工程机械制造业如何进入智能制造深水区？

　　上海三一重机股份有限公司成立于2009年，隶属于三一重工集团，其位于上海临港的工厂是目前世界上涵盖工艺最全的履带挖掘机的制造基地。5月17日下午，由上海市机械工程学会和荣格工业传媒联合主办的2022制造业企业数字化、智能化转型及高效加工论坛在线上召开，来自上海三一重机股份有限公司工艺院焊接所所长王清曌博士对上海三一重机中型挖掘机智能化生产基地进行了详细介绍。

　　目前，三一重机的核心制造工艺自动化已达到75%，317台在役工业机器人，能够满足各种工艺生产场景。王清瞾博士从挖掘机生产的八大工艺出发，一一介绍。第一部分是规模性切割机群。据王清瞾博士介绍，三一重机每年的钢材的吞吐量大概在10万余吨，为了支撑生产需求，三一重机先后引入了大量自动化切割设备，包含激光切割、等离子切割以及火焰切割。

　　第二部分是无人坡口工作站。坡口是一道关键的成型工序，早在2018年，三一重机就开始逐步引入无人坡口工作站，一方面提高了大批量生产的效率，另一方面也节省了上下料以及坡口定位人员。

　　第三部分是无人折弯工作站。它都能够实现从薄板到中厚板的全自动上下料和检测折弯精度，目前整个的工作站运行平稳良好。

　　第四部分是高效能自动焊接产线。在工程机械制造中，大部分的结构件都依赖焊接。三一重机引入了大量高效自动化焊接生产线，实现了从大结构件的大焊缝、长焊缝的无人化生产，到小焊缝、复杂焊缝的自动化焊接。三一重机准备在焊接线加入更多的智能化元素，包括自动寻位、自动检测，以及焊接质量的自动控制。

　　第五部分是机器人涂装线。涂装的生产环境相对来说比较恶劣，对环境和人体健康都有很大危害。2019年，三一重机开始逐步引入自动化涂装。由于工程机械结构件的尺寸大，重量重，对涂装车间的吊装以及喷涂都提出了更高的要求，为了保证大型结构件的涂装质量，三一重机对上挂和下挂的装置进行了调整，目前三一重机的涂装线已基本实现无人化，虽然存在部分补喷的工作，但是劳动强度相较于原先已经大幅下降。

　　第六部分是RGV装配流水线。装配是流水线工作。在这条线上，三一重机的核心观点是人不动，装配线动，RGV依赖地轨，让重心结构件能够在地面上流转，安全性更强，工程师在定点的工位工作，大幅提升了装配效率。

　　第七部分是AGV自动配送组。在配送环节，三一重机使用AGV自动配送组，包括举升型、叉车型AGV。在场内，AGV能够实现激光SLAM和地标的同时定位，大幅度提升配送效率。定点、定时配送，可提升制造的准时性。使用AGV，工程师能够掌控整个制造的节拍，不仅提升了自动运输的速度，也能够节省人工走动。

　　第八部分是自动调试工作站。调试数据能够为生产研发人员提供参考，保证出厂机械的可靠度。目前自动工作调试站已经接管了三一重机50%的调试工序，在之后的电挖和无人挖机的制造过程中，自动调试的比例会逐步的上升。

　　智能化建设

　　三一重机的智能化建设，王清瞾博士将其总结为“三四互”，这包含三个方面：“三现”、“四表”和“互联建设”。

　　“三现”，即现时、现场、现物。以往工程师们需要驻扎在现场，观察现场所有机器的运行状态、现场的管理状态和物料的转运状态。而现在2000余个摄像头代替了人眼，可对宏观场景进行监控，也可对特定工序进行监控。通过这些摄像头，工程师们可以远程监控生产现场的状态，包括生产物料区的实时监管、现场6S改进提醒、关键区域陌生人误入、危险场景提示、关键工位工时核准。“三现”建设让整个厂区的工序流程一览无余，增加的AI和智能功能能让工程师看到更多的现场生产的报表，使得IE分析和现场改进有了更多的数据支持。

　　“四表”，即对水电油气四种能源的控制和把控。通过四表能源数据平台的建设，工程师们能够看到现场能耗的实时变化，也能够直接抓取现场高能耗的设备，进行分析和优化管理。

　　“互联建设”，即通过大量传感器的应用，实现设备数据的及时上云，打通制造工序间的神经网络。工艺数据的调用，直接关系到设备出厂的质量。通过发现异常状态，可以及时防止故障产品的流出，也能够节省返修成本。机加设备对于精度有着很高的要求，如果机加设备出现了震动或是异常身音，工程师能够直观地从互联数据上读取出来。这样，机加工程师和现场的设备运维工程师，就能够第一时间的发现现场设备的异常，做了及时的调度后，能够及时挽回生产过程中出现的失误。

　　为了能够在问题发生之前就做好准备，三一重机将大量的数据储存起来，作为公司的数据资产。在数据资产的筛选和使用的过程中，工程师们能够保证设备状态的智能运维，保证设备运行状态的监管，同时工艺的管控也能够得到进一步的细化和优化，工程师的反应也更加灵敏。

　　智能化技术

　　目前，三一重机将焦点放在将大数据、AI建模、边缘计算、5G等各种新技术融入生产应用上。王清瞾博士以焊接工艺为例进行介绍。

　　焊接是工程机械结构件制造中占比非常大的一道工序，这道工序的特点是，在实际制造过程不易修改，也就是说，只有在焊接工序完成后，才能发生问题，如果要对零件质量进行提升，需要大量的返工。如果焊接工序能够实现实时的或是在线的控制，就可以大幅提升现场制造效率，并保证质量。

　　为了实现这一点，三一重机引入了实时观测技术，结合AI，实现焊接的在线管理。图像处理技术，直观地传递焊接过程中液态熔池的动态特征，提供全面的熔池信息；电流电压信号处理，预先对电信号进行预处理、降噪，然后通过对信号进行平均、标准差及脉冲处理，半定量典型缺陷对应的焊接电信号判定阈值；焊漏缺陷模型建立，采用焊接熔池、电压及电流等信息分析与特征提取进行综合判断，分析平均能量，峰度因子以及功率谱图与缺陷的关联；电弧声音信息处理，完成对声音信号的时频域分析实现焊接熔透及其他缺陷的有效判断，提取焊接各状态的震荡模型，为焊缝质量判定佐证；焊接缺陷标记，选择有效的追溯方式，就焊接缺陷的位置、形态、影响进度进行标记，为模型建立提供判据；反馈控制，当焊接过程中木星判定焊缝存在缺陷时，进行预警标记或者停机处理，主要挑战在于反馈灵敏度的提升及调整策略的确立。

　　王清瞾博士再次强调，所有的技术，都依赖于数据资产的建设。“当我们的标记与数据一一对应以后，智能模型就建立起来了。只有在模型建立的前提下，我们才能够再去谈智能反馈。”

　　结语

　　一直以来，三一重机都将“品质改变世界”作为座右铭。王清瞾博士说，用品质说话，也是智能化工厂的一个基本要素。“数据资产的不断积累，使我们更需要进入到智能制造的深水区，而我们的深水区瞄准的就是产品质量进一步的提升。首先是我们的产业链透明，在当前的环境下，如果产业链更透明，我们就会有更好的协同方式，对产品质量也会有更好的把控；其次是在制造现场，如果产品质量能够得到实时的监控，我们就可以提升产品的生产效率，及时了解工序工艺上面的一些缺陷，产品的全生命周期的监控，是对客户负责。所有这些再加上上文提及的焊接工艺制造智能化数据资产库，最终倒逼工艺制造模式的开发。”

　　在工程机械领域，中国制造已具备与欧美品牌一较高下的实力。未来，期待更多像三一重机一样的工程机械制造企业，走出智能制造的新道路。

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