三一集团大型结构件焊接智能化升级改造

一、企业简介

    三一集团有限公司始创于1989年。自成立以来，三一集团秉持“创建一流企业，造就一流人才，做出一流贡献”的企业愿景，打造了业内知名的“三一”品牌。目前，三一已发展成为中国最大、全球第五的工程机械制造商。作为全球装备制造业的领先企业，三一集团主业是以“工程机械”为主体的装备制造业，主导产品为混凝土机械、筑路机械、挖掘机械、桩工机械、起重机械、风电设备、港口机械、石油装备、精密机床等全系列产品，其中混凝土机械、挖掘机械、桩工机械、履带起重机械、移动港口机械、路面机械为中国第一品牌，混凝土泵车全面取代进口，且连续多年产销量居全球第一；挖掘机械一举打破外资品牌长期垄断的格局，连续多年实现中国市场占有率第一位。截止2016年年末，主营业务收入637亿，公司员工数达到29000名。

图1 三一集团有限公司

二、企业两化融合暨智能制造应用总体现状

    三一集团近年来在智能制造及流程信息化提升等方面进行了积极探索，相继获得了首批国家智能制造试点示范企业和两化融合贯标示范企业等国家级荣誉称号。三一精心打造的数字化车间“18号厂房”已经成为三一推广智能制造的一张名片，“18号厂房”在物流运输、机械加工、车间监控、生产控制等场景进行了智能化模式的探索应用。在物流运输方面，大量采用电动叉车、AGV配送小车、立体仓库等硬件设备，同时应用物流仿真软件对整个车间物流仓储状态进行管控，形成了一套智能化的车间物流仓储系统；在机械加工方面，通过使用各类先进的加工中心、自动上下料机械手、机器人实现自动化柔性化生产；在智能网络监控方面，通过联合研发DNC智能监控网络系统，实现强大的机床工况数据采集与分析功能，能够动态获取机床利用率，统计机床的加工、待机、关机等时间，对现场管控方式进行针对性的改善，有效利用机台，提升稼动率。

    三一集团于2013启动流程信息化变革，对公司的业务流程进行优化和创新、核心能力和组织运营效率进行提升。经过数十年的信息化发展，三一在信息化建设方面取得了长足的进步，信息化已经深入了三一日常经营和管理的每一个角落，每一个环节。从研发、采购、生产、质量、交付到企业经营管理，实现了全面信息化，我们已经有PDM、CRM、ERP、MES、WMS、TMS等信息化系统，同时也在对SCM系统进行应用和推广；而且日常经营管理的信息化从PC端移到PAD和收集终端，实现了日常经营管理的移动化。此外，三一还构建了BW/BI智能报表系统，对三一重工和三一集团的各项业务数据和指标进行汇总分析，为公司决策层提供决策基础信息。

    通过在数字化、信息化方面的长期投入和持续进步，三一集团目前已走向智能化的发展道路，在未来，三一将继续以“品质改变世界”为使命，通过利用新的智能技术，提高车间生产效率，缩短产品交付周期，提高产品客户体验，为实现一个世界级的中华民族品牌而努力！

三、参评两化融合暨智能制造项目详细情况介绍

    1、项目背景介绍

    行业痛点：大型非标准结构件的焊接自动化及焊接精度的提升是整个工程机械行业乃至重工业的困难点；同时，实现大型结构件研发设计与制造的协同，减少样机试制成本，缩短新产品研制周期也是整个行业追求的目标。

图2 行业痛点

    为了攻克上述大型结构件加工制造过程中的业务痛点，三一集团起重机事业部决定实施机器人焊接智能化升级改造项目，实现“提效降本”的目的。

    现状分析：近年来，三一集团起重机事业部积极推进结构件焊接自动化率提升，大力推广焊接机器人应用于车架、转台、起重臂、支腿四大结构件焊接，以确保结构件焊缝质量稳定可靠。随着焊接机器人的大量使用，机器人编程人员在现场编程示教过程中总结出以下业务痛点：

    ①现场示教编程不仅编程周期长，而且需要设备停机，耽误现场生产；工件设计完成后无法确认机器人可焊性、无焊前干涉检查，往往需要等到试制阶段才能发现不可焊的问题，影响整个产品的研制周期；

    ②电弧跟踪精度不高，工人补焊成本增加；

    ③结构件转台焊接自动化率仍有提升空间。

    2、项目目标及实施原则

    项目目标：

    四大结构件：新产品研制周期缩短5.5%（缩短1工月/项目）、在线示教设备能耗降低60%（新产品在线编程时间下降375小时/台）

    支腿转台：生产效率提升30%（工人缩减10人）、编程运营成本降低60%（编程人工成本节约23万元/年）、产品不良品率下降30%

    实施原则与方法：

    三一集团及事业部通过业务需求调研和解决方案选型，决定针对各个问题点逐一探索解决方案，达到项目综合收益的最大化。

    问题点一：现场示教编程存在诸多弊端

    解决方案：引进专业的机器人仿真分析和离线编程软件robotmaster，通过虚拟仿真实现离线编程。

    问题二：无法在设计阶段确认结构件可焊性

    解决方案：通过引进仿真离线编程软件不仅取代了传统的现场示教编程方式，而且对工件模型的仿真编程加工，能够对可焊性进行分析，对研发设计进行校验，从而实现研发与制造的协同。

    问题三：焊接电弧不稳定，影响焊接精度，增加人工补焊成本

    解决方案：引进激光跟踪技术，在机器人工作站集成激光视觉系统，实现对焊弧位置的实时跟踪和调整，提高结构件焊接的精度。