无人工厂：奏响制造业蝶变曲

如果将工厂比作大象，通过应用工业互联网等新一代信息技术，这头“大象”实现了“起舞”。十年间，无人工厂在中国完成了从无到有的转变，工厂里的工人则上演了从有到无的改变，这“有”和“无”之间，则见证了中国制造业转型升级的蝶变。


从“大规模生产”到“高度柔性”

“当时还是传统制造工厂的样子，4万平米的厂房内，充斥着机器的轰鸣声、刺鼻的焊接味，800多个工人爬上爬下，油污满身，月产能仅150台，生产周期长达30天。”三一智能制造研究院院长董明楷忆起当年时说道。

那时候，谁也想象不到，后来的三一重工桩机厂会脱胎换骨，一跃成为全球重工行业首个“灯塔工厂”，生产节拍加快了不止4倍，7天就能交付一台旋挖钻机，月产能更是翻了一番达到300台。

如今，在“智慧大脑”的指挥下，车间中一条条高度柔性的自动化生产线井然有条的运行着，工厂走向了节能降耗绿色发展之路。


图为三一重工北京桩机工厂

这种翻天覆地的变化，在投身制造业愈十年的吴志杰心里烙上了深深的印记，新一代信息技术带来的产业变革让吴志杰震撼不已。

“过去的工厂处于传统的规模化工业生产模式中，工厂的生产线相对固定单一，如今客户个性化、小批量的订单需求大幅提升，之前的工厂模式早就难以为继，迫切需要通过数字化升级实现柔性生产。”现任三一重工桩机工厂制造总监吴志杰向《中国电子报》记者坦言。

谈及桩机工厂数字化改造，吴志杰作为主要负责人对工厂数字化改造过程历历在目。

2018年，集团提出数字化转型战略，其中，桩机工厂的数字化改造被寄予厚望。2019年，桩机工厂开始“灯塔工厂”顶层设计和规划；2020年6月，北京桩机工厂开始动工建设“灯塔工厂”，2021年9月桩机工厂获得“灯塔工厂”认证。通过990多天的改造，三一重工桩机工厂实现了从传统的规模化生产到高度柔性生产的蜕变。

“我在生产一线待过，特别有感触。”吴志杰向记者娓娓道来，“单就焊接工艺而言，在钻杆方头焊接改造升级前，我们需要由人工进行多道焊接，这对焊接员工技能水平要求极高，且人工焊接质量一致性差、耗时长，局限于仅有的高级焊工能够操作。如今，通过数字化改造，我们建立了抗反光激光扫描和构建坡口数字化模型，采用自适应控制机器人摆动，实现了方头、接管等对接焊缝的自适应焊接。我们应用工业互联网等新一代信息技术，实现了工匠技能的软件化，参数化，这样可以让机器人实时接收准确的指令，最终实现了焊接质量一次性合格率100%，效率大幅提升。”

桩机工厂主要生产的是桩工机械，其生产模式属典型的离散制造，多品种、小批量、工艺复杂。更大的挑战在于工件复杂，又大又重又长，例如170 多种钻杆中最长27米重达8 吨，20 多种动力头最重达16 吨。

经过自动化、数字化、智能化升级后，三一桩机工厂共有8 个柔性工作中心，16 条智能化产线，375 台全联网生产设备，基于工业互联网平台，生产制造要素实现全连接，整个工厂已成为深度融合互联网、大数据和人工智能的“智慧体”。

“高度柔性生产工厂的潜能得到极大发挥。今天的桩机工厂就是一个脑子聪明、眼疾手快的工程师，实现了工匠精神与经验的参数化与软件化。”董明楷介绍说。相比于改造前，如今，桩机工厂可生产近30 种机型，焊接、装配、机加等核心工序作业效率分别提升了130％、100％、68％，在同样的厂房面积产值翻了一番。总体生产设备作业率从66.3％提升到86.7％，平均故障时间下降58.5％，劳动生产率提高85%，生产周期从30天缩短至7天，减少77%。

从“两班倒”到“空无一人”

在厨房电器领域，杭州老板电器股份有限公司（以下简称“老板电器”）赫赫有名，吸油烟机市场占有率高达47.7%，几乎占据半壁江山；嵌入式电蒸箱电商市场占有率高达40.16%，是线上渠道销售冠军；嵌入式蒸烤一体机则揽获了线下市场第一名的桂冠。

从一家诞生在杭州市临平螺蛳桥村的村办企业，成长为中国厨房电器领导品牌，老板电器的华丽转变还要从2010年开启的关键转型说起。彼时，根据世界银行数据，2010年中国制造业增加值超过美国，成为第一制造业大国。然而，制造业生产效率却有待提升。老板电器掌舵人敏锐地意识到“制造端需要一些变化”，开始尝试生产线“机器换人”。

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图为老板电器无人工厂

“机器换人”就像是按动了一个“开关”，老板电器的智能制造转型之路由此展开。2013年，老板电器启动数字化工厂改造；2016年，建成厨电行业首家通过工信部认证的智能制造试点示范基地；2018年，老板电器智能制造科创园动工；2019年，老板电器开始与阿里云、浙江大学等公司、高校机构合作，打造行业内首个“无人工厂”；2021年，发布全国首个厨电行业5G无人工厂，并入选浙江省首批未来工厂名单。

位于杭州临平的老板电器三部茅山基地钣金/冲压车间，占地面积5万平方米，配有284台自动化设备，现已成为当地有名的“无人工厂”，每天都要接待好几批来参观学习的企业。据工厂的老工人回忆，2015年工厂刚建成时配有200多名工人，每天“两班倒”作业，“双十一”期间订单量大的时候则是“三班倒”。工人们一人一坑，生产过程中不能走动。一批钣金冲压完成后，另有工人用手推车或叉车把成品运到存放处。一条生产线配有一名线长，维持生产的正常运转。

现在放眼看去，偌大的工厂空无一人。但在车间二楼的指挥中心里，员工或坐在面对自己的电脑前，或者几个人站在20米宽的数据大屏前，密切关注着车间的各种状态。“我们从2012年开始尝试对这个钣金冲压车间进行智能化改造，在2016年的时候进行了自动化升级，自动化大概达到70%左右，到目前自动化真正达到100%，实现了无人化，平时我们都是关着灯作业的，所以也叫‘黑灯工厂’。”老板电器CMO叶丹芃介绍说道。

基于工业互联网平台搭建的“老板电器九天中枢数字平台”接管了厂内的284台自动化设备、上万个点位的数据。无人工厂被装上了“智慧大脑”，人工智能、云计算、大数据、5G、数字孪生等新兴技术被广泛应用到工厂产销环节中，把工人师傅们从枯燥乏味的、流水线式的生产线上解放出来，去做更高价值的工作。表面看是在生产过程中去掉人的参与，实际上在背后是无数高端智能与技术的交互。据阿里云工程师陈荥介绍，改造完成后，这所工厂的整体生产效率提高了45%，生产成本降低21%。

改变的不止是工厂，还有老板电器的工人们。29岁的徐桥军过去主要负责在产线上“接料”，只要产线不停，他就不能休息，现在经过培训转换了身份，已成了“无人工厂”的机器人调试师。31岁的白建强过去是一名激光刻膜工人，每天在不到一平米的工位上重复作业，现在他负责对近30台AGV物流机器人的行驶路线做定期优化，“管辖区域”超过一万平米。此外，还有“运维工程师”、“设备保养工程师”、“系统开发工程师”......他们戏称自己为新时代的“知识工人”。

老板电器总裁任富佳感慨道：“40年前，我的父辈拿着老虎钳创办工厂，艰苦创业直至‘企业上市’，现在我们已经完成了‘企业上云’，通过互联网+智能制造，企业可以像‘人脑’一样去思考，无人工厂不再是梦想。”

从“排放大户”到“环保标杆”

提及钢铁业，高能耗大排放是人们最深的印象，一排排高耸入云的烟囱是工厂的标配。十年前，在钢铁行业扎根多年的王耀东也是这么认为的。

如今，时过境迁，走进天津市新天钢德材科技集团下属企业新天钢冷轧薄板有限公司（以下简称“冷轧薄板公司”），一排排光伏组件整齐排列在面积为十万余平方米的厂房屋顶上，在阳光的照射下熠熠生辉。这个光伏发电项目通过10kV并网，采用“自发自用、余电上网”的模式运行，每年约生产800万千瓦时光伏电，相当于每年节约标准煤980吨，减排二氧化碳7000余吨，可以补充企业近4%的电力消耗。在工厂车间，各条生产线有条不紊地自动运转。通过树根互联根云工业互联网平台，就能将设备、车辆、人员、能耗等多项数据实时变化情况尽收眼底……这些对于王耀东而言是十年前未曾想到的。

现任新天钢冷轧薄板有限公司副总经理王耀东告诉记者，作为新天钢德材科技集团的一员，节能减排的难题曾经深深困扰冷轧薄板公司管理层。

在“双碳”背景下，新天钢德材科技集团制订了一系列低碳发展路线。作为新天钢德材科技集团的一员，冷轧薄板公司也参与了这场翻天覆地的巨变。于是，从2020年开始，该公司启动工厂数字化智能化改造。

“实现智能化改造后，工厂的运营成本降低了25%，报表统计效率提高30%，生产、销售等各个环节的决策效率提升了57%，整体制造及管理水平得到了质的飞跃，碳排放也相应地显著降低。”王耀东说道。

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图为新天钢冷轧薄板有限公司生产车间

从“排放大户”到成为业内环保标杆企业；从设备故障频发导致生产中断，到核心生产设备实现AI预测性维护；从年亏损10亿元到盈利4.5亿元……焕然一新的背后，冷轧薄板公司“5G+智能工厂”的光环吸引到了同行的关注。

据悉，2022年冷轧薄板公司还将启动“5G+智慧工厂”项目二期建设，致力于达到生产要素数字化、部分天车操作无人化、基础岗位少人化、工序模型系统化、运作管控集中化、运营决策智能化。

基于此，冷轧薄板公司获评“福布斯中国2021年度中国十大工业数字化转型企业”，并入选天津市绿色工厂名单。对于整个集团来说，冷轧薄板公司的故事还只是一个小小的缩影。据王耀东透露，2021年企业每生产一吨产品排放0.17吨二氧化碳，比2013年的碳排放强度下降了30%。

“目前集团的数控中心、大数据监测体系等正在逐步建立完善，今年集团还将加大投入，向建设钢铁行业内环保A类企业的目标不断发力。” 新天钢德材科技集团总裁张银山憧憬着未来。

在“5G+工业互联网”的赋能作用下，越来越多的中国钢铁企业主动破题，走上了绿色发展的康庄大道。