經(jīng)濟觀察報 記者 李紫宸 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。

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方位，并進行抓取，再將之與十多噸重的桅桿實現(xiàn)準確對接。

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)控設備精準識別位置并進行精準抓取，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，這些都對目標物的精準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，所以能夠精準識別。拍完照并算出位置后，系統(tǒng)會指導機械手怎樣抓取，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)同關系，而不僅僅是體力的替代關系。

代晴華主導這家企業(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，也考驗能力。”

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，以實現(xiàn)任務的實時安排，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)服務平臺“樹根互聯(lián)”遞交了一項任務，即需要將車間內(nèi)大量的“聾、啞、傻”的老舊設備，進行智能化改造。“聾、啞、傻”意謂這些設備既沒有數(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備的連接，所有設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技術將給智能制造帶來巨大的改變。這一切都將不再停留于設想。

“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)對設備的管理自己的設備，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)移到了軟件當中，他們則轉(zhuǎn)而學習機器人的操作，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，更關鍵的是，如同中國所有城市的制造車間一樣，技術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人問彼時的代晴華怎么應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，又要懂軟件，還要熟悉業(yè)務流程。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和其他相關高端人才，其智能研究總院的大部分人才都來自于IT領域或者工業(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，并提供了一種讓數(shù)字化技術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之后，舉辦了一項龐大的培訓計劃，給他留下留下深刻印象的是，不管是工人還是工地人員，都要學習機器人操作作業(yè)。為此，三一集團在長沙三一工學院專門成立了機器人培訓基地。為鼓勵員工學習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。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。

這樣一個的黑燈工廠，其設計和建設完全由三一集團內(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。“要對這些軟件進行替代，我們也找到了方向，新一代云原生技術給我們帶來了機會，這讓我們在構建新一代工業(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，甚至在某些領域還可以做到領先。核心在于，這些復雜的工業(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。