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產業新聞

無人工廠:奏響制造業蝶變曲

走進位于北京鳳凰嶺山腳下的三一重工樁機工廠,一座座重型設備鱗次櫛比,AGV(無人搬運車)來去自如,機械手揮舞有序,這個偌大的無人工廠仿佛在演奏舒緩的“機器交響樂”。

如果將工廠比作大象,通過應用工業互聯網等新一代信息技術,這頭“大象”實現了“起舞”。十年間,無人工廠在中國完成了從無到有的轉變,工廠里的工人則上演了從有到無的改變,這“有”和“無”之間,則見證了中國制造業轉型升級的蝶變。

從“大規模生產”到“高度柔性”

“當時還是傳統制造工廠的樣子,4萬平米的廠房內,充斥著機器的轟鳴聲、刺鼻的焊接味,800多個工人爬上爬下,油污滿身,月產能僅150臺,生產周期長達30天?!比恢悄苤圃煅芯吭涸洪L董明楷憶起當年時說道。 

那時候,誰也想象不到,后來的三一重工樁機廠會脫胎換骨,一躍成為全球重工行業首個“燈塔工廠”,生產節拍加快了不止4倍,7天就能交付一臺旋挖鉆機,月產能更是翻了一番達到300臺。

如今,在“智慧大腦”的指揮下,車間中一條條高度柔性的自動化生產線井然有條的運行著,工廠走向了節能降耗綠色發展之路。

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圖為三一重工北京樁機工廠

這種翻天覆地的變化,在投身制造業愈十年的吳志杰心里烙上了深深的印記,新一代信息技術帶來的產業變革讓吳志杰震撼不已。

“過去的工廠處于傳統的規?;I生產模式中,工廠的生產線相對固定單一,如今客戶個性化、小批量的訂單需求大幅提升,之前的工廠模式早就難以為繼,迫切需要通過數字化升級實現柔性生產?!爆F任三一重工樁機工廠制造總監吳志杰向《中國電子報》記者坦言。

談及樁機工廠數字化改造,吳志杰作為主要負責人對工廠數字化改造過程歷歷在目。

2018年,集團提出數字化轉型戰略,其中,樁機工廠的數字化改造被寄予厚望。2019年,樁機工廠開始“燈塔工廠”頂層設計和規劃;2020年6月,北京樁機工廠開始動工建設“燈塔工廠”,2021年9月樁機工廠獲得“燈塔工廠”認證。通過990多天的改造,三一重工樁機工廠實現了從傳統的規?;a到高度柔性生產的蛻變。

“我在生產一線待過,特別有感觸?!眳侵窘芟蛴浾哝告傅纴?,“單就焊接工藝而言,在鉆桿方頭焊接改造升級前,我們需要由人工進行多道焊接,這對焊接員工技能水平要求極高,且人工焊接質量一致性差、耗時長,局限于僅有的高級焊工能夠操作。如今,通過數字化改造,我們建立了抗反光激光掃描和構建坡口數字化模型,采用自適應控制機器人擺動,實現了方頭、接管等對接焊縫的自適應焊接。我們應用工業互聯網等新一代信息技術,實現了工匠技能的軟件化,參數化,這樣可以讓機器人實時接收準確的指令,最終實現了焊接質量一次性合格率100%,效率大幅提升?!?/p>

樁機工廠主要生產的是樁工機械,其生產模式屬典型的離散制造,多品種、小批量、工藝復雜。更大的挑戰在于工件復雜,又大又重又長,例如170 多種鉆桿中最長27米重達8 噸,20 多種動力頭最重達16 噸。

經過自動化、數字化、智能化升級后,三一樁機工廠共有8 個柔性工作中心,16 條智能化產線,375 臺全聯網生產設備,基于工業互聯網平臺,生產制造要素實現全連接,整個工廠已成為深度融合互聯網、大數據和人工智能的“智慧體”。

“高度柔性生產工廠的潛能得到極大發揮。今天的樁機工廠就是一個腦子聰明、眼疾手快的工程師,實現了工匠精神與經驗的參數化與軟件化?!倍骺榻B說。相比于改造前,如今,樁機工廠可生產近30 種機型,焊接、裝配、機加等核心工序作業效率分別提升了130%、100%、68%,在同樣的廠房面積產值翻了一番??傮w生產設備作業率從66.3%提升到86.7%,平均故障時間下降58.5%,勞動生產率提高85%,生產周期從30天縮短至7天,減少77%。

從“兩班倒”到“空無一人”

在廚房電器領域,杭州老板電器股份有限公司(以下簡稱“老板電器”)赫赫有名,吸油煙機市場占有率高達47.7%,幾乎占據半壁江山;嵌入式電蒸箱電商市場占有率高達40.16%,是線上渠道銷售冠軍;嵌入式蒸烤一體機則攬獲了線下市場第一名的桂冠。

從一家誕生在杭州市臨平螺螄橋村的村辦企業,成長為中國廚房電器領導品牌,老板電器的華麗轉變還要從2010年開啟的關鍵轉型說起。彼時,根據世界銀行數據,2010年中國制造業增加值超過美國,成為第一制造業大國。然而,制造業生產效率卻有待提升。老板電器掌舵人敏銳地意識到“制造端需要一些變化”,開始嘗試生產線“機器換人”。

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圖為老板電器無人工廠

“機器換人”就像是按動了一個“開關”,老板電器的智能制造轉型之路由此展開。2013年,老板電器啟動數字化工廠改造;2016年,建成廚電行業首家通過工信部認證的智能制造試點示范基地;2018年,老板電器智能制造科創園動工;2019年,老板電器開始與阿里云、浙江大學等公司、高校機構合作,打造行業內首個“無人工廠”;2021年,發布全國首個廚電行業5G無人工廠,并入選浙江省首批未來工廠名單。

位于杭州臨平的老板電器三部茅山基地鈑金/沖壓車間,占地面積5萬平方米,配有284臺自動化設備,現已成為當地有名的“無人工廠”,每天都要接待好幾批來參觀學習的企業。據工廠的老工人回憶,2015年工廠剛建成時配有200多名工人,每天“兩班倒”作業,“雙十一”期間訂單量大的時候則是“三班倒”。工人們一人一坑,生產過程中不能走動。一批鈑金沖壓完成后,另有工人用手推車或叉車把成品運到存放處。一條生產線配有一名線長,維持生產的正常運轉。

現在放眼看去,偌大的工廠空無一人。但在車間二樓的指揮中心里,員工或坐在面對自己的電腦前,或者幾個人站在20米寬的數據大屏前,密切關注著車間的各種狀態?!拔覀儚?012年開始嘗試對這個鈑金沖壓車間進行智能化改造,在2016年的時候進行了自動化升級,自動化大概達到70%左右,到目前自動化真正達到100%,實現了無人化,平時我們都是關著燈作業的,所以也叫‘黑燈工廠’?!崩习咫娖鰿MO葉丹芃介紹說道。

基于工業互聯網平臺搭建的“老板電器九天中樞數字平臺”接管了廠內的284臺自動化設備、上萬個點位的數據。無人工廠被裝上了“智慧大腦”,人工智能、云計算、大數據、5G、數字孿生等新興技術被廣泛應用到工廠產銷環節中,把工人師傅們從枯燥乏味的、流水線式的生產線上解放出來,去做更高價值的工作。表面看是在生產過程中去掉人的參與,實際上在背后是無數高端智能與技術的交互。據阿里云工程師陳滎介紹,改造完成后,這所工廠的整體生產效率提高了45%,生產成本降低21%。

改變的不止是工廠,還有老板電器的工人們。29歲的徐橋軍過去主要負責在產線上“接料”,只要產線不停,他就不能休息,現在經過培訓轉換了身份,已成了“無人工廠”的機器人調試師。31歲的白建強過去是一名激光刻膜工人,每天在不到一平米的工位上重復作業,現在他負責對近30臺AGV物流機器人的行駛路線做定期優化,“管轄區域”超過一萬平米。此外,還有“運維工程師”、“設備保養工程師”、“系統開發工程師”......他們戲稱自己為新時代的“知識工人”。

老板電器總裁任富佳感慨道:“40年前,我的父輩拿著老虎鉗創辦工廠,艱苦創業直至‘企業上市’,現在我們已經完成了‘企業上云’,通過互聯網+智能制造,企業可以像‘人腦’一樣去思考,無人工廠不再是夢想?!?/p>

從“排放大戶”到“環保標桿”

提及鋼鐵業,高能耗大排放是人們最深的印象,一排排高聳入云的煙囪是工廠的標配。十年前,在鋼鐵行業扎根多年的王耀東也是這么認為的。

如今,時過境遷,走進天津市新天鋼德材科技集團下屬企業新天鋼冷軋薄板有限公司(以下簡稱“冷軋薄板公司”),一排排光伏組件整齊排列在面積為十萬余平方米的廠房屋頂上,在陽光的照射下熠熠生輝。這個光伏發電項目通過10kV并網,采用“自發自用、余電上網”的模式運行,每年約生產800萬千瓦時光伏電,相當于每年節約標準煤980噸,減排二氧化碳7000余噸,可以補充企業近4%的電力消耗。在工廠車間,各條生產線有條不紊地自動運轉。通過樹根互聯根云工業互聯網平臺,就能將設備、車輛、人員、能耗等多項數據實時變化情況盡收眼底……這些對于王耀東而言是十年前未曾想到的。

現任新天鋼冷軋薄板有限公司副總經理王耀東告訴記者,作為新天鋼德材科技集團的一員,節能減排的難題曾經深深困擾冷軋薄板公司管理層。 

在“雙碳”背景下,新天鋼德材科技集團制訂了一系列低碳發展路線。作為新天鋼德材科技集團的一員,冷軋薄板公司也參與了這場翻天覆地的巨變。于是,從2020年開始,該公司啟動工廠數字化智能化改造。

“實現智能化改造后,工廠的運營成本降低了25%,報表統計效率提高30%,生產、銷售等各個環節的決策效率提升了57%,整體制造及管理水平得到了質的飛躍,碳排放也相應地顯著降低?!蓖跻珫|說道。

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圖為新天鋼冷軋薄板有限公司生產車間

從“排放大戶”到成為業內環保標桿企業;從設備故障頻發導致生產中斷,到核心生產設備實現AI預測性維護;從年虧損10億元到盈利4.5億元……煥然一新的背后,冷軋薄板公司“5G+智能工廠”的光環吸引到了同行的關注。

據悉,2022年冷軋薄板公司還將啟動“5G+智慧工廠”項目二期建設,致力于達到生產要素數字化、部分天車操作無人化、基礎崗位少人化、工序模型系統化、運作管控集中化、運營決策智能化。

基于此,冷軋薄板公司獲評“福布斯中國2021年度中國十大工業數字化轉型企業”,并入選天津市綠色工廠名單。對于整個集團來說,冷軋薄板公司的故事還只是一個小小的縮影。據王耀東透露,2021年企業每生產一噸產品排放0.17噸二氧化碳,比2013年的碳排放強度下降了30%。

“目前集團的數控中心、大數據監測體系等正在逐步建立完善,今年集團還將加大投入,向建設鋼鐵行業內環保A類企業的目標不斷發力?!?新天鋼德材科技集團總裁張銀山憧憬著未來。

在“5G+工業互聯網”的賦能作用下,越來越多的中國鋼鐵企業主動破題,走上了綠色發展的康莊大道。

責任編輯:趙強


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