2021年9月29日，北京市昌平區(qū)南口鎮(zhèn)李流路。走進(jìn)三一重工南口產(chǎn)業(yè)園一號工廠，四萬平米的偌大車間中，現(xiàn)場工作人員不過十來人，而這些工作人員的角色也不是人們熟知的流水線上的工人。一些高達(dá)3米多的機(jī)器人擺動著手臂，在代替他們夜以繼日地“上班”。過去，這里的工人曾一度達(dá)到1000余人。
可能是中國億萬計(jì)的制造企業(yè)中智能化水平最高的車間之一。就在半個月前，它剛剛被世界經(jīng)濟(jì)論壇評為全球重工行業(yè)的首家“燈塔工廠”。
那些擁有龐大身軀的數(shù)百萬噸級的旋挖鉆機(jī)就是從這里生產(chǎn)并運(yùn)往國內(nèi)市場和海外。多品種、小批量的生產(chǎn)特點(diǎn)給這個工廠的智能化帶來了很高的難度，但盡管如此，這家工廠依然在兩年多的時(shí)間里以出人意料的速度改頭換面。
三一集團(tuán)董事、高級副總裁代晴華主導(dǎo)三一集團(tuán)多達(dá)三十多個工廠的生產(chǎn)智能化。大約在三年前，這家機(jī)械巨頭開啟了一項(xiàng)宏大同時(shí)代價(jià)不菲的智能化改造計(jì)劃，昌平的這家工廠只是一個起點(diǎn)，三一計(jì)劃后續(xù)將這家工廠智能化經(jīng)驗(yàn)移植到更多的工廠。
三人集團(tuán)的創(chuàng)始人兼董事長梁穩(wěn)根旗幟鮮明地提出數(shù)字化改革。數(shù)天之前，他在一次會上判斷說：“我們認(rèn)為智能制造是三一事業(yè)發(fā)展的一個良好的機(jī)會和基座，并且它是一種非常新的工業(yè)文明。智能制造將深刻地改變?nèi)祟惿鐣淖冞@個世界。”“工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)和成本、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G等因素，已經(jīng)讓制造業(yè)的深度數(shù)字化和智能化變成了現(xiàn)實(shí)。”代晴華認(rèn)為。
代晴華有一個明確的預(yù)言：三、五年之后，中國大量的工廠，包括那些中小規(guī)模的工廠，都將經(jīng)歷一番智能化帶來的顯著改變，一些平臺性的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，將會使這一切以一種越來越“輕松”的方式實(shí)現(xiàn)。
或許有些觀念的確需要更新了：在中國，黑燈工廠已經(jīng)不再停留于概念，而技術(shù)正在讓人和機(jī)器的角色在車間內(nèi)重置。
海陸空機(jī)器人
從西邊進(jìn)入一號工廠內(nèi)部，是部件裝備和主機(jī)裝配生產(chǎn)線。不同于從前的流水線，這里的產(chǎn)線由一個個“工作島”組成，這些工作島既相互獨(dú)立，也通過一些移動機(jī)器人（AGV）相互聯(lián)絡(luò)。
一個工作島中，長著一個巨大“抓手”的桁架機(jī)器手（不同于關(guān)節(jié)臂機(jī)器手的另外一種機(jī)器手），通過安裝在機(jī)器上的眼睛——攝像頭，來尋找和確定數(shù)噸重的工件在半空中的精準(zhǔn)方位，并進(jìn)行抓取，再將之與十多噸重的桅桿實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確對接。
三一重工智能制造研究院院長董明楷在車間內(nèi)介紹，桁架機(jī)械手就像機(jī)床一樣，也是利用數(shù)控設(shè)備精準(zhǔn)識別位置并進(jìn)行精準(zhǔn)抓取，它的精度在毫米級，這就像控制一臺機(jī)床一樣控制裝配過程中的每一個位置、每一個動作。不同于電子廠中固定且位置很低的攝像頭，這里的攝像頭是移動的，且高度很高，同時(shí)，空曠的廠房內(nèi)不斷變化的光線，這些都對目標(biāo)物的精準(zhǔn)識別帶來了更大的挑戰(zhàn)。
“先拍照，再做修正，這里的視覺包括2D和3D，2D是平面的，3D還會識別它的輪廓，知道這個位置在另外一個截面還是另外一個平面，所以能夠精準(zhǔn)識別。拍完照并算出位置后，系統(tǒng)會指導(dǎo)機(jī)械手怎樣抓取，抓取的速度要求慢且平穩(wěn)，這都需要控制。”董明楷說。
人們熟知的汽車行業(yè)、3C、家電等行業(yè)，也在一定程度上實(shí)現(xiàn)了自動化裝配，但區(qū)別在于，和工程機(jī)械比起來，它們的工件小，且為批量化生產(chǎn)。對于一臺龐大的鉆挖鉆機(jī)來說，車間的攝像機(jī)達(dá)不到一定高度就拍不全每一個工件，但高度高了，精度又容易達(dá)不到，這對視覺識別的精度要提出了很高的要求。
桁架機(jī)器手的旁邊是另外兩臺關(guān)節(jié)臂機(jī)械手，它們彼此配合，互不干涉，董明楷將下面的兩臺機(jī)器手成為“陸軍”，空中的桁架機(jī)器手則稱為“空軍”——至于“海軍”，則是指地面上來回穿梭于不同工作島的AGV，通過AGV將上一個工作島的中桅桿馱到現(xiàn)在的工位，在這個地方自動上下料，跟兩邊的變位機(jī)協(xié)同完成裝甲，海陸空三軍如此在這個島內(nèi)協(xié)同作戰(zhàn)，完成這個環(huán)節(jié)的裝配。
這個面積4萬平米的工廠，在2021年生產(chǎn)了價(jià)值78億元的樁機(jī)設(shè)備，比2019年增長了59%，這一切都是由大大小小的數(shù)百臺機(jī)器人在這個廠房內(nèi)“創(chuàng)造”。數(shù)百萬噸級的旋挖鉆機(jī)從這里運(yùn)往中國國內(nèi)以及海外的高層樓宇以及橋梁等建筑工地。
“工廠里有8個柔性制造工程中心，10多條自動化產(chǎn)線，375臺大型設(shè)備，其中機(jī)器人超過150臺，現(xiàn)在還在不斷升級改造。”董明楷介紹說。
9月27日，世界經(jīng)濟(jì)論壇正式發(fā)布新一期的全球制造業(yè)領(lǐng)域“燈塔工廠”名單，三一重工北京樁機(jī)工廠成功入選，成為全球重工行業(yè)首家獲認(rèn)證的“燈塔工廠”。
三一集團(tuán)董事、高級副總裁代晴華認(rèn)為，“燈塔工廠”本質(zhì)上即智能制造，是遵從于第四次工業(yè)革命提出來的以柔性制造為基礎(chǔ)的生產(chǎn)方式。勞動者在農(nóng)耕時(shí)代是重體力勞動，蒸汽機(jī)的發(fā)明以及電器化時(shí)代讓重體力勞動變成了輕體力勞動，智能制造在數(shù)字時(shí)代將進(jìn)一步解放了勞動者。燈塔工廠讓人和機(jī)器之間形成了一種協(xié)同關(guān)系，而不僅僅是體力的替代關(guān)系。
代晴華主導(dǎo)這家企業(yè)集團(tuán)海內(nèi)外多達(dá)三十多個工廠的智能化升級。大約在三年前，三一集團(tuán)在內(nèi)部啟動了一項(xiàng)推動智能制造的數(shù)字化改革，并投入了高達(dá)一百幾十億元的資金。
從2019年開始規(guī)劃到2020年投產(chǎn)，這個樁機(jī)工廠克服了大量的問題。“這樣的工廠必須采用柔性制造，”董明楷說，“由于單臺價(jià)格高，整個工廠一年產(chǎn)量大概也就是兩千多臺，是典型的多品種、小批量產(chǎn)品，有幾十個品種，有的型號，比如235型號或者285型號，一次下線至多五、六臺，這么小的批量，機(jī)器人要用不同的工樁去做，如何去做適配，也考驗(yàn)?zāi)芰Α?rdquo;
產(chǎn)線之所以不稱產(chǎn)線，而是改成“工作島”，這就是為了更加靈活地適配生產(chǎn)而形成的生產(chǎn)單元。每個工作島相對獨(dú)立，根據(jù)分配的工序靈活配置，并通過移動機(jī)器人實(shí)現(xiàn)工作島之間的物流聯(lián)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)任務(wù)的實(shí)時(shí)安排，使生產(chǎn)更具備靈活性。
