北京昌平的一座黑燈工廠：中國企業(yè)正在用機器生產(chǎn)機器 尋找中國技工

　　2021年9月29日，北京市昌平區(qū)南口鎮(zhèn)李流路。走進三一重工南口產(chǎn)業(yè)園一號工廠，四萬平米的偌大車間中，現(xiàn)場工作人員不過十來人，而這些工作人員的角色也不是人們熟知的流水線上的工人。一些高達3米多的機器人擺動著手臂，在代替他們夜以繼日地“上班”。過去，這里的工人曾一度達到1000余人。

　　這可能是中國億萬計的制造企業(yè)中智能化水平最高的車間之一。就在半個月前，它剛剛被世界經(jīng)濟論壇評為全球重工行業(yè)的首家“燈塔工廠”。

　　那些擁有龐大身軀的數(shù)百萬噸級的旋挖鉆機就是從這里生產(chǎn)并運往國內(nèi)市場和海外。多品種、小批量的生產(chǎn)特點給這個工廠的智能化帶來了很高的難度，但盡管如此，這家工廠依然在兩年多的時間里以出人意料的速度改頭換面。

　　三一集團董事、高級副總裁代晴華主導(dǎo)三一集團多達三十多個工廠的生產(chǎn)智能化。大約在三年前，這家機械巨頭開啟了一項宏大同時代價不菲的智能化改造計劃，昌平的這家工廠只是一個起點，三一計劃后續(xù)將這家工廠智能化經(jīng)驗移植到更多的工廠。

　　三人集團的創(chuàng)始人兼董事長梁穩(wěn)根旗幟鮮明地提出數(shù)字化改革。數(shù)天之前，他在一次會上判斷說：“我們認為智能制造是三一事業(yè)發(fā)展的一個良好的機會和基座，并且它是一種非常新的工業(yè)文明。智能制造將深刻地改變?nèi)祟惿鐣淖冞@個世界。”“工業(yè)機器人的技術(shù)和成本、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G等因素，已經(jīng)讓制造業(yè)的深度數(shù)字化和智能化變成了現(xiàn)實。”代晴華認為。

　　代晴華有一個明確的預(yù)言：三、五年之后，中國大量的工廠，包括那些中小規(guī)模的工廠，都將經(jīng)歷一番智能化帶來的顯著改變，一些平臺性的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，將會使這一切以一種越來越“輕松”的方式實現(xiàn)。

　　或許有些觀念的確需要更新了：在中國，黑燈工廠已經(jīng)不再停留于概念，而技術(shù)正在讓人和機器的角色在車間內(nèi)重置。

　　“海陸空”機器人

　　從西邊進入一號工廠內(nèi)部，是部件裝備和主機裝配生產(chǎn)線。不同于從前的流水線，這里的產(chǎn)線由一個個“工作島”組成，這些工作島既相互獨立，也通過一些移動機器人（AGV）相互聯(lián)絡(luò)。

　　在一個工作島中，長著一個巨大“抓手”的桁架機器手（不同于關(guān)節(jié)臂機器手的另外一種機器手），通過安裝在機器上的眼睛——攝像頭，來尋找和確定數(shù)噸重的工件在半空中的精準(zhǔn)方位，并進行抓取，再將之與十多噸重的桅桿實現(xiàn)準(zhǔn)確對接。

　　三一重工智能制造研究院院長董明楷在車間內(nèi)介紹，桁架機械手就像機床一樣，也是利用數(shù)控設(shè)備精準(zhǔn)識別位置并進行精準(zhǔn)抓取，它的精度在毫米級，這就像控制一臺機床一樣控制裝配過程中的每一個位置、每一個動作。不同于電子廠中固定且位置很低的攝像頭，這里的攝像頭是移動的，且高度很高，同時，空曠的廠房內(nèi)不斷變化的光線，這些都對目標(biāo)物的精準(zhǔn)識別帶來了更大的挑戰(zhàn)。

　　“先拍照，再做修正，這里的視覺包括2D和3D，2D是平面的，3D還會識別它的輪廓，知道這個位置在另外一個截面還是另外一個平面，所以能夠精準(zhǔn)識別。拍完照并算出位置后，系統(tǒng)會指導(dǎo)機械手怎樣抓取，抓取的速度要求慢且平穩(wěn)，這都需要控制。”董明楷說。

　　人們熟知的汽車行業(yè)、3C、家電等行業(yè)，也在一定程度上實現(xiàn)了自動化裝配，但區(qū)別在于，和工程機械比起來，它們的工件小，且為批量化生產(chǎn)。對于一臺龐大的鉆挖鉆機來說，車間的攝像機達不到一定高度就拍不全每一個工件，但高度高了，精度又容易達不到，這對視覺識別的精度要提出了很高的要求。

　　桁架機器手的旁邊是另外兩臺關(guān)節(jié)臂機械手，它們彼此配合，互不干涉，董明楷將下面的兩臺機器手成為“陸軍”，空中的桁架機器手則稱為“空軍”——至于“海軍”，則是指地面上來回穿梭于不同工作島的AGV，通過AGV將上一個工作島的中桅桿馱到現(xiàn)在的工位，在這個地方自動上下料，跟兩邊的變位機協(xié)同完成裝甲，海陸空三軍如此在這個島內(nèi)協(xié)同作戰(zhàn)，完成這個環(huán)節(jié)的裝配。

　　這個面積4萬平米的工廠，在2021年生產(chǎn)了價值78億元的樁機設(shè)備，比2019年增長了59%，這一切都是由大大小小的數(shù)百臺機器人在這個廠房內(nèi)“創(chuàng)造”。數(shù)百萬噸級的旋挖鉆機從這里運往中國國內(nèi)以及海外的高層樓宇以及橋梁等建筑工地。

　　“工廠里有8個柔性制造工程中心，10多條自動化產(chǎn)線，375臺大型設(shè)備，其中機器人超過150臺，現(xiàn)在還在不斷升級改造。”董明楷介紹說。

　　9月27日，世界經(jīng)濟論壇正式發(fā)布新一期的全球制造業(yè)領(lǐng)域“燈塔工廠”名單，三一重工北京樁機工廠成功入選，成為全球重工行業(yè)首家獲認證的“燈塔工廠”。

　　三一集團董事、高級副總裁代晴華認為，“燈塔工廠”本質(zhì)上即智能制造，是遵從于第四次工業(yè)革命提出來的以柔性制造為基礎(chǔ)的生產(chǎn)方式。勞動者在農(nóng)耕時代是重體力勞動，蒸汽機的發(fā)明以及電器化時代讓重體力勞動變成了輕體力勞動，智能制造在數(shù)字時代將進一步解放了勞動者。燈塔工廠讓人和機器之間形成了一種協(xié)同關(guān)系，而不僅僅是體力的替代關(guān)系。

　　代晴華主導(dǎo)這家企業(yè)集團海內(nèi)外多達三十多個工廠的智能化升級。大約在三年前，三一集團在內(nèi)部啟動了一項推動智能制造的數(shù)字化改革，并投入了高達一百幾十億元的資金。

　　從2019年開始規(guī)劃到2020年投產(chǎn)，這個樁機工廠克服了大量的問題。“這樣的工廠必須采用柔性制造，”董明楷說，“由于單臺價格高，整個工廠一年產(chǎn)量大概也就是兩千多臺，是典型的多品種、小批量產(chǎn)品，有幾十個品種，有的型號，比如235型號或者285型號，一次下線至多五、六臺，這么小的批量，機器人要用不同的工樁去做，如何去做適配，也考驗?zāi)芰Α！?/p>

　　產(chǎn)線之所以不稱產(chǎn)線，而是改成“工作島”，這就是為了更加靈活地適配生產(chǎn)而形成的生產(chǎn)單元。每個工作島相對獨立，根據(jù)分配的工序靈活配置，并通過移動機器人實現(xiàn)工作島之間的物流聯(lián)絡(luò)，以實現(xiàn)任務(wù)的實時安排，使生產(chǎn)更具備靈活性。

　　怎樣做出一家黑燈工廠

　　代晴華回想起三年前這個工廠的樣子。在2018年改造之前，車間里的景象一眼看去雜亂無章，堆滿物料和各種各樣的工具，彼時廠房內(nèi)沒有任何設(shè)備的互聯(lián)。

　　2018年5月1日，根據(jù)三一集團的部署，這個工廠給工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺“樹根互聯(lián)”遞交了一項任務(wù)，即需要將車間內(nèi)大量的“聾、啞、傻”的老舊設(shè)備，進行智能化改造。“聾、啞、傻”意謂這些設(shè)備既沒有數(shù)據(jù)輸出，也不能說話，也聽不懂什么指令，代晴華將之稱為工業(yè)1.0版本。到2019年，三一實現(xiàn)了對集團各工廠各類設(shè)備的連接，所有設(shè)備的整體利用率提升了100%。

　　代晴華提到，中國的機床實際平均利用率有23%。2019年他參觀了中航最先進的機件工廠，利用率能夠達到83%。“83%是過去30多位院士做了大量的工作，三一沒有這樣集中的頂尖資源，但也很快提升到了67%。”代晴華說。

　　代晴華認為，在三一眾多的工廠中，這個工廠在規(guī)模上算是中小型，這能夠給中國的大部分中小規(guī)模企業(yè)帶來啟發(fā)。在2020年舉辦的烏鎮(zhèn)世界互聯(lián)網(wǎng)大會上，代晴華做了一個大膽的預(yù)測，他認為，在三到五年內(nèi)，中國的中小企業(yè)普遍都能夠使用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，5G技術(shù)將給智能制造帶來巨大的改變。這一切都將不再停留于設(shè)想。

　　“未來的大量中小企業(yè)，4G、5G的發(fā)展將給工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來巨大的好處。它們不需要自建機房，聘用專業(yè)的IT人員，小企業(yè)甚至使用手機就能實現(xiàn)對設(shè)備的管理自己的設(shè)備，這背后，一些大型公司的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的“根平臺”可以為這些中小企業(yè)低成本提供智能制造的成果應(yīng)用，提供成熟的工業(yè)APP。”代晴華說。

　　在變身黑燈工廠之前，這家工廠有1000多名員工，其中有大約400名焊工。

　　“像轉(zhuǎn)桿上面的工位對接焊口，在生產(chǎn)很忙的時候，其中的兩位焊接工人就成為了重點保護對象。這兩位工人必須加班加點工作，否則整個工廠生產(chǎn)不出來了。現(xiàn)在機器人則將他們的技能轉(zhuǎn)移到了軟件當(dāng)中，他們則轉(zhuǎn)而學(xué)習(xí)機器人的操作，機器人的性能在人機磨合中不斷得以優(yōu)化，經(jīng)此改變，這個工廠的核心焊接工序產(chǎn)能獲得了數(shù)十倍的增長。”代晴華介紹。

　　這家工廠位于北京西北郊區(qū)，在這個寸土寸金的城市，人工的成本同樣昂貴，更關(guān)鍵的是，如同中國所有城市的制造車間一樣，技術(shù)工人的招工變得越來越難。代晴華坦言，在北京這樣的地方做制造業(yè)，唯一的出路只能是機器替代人、生產(chǎn)管理智能化。人工成本的支出以及招工本身的難度，這是制造業(yè)的普遍問題，不是某一家工廠能夠解決的。

　　不止北京，十年前三一在上海也建了一個廠，上海市政府部門負責(zé)人問彼時的代晴華怎么應(yīng)對大城市的成本和人工問題，代晴華的回答是，他們用300臺機器人替代了600名工人。

　　“北京的這個工廠現(xiàn)在也用了數(shù)百臺機器人，但未來可能會更多，以替代大量的勞動力和企業(yè)發(fā)展的問題。”代晴華說。

　　不過，機器人同樣需要成本，這也是工廠智能化改造中不得不面對的問題：讓機器人進場，從養(yǎng)人變成養(yǎng)機器人，企業(yè)就能夠負擔(dān)得起嗎？

　　代晴華的回答是肯定的：就像餐廳中已經(jīng)出現(xiàn)機器人送餐、酒店使用機器人服務(wù)一樣，機器人是中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型的一個重要工具。并且，對于中小企業(yè)來說，這是能夠接受的成本。“機器人價格在逐年下降，現(xiàn)在已經(jīng)比十年前有了大幅下降。十年前一個機器手要30-50萬，國產(chǎn)化機器人時代的來臨，會將機器人的價格降到10萬元以下。”代晴華說。

　　眼前的這家黑燈工廠看起來遠不是這家工程機械巨頭為了“展示”而樹立的“示范工程”，三一在打造這樣的一家工廠之前曾對成本進行過考量：代晴華說，盡管數(shù)字化改造的總支出達到一百幾十億元，但分解到每個單元依然是能夠承受的。以在北京的成本為例，一位工人工成本加上五險一金和福利，基本上要20萬人民幣，三年靜態(tài)成本60萬，動態(tài)還不止。機器人便宜的大概10多萬，貴的60-70萬，一個機器人工作站造價便宜的五六十萬，貴的一百多萬，算下來一般三年左右可以收回工廠改造的費用。

　　盡管機器人替代了流水線上的工人，但新型的工廠意味著需要新型的工廠人才：他們既需要懂工業(yè)技術(shù)，又要懂軟件，還要熟悉業(yè)務(wù)流程。董明楷介紹，三一為此花了很大的力氣，既做內(nèi)部培養(yǎng)，也包括人才引進。

　　過去三年中，這家公司從阿里巴巴、騰訊、百度、華為、京東等互聯(lián)網(wǎng)公司以及西門子這樣的知名國際公司挖掘了大量IT和其他相關(guān)高端人才，其智能研究總院的大部分人才都來自于IT領(lǐng)域或者工業(yè)企業(yè)。

　　董明楷本人即是從西門子過來。他認為，三一的幾十個工廠雖都屬于傳統(tǒng)制造業(yè)，但這家公司本身具有較好的基礎(chǔ)，并提供了一種讓數(shù)字化技術(shù)在這里進行改造的良好環(huán)境。

　　全面的改造

　　代晴華提到，一年前，燈塔工廠在啟動建設(shè)之后，舉辦了一項龐大的培訓(xùn)計劃，給他留下留下深刻印象的是，不管是工人還是工地人員，都要學(xué)習(xí)機器人操作作業(yè)。為此，三一集團在長沙三一工學(xué)院專門成立了機器人培訓(xùn)基地。為鼓勵員工學(xué)習(xí)機器人操作的積極性和成效，該公司制訂了可觀的獎勵性政策：工人學(xué)會機器人作業(yè)，就可以獎勵一萬元，工資也可以上漲一級。

　　培訓(xùn)的效果是顯著的，工人的技能得到大幅的提升，凡在生產(chǎn)現(xiàn)場的工人，90%以上都會操作機器人，三一智能工廠作業(yè)的水平也得以大幅的提升。但同時也出現(xiàn)一個伴生的現(xiàn)象：這家公司的諸多智能制造人才，開始被外界關(guān)注并以更高的“誘惑”“挖”走。

　　三一計劃，未來將其分布于全球的30多家工廠，最終一個一個全部升級到像樁機燈塔工廠一樣的水平，同時這家樁機工廠也還要繼續(xù)不短優(yōu)化，使其制造的過程更加地流暢，對人的依賴越來越少。

　　代晴華認為，從訂單到最后的交付全流程，制造業(yè)的決策過程可以做到更加智能化。

　　為什么要不惜代價在整個集團進行這一曠日持久的改革？

　　數(shù)天之前，在一次會上，三一集團創(chuàng)始人兼董事長梁穩(wěn)根判斷說：“我們認為智能制造是三一事業(yè)發(fā)展的一個良好的機會和基座，并且它是一種非常新的工業(yè)文明。智能制造將深刻地改變?nèi)祟惿鐣淖冞@個世界。”

　　代晴華表示，除去招工難、以及人工成本的考量之外，制造企業(yè)也不得不考慮外部環(huán)境的風(fēng)險。事實上，做智能制造也在幫助抵御經(jīng)濟、政治壁壘增加的國際貿(mào)易環(huán)境。2020年之后，疊加新冠疫情這樣的突發(fā)事件，國際貨運成本驟增，這些因素都給國際貿(mào)易帶來了挑戰(zhàn)，對一家逐漸走向世界的中國制造企業(yè)而言，外部環(huán)境變化的影響在加大。

　　代晴華還提到，工程機械是周期性產(chǎn)品，智能制造也在一定程度上對沖了周期帶來的風(fēng)險。“上一個周期中，在銷售旺季時，生產(chǎn)高峰需要大量招聘工人，低谷則又要大量解聘工人，這給企業(yè)帶來巨大的負擔(dān)。那時候三一集團的員工7萬名，其中5萬多人是工人。智能制造讓我們對產(chǎn)業(yè)的把握不再依賴于人力，這個周期，我們的銷售額是上個周期的一倍以上，達到1368億元（2020年），但工人的數(shù)量在大幅減少。如果未來3000人能夠完成3000億元的產(chǎn)值，那基本上企業(yè)不會再受周期的影響。”

　　三一對海外工廠的改造計劃目前已經(jīng)進行了規(guī)劃。代晴華透露，包括美國工廠在內(nèi)的海外工廠都將采用這家燈塔工廠的方式來進行建設(shè)。

　　這樣一個的黑燈工廠，其設(shè)計和建設(shè)完全由三一集團內(nèi)部的力量完成，并沒有倚賴外部單位的協(xié)助。

　　代晴華提到，幾天前，他所在的工作組評審三一美國工廠提出的一個方案，該方案涉及的智能化改造由當(dāng)年的日本專家做出，但代晴華發(fā)現(xiàn)，和三一目前在北京的這家燈塔工廠相比，前者已經(jīng)開始落伍。“他們的方案中，光是管理人員，就是我們設(shè)計管理人員的3-5倍。”

　　但對于中國工廠眼下的智能制造道路而言，并不是沒有BUG。代晴華坦言，目前制造業(yè)智能化真的問題還是工業(yè)軟件，目前國內(nèi)運用的軟件主要還是來自美國、德國等。

　　代晴華提到了云原生技術(shù)。“要對這些軟件進行替代，我們也找到了方向，新一代云原生技術(shù)給我們帶來了機會，這讓我們在構(gòu)建新一代工業(yè)軟件上具備了后發(fā)優(yōu)勢，不管是制造過程控制，5G云化控制，我們的云計算都是同一起跑線，甚至在某些領(lǐng)域還可以做到領(lǐng)先。核心在于，這些復(fù)雜的工業(yè)軟件要轉(zhuǎn)化成云原生的工業(yè)軟件，還需要投入大量的人力物力，還需要中國一大批高級人才來作出共同的努力，這個是我們面臨的最大的挑戰(zhàn)。”他說。

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責(zé)任編輯：楊亞龍