三一集團始創於1989年，是中國領先、全球第五的工程機械製造企業，年銷售600億元，產品銷往全球100多個國家和地區，作為重工領域的標杆，三一集團以其18號廠房成為智慧製造應用基礎的示範。18號廠房更像是一個大型計算系統加上傳統的操作工具、大型生產裝置的智慧體，每一次生產過程、每一次質量檢測、每一個工人勞動量都記錄在案。裝配區、高精機加區、結構件區、立庫區等幾大主要功能區域都是智慧化、數字化模式的產物。
高度離散製造企業的困局
三一是一個高度離散型製造企業，這種製造模式分散且獨立，需要大量的人力物力，造成企業成本提高，這種製造模式顯然不能滿足企業高質量的發展需求。三一積極藉助資訊化時代的優勢，匯入智慧製造模式，最佳化執行系統，提升裝置生產製造能力，積極應對工程機械企業多品種、高效率、高質量、低成本方面的壓力與挑戰。
三一的實體18號廠房建築面積10萬平方米，是亞洲最大的單體生產廠房，有混凝土機械、路面機械、港口機械等多條裝配線，是三一重工總裝車間，年產能300億元，生產的混凝土機械全球第一，港口機械中國第一。
技術創新，智慧引領
（1）總體架構
18號智慧工廠從產品設計→工藝→工廠規劃→生產→交付，打通產品到交付的核心流程，總體架構如圖1所示。
圖 1 18號廠房智慧工廠總體結構圖
1）全三維環境下的數字化工廠建模平臺、工業設計軟體，以及產品全生命週期管理系統的應用，實現數字化研發與協同；
2）多車間協同製造環境下計劃與執行一體化、物流配送敏捷化、質量管控協同化，實現混流生產與個性化產品製造，以及人、財、物、資訊的整合管理；
3）自動化立體庫/ AGV、自動上下料等智慧裝備的應用，以及裝置的M2M 智慧化改造，實現物與物、人與物之間的互聯互通與資訊握手；
4）基於物聯網技術的多源異構資料採集和支援數字化車間全面整合的工業網際網路絡，驅動部門業務協同與各應用深度整合。
（2）基於三維模擬的數字化規劃
透過對整個生產工藝流程建模，在虛擬場景中試生產，最佳化規劃方案。在規劃層面的模擬模型實驗過程中實現產能分析與評估，透過預測未來可能的市場需求，動態模擬廠房生產系統的響應能力；在裝配計劃層面的模擬模型中，透過模擬實驗進行節拍平衡分析與最佳化，規劃最優的裝配任務和資源配置。
圖2 基於三維模擬的數字化規劃應用圖
3）工業物聯網與智慧產線
利用智慧裝備實現生產過程自動化、機器換人，提升生產效率；同時搭建工業生產物聯網，透過網路連入機臺，實現機臺的生產資訊採集、機臺互聯，以及自動控制與資料傳輸，使機臺使用率最大化。
圖3 智慧裝備的應用示意圖
基於物聯網平臺整合的現場裝置資料、生產管理資料和外部資料，運用機器學習、人工智慧等大資料分析與挖掘技術，建立產品、工藝、裝置、產線等數字化模型，提供生產工藝與流程最佳化、裝置預測性維護、智慧排產等新型工業應用。
圖4 工業生產物聯網應用結構圖
（4）MES和ERP無縫整合
整合MES系統與ERP系統，實現了客戶訂單下達到生產製造、產品交付以及售後追蹤的全流程資訊化，實現了生產製造現場與客戶的實時互動。客戶的個性化需求可以第一時間到達計劃、製造、商務等相關部門，製造人員就能直接按照客戶的要求進行快速生產和交付，客戶也可以隨時瞭解所購買裝置的生產進度。
圖5 SANY MES系統結構圖
生產現場以MES系統為主線，輔助智慧派工、現場LED看板等視覺化資訊，整合化計劃/物流/質量等控制系統，從生產計劃下達、物料配送、作業標準查詢、質量管理等維度進行線上管控，實現了人員、資源實時排程，生產製造現場與生產管控中心的實時互動。
（5）公共資源精細化管理
公共資源定位系統是18號智慧工廠的一個重要支撐。公共製造資源定位平臺融合不同的定位方式並滿足不同的業務需求的同時，實現基礎設施的共用，達到減少重複建設、提高基礎設施利用率的目的。
1) 透過物聯網技術實現對在製品、叉車、人員、裝置資源的實時定位、追蹤與監控；
2) 實時獲取物料和運輸工具的狀態和位置等資訊，並可以透過對這些資訊的分析實現對物料的高效排程；
3) 綜合運用WSN、RFID 和GPS等多種定位技術，滿足不同製造資源的定位需求。
圖6 公共資源定位系統結構圖
（6）智慧化立體倉庫和物流運輸系統
智慧化立體倉庫和物流運輸系統實現泵車、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，並與AGV配套實現工位物料自動配送至各個工位。
倉儲模式採用自動化立體倉庫儲存（主要儲存中小件為主）+垂直升降庫儲存（主要儲存小件為主）+平面倉庫儲存（主要儲存大件等其他特殊物資），配合全自動化的AGV小車，把工人從繁複的運輸工作中解放出來，使裝配區內整個物流通暢有序，改變將近總量30%的物料種類的儲存和出入庫作業模式，很大程度地緩和了自動化立體倉庫的出入庫作業壓力，有效地提高了整個系統的作業能力。
圖7 智慧化立體倉庫和物流運輸系統結構圖
（7）SPC質量線上檢測與分析
18號智慧工廠透過GSP、MES、CSM及QIS的整合應用，實現了涵蓋供應商送貨、零件製造、整機裝配、售後服務等全生命週期的質檢數字化，以及SPC分析、質量追溯等功能。
圖8 SPC系統結構圖
圖9 SPC應系統用示意圖
質檢員所使用的裝置，以工業級平板電腦和PDA為載體，在總裝及部裝線全面應用，實現了圖形化質檢，指導質檢員快速、準確定位質檢部位及質檢標準。質檢項圖形化率達90%以上，質檢電子化率100%，全面提升了質檢效率。
（8）生產控制中心PCC
廠房建設有 PCC生產控制中心，透過對生產過程中物料、裝置、輔助生產資源等資料採集，並整合PDM\ERP\CRM\MES等應用系統，實現訂單執行與生產現場的集中管理與排程。核心業務包括生產計劃與執行管控、質量管控、物流管控，以及生產現場影片監控等。
圖11 PCC系統應用示意圖
離散型柔性製造典範
實施智慧化改造後，18號廠房實現了廠內物流、裝配、質檢各環節自動化，一個訂單可逐級快速精準地分解至每個工位，創造了一小時下線一臺泵車的"三一速度"，實現"產品混裝+流水"線的高度柔性生產。對整個生產過程的精益管控，大大提高了產品製造過程的質量、物流、生產管控程度，企業生產效率提高24%以上，生產週期縮短28%，減少生產誤操作40%，不良品率下降14%，物流運作效率提高18%以上，送貨速度提高12%；節省人力成本約20%，總體制造運營成本降低28%，生產節能7%。
三一夢、智造路
作為機械製造行業領軍者，三一集團對智慧製造積極配合和大力推進，從傳統的粗放型工業生產模式到積極探索網際網路+工業的新型生產模式，用資訊科技對製造業進行升級，建立先進的製造和管理系統，做大做強中國製造業。
三一集團在智慧製造總體規劃、技術架構、業務模式、整合模型等方面的探索和應用示範，是我國裝備製造業由生產型製造向服務型製造轉型、數字化轉型的好榜樣。
（ACIML 摘編三一集團、工業網際網路產業聯盟）