数据驱动的智能制造方案

数据驱动的智能制造-18 号智能工厂三一“智造”工业革命

在新一轮科技革命和产业变革的大背景下，以数字化、网络化、智能化为特点的智能制造已成为未来发展趋势。“中国制造2025”、“德国工业4.0”、“美国工业互联网”等制造业国家战略，均旨在构建自身的智能制造体系，特别是新一代信息技术与制造业的深度融合，以促进制造模式、生产组织方式和产业形态的深刻变革，改变全球制造业的发展格局。

自“中国制造2025”国家制造强国战略发布后，国家又连续出台“互联网+”、绿色制造、工业强基、智能制造、服务性制造、智能硬件等相关产业政策，为产业发展、制造企业转型升级提供了明确的路径指导，宽松的环境和优厚的政策支持。

三一集团始创于1989 年，是中国

领先、全球第五的工程机械制造企业，

年销售600 亿元，产品销往全球100

多个国家和地区。

作为重工领域的标杆，三一集团

以其18 号厂房成为智能制造应用基

础的示范。这间总面积约十万平方米

的车间，成为了行业内亚洲最大最先

进的智能化制造车间。在这里，厂房更像是一个大型计算系统加上传统的操作工

具、大型生产设备的智慧体。

一、“三一式”智能制造平台

1.高度离散制造企业的困局

三一是一个高度离散型制造企业，这种制造模式分散且独立，需要大量的人力物力予以配合，才能完成产品的生产制造。随着人工成本的提高，工程机械行业的深度发展，这种制造模式显然不能满足企业高质量的发展需求。为破解这一困局，三一积极借助信息化时代的优势，导入智能制造模式，优化运行系统，提升设备生产制造能力，积极应对工程机械企业多品种、高效率、高质量、低成本方面的压力与挑战。

本项目建设实体18 号厂房建筑面积10 万平方米，是亚洲最大的单体生产厂房，有混凝土机械、路面机械、港口机械等多条装配线，是三一重工总装车间，年产能300 亿元，生产的混凝土机械

全球第一，港口机械中国第一。

2.科技驱动生产模式变革

针对离散制造行业多品种、小批

量的特点，针对零部件多且加工过程

复杂导致的生产过程管理难题，及客

户对产品个性化定制日益强烈的需

求，三一以工程机械产品为样板，

以18 号厂房为应用基础，依托数字化

车

间、新一代信息技术打造“产品混装＋流水模式”的智能制造试点示范，驱动集团生产模式变革。

“所有结构件和产品都在很精益的空间范围内制造，车间内只有机器人和少量作业员工在忙碌，装配线实现准时生产，物流成本大幅降低，制造现场基本没有存货。”——三一新生产模式的朴素愿景。

3.打造“三一式“智能制造平台

打造从订单到制造的过程自动化管理，符合工业 4.0 纵向集成模型的样板工

厂，从而实现“产品混装+流水”线的高度柔性生产。

1）运用物联网、大数据等新一代信息与数字化技术，对全制造过程中人、机、料、法、环等数据进行采集与处理，分析及应用；

2）打通企业信息化与制造装备、生产物料、人力资源等各种资源之间的联络通道，实现企业从数字化设计→数字化管理→数字化制造→数字化控制→数字化装备的闭环控制；

3）有效掌控企业的技术资源和制造资源，从而实现对复杂工程机械装备产品制造过程的集成管理与精确控制。

二、数据驱动智能制造

“18 号厂房更像是一个大型计算系统加上传统的操作工具、大型生产设备的智慧体，每一次生产过程、每一次质量检测、每一个工人劳动量都记录在案。装配区、高精机加区、结构件区、立库区等几大主要功能区域都是智能化、数字化模式的产物。”

1.技术创新，智能引领

（1）总体架构

18 号智能工厂从产品设计→工艺→工厂规划→生产→交付，打通产品到交付的核心流程，总体架构如图 1 所示。

图1 18 号厂房智能工厂总体结构图

1）全三维环境下的数字化工厂建模平台、工业设计软件，以及产品全生命周期管理系统的应用，实现数字化研发与协同；

2）多车间协同制造环境下计划与执行一体化、物流配送敏捷化、质量管控协同化，实现混流生产与个性化产品制造，以及人、财、物、信息的集成管理；

3）自动化立体库/ AGV、自动上下料等智能装备的应用，以及设备的M2M 智能化改造，实现物与物、人与物之间的互联互通与信息握手；

4）基于物联网技术的多源异构数据采集和支持数字化车间全面集成的工业互联网络，驱动部门业务协同与各应用深度集成。

（2）基于三维仿真的数字化规划

通过对整个生产工艺流程建模，在虚拟场景中试生产，优化规划方案。在规划层面的仿真模型实验过程中实现产能分析与评估，通过预测未来可能的市场需求，动态模拟厂房生产系统的响应能力；在装配计划层面的仿真模型中，通过仿真实验进行节拍平衡分析与优化，规划最优的装配任务和资源配置。

图2 基于三维仿真的数字化规划应用图

（3）工业物联网与智能产线

利用智能装备实现生产过程自动化、机器换人，提升生产效率；同时搭建工业生产物联网，通过网络连入机台，实现机台的生产信息采集、机台互联，以及自动控制与数据传输，使机台使用率最大化。

图 3 智能装备的应用示意图

基于物联网平台集成的现场设备数据、生产管理数据和外部数据，运用机器学习、人工智能等大数据分析与挖掘技术，建立产品、工艺、设备、产线等数字化模型，提供生产工艺与流程优化、设备预测性维护、智能排产等新型工业应用。

图 4 工业生产物联网应用结构图

（4）MES 和ERP 无缝集成

集成MES 系统与ERP 系统，实现了客户订单下达到生产制造、产品交付以及售后追踪的全流程信息化，实现了生产制造现场与客户的实时交互。客户的个性化需求可以第一时间到达计划、制造、商务等相关部门，制造人员就能直接按照客户的要求进行快速生产和交付，客户也可以随时了解所购买设备的生产进度。