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18號智能工廠：數據驅動的智能制造

2022-10-31
來源:工業互聯網產業聯盟。

三一集團始創于1989年，是全球領先的工程機械制造企業。2021年5月13日，三一重工入圍福布斯全球企業2000強榜單，排名第468位，首次濟身全球企業500強，是榜單中排名中國第一、全球第二的工程機械企業。

作為重工領域的標桿，三一集團以其18號廠房和北京樁機工廠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加上傳統的操作工具、大型生產設備的智慧體，每一次生產過程、每一次質量檢測、每一個工人勞動量都記錄在案。裝配區、高精機加區、結構件區、立庫區等幾大主要功能區域都是智能化、數字化模式的產物。

圖源：三一重工官微

高度離散制造企業的困局

三一是一個高度離散型制造企業，這種制造模式分散且獨立，需要大量的人力物力，造成企業成本提高，這種制造模式顯然不能滿足企業高質量的發展需求。三一積極借助信息化時代的優勢，導入智能制造模式，優化運行系統，提升設備生產制造能力，積極應對工程機械企業多品種、高效率、高質量、低成本方面的壓力與挑戰。

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，年產能300億元，生產的混凝土機械全球第一，港口機械中國第一。

技術創新，智能引領

2.1 / 總體架構

18號智能工廠從產品設計→工藝→工廠規劃→生產→交付，打通產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

? 全三維環境下的數字化工廠建模平臺、工業設計軟件，以及產品全生命周期管理系統的應用，實現數字化研發與協同;

? 多車間協同制造環境下計劃與執行一體化、物流配送敏捷化、質量管控協同化，實現混流生產與個性化產品制造，以及人、財、物、信息的集成管理;

? 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，實現物與物、人與物之間的互聯互通與信息握手;

? 基于物聯網技術的多源異構數據采集和支持數字化車間全面集成的工業互聯網絡，驅動部門業務協同與各應用深度集成。

2.2 / 基于三維仿真的數字化規劃

通過對整個生產工藝流程建模，在虛擬場景中試生產，優化規劃方案。在規劃層面的仿真模型實驗過程中實現產能分析與評估，通過預測未來可能的市場需求，動態模擬廠房生產系統的響應能力;在裝配計劃層面的仿真模型中，通過仿真實驗進行節拍平衡分析與優化，規劃最優的裝配任務和資源配置。

圖2 基于三維仿真的數字化規劃應用圖

e-works將于2022年11月10-11日在江蘇蘇州舉行“ 智能產線規劃與實施實訓班”。本次課程將幫助企業厘清智能產線規劃與實施中的重難點問題，在規劃與實施智能產線時少走彎路。(長按上圖二維碼或點擊圖片鏈接了解詳情和報名)

2.3 / 工業物聯網與智能產線

利用智能裝備實現生產過程自動化、機器換人，提升生產效率;同時搭建工業生產物聯網，通過網絡連入機臺，實現機臺的生產信息采集、機臺互聯，以及自動控制與數據傳輸，使機臺使用率最大化。

圖3 智能裝備的應用示意圖

基于物聯網平臺集成的現場設備數據、生產管理數據和外部數據，運用機器學習、人工智能等大數據分析與挖掘技術，建立產品、工藝、設備、產線等數字化模型，提供生產工藝與流程優化、設備預測性維護、智能排產等新型工業應用。

圖4 工業生產物聯網應用結構圖

2.4 / MES和ERP無縫集成

集成MES系統與ERP系統，實現了客戶訂單下達到生產制造、產品交付以及售后追蹤的全流程信息化，實現了生產制造現場與客戶的實時交互。客戶的個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和交付，客戶也可以隨時了解所購買設備的生產進度。

圖5 SANY MES系統結構圖

生產現場以MES系統為主線，輔助智能派工、現場LED看板等可視化信息，集成化計劃/物流/質量等控制系統，從生產計劃下達、物料配送、作業標準查詢、質量管理等維度進行在線管控，實現了人員、資源實時調度，生產制造現場與生產管控中心的實時交互。

2.5 / 公共資源精細化管理

公共資源定位系統是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務需求的同時，實現基礎設施的共用，達到減少重復建設、提高基礎設施利用率的目的。

? 通過物聯網技術實現對在制品、叉車、人員、設備資源的實時定位、追蹤與監控;

? 實時獲取物料和運輸工具的狀態和位置等信息，并可以通過對這些信息的分析實現對物料的高效調度;

? 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 公共資源定位系統結構圖

2.6 / 智能化立體倉庫和物流運輸系統

智能化立體倉庫和物流運輸系統實現泵車、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)+平面倉庫儲存(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，使裝配區內整個物流通暢有序，改變將近總量30%的物料種類的儲存和出入庫作業模式，很大程度地緩和了自動化立體倉庫的出入庫作業壓力，有效地提高了整個系統的作業能力。

圖7 智能化立體倉庫和物流運輸系統結構圖

2.7 / SPC質量在線檢測與分析

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檢數字化，以及SPC分析、質量追溯等功能。

圖8 SPC系統結構圖

圖9 SPC應系統用示意圖

質檢員所使用的設備，以工業級平板電腦和PDA為載體，在總裝及部裝線全面應用，實現了圖形化質檢，指導質檢員快速、準確定位質檢部位及質檢標準。質檢項圖形化率達90%以上，質檢電子化率100%，全面提升了質檢效率。

2.8 / 生產控制中心PCC

廠房建設有 PCC生產控制中心，通過對生產過程中物料、設備、輔助生產資源等數據采集，并集成PDM\ERP\CRM\MES等應用系統，實現訂單執行與生產現場的集中管理與調度。核心業務包括生產計劃與執行管控、質量管控、物流管控，以及生產現場視頻監控等。

圖10 PCC系統結構圖

圖11 PCC系統應用示意圖

離散型柔性制造典范

實施智能化改造后，18號廠房實現了廠內物流、裝配、質檢各環節自動化，一個訂單可逐級快速精準地分解至每個工位，創造了一小時下線一臺泵車的“三一速度”，實現“產品混裝+流水”線的高度柔性生產。對整個生產過程的精益管控，大大提高了產品制造過程的質量、物流、生產管控程度，企業生產效率提高24%以上，生產周期縮短28%，減少生產誤操作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%;節省人力成本約20%，總體制造運營成本降低28%，生產節能7%。

三一夢、智造路

作為機械制造行業領軍者，三一集團對智能制造積極配合和大力推進，從傳統的粗放型工業生產模式到積極探索互聯網+工業的新型生產模式，用信息技術對制造業進行升級，建立先進的制造和管理系統，做大做強中國制造業。

繼18號智能工廠建成運營后，三一相繼建成了國內領先的長沙寧鄉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務單位得到應用，助推了集團生產模式的變革。

三一集團在智能制造總體規劃、技術架構、業務模式、集成模型等方面進行了有益的探索和應用示范，為工程機械行業開展轉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由生產型制造向服務型制造轉型提供了新思路。