一、企业简介

       三一重工是全球最大的混凝土机械制造商，也是中国最大、全球第五的工程机械制造商。近年来，三一重工连续获评为中国企业500强、工程机械行业综合效益和竞争力最强企业、福布斯“中国顶尖企业”、中国最具成长力自主品牌、中国最具竞争力品牌、中国工程机械行业标志性品牌、亚洲品牌500强等荣誉称号。
  
       浙江三一装备有限公司是三一重工履带起重机全球生产基地，经营范围包括履带式起重机、强夯机等工程机械的研发、设计、制造、组装、营销、销售和进出口以及有关技术的引进和转让等业务，拥有国内同行业中最强大的研发团队及最先进的研发试验手段和设施，是国内第一家成功实现履带起重机超起功能的企业，不断引领中国履带起重机行业的科技进步和产品升级换代。除整机销售外，相关设备产品全套零部件的相关研发和售后的修理、维护和质保服务等，也是三一装备重要的业务板块。

       三一履带起重机系列产品自投放市场以来，以其先进的技术、精良的工艺、实用可靠和优质的服务赢得了广大用户的信赖。公司先后荣获国家科技进步二等奖、上海市科技进步一等奖、中国机械工业联合会一等奖等多项荣誉，是国家高新技术企业。
 
二、企业在智能制造方面的现状

       浙江三一装备有限公司为三一集团履带起重机的全球生产基地，经营范围包括履带式起重机、强夯机等工程机械的研发、设计、制造、组装、营销、销售和进出口以及有关技术的引进和转让等业务，拥有国内同行业中最强大的研发团队及最先进的研发试验手段和设施。
 
       在工业4.0、工业互联网、物联网、云计算等热潮下，全球众多优秀制造企业都开展数字化建设的背景下，为进一步提升公司产品竞争力，提高起重机设计制造水平，公司前瞻性地布局了数字化转型升级的发展战略，构建了全业务流程互联互通体系，通过从概念到产品、从订单到交付、从车间到客户等全业务流程治理，建设并应用30多套信息系统，实现履带起重机全业务全场景的互联互通，形成了高端装备定制化C2M新智造模式。
 
       研发层面：以工业互联网为中枢集成先进CAX软件，实现产品基于数字孪生的协同设计，采用浩辰的CAD的二维、PTC的CREO三维设计软件，仿真分析使用ansys等软件，产品数据管理采用了PTC的windchill软件，工艺设计采用了开目CAPP，采用工业互联网技术，实现CAD、CAE、CAPP等数字化设计仿真软件的数据互联互通，集成开发PLM系统，开发基于三一数据中台的设计平台满足多部门协作设计，实现产品数字化协同设计。

       供应链层面：通过完全自研的供应链管理系统SCM、供应商管理系统GSP、客户关系管理系统CRM等，围绕供应链上下游企业合作过程中的数据、流程、评估等技术及管理要求，实现产品生命周期管理PLM、供应链管理系统SCM和客户关系管理系统CRM等系统集成应用，指导供应链管理系统及平台的设计与开发，确保供应链横向集成和高效协同，实现数据共享共用和业务协同管理。

       计划方面：以SAP公司的ERP系统为核心，基于部署在工业云平台上的数据中台实现人、机、料、法、环的数据融合，使用完全自研的高级计划排程系统APS将ERP系统生成的车间作业计划进行优化调度，将企业资源能力、时间、产品、约束条件、逻辑关系等生产中的真实情况同时考虑，对工序进行精确计划和排序，获得工序作业计划的动态最优解，生成精确的加工单，实现柔性、高效的生产计划排程。

       制造层面：搭建精益化、智能化的生产制造平台，实现了履带起重机全生命周期可追溯制造，使用完全自研的制造运营管理系统MOM，接收ERP、APS等上游系统的订单信息，通过MOM自身的建模数据进行订单各个阶段生产任务的配置，通过对生产作业、生产资源、制造过程等关键数据的实时监测和动态执行，实现生产资源和任务调度的持续优化和管理。贯通链接全区域5G工业专网，通过设备互联和云端统筹控制，以工厂内部设备互联互通为基础，全面提升生产物流、焊接组对、三现四表等业务场景5G应用效果，实现了起重机生产车间的智能化和网络化，有效提升了履带起重机的制造效率。

       物料层面：通过唯智WMS平台研发和运用新兴的RFID、AGV、基于车辆位置感知技术和JIT物料配送模型，和完全自研开发的统一物流管理平台WMS，通过获取需求计划、供应商等数据，建立仓储配送模型、优化运输时辰，实现仓储配送与生产计划、制造执行以及企业资源管理等业务的集成，基于生产实际生产情况拉动物料配送，实现生产和物料状态预警的智能化仓储系统。

       营销服务层面：采用自研系统-研发产销存一体化平台（Supply Chain Management/SCM）实现客户、工厂、供应商之间横向集成，流程、计划、数据、财务和系统“五打通”，通过积累生产、销售和客户的数据，三一装备逐渐形成了进一步挖掘产品价值的基础，通过人工智能大数据分析的手段，以工业APP的形式实现了数据服务的对外输出。健全赋能客户系列化DaaS应用，开发及应用三一重起云平台、三一租起APP、三一机惠宝和三一伴履微信小程序，利用产品状态数据采集与管理，实现了规模化管理、安全预警、预测性维护等多项高价值应用。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

1、项目背景介绍

       在市场认可的同时，浙江三一装备同样也面临着巨大的转型压力，一方面劳动力成本迅速攀升、产能过剩、竞争激烈、客户个性化需求日益增长等因素，迫使装备制造业从低成本竞争策略转向建立差异化竞争优势，另一方面制造生产设备、工艺方法、物流布局、制造数据均很大程度上抑制了产能的提升，外部面对日益激烈的市场竞争和复杂的客户需求，内部面对产能提升的迫切压力，重点围绕生产计划、制造执行、工艺管理、质量管理、物流配送和设备维保六大环节，研发面向个性化订单的柔性生产执行系统，实现履带起重机车间的智能化生产。

2、项目实施与应用情况详细介绍
       为满足个性化定制产品的快速研发，企业开发了基于产品族的设计平台，对产品设计进行标准化、模块化定义，并基于市场需求提供足够的可选组件，定义可选组件之间的关联关系，覆盖了大部分客户的定制需求。产品配置管理输出的是可配置超级BOM，真正形成面向客户的个性化定制生产。在面向订单设计或面向订单装配业务流程中，PLM系统为CRM至ERP的信息流传提供了产品的配置数据源。

       针对个性化定制生产工艺复杂且把控难度大的问题，浙江三一装备研发了基于PLM系统的工艺设计平台，通过建立知识库统一管理相关工艺数据，完成工艺的优化与协同设计，有效保证工艺信息的完整和唯一。整个工艺过程以产品结构树为中心展开，具有良好的协调性和统一性，使得工艺管理工作在一种有序、可控的状态下进行。同时通过系统对过程数据的记录，可以对各类数据的变更实现追溯统计，以便发现工艺过程中存在的弊端，从而优化工艺设计，提升制造能力。

       物联网、协作机器人、增材制造、预测性维护、机器视觉等新兴技术迅速兴起，为制造企业推进数字化建设提供了良好的技术支撑，三一装备通过不断的技术研发投入，从企业的数字化组织生态到研发的新一代信息技术再到生产的先进制造技术，企业不断通过技术创新、模式创新来提升自身的竞争力，逐步实现了研发的数字化、网络化，生产的精益化、智能化，产品的高端化、服务化等未来工厂的要求。在提升自身的同时，作为“链主型”企业，也将自身积累的经验与知识向产业链复制与推广，带动全行业发展。

       面对日益激烈的市场竞争和复杂的客户需求，浙江三一装备重点围绕生产计划、制造执行、质量管理、工艺管理、物流配送和设备维保五大环节，研发面向个性化订单的柔性生产执行系统，以ERP系统为核心，基于部署在工业云平台上的数据中台实现人、机、料、法、环的数据融合。以APS系统实现柔性、高效的生产计划排程，通过MES/MOM系统负责个性化定制订单的执行运营，WMS系统负责全链路物流的配送协同。同时采用基于人工智能的质量数据采集和分析，实现一物一码全周期可追溯；采用基于数字孪生的设备运维系统，通过设备运行状态和孪生体模拟实现设备的可预测维护，实现履带起重机车间的智能化生产的升级。
 
       1）基于产品全生命周期的数字化设计平台

       搭建数字化、网络化、协同化的设计平台，采用数字化设计手段，依托CAD/CAE/CAPP软件支撑系统，集成企业工业云平台实现数据融合、互通和共享，实现履带起重机产品设计的数字化、模块化、定制化和网络化。
       利用三维建模和数字孪生等技术，构建履带起重机的虚拟样机和试验模型，优化起重机产品结构、功能和动态特性，验证产品的虚拟装配和使用工况，结合产品试验过程的真实数据，通过数字孪生技术，优化迭代履带起重机的实验模型，持续提升产品与模型的匹配度，实现履带起重机设计的快速验证和优化。

       涵盖产品开发全流程的数字化设计，采用如图 所示的CREO三维设计软件进行产品设计，并将产品数据处理后自动传输至PLM系统的产品数据管理平台进行统一管理。
 
       在PLM系统中对设计研发的产品进行涵盖模型/产品信息/工艺开发/过程设计/文件编制等全过程的集成式开发，最终形成产品完整的配置BOM信息。

       基于多物理联合仿真的样机试验设计，为验证产品设计合理性，数字化设计平台通过静态仿真软件进行设计合理性校核，并与几何设计过程进行一定的交互和优化迭代，并进入下一步集成仿真优化过程。利用ansys等有限元仿真分析软件，对履带起重机组件进行模拟动力学仿真、寿命分析、强度分析等多项性能评估，确保每个产品在使用中的可靠性以及设计的优化。
       2）生产计划：面向个性化订单的柔性调度系统-APS

       使用高级计划排程软件（APS）将ERP系统生成的车间作业计划进行优化调度，将企业资源能力、时间、产品、约束条件、逻辑关系等生产中的真实情况同时考虑，对工序进行精确计划和排序，获得工序作业计划的动态最优解，生成精准的生产计划排程。
 
       通过互联网与TCM、ERP、APS等系统结合形成的一个闭环的信息网络，APS系统可以根据生产现场实时反馈的各项数据自动化动态地调整作业计划，灵活选择不同的生产路径或工业机器人的加工程序，从而实现多机型成品同线柔性化混流制造，极大地提高企业生产资源的利用效率。
 
       3）制造执行：生产全过程可控的制造执行/运营系统-MES/MOM

       MES/MOM系统接受订单后，触发厂内的WMS系统和设备管理系统，进行订单各个阶段生产任务的配置，负责使用各种信息传感设备，如PLC程控器、传感器、射频识别（RFID）、条码扫描等各种装置与技术，进行数据采集，实时监测、控制、统计、分析各个生产环节全部细节，包括生产现场状况工艺参数、物料损耗、配给跟踪、在制品进度、交货期、生产异常报警、设备维护保养提示、员工状态（工时、出勤等）、产品追踪追溯、质量管理等。
 
       MES/MOM系统结合智能化生产车间中各类数字化设备，通过工业互联网云平台实现生产指令的下发、生产工艺的取人和生产资源的调度，通过跟踪生产计划的执行状态，保证各订单能按时完成生产任务。
 
       4）工艺管理：生产主数据平台系统-MDM

       通过自身产品数据积累，融合车间三维建模和数字孪生技术，对全业务流程场景进行数字化建模，工厂建模将物理工厂中组织、产线、资源、产能等模型进行结构化建模，分产线、组织、产能、资源建模4大部分，共20个功能组，从工艺规划、执行、分析、改善4个阶段梳理归纳26个业务场景，规划28个功能组，对7大类数据的创建、更改、分析与优化全过程进行管理，持续提升数据质量，通过模型的构建为生产、质量、物流等的执行提供基础了数据支撑。
   
       5）质量管理：产品全生命周期数据可追溯的质量管理系统-QMS
遵循履带起重机制造标准，研发了覆盖产品全生命周期的质量管控体系。基于质量管理系统实现质量数据采集、在线质量监测和预警、质量档案建立及质量追溯等方面的智能化和敏捷化。通过如下图所示的自动化检测设备，实现了80%的质量数据自动采集和上传，基本覆盖产品整个制造过程。
 
       质量相关的问题都需要纳入到如下图所示的质量管理系统（重起质量云）进行管理，集成了统一质量标准，统一质量管理手段，统一质量解决方案，统一质量库管理，确保车辆质量数据都全生命周期可追溯。
 
       通过系统收集所有车辆质量相关数据，多角度输出灵活的报表，为不同管理人员提供不同的报表分析数据，质量管理人员也可以按照质量管理要求在系统中进行业务化语言配置。

6）物料管理：基于状态实时感知的物流管理系统-WMS

       基于三一物流平台，通过研发和运用新兴的RFID等物联网技术，包括仓储物联网应用的电子标签、M2M智能节点控制器、仓储物联网中间件等，研究仓储RFID关键技术、读写器以及仓储物联网技术，提高仓库的柔性，实现更匹配适用于三一装备的自动化、智能化仓储系统。整体由物流规划、物料配送、生产入库、库存管理、单据管理、调度中心、报表管理7大部分，共38个功能组构成。
 
       基于车辆位置感知技术和JIS（Just In Sequence，同步顺序供应）物理配送模型，利用AGV、PTL（Pick to light，亮灯自动拣选系统）等移动物流设备，实现物料配送的自动化，提高物料配送效率和精益化。
 
       7）设备管理：基于大数据预测的设备运维系统

       三一装备基于企业设备数据，通过数字孪生、人工智能等新一代信息技术，搭建面向履带起重机的生产装备的设备状态预测运维系统，从日常点检、维护保养、备件管理、维修管理、台账管理、封存管理等，覆盖设备的全生命周期在线管理。
 
       基于设备的运行状态数据，对三一装备工厂设备进行分区展示，对应各个区域展示该区域设备信息，包括生产设备、仓储货架以及物流运输AGV等设备运维系统可优化设备的保养、维护周期，制定合理、高效的保养计划，降低设备维护成本。
 
       通过对现有设备互联基础设施的搭建，实现设备数据采集、传输、存储、分析与优化。实现园区、厂房、单一设备及整体设备电流曲线、开机率、开机利用率、用电量及设备视频的实时监控，并实现开机时间、待机时间、故障时间、开机利用率、能耗的五大指标呈现。
 
       通过对机器数据的分析，优化焊接、机加、下料等各环节的生产工艺，优化工艺参数，缩短工件生产工时，提高设备利用率，提升产品质量。实现大部分设备的互联互通，结合软件和大数据分析，激发生产力，推动产业升级。环保管理系统已集成大屏可视化展示，如下图所示，在车间内可及时提示管理人员设备利用效率，有助于管理人员优化产能配置，降低单位万元产值的能耗。
 
       基于排放数据模型预警的环境监测系统，三一装备为逐步推进“碳中和”技术路线，在厂区能源供给侧逐年提升可再生能源的比例。公司现已全面铺设屋顶光伏太阳能板，年发电量350万kwh，工厂能源相关成本节约700万元，减少CO2排放336万吨/年，清洁能源利用率提升到26%。
 
3、效益分析

       经对履带起重机工厂智能制造升级和自主管理平台建设项目的全面总结与评估，我们取得了显著的成果。

       通过企业自建的产品生命周期管理系统（PLM）对产品整个生命周期内所有相关数据进行统一管理，针对个性化定制类产品开发了基于产品族的设计平台，对产品设计进行标准化、模块化定义，并基于市场需求提供足够的可选组件，实现客户需求快速交付的同时大幅缩短研发周期，其中变型产品研发周期8个月，全新产品研发周期18个月，研发周期分别下降25%和20%。在PLM系统的基础上利用三维建模和数字孪生等技术，构建履带起重机的虚拟样机和试验模型，优化起重机产品结构、功能和动态特性，验证产品的虚拟装配和使用工况，履带起重器仿真技术应用率上升15%，目前值92%。

       围绕生产计划、制造执行、质量管理、工艺管理、物流配送和设备维保五大环节模块打造自主化业务平台，以APS系统实现柔性、高效的生产计划排程，MES/MOM系统负责实现制造过程的运营管理、WMS系统负责全链路物流的统一协同、MDM系统负责生产主数据的管理、ELM系统负责设备全生命周期的管理等，实现履带起重2生产全业务的在线和互通，同时进行智能化升级改造，投入大量智能化加工中心、机器人、AGV、拧紧机等设备，调整产线布局和物流路线，提升了三一装备履带起重机的机加、焊接、涂装、装配等工艺环节的智能制造水平，产线生产效率81%，较改进前上升12%，产线机型切换时间30min，较之前提升15%，设备OEE提升至68%，设备无故障工作时间8500h，较之前提升15%。