三一重工作为一个高度离散型制造企业，面对企业多品种、高效率、高质量、低成本方面的压力与挑战，三一重工18号智能工厂(以下简称“18号智能工厂”)充分利用数字孪生、柔性自动化生产、规模化的IIoT与人工智能技术，建立了数字化柔性设备制造系统，实现了工厂产能扩大123%、生产率提高98%、单位制造成本降低29%的目标。

(1)体系架构

18号智能工厂打通了从“产品设计→工艺→工厂规划→生产→交付”的核心流程，构建了全三维环境下数字化工厂建模平台与工业设计软件，实现了产品全生命周期管理系统的应用;在多车间协同制造环境下达到计划与执行一体化、物流配送敏捷化、质量管控协同化目标，实现混流生产与个性化产品制造，以及人、财、物、信息的集成管理。此外，自动化立体库、自动上下料等智能设备的运用，以及设备的智能化改造，实现物与物、人与物之间的交互与连通，驱动部门业务协同与各应用深度集成。18号智能工厂厂房总体结构图如图1所示。

图1 18号智能工厂厂房总体结构图

(2)部署实施

工业物联网与智能产线。工厂通过机器换人实现了生产过程自动化与效率提升，搭建了工业生产物联网，以网络为纽带将设备接入工业网络平台，基于物联网平台集成现场设备数据、生产管理数据和外部数据，实现设备运行数据采集、自动控制，运用机器学习、人工智能等大数据分析与挖掘技术，建立产品、工艺、设备、产线等数字化模型，提供生产工艺与流程优化、设备预测性维护、智能排产等新型工业应用。工业生产物联网应用结构图如图2所示。

MES和ERP无缝集成。将MES系统与ERP系统进行集成，实现了产品到全寿命周期管理，从客户下达订单到生产制造、产品交付以及售后保障的全周期信息化，实现了制造现场与客户的实时互通。客户的个性化需求可以第一时间到达计划、制造、商务等有关部门，制造人员可以直接按照客户要求进行快速生产和交付，客户也可以随时了解所购买设备的生产进度。SANY MES系统结构图如图3所示。

生产控制中心PCC。厂房建设有PCC生产控制中心，中心通过对生产过程中到设备、物料、辅助生产资源等信息采集，并实现PDM/ERP/CRM/MES等系统间集成，达到订单执行与生产现场的集中管理与调度。PCC系统结构图如图4所示。

图2 工业生产物联网应用结构图

图3 SANY MES系统结构图

图4 PCC系统结构图

(3)关键技术

基于三维仿真的数字化规划。厂房通过对整个生产工艺流程建模，在虚拟场景中试生产，进一步优化规划方案。规划层面的仿真模型，可以在实验过程中进行产能分析与评估，预测未来可能的市场需求，动态模拟生产系统的响应能力;装配计划层面的仿真模型，可以通过仿真实验进行节拍平衡分析，优化现场调度，规划最优的装配任务和资源配置。基于三维仿真的数字化规划应用如图5所示。

图5 基于三维仿真的数字化规划应用图

公共资源精细化管理。公共资源定位系统(见图6)通过物联网技术实现对在制品、叉车、人员、设备资源的实时定位、追踪与监控，实时获取物料和运输工具的状态和位置等信息，并可以通过对这些信息的分析，实现对物料的高效调度;综合运用WSN、RFID和GPS等多种定位技术，满足不同制造资源的定位需求，在满足不同业务需求的同时，实现基础设施共用，达到减少重复建设、提高基础设施利用率的目的。

图6 公共资源定位系统结构图

智能化立体仓库和物流运输系统(见图7)。智能化立库和物流运输系统可以完成产品、半成品、装配线及部装线所需物料的拣选、暂存、配盘任务，结合AGV实现物料自动配送至各个工位。仓储模式采用“自动化立体仓库存储(主要储存中小件为主)+平面仓库储存(主要储存大件等其他特殊物资)+垂直升降库存储(主要储存小件为主)”，配合全自动化的AGV小车，改变了将近总量30%物料种类的储存和出入库作业模式，有效提高整个系统的作业能力。

图7 智能化立体仓库和物流运输系统结构图

SPC质量在线检测与分析。18号智能工厂通过GSP、MES、CSM及QIS的系统集成与整合应用，实现涵盖产品全生命周期的质检数字化。在总装及部装线的质检员全面应用工业级平板电脑和PDA，实现图形化质检，可以快速、准确定位质检部位及质检标准，质检项图形化率达到90%以上，质检电子化率100%。SPC系统结构图如图8所示。

图8 SPC系统结构图