三一重工18號(hào)廠房是亞洲最大的智能化制造車間，有混凝土機(jī)械、路面機(jī)械、港口機(jī)械等多條裝配線，是三一重工總裝車間。2008年開始籌建，2012年全面投產(chǎn)，總面積約十萬(wàn)平方米。從2012年開始，以三一18號(hào)廠房為應(yīng)用基礎(chǔ)，由三一重工、湖大海捷、華工制造、華中科大等單位聯(lián)合申報(bào)的“工程機(jī)械產(chǎn)品加工數(shù)字化車間系統(tǒng)的研制與應(yīng)用示范項(xiàng)目”經(jīng)過(guò)3年精心建設(shè)，目前，三一已建成車間智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和刀具管理系統(tǒng)、公共制造資源定位與物料跟蹤管理系統(tǒng)、計(jì)劃、物流、質(zhì)量管控系統(tǒng)、生產(chǎn)控制中心（PCC）中央控制系統(tǒng)等智能系統(tǒng)，完成了國(guó)家批復(fù)的項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容。

圖 1 三一重工智能工廠

       同時(shí)，三一還與其他單位共同研發(fā)了智能上下料機(jī)械手、基于DNC系統(tǒng)的車間設(shè)備智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、智能化立體倉(cāng)庫(kù)與AGV運(yùn)輸軟硬件系統(tǒng)、基于RFID設(shè)備及無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的物料和資源跟蹤定位系統(tǒng)、高級(jí)計(jì)劃排程系統(tǒng)（APS）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、物流執(zhí)行系統(tǒng)（LES）、在線質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)（SPC）、生產(chǎn)控制中心管理決策系統(tǒng)等關(guān)鍵核心智能裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)制造資源跟蹤、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控，計(jì)劃、物流、質(zhì)量集成化管控下的均衡化混流生產(chǎn)，智能化功能和系統(tǒng)性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)家批復(fù)要求。

一、智能加工中心與生產(chǎn)線

1、智能化加工設(shè)備

    早在2007年，有“智能化機(jī)械手”之稱的焊接機(jī)器人現(xiàn)身三一挖機(jī)生產(chǎn)線，并在2008年后得到進(jìn)一步推廣。2012年三一重工在上海臨港產(chǎn)業(yè)園建成全球最大最先進(jìn)的挖掘機(jī)生產(chǎn)基地，焊接機(jī)器人大規(guī)模投入使用，大幅提升了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，使得三一挖掘機(jī)的使用壽命大約翻了兩番，售后問(wèn)題下降了四分之三。由于規(guī)范了管理，又進(jìn)一步提升了整個(gè)生產(chǎn)體系的效率。不但如此，機(jī)器人的使用減少了工人數(shù)量，管理模式的重心從原來(lái)的管人轉(zhuǎn)移到了管理設(shè)備上，相對(duì)而言，管理設(shè)備要容易很多。

2、智能刀具管理

    在實(shí)際加工中，有多種因素會(huì)對(duì)加工刀具產(chǎn)生影響，首先是加工工件本身的因素，如加工工件材質(zhì)、結(jié)構(gòu)型式、工件剛度等對(duì)刀具使用效果影響較大。其次是加工工裝，定位基準(zhǔn)、壓緊方式、結(jié)構(gòu)型式以及工裝剛度等都會(huì)影響刀具使用效果。再次加工工藝方案，如加工順序、切削三要素（切深、進(jìn)給、切削速度）對(duì)刀具使用效果影響更大。最后是加工機(jī)床，設(shè)備的切削功率、設(shè)備的剛度、設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式、切削冷卻介質(zhì)對(duì)加工刀具發(fā)揮效率也有很大影響。

    三一在實(shí)踐中，要充分考慮刀具壽命和加工工件成本的關(guān)系，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的工件選擇不同的刀具，包括刀具材料（分整體硬質(zhì)合金、焊接硬質(zhì)、高速鋼等）、刀具結(jié)構(gòu)（分機(jī)夾刀片、焊接刀片和整體材料刀具）以及刀具裝夾方式（熱裝式、強(qiáng)力緊固式、側(cè)固式）等。有的刀具選擇涂層刀片來(lái)增加刀具的耐用度，延長(zhǎng)刀具壽命。在高速加工時(shí)，對(duì)刀具動(dòng)平衡也有要求，我們配備了刀具動(dòng)平衡儀，并在加工成本允許的前提下選擇耐用度較高的刀具。

3、DNC

    DNC是計(jì)算機(jī)與具有數(shù)控裝置的機(jī)床群使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組成的分布在車間中的數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)用戶來(lái)說(shuō) 就像一個(gè)統(tǒng)一的整體，系統(tǒng)對(duì)多種通用的物理和邏輯資源整合，可以動(dòng)態(tài)的分配數(shù)控加工任務(wù)給任一加工設(shè)備，是提高設(shè)備利用率，降低生產(chǎn)成本。

圖 2　智能加工中心與生產(chǎn)線

        目前，三一重工已經(jīng)完成車間機(jī)加設(shè)備的研發(fā)采購(gòu)與安裝調(diào)試，部分完成智能上料機(jī)械手、DNC實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置及刀具管理系統(tǒng)的購(gòu)置和開發(fā)。

二、智能化立體倉(cāng)庫(kù)和物流運(yùn)輸系統(tǒng)

1、智能化立體倉(cāng)庫(kù)

        立體倉(cāng)庫(kù)后臺(tái)運(yùn)作的自動(dòng)化配送系統(tǒng)由華中科大與三一聯(lián)合研制，通過(guò)這套系統(tǒng)，三一打造了批量下架、波次分揀，單臺(tái)單工位配送模式，實(shí)現(xiàn)了從頂層計(jì)劃至底層配送執(zhí)行的全業(yè)務(wù)貫通，大大提高了配送效率及準(zhǔn)確率，準(zhǔn)時(shí)配送率超95%。

        三一智能化立體倉(cāng)庫(kù)總投資6000多萬(wàn)元, 分南北兩個(gè)庫(kù)，由地下自動(dòng)輸送設(shè)備連成一個(gè)整體，總占地面積9000平方米，倉(cāng)庫(kù)容量大概是16000個(gè)貨位。從南邊倉(cāng)庫(kù)可以看到，這個(gè)庫(kù)區(qū)有幾千種物料，主要是泵車、拖泵、車載泵物料，能支持每月數(shù)千臺(tái)產(chǎn)品的生產(chǎn)量。

        從大廠房到智能工廠，實(shí)施智能化改造后，18號(hào)廠房在制品減少8%，物料齊套性提高14%，單臺(tái)套能耗平均降低8%，人均產(chǎn)值提高24%，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量信息匹配率100%，原材料庫(kù)存降低30%，2014年18號(hào)廠房預(yù)計(jì)同比節(jié)約制造成本1億元，年增加產(chǎn)量超過(guò)2000臺(tái)以上，每年同比產(chǎn)值新增60億元以上。

2、AGV智能小車

        智能化立體倉(cāng)庫(kù)的核心是AGV智能小車，當(dāng)有班組需要物料時(shí)，裝配線上的物料員就會(huì)報(bào)單給立體倉(cāng)庫(kù)，配送系統(tǒng)會(huì)根據(jù)班組提供的信息，迅速找到放置該物料的容器，然后開啟堆高機(jī)，將容器自動(dòng)輸送到立體庫(kù)出庫(kù)端液壓臺(tái)上。此時(shí)，AGV操作員發(fā)出取貨指令，AGV小車自動(dòng)行駛至液壓臺(tái)取貨。取完貨后，由于AGV小車采用激光引導(dǎo)，小車上安裝有可旋轉(zhuǎn)的激光掃描器，在運(yùn)行路徑沿途的墻壁或支柱上安裝有高反光性反射板的激光定位標(biāo)志，AGV依靠激光掃描器發(fā)射激光束，然后接受由四周定位標(biāo)志反射回的激光束，車載計(jì)算機(jī)計(jì)算出車輛當(dāng)前的位置以及運(yùn)動(dòng)的方向，通過(guò)和內(nèi)置的數(shù)字地圖進(jìn)行對(duì)比來(lái)校正方位，從而將物料運(yùn)送至指定工位。像這樣的AGV小車，在三一18號(hào)廠房有15臺(tái)。在18號(hào)廠房南北智能化立體倉(cāng)庫(kù)，不僅有這樣的AGV自動(dòng)小車，其后臺(tái)配送也是自動(dòng)化系統(tǒng)完成的。

圖 3　自動(dòng)配送物料的AGV小車

3、公共資源定位系統(tǒng)

        公共資源定位系統(tǒng)是三一重工智能工廠的一個(gè)重要支撐。公共資源定位系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)包括對(duì)設(shè)備定位和狀態(tài)檢測(cè)、人員定位以及故障實(shí)時(shí)處理與報(bào)警等功能。通過(guò)公共資源定位監(jiān)控中心，三一重工的生產(chǎn)管理人員能及時(shí)的了解生產(chǎn)車間的人員位置、設(shè)備位置和狀態(tài)、加工生產(chǎn)情況，并及時(shí)的指導(dǎo)生產(chǎn)和進(jìn)行故障處理等操作。

三、智能化生產(chǎn)執(zhí)行過(guò)程控制

1、高級(jí)計(jì)劃排程

        在考慮企業(yè)資源所提供的可行物料需求規(guī)劃與生產(chǎn)排程計(jì)劃，讓規(guī)劃者快速結(jié)合生產(chǎn)限制條件與相關(guān)信息 (如訂單、途程、存貨、BOM與產(chǎn)能限制等)，以做出平衡企業(yè)利益與顧客權(quán)益的最佳規(guī)劃與決策，滿足顧客需求及面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)。強(qiáng)化了ERP系統(tǒng)中以傳統(tǒng)MRP規(guī)劃邏輯為主的生產(chǎn)規(guī)劃與排程的功能，APS 系統(tǒng)的同步規(guī)劃能力，不但使得規(guī)劃結(jié)果更具備合理性與可執(zhí)行性，亦使企業(yè)能夠真正達(dá)到供需平衡的目的。

2、執(zhí)行過(guò)程調(diào)度

        三一車間內(nèi)一排排的MES終端機(jī)，生產(chǎn)線上明亮的LED屏幕，整齊劃一的醒目安全燈是系統(tǒng)給我們帶來(lái)直觀的印象。SanyMES系統(tǒng)是指由三一集團(tuán)IT總部自主研發(fā)的制造執(zhí)行系統(tǒng)，它充分利用信息化技術(shù)，從生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)、物料配送、生產(chǎn)節(jié)拍、完工確認(rèn)、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)、質(zhì)量管理、關(guān)重件條碼采集等多個(gè)維度進(jìn)行管控，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)信息及時(shí)準(zhǔn)確地傳達(dá)到生產(chǎn)管理者與決策者。該系統(tǒng)除了通過(guò)各種方式如短信、郵件向管理者傳遞生產(chǎn)信息外，其設(shè)置在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的MES終端機(jī)，給一線工人生產(chǎn)制造帶來(lái)了極大的便利。

        通過(guò)MES終端機(jī)，生產(chǎn)線工人不僅可以及時(shí)報(bào)完工、方便快捷地查詢物料設(shè)計(jì)圖紙和庫(kù)存情況，更重要的是SanyMES終端機(jī)可以正確地指導(dǎo)工人每個(gè)工位如何進(jìn)行安裝、安裝時(shí)候需要哪些零部件，同時(shí)給予安全提示。有了MES系統(tǒng)后，再也不用去借圖紙，直接在MES終端就能查到最新的圖紙信息，全觸摸屏操作，簡(jiǎn)單方便，而且通過(guò)查看標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)以規(guī)范工人的操作，避免了紙質(zhì)作業(yè)指導(dǎo)書的損壞和更新不及時(shí)造成的附加作業(yè)，極大提高了工作效率和作業(yè)質(zhì)量。

3、數(shù)字化物流管控

        三一自動(dòng)化立體倉(cāng)儲(chǔ)配送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了該公司泵車、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(shí)現(xiàn)工位物料自動(dòng)配送至各個(gè)工位。

        根據(jù)泵車、拖泵、車載泵裝配線及部裝線在車間的位置，北自所設(shè)計(jì)了兩個(gè)庫(kù)區(qū)，1#庫(kù)負(fù)責(zé)泵車物料的儲(chǔ)存、揀配功能，2#庫(kù)負(fù)責(zé)拖泵、車載泵物料的儲(chǔ)存、揀配功能，兩個(gè)庫(kù)區(qū)共用一個(gè)設(shè)置1#庫(kù)區(qū)的入庫(kù)組盤區(qū)域，2#庫(kù)入庫(kù)的物料在入庫(kù)組盤區(qū)完成組盤后通過(guò)地下輸送通道自動(dòng)輸送進(jìn)入2#庫(kù)庫(kù)區(qū)存儲(chǔ)。

        倉(cāng)儲(chǔ)模式采用自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)（主要儲(chǔ)存中小件為主）+垂直升降庫(kù)存儲(chǔ)（主要儲(chǔ)存小件為主）+平面?zhèn)}庫(kù)儲(chǔ)存（主要儲(chǔ)存大件等其他特殊物資）。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)和垂直升降庫(kù)的數(shù)據(jù)采用一套軟件進(jìn)行統(tǒng)一管理，集中配送。通過(guò)垂直升降庫(kù)的應(yīng)用，解決了將近總量30%的物料種類的儲(chǔ)存和出入庫(kù)作業(yè)模式，很大程度地緩和了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的出入庫(kù)作業(yè)壓力，有效地提高了整個(gè)系統(tǒng)的作業(yè)能力。

        揀配模式采用提4臺(tái)套提前一班（8小時(shí)）揀配模式，按照工位進(jìn)行配送。在兩個(gè)庫(kù)區(qū)分別設(shè)置了兩層的配盤區(qū)域，根據(jù)裝配工位數(shù)量及各工位裝配物料情況，對(duì)配盤區(qū)域的揀配托盤位置進(jìn)行分配，揀配過(guò)程中采用LED顯示屏+RF手持終端模式進(jìn)行人工作業(yè)。北自所根據(jù)各工位裝配物料情況，配合用戶設(shè)計(jì)了多種不同的配送容器，采用多層存放，提高容器使用效率，減少線邊容器數(shù)量，最終提高了AGV系統(tǒng)的搬運(yùn)效率。

4、數(shù)字化質(zhì)量檢測(cè)

        目前，三一在質(zhì)檢信息化方面，通過(guò)GSP、MES、CSM及QIS的整合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)涵蓋供應(yīng)商送貨、零件制造、整機(jī)裝配、售后服務(wù)等全生命周期的質(zhì)檢電子化，并實(shí)現(xiàn)了SPC分析、質(zhì)量追溯等功能。

        以前質(zhì)檢，是采用紙質(zhì)記錄本記錄檢驗(yàn)結(jié)果和質(zhì)量問(wèn)題，現(xiàn)在則是用生產(chǎn)管理系統(tǒng)（MES），每一個(gè)檢驗(yàn)項(xiàng)目都標(biāo)準(zhǔn)化、電子化，以前在本子上的內(nèi)容都作為數(shù)據(jù)錄入PDA和平板電腦等終端。一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量異常，系統(tǒng)就會(huì)第一時(shí)間自動(dòng)啟動(dòng)不合格處理流程，將情況發(fā)送給相關(guān)責(zé)任人?！霸诓缓细衿房刂屏鞒讨械母綦x、評(píng)審等6個(gè)環(huán)節(jié)，保證每道工序的每個(gè)產(chǎn)品在下一道工序前合格?！倍鴶?shù)據(jù)的錄入則會(huì)為產(chǎn)品質(zhì)量追溯提供可靠依據(jù)。三一的自制件可以具體查到是某臺(tái)產(chǎn)品零部件，制作時(shí)間、制作地點(diǎn)和工位、制作人、制作條件等信息，供應(yīng)商提供的零部件則是可以查到批次和反饋。

四、智能化生產(chǎn)控制中心

1、中央控制室

    生產(chǎn)計(jì)劃及執(zhí)行情況、設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)圖
    智能計(jì)劃系統(tǒng)操作界面
    生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、看板展示及異常報(bào)警
    各區(qū)域監(jiān)控信息
    設(shè)計(jì)部日常操作（支持10路信號(hào)同時(shí)切入）
    各區(qū)域監(jiān)控信息
    物流部日常操作（支持10路信號(hào)同時(shí)切入）
    質(zhì)量部日常操作（支持10路信號(hào)同時(shí)切入）

2、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視裝置

        全方位的工廠車間監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的全面監(jiān)控和記錄，保證生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的安全，以及現(xiàn)場(chǎng)事故的追溯和回放。

3、現(xiàn)場(chǎng)Andon

        Andon系統(tǒng)能夠?yàn)椴僮鲉T停止生產(chǎn)線提供一套新的、更加有效的途徑。在傳統(tǒng)的汽車生產(chǎn)線上，如果發(fā)生故障，整條生產(chǎn)線立即停止。采用了Andon系統(tǒng)之后，一旦發(fā)生問(wèn)題，操作員可以在工作站拉一下繩索或者按一下按鈕，觸發(fā)相應(yīng)的聲音和點(diǎn)亮相應(yīng)的指示燈，提示監(jiān)督人員立即找出發(fā)生故障的地方以及故障的原因。一般來(lái)說(shuō)，不用停止整條生產(chǎn)線就可以解決問(wèn)題，因而可以減少停工時(shí)間同時(shí)又提高了生產(chǎn)效率。

        Andon系統(tǒng)的另一個(gè)主要部件是信息顯示屏。每個(gè)顯示面板都能夠提供關(guān)于單個(gè)生產(chǎn)線的信息，包括生產(chǎn)狀態(tài)、原料狀態(tài)、質(zhì)量狀況以及設(shè)備狀況。顯示器同時(shí)還可以顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如目標(biāo)輸出、實(shí)際輸出、停工時(shí)間以及生產(chǎn)效率。 根據(jù)顯示器上提供的信息，操作員可以更加有效的開展工作。