人，既不可行也沒(méi)有必要。
部件工藝所副所長(cháng)尹言虎反映，對于一些特殊角度的焊縫，焊接機器人實(shí)在無(wú)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)節接近無(wú)人化，而焊接、機加、涂裝、裝配、物流等環(huán)節的數字化程度僅六成以上。
三年前從車(chē)企跳槽過(guò)來(lái)的智能制造所所長(cháng)張?chǎng)?，本想把?chē)廠(chǎng)的數字化經(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(chē)制造屬于規?；a(chǎn)，無(wú)需頻繁轉換工藝設備，計劃可以直接指導生產(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(guò)大而經(jīng)常落空?！睆?chǎng)┥钣懈杏|地說(shuō)。
三一樁機現有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(hù)根據施工場(chǎng)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(shí)現數字化生產(chǎn)，但對挖深超限的特殊機型，仍無(wú)法完全覆蓋兼容。
顯而易見(jiàn)，機器換人不僅存在“行不行”的技術(shù)問(wèn)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(chǎng)近1/6的自動(dòng)化設備，改為人機協(xié)同模式。
他算過(guò)這樣一筆賬：一臺自動(dòng)螺栓機成本約200萬(wàn)元，能抵一位年收入10萬(wàn)的工人干20年。與其完全靠自動(dòng)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，數字化并不是沒(méi)完沒(méi)了地做加法，追求所謂的“大而全”和“高大上”沒(méi)必要?，F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)數字化轉型案例的修斌，也反對盲目追捧一些熱門(mén)概念。他曾見(jiàn)過(guò)一家企業(yè)為了追求“黑燈工廠(chǎng)”，要求員工在電腦屏幕前關(guān)燈工作的滑稽場(chǎng)面。
在王龍剛的眼里，未來(lái)三一樁機將實(shí)現自決策，自動(dòng)制定生產(chǎn)計劃、調度工人、管理生產(chǎn)要素，真正打通研發(fā)、營(yíng)銷(xiāo)和服務(wù)，實(shí)現產(chǎn)品全生命周期的數字化。
“以后企業(yè)更多利潤來(lái)源于數據，包括基于數據的服務(wù)和創(chuàng )新?！蓖觚垊倛孕艛祿攀瞧髽I(yè)的核心優(yōu)勢，將成為制造業(yè)彎道超車(chē)的機會(huì )。
三一樁機的數字化轉型，印證了“燈塔工廠(chǎng)”的意義：人讓機器變得更有效率，機器讓人變得更有價(jià)值。 （記者劉荒、張典標、李坤晟、黃海波）
