工程机械行业企业数智化转型之路
2023-10-10 来源：新工业网
1 引言
新一代人工智能技术与先进制造技术深度融合所形成的智能制造技术，成为新一轮工业革命的核心驱动力。为抢占国际竞争的制高点，在全球产业链和价值链中占据有利位置，世界各大国纷纷将智能制造的发展提升为国家战略，全球新一轮工业转型升级和竞争就此拉开序幕。作为世界制造大国，中国要加快建设制造强国，加快发展先进制造业，促进我国产业迈向全球价值链中高端，发展智能制造，对于加快发展现代产业体系、巩固壮大实体经济根基、构建新发展格局、建设数字中国具有重要意义。
当前，智能化浪潮由线上向线下奔涌，大数据、云计算、人工智能和 5G 技术等数字技术与传统产业加快融合。从智能化改造，到搭建工业互联网平台，再到建设数字化车间、无人工厂、智能工厂等，智能制造成为工程机械行业转型升级的破题之举，不少地方已展开一系列的实际行动。加快推进智能制造，是工程机械行业升级的必然路径，也是形成新的增长点的有效途径。
当前工程机械行业企业普遍面临以下典型困境：生产能力难以满足用户多样化需求，传统作业模式与先进制造能力存在差距，传统粗放式的生产管理与现代精细化管控的不足，劳动力减少与人工效能不高等。为解决这些问题，提升企业内生力、提高企业核心竞争力、提升产品质量、降低产品成本，实施数智化升级成为企业实现高质量发展的重要途径。山河智能在自主创新和行业引领方面，积极探索管理、研发、制造、服务、产品和施工等多方向的数智化转型升级模式，为工程机械企业数智化升级提供经验，有利于提升工程机械行业企业的核心竞争力。
2 山河智能数智化转型实例
作为国内工程机械龙头企业之一，山河智能以“中国制造 2025”为未来发展的重大战略方向，以提质增效为中心，努力推动新一代信息技术与制造业的深度融合，满足经济社会发展和国防建设对重大技术装备的需求。
山河智能大力发展技术含量高的高端装备产品，围绕管理、研发、制造、产品、服务、施工等重点环节，建立高效柔性、敏捷响应、人机协同和动态调度的工程机械智能制造示范工厂，探索应用知识工程、AR/ VR、数字孪生、可重构生产、人工智能等新技术和网络协同制造、柔性制造、预测性维护、基于数字孪生的制造等新模式，实现设计制造一体化协同、全流程透明生产和供应链高效弹性管控，从而实现运营管理优质高效、产品设计快速高质、计划精准调度、资源动态配置、制造柔性高效、质量一致可靠、安全实时可控、能源绿色低耗、供应链共创共赢等，促进了全流程的数字化、智能化转型升级，将数字化贯穿6 大领域，从研发、管理、制造到产品，进而辐射到服务及施工全链条，构建高端装备生态体系，促进“中国制造”向“中国智造”与“中国创造”的转型。
2.1 管理数智化
数据所蕴含的巨大能量，是商业模式创新、业务流程优化、商业决策制定的核心依据。传统“烟囱式”的信息化建设普遍存在以下问题：
（1）数据孤岛：数据分散存储和使用，无法对数据进行全量的整合使用，数据失去关联的能力，大数据技术也丧失了分析的优势。
（2）资源浪费：数据相互之间没有联通，更没有整合，像一个个孤立的烟囱，数据资源烟囱式管理造成宝贵的服务资源被分割，无法形成合力，整体利用率无法保障，对企业资源造成极大浪费。
针对以上问题，山河智能数智化战略基于海量数据采集、存储、分析处理，形成大数据综合解决方案，山河智能大数据运营项目建设路线如图 1 所示。
图 1 大数据运营图示
（2）数据治理：建设数据治理体系、数据资产管理、数据安全规范，提供一站式数据治理工具，提供数据汇聚、建模、开发、管理和服务的能力，以及自动化数据处理和数据存储计算环境。
（3）数据服务：提供统一查询功能、数据服务 API，既可以直接响应设备端请求，也可以用于服务端数据对接。
2.2 研发数智化
山河智能将先进的数字化研发管理平台与源头创新进行工程化的有机结合，有助于数字研发能力和研发效率的提升，同时也为产品创新提供了更好的条件。基于工程机械行业特点，对数字化研发平台提出了“126 工程”（见图 2）。
图 2 数字化研发平台总体架构
2 种研发模式：同一套平台体系下支持标准产品研发模式和订单式研发模式；
6 个关键能力（3 个打通和 3 个数字化）：
打通研产协同：打通一体化计划号机与设计变更，实现设计、工艺与生产计划的网络化协同；
打通备件服务：打通从设计、制造到服务业务的一体化数据流；
数字研发：实施数字样机，提升 3D 应用水平，走向模块化配置设计，实现设计协同；
数字工艺：基于模型的工艺，开展智能装备平台建设。
2.3 制造数智化
智能制造环境下的设备管理变化表现较为突出的一面是大量复杂智能化设备的应用，必然引发设备运维管理的问题，而在智能工厂中呈现出少人化、无人化的趋势，机械的自主运行和高可靠性成为基本的要求。因此，构建具有全生命周期的智能化工厂是解决智能制造环境下设备管理问题、实现设备效能利用最优化的重要举措，图 3 为产品全生命周期管理平台。
图 3 产品全生命周期管理平台
在山河智能自主建设的“祥云”工业互联网平台和高端装备的数字化研发平台的支撑下，产品根据需求进行原型化工艺设计，主要通过制造机理分析、工艺过程建模和虚拟制造验证，实现工艺设计数字化和工艺技术创新；根据计划调度系统和供应链管理系统进行产品零部件的采购、运输，在供应链可视化和物流检测化的场景下，分别依托供应链管理系统（SCM）和运输管理系统（TMS），集成大数据、寻优算法和知识图谱等技术，实现供应商综合评价、采购需求精准决策和采购方案动态优化；应用智能传感、物联网、实时定位和深度学习等技术，实现运输配送全程跟踪和异常预警，图 4 为物流管控动态看板，实现装载能力和配送路径优化；通过资源动态调配、工艺过程精确控制、智能加工和装配、人机协同作业和精益生产管理，实现智能化生产作业和精细化生产管控，提高生产效率，降低成本。
图 4 物流管控动态看板示例
在生产全过程中实现对产品的质量管控，实现精细化质量管控，降低不合格率，并进行设备的自动检测，通过应用工业机器人、智能巡检装备和设备管理系统，集成故障检测、机器视觉、AR/ VR 和 5G 等技术，实现对设备的高效巡检和异常报警。
在设备生产的同时，进行能源管控和环保管控。依托能源管理系统（EMS），应用能效优化机理分析、大数据和深度学习等技术，基于设备运行参数或工艺参数优化，实现能源利用率提升；在环境监测场景下，构建环保管理平台，应用机器视觉、智能传感和大数据等技术，开展污染源管理，实现全过程环保数据的采集、监控与报警；在固废处置与再利用场景下，搭建固废信息管理平台，融合条码、物联网和 5G 等技术，进行固废处置与循环再利用全过程监控、回溯；在碳资产管理与排放场景下，开发碳资产管理平台，集成智能传感、大数据和区块链等技术，实现全流程碳排放监测。
图 5 数字化工厂示例
全生命周期智能化工厂的构建如图 5 所示，通过以上场景的实现、分析、核算和交易，从而达到各个系统之间相互协调，各种技术相互融合，实现设计制造一体化协同，全流程透明生产，以及供应链高效弹性管控，进而实现生产效率、资源综合利用率、存货周转率、设备综合应用效率、全员劳动生产率等方面的显著提升，产品研发生产周期、运营成本、呆滞库存、不良品率、单位产品综合能耗等大幅降低，产线作业人员有效优化，网络安全保障能力明显增强，整体制造智能化水平达到行业领先。
2.4 服务数智化
山河智能属于传统型制造企业，加快服务数智化转型升级是公司的重要目标之一。为了实现制造业服务数智化转型，启动数字化服务平台项目，如图 6 所示，包含 3大板块：市场推广、营销服务、设备物联。
图 6 数字化服务平台
2.5 产品数智化
（1）自主电控产品。拥有自主整机电控技术和电控主控阀、远程遥控和图传技术等综合应用，为未来智能化生产、无人工地的实现提供可能。
（4）凿岩台车控制系统。凿岩台车控制系统可在作业现场环境恶劣的条件下，保证作业人员的安全和施工质量，掌控现场整体作业进度。
（5）静压桩机数字化施工系统。可将施工过程中建筑桩基施工参数实时采集上传云服务器，可用来对施工质量进行监控和追溯。
（6）通用航空管理平台。开创性地实现对低空小型飞机的数据实时采集、监测和利用。
（7）无人机综合在线监管平台。可将飞行数据实时同步到监管云中，保证合法飞行。
2.6 施工数智化
在地基基础施工对质量过程管理和数据挖掘分析急迫需求的背景下，山河智能创新性地将岩土工程、物联网、大数据、智能化等技术深入融合，结合 5G 网络的高效率传输，研发一套具备施工引导、施工辅助、施工监管和质量评估的信息化系统如图 7 所示，一方面能提高施工效率、节约成本，另一方面能实现对施工过程真正有效地全面质量管理，以提高施工质量。该系统应用有助于实现地基基础施工过程透明、实时、高效及可追溯管理，有利于地基基础施工向智能化方向发展，助力 5G+ 工业互联网的应用加速落地。
图 7 地基与基础施工信息化系统功能结构图
通过在静力压桩机、旋挖钻机以及桩架等工程机械装备上安装带有 5G 工业模组且支持北斗定位的终端控制设备 Tbox（以下简称 Tbox），基于 5G 网络可以将工程机械的位置数据、大量的施工数据以及超高清摄像头的监控视频数据实时、稳定地传输至云端后台，再通过大数据分析技术对数据进行实时 + 离线分析，从而实现引导施工、辅助施工、远程监控以及施工质量分析等功能。
3 结论
数智化转型升级使山河智能在运营、研发、制造、服务等多个环节上都取得了巨大成效。山河智能数智化转型的实践与应用，符合国家相关产业政策、地方规划以及国内外市场的需求，也符合企业可持续发展、增强市场竞争力的需求。
研究工程机械行业企业数智化转型升级的模式与路径，在推进数智化转型过程中，通过研发资源的持续投入，借力数字化、网络化和智能化技术的发展，实现内部数字化运营能力和产业协同运营能力的阶段性提升，有利于实现全价值链的“智慧化”管理。
作者：山河智能装备股份有限公司 周恩怀，易旭，李作鹏，吴一丹
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