原標題：“大象”也在學跳舞

全球重工行業首個“燈塔工廠”三一樁機的數字化轉型實踐

【資料圖】

與汽車、家電等行業知名廠商相比，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，這家國內三分天下有其一的旋挖鉆機制造商，依托物聯網、大數據和人工智能技術賦能，躋身世界經濟論壇全球燈塔網絡，榮膺全球重工行業首個“燈塔工廠”。

三一樁機從規模生產到柔性制造，破解了重工行業品種多、批量小、工藝復雜等離散化制造難題，全員勞動生產率提高85%、生產周期縮短77%，年人均產值突破千萬元。

“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，對制造業數字化轉型有何啟示？

“焊接大拿”的徒弟不是人

走進三一樁機廠區，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，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。方頭焊接質量不好發生斷裂，鉆斗可能掉進地下幾十甚至上百米深的孔洞里，輕則影響工程質量，重則需要重新設計打孔。

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。“如果他倆全不在，整個生產都得停！”制造管理經理胡展鵬入廠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。

“每個焊層溫度不同，施焊速度和節奏掌握不好，質量就難以保證。”70后趙清霞說，當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”的經驗，經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扇，生怕焊縫里吹出氣泡。焊工是個體力活，經常一蹲就是幾個小時，腰間盤突出都成了職業病。

“年輕人不愿意吃這個苦，”他操著濃重山東腔說，“可技術得往下傳，這不機器人都成徒弟了。”

連人都難以掌握的經驗，機器人怎么能聽得懂呢？

“不是簡單模仿工匠的焊接軌跡。”三一樁機總經理王龍剛揭開了機器人學藝秘密：“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做支撐。”

這些“心中有數”的機器人，巧用AI算法學藝，僅兩個月就學會方頭焊接。技術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節長的鉆桿，6個人白加黑兩班頂多焊一節；現在4個人操縱8臺機器人，一個白班就能全焊完。

經過3個月的培訓，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。

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

有工友沖他開玩笑：“都這么大年紀了，還報名學那玩意兒？不如回家抱孩子。”

“學到的東西歸自己，誰都拿不走。”趙清霞回應道。

生產運行不再靠“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，穩穩當當地吊運到料臺上，由機械臂自動夾裝到數控機床。一整套動作下來如行云流水。

據李田華介紹，提引器加工精度高，允許誤差僅為頭發絲直徑的三分之一。由于擔心坯料磕碰受損，過去搬運、上料和測量主要靠人工。工人們圍著機械設備爬上爬下是常態。

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。趕上生產繁忙，整個過程就像打亂戰。

研發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年集團數字化轉型首批試點。如果這塊最硬的“骨頭”都能啃下來，其他工廠就更有把握了。

工程機械行業周期性較強，導致企業用工彈性過大，產能調整跟不上市場變化。三一重工決策者深知，突破行業周期困局，唯有“要么翻身，要么翻船”的數字化背水一戰。

作為三一樁機工業互聯網平臺服務商，樹根互聯有限公司市場總經理修斌坦言，讓工廠的大量“聾啞設備”學會“說話”，聽從“指令”，是傳統制造業啟動數字化的基礎。

三一重工智能制造研究院院長董明楷，把這個過程梳理為“三現四表互聯”。即通過攝像頭管理現場、現實、現物，采集水、電、氣、油表等能耗數據，實現設備互聯互通。

“要把設備連起來，結合不同的工藝和業務要求，才能把數據用好。”這位曾在西門子工業研究院工作多年的數字化專家，深諳工業軟件與生產制造的融合之道。

起初，每項工藝只能采集到30多種數據。現在平均每項超過100多種。他們運用數據分類和挖掘技術搭建知識庫，使三一樁機實現從剛到柔的轉變。

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。

全廠每臺設備的工況、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“經脈”，能根據工廠實時運轉情況，把訂單分解到不同的產線上。

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。智慧物流成為數字化難點之一。

據王龍剛透露，他們對5G自動導引運輸車采取雙車聯動，實現大宗物料同步搬運和自動上下料。為了提高智能化水平，下一步重點攻關運輸路線的實時顯示和算法優化。

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，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，要反復調試才能選準數據采集點。

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，精準識別工件種類和位姿，并由“智慧大腦”指導機械手平穩作業。

三一樁機數字化試點改造期間，正趕上產能從每月150臺上升到200臺的爬坡階段。一直擔心產量受影響的夏聞世卻意外發現，產值比原來翻了一番，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，也就是現在一天的產量。

數字化不能一味做加法

直到今天，仍有人把制造業數字化轉型，簡單理解成“機器換人”，認為最理想狀態就是“黑燈工廠”。

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

隨著數字化試點的推進，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、成型等環節接近無人化，而焊接、機加、涂裝、裝配、物流等環節的數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，本想把車廠的數字化經驗移植到樁機上，卻遭遇了“水土不服”。

與品種多、批量小的樁機生產不同，汽車制造屬于規模化生產，無需頻繁轉換工藝設備，計劃可以直接指導生產。

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

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。不少訂單還是客戶根據施工場景定制的非標型號，一年也生產不了幾臺。

董明楷也坦言，目前有近30種機型實現數字化生產，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”的技術問題，也有“值不值”的經濟考量。

2021年，王龍剛接棒總經理后，一口氣停掉了全廠近1/6的自動化設備，改為人機協同模式。

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濟。

王龍剛認為，數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。現在做減法就是要回歸到降本增效的企業根本目標上。

一直關注企業數字化轉型案例的修斌，也反對盲目追捧一些熱門概念。他曾見過一家企業為了追求“黑燈工廠”，要求員工在電腦屏幕前關燈工作的滑稽場面。

在王龍剛的眼里，未來三一樁機將實現自決策，自動制定生產計劃、調度工人、管理生產要素，真正打通研發、營銷和服務，實現產品全生命周期的數字化。

“以后企業更多利潤來源于數據，包括基于數據的服務和創新。”王龍剛堅信數據才是企業的核心優勢，將成為制造業彎道超車的機會。

三一樁機的數字化轉型，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。 （記者劉荒、張典標、李坤晟、黃海波）

關鍵詞： 全球重工