10月18日，經(jīng)濟(jì)觀察報(bào)整版刊發(fā)文章《北京昌平的一座黑燈工廠：中國(guó)企業(yè)正在用機(jī)器生產(chǎn)機(jī)器》，對(duì)三一樁機(jī)工廠獲評(píng)世界燈塔工廠進(jìn)行深度報(bào)道。報(bào)道稱：在中國(guó)，黑燈工廠已經(jīng)不再停留于概念，而技術(shù)正在讓人和機(jī)器的角色在車間內(nèi)重置，這家工廠在兩年多的時(shí)間里以出人意料的速度改頭換面，成為中國(guó)億萬(wàn)計(jì)的制造企業(yè)中智能化水平最高的車間之一，并將作為三一后續(xù)工廠智能化改造的起點(diǎn)與標(biāo)桿。

報(bào)道全文如下：

2021年9月29日，北京市昌平區(qū)南口鎮(zhèn)李流路。走進(jìn)三一重工南口產(chǎn)業(yè)園一號(hào)工廠，四萬(wàn)平米的偌大車間中，現(xiàn)場(chǎng)工作人員不過(guò)十來(lái)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(dá)3米多的機(jī)器人擺動(dòng)著手臂，在代替他們夜以繼日地“上班”。過(guò)去，這里的工人曾一度達(dá)到1000余人。

這可能是中國(guó)億萬(wàn)計(jì)的制造企業(yè)中智能化水平最高的車間之一。就在半個(gè)月前，它剛剛被世界經(jīng)濟(jì)論壇評(píng)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(wàn)噸級(jí)的旋挖鉆機(jī)就是從這里生產(chǎn)并運(yùn)往國(guó)內(nèi)市場(chǎng)和海外。多品種、小批量的生產(chǎn)特點(diǎn)給這個(gè)工廠的智能化帶來(lái)了很高的難度，但盡管如此，這家工廠依然在兩年多的時(shí)間里以出人意料的速度改頭換面。

三一集團(tuán)董事、高級(jí)副總裁代晴華主導(dǎo)三一集團(tuán)多達(dá)三十多個(gè)工廠的生產(chǎn)智能化。大約在三年前，這家機(jī)械巨頭開啟了一項(xiàng)宏大同時(shí)代價(jià)不菲的智能化改造計(jì)劃，昌平的這家工廠只是一個(gè)起點(diǎn)，三一計(jì)劃后續(xù)將這家工廠智能化經(jīng)驗(yàn)移植到更多的工廠。

三一集團(tuán)的創(chuàng)始人兼董事長(zhǎng)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(huì)上判斷說(shuō)：“我們認(rèn)為智能制造是三一事業(yè)發(fā)展的一個(gè)良好的機(jī)會(huì)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?huì)，改變這個(gè)世界?！薄肮I(yè)機(jī)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(shí)?！贝缛A認(rèn)為。

代晴華有一個(gè)明確的預(yù)言：三、五年之后，中國(guó)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(lái)的顯著改變，一些平臺(tái)性的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)使這一切以一種越來(lái)越“輕松”的方式實(shí)現(xiàn)。

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

“海陸空”機(jī)器人

從西邊進(jìn)入一號(hào)工廠內(nèi)部，是部件裝備和主機(jī)裝配生產(chǎn)線。不同于從前的流水線，這里的產(chǎn)線由一個(gè)個(gè)“工作島”組成，這些工作島既相互獨(dú)立，也通過(guò)一些移動(dòng)機(jī)器人（AGV）相互聯(lián)絡(luò)。

在一個(gè)工作島中，長(zhǎng)著一個(gè)巨大“抓手”的桁架機(jī)器手（不同于關(guān)節(jié)臂機(jī)器手的另外一種機(jī)器手），通過(guò)安裝在機(jī)器上的眼睛——攝像頭，來(lái)尋找和確定數(shù)噸重的工件在半空中的精準(zhǔn)方位，并進(jìn)行抓取，再將之與十多噸重的桅桿實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確對(duì)接。

三一重工智能制造研究院院長(zhǎng)董明楷在車間內(nèi)介紹，桁架機(jī)械手就像機(jī)床一樣，也是利用數(shù)控設(shè)備精準(zhǔn)識(shí)別位置并進(jìn)行精準(zhǔn)抓取，它的精度在毫米級(jí)，這就像控制一臺(tái)機(jī)床一樣控制裝配過(guò)程中的每一個(gè)位置、每一個(gè)動(dòng)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(dòng)的，且高度很高，同時(shí)，空曠的廠房?jī)?nèi)不斷變化的光線，這些都對(duì)目標(biāo)物的精準(zhǔn)識(shí)別帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。

“先拍照，再做修正，這里的視覺(jué)包括2D和3D，2D是平面的，3D還會(huì)識(shí)別它的輪廓，知道這個(gè)位置在另外一個(gè)截面還是另外一個(gè)平面，所以能夠精準(zhǔn)識(shí)別。拍完照并算出位置后，系統(tǒng)會(huì)指導(dǎo)機(jī)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(shuō)。

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(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化裝配，但區(qū)別在于，和工程機(jī)械比起來(lái)，它們的工件小，且為批量化生產(chǎn)。對(duì)于一臺(tái)龐大的鉆挖鉆機(jī)來(lái)說(shuō)，車間的攝像機(jī)達(dá)不到一定高度就拍不全每一個(gè)工件，但高度高了，精度又容易達(dá)不到，這對(duì)視覺(jué)識(shí)別的精度要提出了很高的要求。

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

這個(gè)面積4萬(wàn)平米的工廠，在2021年生產(chǎn)了價(jià)值78億元的樁機(jī)設(shè)備，比2019年增長(zhǎng)了59%，這一切都是由大大小小的數(shù)百臺(tái)機(jī)器人在這個(gè)廠房?jī)?nèi)“創(chuàng)造”。數(shù)百萬(wàn)噸級(jí)的旋挖鉆機(jī)從這里運(yùn)往中國(guó)國(guó)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(gè)柔性制造工程中心，10多條自動(dòng)化產(chǎn)線，375臺(tái)大型設(shè)備，其中機(jī)器人超過(guò)150臺(tái)，現(xiàn)在還在不斷升級(jí)改造?！倍骺榻B說(shuō)。

9月27日，世界經(jīng)濟(jì)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(jī)工廠成功入選，成為全球重工行業(yè)首家獲認(rèn)證的“燈塔工廠”。

三一集團(tuán)董事、高級(jí)副總裁代晴華認(rèn)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(lái)的以柔性制造為基礎(chǔ)的生產(chǎn)方式。勞動(dòng)者在農(nóng)耕時(shí)代是重體力勞動(dòng)，蒸汽機(jī)的發(fā)明以及電器化時(shí)代讓重體力勞動(dòng)變成了輕體力勞動(dòng)，智能制造在數(shù)字時(shí)代將進(jìn)一步解放了勞動(dòng)者。燈塔工廠讓人和機(jī)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(tuán)海內(nèi)外多達(dá)三十多個(gè)工廠的智能化升級(jí)。大約在三年前，三一集團(tuán)在內(nèi)部啟動(dòng)了一項(xiàng)推動(dòng)智能制造的數(shù)字化改革，并投入了高達(dá)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(gè)樁機(jī)工廠克服了大量的問(wèn)題。“這樣的工廠必須采用柔性制造，”董明楷說(shuō)，“由于單臺(tái)價(jià)格高，整個(gè)工廠一年產(chǎn)量大概也就是兩千多臺(tái)，是典型的多品種、小批量產(chǎn)品，有幾十個(gè)品種，有的型號(hào)，比如235型號(hào)或者285型號(hào)，一次下線至多五、六臺(tái)，這么小的批量，機(jī)器人要用不同的工樁去做，如何去做適配，也考驗(yàn)?zāi)芰??！?/span>

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(gè)工作島相對(duì)獨(dú)立，根據(jù)分配的工序靈活配置，并通過(guò)移動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)工作島之間的物流聯(lián)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)任務(wù)的實(shí)時(shí)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(gè)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(wú)章，堆滿物料和各種各樣的工具，彼時(shí)廠房?jī)?nèi)沒(méi)有任何設(shè)備的互聯(lián)。

2018年5月1日，根據(jù)三一集團(tuán)的部署，這個(gè)工廠給工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)“樹根互聯(lián)”遞交了一項(xiàng)任務(wù)，即需要將車間內(nèi)大量的“聾、啞、傻”的老舊設(shè)備，進(jìn)行智能化改造?！懊@、啞、傻”意謂這些設(shè)備既沒(méi)有數(shù)據(jù)輸出，也不能說(shuō)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(shí)現(xiàn)了對(duì)集團(tuán)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(guó)的機(jī)床實(shí)際平均利用率有23%。2019年他參觀了中航最先進(jìn)的機(jī)件工廠，利用率能夠達(dá)到83%?！?3%是過(guò)去30多位院士做了大量的工作，三一沒(méi)有這樣集中的頂尖資源，但也很快提升到了67%?！贝缛A說(shuō)。

代晴華認(rèn)為，在三一眾多的工廠中，這個(gè)工廠在規(guī)模上算是中小型，這能夠給中國(guó)的大部分中小規(guī)模企業(yè)帶來(lái)啟發(fā)。在2020年舉辦的烏鎮(zhèn)世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上，代晴華做了一個(gè)大膽的預(yù)測(cè)，他認(rèn)為，在三到五年內(nèi)，中國(guó)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(lái)巨大的改變。這一切都將不再停留于設(shè)想。

“未來(lái)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(lái)巨大的好處。它們不需要自建機(jī)房，聘用專業(yè)的IT人員，小企業(yè)甚至使用手機(jī)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)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(tái)”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(shuō)。

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(duì)接焊口，在生產(chǎn)很忙的時(shí)候，其中的兩位焊接工人就成為了重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象。這兩位工人必須加班加點(diǎn)工作，否則整個(gè)工廠生產(chǎn)不出來(lái)了?，F(xiàn)在機(jī)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(jī)器人的操作，機(jī)器人的性能在人機(jī)磨合中不斷得以優(yōu)化，經(jīng)此改變，這個(gè)工廠的核心焊接工序產(chǎn)能獲得了數(shù)十倍的增長(zhǎng)?！贝缛A介紹。

這家工廠位于北京西北郊區(qū)，在這個(gè)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(guó)所有城市的制造車間一樣，技術(shù)工人的招工變得越來(lái)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(jī)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(wèn)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(gè)廠，上海市政府部門負(fù)責(zé)人問(wèn)彼時(shí)的代晴華怎么應(yīng)對(duì)大城市的成本和人工問(wèn)題，代晴華的回答是，他們用300臺(tái)機(jī)器人替代了600名工人。

“北京的這個(gè)工廠現(xiàn)在也用了數(shù)百臺(tái)機(jī)器人，但未來(lái)可能會(huì)更多，以替代大量的勞動(dòng)力和企業(yè)發(fā)展的問(wèn)題?！贝缛A說(shuō)。

不過(guò)，機(jī)器人同樣需要成本，這也是工廠智能化改造中不得不面對(duì)的問(wèn)題：讓機(jī)器人進(jìn)場(chǎng)，從養(yǎng)人變成養(yǎng)機(jī)器人，企業(yè)就能夠負(fù)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(jī)器人送餐、酒店使用機(jī)器人服務(wù)一樣，機(jī)器人是中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要工具。并且，對(duì)于中小企業(yè)來(lái)說(shuō)，這是能夠接受的成本。“機(jī)器人價(jià)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(gè)機(jī)器手要30-50萬(wàn)，國(guó)產(chǎn)化機(jī)器人時(shí)代的來(lái)臨，會(huì)將機(jī)器人的價(jià)格降到10萬(wàn)元以下。”代晴華說(shuō)。

眼前的這家黑燈工廠看起來(lái)遠(yuǎn)不是這家工程機(jī)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(duì)成本進(jìn)行過(guò)考量：代晴華說(shuō)，盡管數(shù)字化改造的總支出達(dá)到一百幾十億元，但分解到每個(gè)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(xiǎn)一金和福利，基本上要20萬(wàn)人民幣，三年靜態(tài)成本60萬(wàn)，動(dòng)態(tài)還不止。機(jī)器人便宜的大概10多萬(wàn)，貴的60-70萬(wàn)，一個(gè)機(jī)器人工作站造價(jià)便宜的五六十萬(wàn)，貴的一百多萬(wàn)，算下來(lái)一般三年左右可以收回工廠改造的費(fèi)用。

盡管機(jī)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(jìn)。

過(guò)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(guó)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(lái)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(guò)來(lái)。他認(rèn)為，三一的幾十個(gè)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(jìn)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(dòng)建設(shè)之后，舉辦了一項(xiàng)龐大的培訓(xùn)計(jì)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(jī)器人操作作業(yè)。為此，三一集團(tuán)在長(zhǎng)沙三一工學(xué)院專門成立了機(jī)器人培訓(xùn)基地。為鼓勵(lì)員工學(xué)習(xí)機(jī)器人操作的積極性和成效，該公司制訂了可觀的獎(jiǎng)勵(lì)性政策：工人學(xué)會(huì)機(jī)器人作業(yè)，就可以獎(jiǎng)勵(lì)一萬(wàn)元，工資也可以上漲一級(jí)。

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(chǎng)的工人，90%以上都會(huì)操作機(jī)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(shí)也出現(xiàn)一個(gè)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(jì)劃，未來(lái)將其分布于全球的30多家工廠，最終一個(gè)一個(gè)全部升級(jí)到像樁機(jī)燈塔工廠一樣的水平，同時(shí)這家樁機(jī)工廠也還要繼續(xù)不短優(yōu)化，使其制造的過(guò)程更加地流暢，對(duì)人的依賴越來(lái)越少。

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

為什么要不惜代價(jià)在整個(gè)集團(tuán)進(jìn)行這一曠日持久的改革？

數(shù)天之前，在一次會(huì)上，三一集團(tuán)創(chuàng)始人兼董事長(zhǎng)梁穩(wěn)根判斷說(shuō)：“我們認(rèn)為智能制造是三一事業(yè)發(fā)展的一個(gè)良好的機(jī)會(huì)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?huì)，改變這個(gè)世界?！?/span>

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(xiǎn)。事實(shí)上，做智能制造也在幫助抵御經(jīng)濟(jì)、政治壁壘增加的國(guó)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(guó)際貨運(yùn)成本驟增，這些因素都給國(guó)際貿(mào)易帶來(lái)了挑戰(zhàn)，對(duì)一家逐漸走向世界的中國(guó)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(jī)械是周期性產(chǎn)品，智能制造也在一定程度上對(duì)沖了周期帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)?！吧弦粋€(gè)周期中，在銷售旺季時(shí)，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(lái)巨大的負(fù)擔(dān)。那時(shí)候三一集團(tuán)的員工7萬(wàn)名，其中5萬(wàn)多人是工人。智能制造讓我們對(duì)產(chǎn)業(yè)的把握不再依賴于人力，這個(gè)周期，我們的銷售額是上個(gè)周期的一倍以上，達(dá)到1368億元（2020年），但工人的數(shù)量在大幅減少。如果未來(lái)3000人能夠完成3000億元的產(chǎn)值，那基本上企業(yè)不會(huì)再受周期的影響。”

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

這樣一個(gè)的黑燈工廠，其設(shè)計(jì)和建設(shè)完全由三一集團(tuán)內(nèi)部的力量完成，并沒(méi)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(píng)審三一美國(guó)工廠提出的一個(gè)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?cè)O(shè)計(jì)管理人員的3-5倍。”

但對(duì)于中國(guó)工廠眼下的智能制造道路而言，并不是沒(méi)有BUG。代晴華坦言，目前制造業(yè)智能化真的問(wèn)題還是工業(yè)軟件，目前國(guó)內(nèi)運(yùn)用的軟件主要還是來(lái)自美國(guó)、德國(guó)等。

代晴華提到了云原生技術(shù)。“要對(duì)這些軟件進(jìn)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(lái)了機(jī)會(huì)，這讓我們?cè)跇?gòu)建新一代工業(yè)軟件上具備了后發(fā)優(yōu)勢(shì)，不管是制造過(guò)程控制，5G云化控制，我們的云計(jì)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(guó)一大批高級(jí)人才來(lái)作出共同的努力，這個(gè)是我們面臨的最大的挑戰(zhàn)?！彼f(shuō)。