【優(yōu)秀案例】數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能制造——18號智能工廠
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工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念提出以來，全球產(chǎn)業(yè)界積極開展應用實踐和探索，新一輪科技變革和業(yè)務創(chuàng)新蓬勃興起，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)逐漸發(fā)展為重要的智能基礎設施、先進的生產(chǎn)力和新型的經(jīng)濟形態(tài)。
自2016年6月起，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟面向成員單位及全社會啟動了先進應用案例征集工作，旨在尋找我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用和技術的最佳實踐，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實施部署提供示范和標桿。通過聯(lián)盟專家組的多次評審，2016年共評審出12個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)秀應用案例并匯編成冊，于2017工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)峰會上正式發(fā)布。
智能化生產(chǎn)領域案例一：
數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能制造-18號智能工廠——三一“智造”工業(yè)革命
導讀
在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的大背景下，以數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化為特點的智能制造已成為未來發(fā)展趨勢?！爸袊圃?025”、“德國工業(yè)4.0”、“美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”等制造業(yè)國家戰(zhàn)略，均旨在構建自身的智能制造體系，特別是新一代信息技術與制造業(yè)的深度融合，以促進制造模式、生產(chǎn)組織方式和產(chǎn)業(yè)形態(tài)的深刻變革，改變?nèi)蛑圃鞓I(yè)的發(fā)展格局。
三一集團始創(chuàng)于1989年，是中國領先、全球第五的工程機械制造企業(yè)，年銷售600億元，產(chǎn)品銷往全球100多個國家和地區(qū)，作為重工領域的標桿，三一集團以其18號廠房成為智能制造應用基礎的示范。
“18號廠房更像是一個大型計算系統(tǒng)加上傳統(tǒng)的操作工具、大型生產(chǎn)設備的智慧體，每一次生產(chǎn)過程、每一次質(zhì)量檢測、每一個工人勞動量都記錄在案。裝配區(qū)、高精機加區(qū)、結構件區(qū)、立庫區(qū)等幾大主要功能區(qū)域都是智能化、數(shù)字化模式的產(chǎn)物。”
【高度離散制造企業(yè)的困局】
三一是一個高度離散型制造企業(yè)，這種制造模式分散且獨立，需要大量的人力物力，造成企業(yè)成本提高，這種制造模式顯然不能滿足企業(yè)高質(zhì)量的發(fā)展需求。三一積極借助信息化時代的優(yōu)勢，導入智能制造模式，優(yōu)化運行系統(tǒng)，提升設備生產(chǎn)制造能力，積極應對工程機械企業(yè)多品種、高效率、高質(zhì)量、低成本方面的壓力與挑戰(zhàn)。
本項目建設實體18號廠房建筑面積10萬平方米，是亞洲最大的單體生產(chǎn)廠房，有混凝土機械、路面機械、港口機械等多條裝配線，是三一重工總裝車間，年產(chǎn)能300億元，生產(chǎn)的混凝土機械全球第一，港口機械中國第一。
【技術創(chuàng)新，智能引領】
（1）總體架構
18號智能工廠從產(chǎn)品設計→工藝→工廠規(guī)劃→生產(chǎn)→交付，打通產(chǎn)品到交付的核心流程，總體架構如圖1所示。
圖1 18號廠房智能工廠總體結構圖
1）全三維環(huán)境下的數(shù)字化工廠建模平臺、工業(yè)設計軟件，以及產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)的應用，實現(xiàn)數(shù)字化研發(fā)與協(xié)同；
2）多車間協(xié)同制造環(huán)境下計劃與執(zhí)行一體化、物流配送敏捷化、質(zhì)量管控協(xié)同化，實現(xiàn)混流生產(chǎn)與個性化產(chǎn)品制造，以及人、財、物、信息的集成管理；
3）自動化立體庫/ AGV、自動上下料等智能裝備的應用，以及設備的M2M 智能化改造，實現(xiàn)物與物、人與物之間的互聯(lián)互通與信息握手；
4）基于物聯(lián)網(wǎng)技術的多源異構數(shù)據(jù)采集和支持數(shù)字化車間全面集成的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡，驅(qū)動部門業(yè)務協(xié)同與各應用深度集成。
（2）基于三維仿真的數(shù)字化規(guī)劃
通過對整個生產(chǎn)工藝流程建模，在虛擬場景中試生產(chǎn)，優(yōu)化規(guī)劃方案。在規(guī)劃層面的仿真模型實驗過程中實現(xiàn)產(chǎn)能分析與評估，通過預測未來可能的市場需求，動態(tài)模擬廠房生產(chǎn)系統(tǒng)的響應能力；在裝配計劃層面的仿真模型中，通過仿真實驗進行節(jié)拍平衡分析與優(yōu)化，規(guī)劃最優(yōu)的裝配任務和資源配置。
圖2 基于三維仿真的數(shù)字化規(guī)劃應用圖
（3）工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與智能產(chǎn)線
利用智能裝備實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化、機器換人，提升生產(chǎn)效率；同時搭建工業(yè)生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)，通過網(wǎng)絡連入機臺，實現(xiàn)機臺的生產(chǎn)信息采集、機臺互聯(lián)，以及自動控制與數(shù)據(jù)傳輸，使機臺使用率最大化。
圖3 智能裝備的應用示意圖
基于物聯(lián)網(wǎng)平臺集成的現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)、生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)，運用機器學習、人工智能等大數(shù)據(jù)分析與挖掘技術，建立產(chǎn)品、工藝、設備、產(chǎn)線等數(shù)字化模型，提供生產(chǎn)工藝與流程優(yōu)化、設備預測性維護、智能排產(chǎn)等新型工業(yè)應用。
圖4 工業(yè)生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)應用結構圖
（4）MES和ERP無縫集成
集成MES系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)，實現(xiàn)了客戶訂單下達到生產(chǎn)制造、產(chǎn)品交付以及售后追蹤的全流程信息化，實現(xiàn)了生產(chǎn)制造現(xiàn)場與客戶的實時交互?？蛻舻膫€性化需求可以第一時間到達計劃、制造、商務等相關部門，制造人員就能直接按照客戶的要求進行快速生產(chǎn)和交付，客戶也可以隨時了解所購買設備的生產(chǎn)進度。
圖5 SANY MES系統(tǒng)結構圖
生產(chǎn)現(xiàn)場以MES系統(tǒng)為主線，輔助智能派工、現(xiàn)場LED看板等可視化信息，集成化計劃/物流/質(zhì)量等控制系統(tǒng)，從生產(chǎn)計劃下達、物料配送、作業(yè)標準查詢、質(zhì)量管理等維度進行在線管控，實現(xiàn)了人員、資源實時調(diào)度，生產(chǎn)制造現(xiàn)場與生產(chǎn)管控中心的實時交互。
（5）公共資源精細化管理
公共資源定位系統(tǒng)是18號智能工廠的一個重要支撐。公共制造資源定位平臺融合不同的定位方式并滿足不同的業(yè)務需求的同時，實現(xiàn)基礎設施的共用，達到減少重復建設、提高基礎設施利用率的目的。
1) 通過物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)對在制品、叉車、人員、設備資源的實時定位、追蹤與監(jiān)控；
2) 實時獲取物料和運輸工具的狀態(tài)和位置等信息，并可以通過對這些信息的分析實現(xiàn)對物料的高效調(diào)度；
3) 綜合運用WSN、RFID 和GPS等多種定位技術，滿足不同制造資源的定位需求。
圖6 公共資源定位系統(tǒng)結構圖
（6）智能化立體倉庫和物流運輸系統(tǒng)
智能化立體倉庫和物流運輸系統(tǒng)實現(xiàn)泵車、拖泵、車載泵裝配線及部裝線所需物料的暫存、揀選、配盤功能，并與AGV配套實現(xiàn)工位物料自動配送至各個工位。
倉儲模式采用自動化立體倉庫存儲（主要儲存中小件為主）+垂直升降庫存儲（主要儲存小件為主）+平面?zhèn)}庫儲存（主要儲存大件等其他特殊物資），配合全自動化的AGV小車，把工人從繁復的運輸工作中解放出來，使裝配區(qū)內(nèi)整個物流通暢有序，改變將近總量30%的物料種類的儲存和出入庫作業(yè)模式，很大程度地緩和了自動化立體倉庫的出入庫作業(yè)壓力，有效地提高了整個系統(tǒng)的作業(yè)能力。
圖7 智能化立體倉庫和物流運輸應用示意圖
圖8 智能化立體倉庫和物流運輸系統(tǒng)結構圖
（7）SPC質(zhì)量在線檢測與分析
18號智能工廠通過GSP、MES、CSM及QIS的整合應用，實現(xiàn)了涵蓋供應商送貨、零件制造、整機裝配、售后服務等全生命周期的質(zhì)檢數(shù)字化，以及SPC分析、質(zhì)量追溯等功能。
圖9 SPC系統(tǒng)結構圖
圖10 SPC應系統(tǒng)用示意圖
質(zhì)檢員所使用的設備，以工業(yè)級平板電腦和PDA為載體，在總裝及部裝線全面應用，實現(xiàn)了圖形化質(zhì)檢，指導質(zhì)檢員快速、準確定位質(zhì)檢部位及質(zhì)檢標準。質(zhì)檢項圖形化率達90%以上，質(zhì)檢電子化率100%，全面提升了質(zhì)檢效率。
（8）生產(chǎn)控制中心PCC
廠房建設有 PCC生產(chǎn)控制中心，通過對生產(chǎn)過程中物料、設備、輔助生產(chǎn)資源等數(shù)據(jù)采集，并集成PDM\ERP\CRM\MES等應用系統(tǒng)，實現(xiàn)訂單執(zhí)行與生產(chǎn)現(xiàn)場的集中管理與調(diào)度。核心業(yè)務包括生產(chǎn)計劃與執(zhí)行管控、質(zhì)量管控、物流管控，以及生產(chǎn)現(xiàn)場視頻監(jiān)控等。
圖11 PCC系統(tǒng)結構圖
圖12 PCC系統(tǒng)應用示意圖
離散型柔性制造典范
實施智能化改造后，18號廠房實現(xiàn)了廠內(nèi)物流、裝配、質(zhì)檢各環(huán)節(jié)自動化，一個訂單可逐級快速精準地分解至每個工位，創(chuàng)造了一小時下線一臺泵車的“三一速度”，實現(xiàn)“產(chǎn)品混裝+流水”線的高度柔性生產(chǎn)。對整個生產(chǎn)過程的精益管控，大大提高了產(chǎn)品制造過程的質(zhì)量、物流、生產(chǎn)管控程度，企業(yè)生產(chǎn)效率提高24%以上，生產(chǎn)周期縮短28%，減少生產(chǎn)誤操作40%，不良品率下降14%，物流運作效率提高18%以上，送貨速度提高12%；節(jié)省人力成本約20%，總體制造運營成本降低28%，生產(chǎn)節(jié)能7%。
三一夢、智造路
作為機械制造行業(yè)領軍者，三一集團對智能制造積極配合和大力推進，從傳統(tǒng)的粗放型工業(yè)生產(chǎn)模式到積極探索互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)的新型生產(chǎn)模式，用信息技術對制造業(yè)進行升級，建立先進的制造和管理系統(tǒng)，做大做強中國制造業(yè)。
繼18號智能工廠建成運營后，三一相繼建成了國內(nèi)領先的長沙寧鄉(xiāng)汽車起重機智能工廠、北京南口樁機智能工廠、上海臨港挖掘機智能工廠等。目前，智能工廠技術已在十多個業(yè)務單位得到應用，助推了集團生產(chǎn)模式的變革。
三一集團在智能制造總體規(guī)劃、技術架構、業(yè)務模式、集成模型等方面進行了有益的探索和應用示范，為工程機械行業(yè)開展轉(zhuǎn)型升級提供了一個很好的范式與典型，也為我國裝備制造業(yè)由生產(chǎn)型制造向服務型制造轉(zhuǎn)型提供了新思路。
(審核編輯: 林靜)
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