怎样做出一家黑灯工厂北京市昌平区南口镇刘璃路

日前，北京市昌平区南口镇刘璃路进入三一重工南口工业园一厂，4万平方米的大车间里只有十个现场工人，这些工人的角色都不是流水线上的知名工人一些身高超过3米的机器人正代替它们日夜摆动手臂上班过去，这里的工人数量一度达到1000多人

这大概是中国亿万制造企业中智能化水平最高的车间之一就在半个月前，被世界经济论坛评为全球重工业第一灯塔工厂

那些几百万吨的巨型旋挖钻机都是在这里生产，运往国内市场和海外多品种小批量生产的特点给这家工厂的智能化带来了很大的困难，但尽管如此，这家工厂在两年多的时间里还是以意想不到的速度进行了改造

三一集团董事，高级副总裁戴庆华领导三一集团30多家工厂的智能化生产大约三年前，这家机械巨头启动了一项宏大而昂贵的智能化改造计划，而位于昌平的这家工厂只是起点三一计划在未来将这家工厂的智能体验移植到更多工厂

三大集团创始人，董事长梁稳根明确提出数字化改革前几天，他在一次会议上判断:我们认为，智能制造是三一事业发展的良好机遇和基础，是一种非常新的工业文明智能制造将深刻改变人类社会，改变世界工业机器人，工业互联网，5G等因素带来的技术和成本，让制造业的深度数字化，智能化成为现实戴庆华认为

戴庆华有一个明确的预测，未来三五年，包括中小规模的工厂在内的中国大量工厂将经历智能化带来的重大变革，一些基于平台的工业互联网技术的发展，将使这一切以越来越容易的方式实现。

也许有些概念真的需要更新在中国，黑灯工厂不再局限于概念，但技术正在重置车间中人和机器的角色

海陆空机器人。

从西边进入一厂，是零部件设备和主机的流水线与以前的流水线不同，这里的生产线由工作岛组成，相互独立，通过一些移动机器人相互连接

在一个工作岛上，有一个巨大的带把手的桁架机器人通过安装在机器上的eye ——摄像头，可以在半空中找到并确定重达数吨的工件的精确方位，将其抓取，然后与重达十几吨的桅杆实现精确对接

三一智能制造研究院院长董在车间介绍，桁架机械手就像机床一样，也是利用数控设备精确识别位置并精确抓取，其精度在毫米级，就像控制机床控制装配过程中的每一个位置和每一个动作与电子工厂中的固定，低位摄像头不同，这里的摄像头移动性强，高度高，同时空旷的工厂中不断变化的光线给目标的准确识别带来了更大的挑战

先拍照，再做修正这里的视觉包括2D和3D2D是平的，3D也能认出它的轮廓知道这个位置是在另一个截面还是另一个平面，就能准确识别拍照计算位置后，系统会指导机械手如何抓取，抓取速度慢且稳定，需要控制董对说道

知名的汽车行业，3C，家电等行业也在一定程度上实现了自动化装配，但不同的是，与工程机械相比，它们的工件较小，而且是批量生产的对于一个巨大的钻机来说，车间内的摄像头在到达一定高度之前是无法拍摄到每一个工件的，但是高度高，精度容易达到，这就对视觉识别的精度提出了很高的要求

桁架机械手旁边是另外两个关节臂机械手，它们相互配合，互不干扰董称下面两个机械手为陆军，空中的桁架机械手称为空军——至于海军，是指AGV在地面不同的工作岛上来回穿梭，最后一个工作岛的中桅由AGV运送到现在的工位，在那里自动装卸，配合两侧的移位器完成

这个占地4万平方米的工厂，2021年生产了价值78亿元的打桩设备，比2019年增长了59%，这些设备都是由大大小小数百个机器人创造出来的数百万吨的旋挖钻机从这里运输到中国和海外的高层建筑和桥梁

工厂现有8个柔性制造工程中心，10多条自动化生产线，375台大型设备，其中机器人150多台，目前还在升级改造中董对说道

日前，世界经济论坛正式发布全球制造业灯塔工厂新名单，三一重工北京桩机厂成功入选全球重工业第一家认证灯塔工厂。

三一集团董事，高级副总裁戴庆华认为，灯塔工厂本质上是智能制造，是第四次工业革命提出的基于柔性制造的生产模式农耕时代工人是重体力劳动，蒸汽机的发明和电气时代把重体力劳动变成了轻体力劳动智能制造将在数字时代进一步解放工人灯塔创造了人和机器之间的协同作用，而不仅仅是体力的替代品

戴庆华带领该企业集团30多家工厂在国内外进行智能化升级大约三年前，三一集团发起数字化改革，在内部推进智能制造，投入超过100亿元

从2019年到2020年，桩机厂克服了很多问题这样的工厂必须采用柔性制造，董说由于单台价格较高，全厂年产量在2000台左右，是典型的多品种，小批量产品，有几十个品种和一些型号，比如235或285型号，一次最多能下线五六台在这样的小批量中，机器人需要使用不同的桩如何适应它们也是一个考验

生产线的原因。

不称产线，而是改成工作岛，这就是为了更加灵活地适配生产而形成的生产单元每个工作岛相对独立，根据分配的工序灵活配置，并通过移动机器人实现工作岛之间的物流联络，以实现任务的实时安排，使生产更具备灵活性

怎样做出一家黑灯工厂

代晴华回想起三年前这个工厂的样子在2018年改造之前，车间里的景象一眼看去杂乱无章，堆满物料和各种各样的工具，彼时厂房内没有任何设备的互联

日前，根据三一集团的部署，这个工厂给工业互联网服务平台树根互联递交了一项任务，即需要将车间内大量的聋，哑，傻的老旧设备，进行智能化改造聋，哑，傻意谓这些设备既没有数据输出，也不能说话，也听不懂什么指令，代晴华将之称为工业1.0版本到2019年，三一实现了对集团各工厂各类设备的连接，所有设备的整体利用率提升了100%

代晴华提到，中国的机床实际平均利用率有23%2019年他参观了中航最先进的机件工厂，利用率能够达到83%83%是过去30多位院士做了大量的工作，三一没有这样集中的顶尖资源，但也很快提升到了67%代晴华说

代晴华认为，在三一众多的工厂中，这个工厂在规模上算是中小型，这能够给中国的大部分中小规模企业带来启发在2020年举办的乌镇世界互联网大会上，代晴华做了一个大胆的预测，他认为，在三到五年内，中国的中小企业普遍都能够使用工业互联网，5G技术将给智能制造带来巨大的改变这一切都将不再停留于设想

未来的大量中小企业，4G，5G的发展将给工业互联网带来巨大的好处它们不需要自建机房，聘用专业的IT人员，小企业甚至使用手机就能实现对设备的管理自己的设备，这背后，一些大型公司的工业互联网的根平台可以为这些中小企业低成本提供智能制造的成果应用，提供成熟的工业APP代晴华说

在变身黑灯工厂之前，这家工厂有1000多名员工，其中有大约400名焊工。

像转杆上面的工位对接焊口，在生产很忙的时候，其中的两位焊接工人就成为了重点保护对象这两位工人必须加班加点工作，否则整个工厂生产不出来了现在机器人则将他们的技能转移到了软件当中，他们则转而学习机器人的操作，机器人的性能在人机磨合中不断得以优化，经此改变，这个工厂的核心焊接工序产能获得了数十倍的增长代晴华介绍

这家工厂位于北京西北郊区，在这个寸土寸金的城市，人工的成本同样昂贵，更关键的是，如同中国所有城市的制造车间一样，技术工人的招工变得越来越难代晴华坦言，在北京这样的地方做制造业，唯一的出路只能是机器替代人，生产管理智能化人工成本的支出以及招工本身的难度，这是制造业的普遍问题，不是某一家工厂能够解决的

不止北京，十年前三一在上海也建了一个厂，上海市政府部门负责人问彼时的代晴华怎么应对大城市的成本和人工问题，代晴华的回答是，他们用300台机器人替代了600名工人。

北京的这个工厂现在也用了数百台机器人，但未来可能会更多，以替代大量的劳动力和企业发展的问题代晴华说

不过，机器人同样需要成本，这也是工厂智能化改造中不得不面对的问题:让机器人进场，从养人变成养机器人，企业就能够负担得起吗。

代晴华的回答是肯定的:就像餐厅中已经出现机器人送餐，酒店使用机器人服务一样，机器人是中国制造业转型的一个重要工具并且，对于中小企业来说，这是能够接受的成本机器人价格在逐年下降，现在已经比十年前有了大幅下降十年前一个机器手要30—50万，国产化机器人时代的来临，会将机器人的价格降到10万元以下代晴华说

眼前的这家黑灯工厂看起来远不是这家工程机械巨头为了展示而树立的示范工程，三一在打造这样的一家工厂之前曾对成本进行过考量:代晴华说，尽管数字化改造的总支出达到一百几十亿元，但分解到每个单元依然是能够承受的以在北京的成本为例，一位工人工成本加上五险一金和福利，基本上要20万人民币，三年静态成本60万，动态还不止机器人便宜的大概10多万，贵的60—70万，一个机器人工作站造价便宜的五六十万，贵的一百多万，算下来一般三年左右可以收回工厂改造的费用

尽管机器人替代了流水线上的工人，但新型的工厂意味着需要新型的工厂人才:他们既需要懂工业技术，又要懂软件，还要熟悉业务流程董明楷介绍，三一为此花了很大的力气，既做内部培养，也包括人才引进

过去三年中，这家公司从阿里巴巴，腾讯，百度，华为，京东等互联网公司以及西门子这样的知名国际公司挖掘了大量IT和其他相关高端人才，其智能研究总院的大部分人才都来自于IT领域或者工业企业。

董明楷本人即是从西门子过来他认为，三一的几十个工厂虽都属于传统制造业，但这家公司本身具有较好的基础，并提供了一种让数字化技术在这里进行改造的良好环境

全面的改造

代晴华提到，一年前，灯塔工厂在启动建设之后，举办了一项庞大的培训计划，给他留下留下深刻印象的是，不管是工人还是工地人员，都要学习机器人操作作业为此，三一集团在长沙三一工学院专门成立了机器人培训基地为鼓励员工学习机器人操作的积极性和成效，该公司制订了可观的奖励性政策:工人学会机器人作业，就可以奖励一万元，工资也可以上涨一级

培训的效果是显著的，工人的技能得到大幅的提升，凡在生产现场的工人，90%以上都会操作机器人，三一智能工厂作业的水平也得以大幅的提升但同时也出现一个伴生的现象:这家公司的诸多智能制造人才，开始被外界关注并以更高的诱惑挖走

三一计划，未来将其分布于全球的30多家工厂，最终一个一个全部升级到像桩机灯塔工厂一样的水平，同时这家桩机工厂也还要继续不短优化，使其制造的过程更加地流畅，对人的依赖越来越少。

代晴华认为，从订单到最后的交付全流程，制造业的决策过程可以做到更加智能化。

为什么要不惜代价在整个集团进行这一旷日持久的改革。

数天之前，在一次会上，三一集团创始人兼董事长梁稳根判断说:我们认为智能制造是三一事业发展的一个良好的机会和基座，并且它是一种非常新的工业文明智能制造将深刻地改变人类社会，改变这个世界

代晴华表示，除去招工难，以及人工成本的考量之外，制造企业也不得不考虑外部环境的风险事实上，做智能制造也在帮助抵御经济，政治壁垒增加的国际贸易环境2020年之后，叠加新冠疫情这样的突发事件，国际货运成本骤增，这些因素都给国际贸易带来了挑战，对一家逐渐走向世界的中国制造企业而言，外部环境变化的影响在加大

代晴华还提到，工程机械是周期性产品，智能制造也在一定程度上对冲了周期带来的风险上一个周期中，在销售旺季时，生产高峰需要大量招聘工人，低谷则又要大量解聘工人，这给企业带来巨大的负担那时候三一集团的员工7万名，其中5万多人是工人智能制造让我们对产业的把握不再依赖于人力，这个周期，我们的销售额是上个周期的一倍以上，达到1368亿元，但工人的数量在大幅减少如果未来3000人能够完成3000亿元的产值，那基本上企业不会再受周期的影响

三一对海外工厂的改造计划目前已经进行了规划代晴华透露，包括美国工厂在内的海外工厂都将采用这家灯塔工厂的方式来进行建设

这样一个的黑灯工厂，其设计和建设完全由三一集团内部的力量完成，并没有倚赖外部单位的协助。

代晴华提到，几天前，他所在的工作组评审三一美国工厂提出的一个方案，该方案涉及的智能化改造由当年的日本专家做出，但代晴华发现，和三一目前在北京的这家灯塔工厂相比，前者已经开始落伍他们的方案中，光是管理人员，就是我们设计管理人员的3—5倍

但对于中国工厂眼下的智能制造道路而言，并不是没有BUG代晴华坦言，目前制造业智能化真的问题还是工业软件，目前国内运用的软件主要还是来自美国，德国等

代晴华提到了云原生技术要对这些软件进行替代，我们也找到了方向，新一代云原生技术给我们带来了机会，这让我们在构建新一代工业软件上具备了后发优势，不管是制造过程控制，5G云化控制，我们的云计算都是同一起跑线，甚至在某些领域还可以做到领先核心在于，这些复杂的工业软件要转化成云原生的工业软件，还需要投入大量的人力物力，还需要中国一大批高级人才来作出共同的努力，这个是我们面临的最大的挑战他说