 中小企业数字化转型赋能平台 |
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湖北三环锻造有限公司（以下简称“三环锻造”）是传统高能耗型锻造企业，为响应国家“双碳”发展政策，致力于打造绿色智慧工厂，高标准做好“绿色制造+大数据”的顶层设计，贯彻《绿色工厂评价通则》标准。在绿色研发、低碳制造、环保治理、清洁能源等方面充分运用数字技术，开发绿色工厂大数据监测系统，实现研发设计、制造过程、设备能效、环保排放、光伏发电、资源消耗等数据动态可视化，带动了供应链从原材料到产品的绿色化升级。公司的绿色制造技术为20余家汽车零部件企业赋能，带动产业链的绿色发展，引领和带动了区域制造业数字化转型和绿色化升级。
三环锻造以绿色制造为基础，以生态化发展为核心，以智能监测和大数据分析为辅助，制定了《绿色工厂中长期发展规划》，因地制宜地确定绿色目标和绿色策略，确立了三环锻造绿色工厂建设年度目标和实施方案。
（一）夯实“绿色制造+大数据”的数字化基础平台建设
为了实施绿色智慧工厂战略，三环锻造从绿色研发设计到绿色制造，融合人、机、物、能、环泛在物联网，联合专业云平台厂商搭建了工业互联网平台，构建基于海量工厂数据采集、汇聚、分析的网络体系。公司依据锻造行业特征特性，逐步建设了泛在连接边缘层、混合云平台层、业务应用层，培育了独具锻造行业特色的工业互联网平台（以下简称“锻造云平台”，如图1所示）。
图1 三环锻造云平台架构
1．以泛在连接边缘层为基础，搭建绿色工厂数据采集体系
三环锻造在长期的发展过程中，购置了来自不同类型的设备设施，其数控系统、接口协议、数据类别不尽相同，公司与高校和研究机构合作，开发了智能边缘网关实现不同协议数据基层汇聚。实现了人员、物料、机器、能源、环境的互联互通，全方位采集各制造单元能耗、物耗、设备能效，实现全过程环保数据的采集，即时采集“三废”排放数据，实时监测可再生能源发电量及消耗量。实现了多源环保数据分散采集，定时汇聚，统一存储。
2．以平台层为核心，打造绿色工厂大数据分析基础
锻造云平台集成了工业微服务、大数据服务、应用开发等功能，为数据汇聚、建模分析、应用开发、资源调度、监测管理等提供云计算、云存储等基础支撑。
3．以数据为基础，开发智能绿色场景解决方案
三环锻造基于开放环境部署应用，面向锻造企业各环节场景，培育锻造云平台服务的最终输出。面向绿色设计、低碳生产、环境监测、环保排放、能源管控等场景，联合云厂商合作开发定制化工业APP30多个，诸如绿色工厂仿真设计、绿色产品研发、在线检测、设备管理及预测性维护、能效优化及智能调度等应用。
（二）实施“绿色制造+大数据”融合发展的创新举措
1．低碳智能化锻造系统关键技术及应用
基于智能锻造大数据运用的低碳制造，建成国内第一个集锻造、热处理、机加工的全流程数字化车间，数字化大数据工厂体系涵盖产品的研发设计、生产制造、企业管理、物流/供应链、客户关系管理等制造企业的各个业务领域。
2．汽车复杂热态锻件在线检测系统关键技术及应用
针对热模锻件热态下难以检测等传统工艺难题，公司联合华中科技大学研发了汽车复杂热态锻件在线检测系统，突破高温锻件三维测量数据高精度配准与融合等关键技术，研制复杂热模锻件全自动化三维测量装备，开发大数据智能分析软件模块，实现热态模锻件无序抓取、三维在线测量、大数据智能分析锻件外形质量，本技术有效提升复杂汽车热模锻件成形精度，减少锻件加工余量。
3．锻造全流程能效管理技术及应用
三环锻造建立了“一个流”的智能锻造压力机生产线，改变了传统离散型的锻造生产方式，对下料、锻造、热处理进行整合布线，实现生产资源的有机组合，并自主开发能源管理系统进行锻造全流程能效管理，完整记录生产系统的能耗水平，进行能源的结构分析、平衡分析和优化改进。
4．能源管理与清洁能源应用及能耗监测、优化管理
公司实施了能源管理系统（EMS），通过智能电表、能耗传感器实时采集各生产线及关键设备的耗能数据进入系统，系统集成大数据和深度学习技术，对能耗进行可视化监测，对能源消耗量进行预测，制定了《能源监测分析、综合平衡及优化调度管理办法》，对各车间的用能进行规范管理，实现关键装备、关键环节能源的综合平衡和优化调度。
从2018年起，三环锻造充分利用厂房顶部、停车场、楼顶、空地，安装太阳能电池板，建设光伏电站，截至2022年年底，已累计安装光伏电站规模总计为27MWp，日均发电2.9万度。为提高能源利用率，减少能源传输过程的消耗，厂区内设置35KVA专用变电站，在变电站设计和规划时，采取最优化布置，有效降低电能传输线路损耗，线路损耗由2.5%降至1%，年可节省225万度电，相应节约了900吨标准煤。
三环锻造依托能源管理系统，即时统计各生产线班组能耗，结合专家系统完成大数据推理，把每条生产线各个班组的能耗情况形成柱状图，公司制定了《班组能耗考核办法》，建立能源消耗标准，管理人员可以根据能耗统计情况，准确查找能耗差异，促进能源优化管理。
（三）推广“绿色制造+大数据”融合发展成果
1．带动供应链绿色协同创新
公司将锻造云平台向供应商和客户开放，基于锻造云平台积累的数据模型和积累的大数据进行原材料研制创新和产品创新的在线协同。钢材供应商通过平台原材料成分—产品机械性能关系模型，分析不同材料成分元素配比下产品性能指标的走势，经过大数据模型推理，最终研制出自主研发协议用钢，取代欧洲标准EN 10083，实现了高端商用车转向节材料的国产化。公司通过锻造云平台与客户在线协同开展与臂一体化转向节等产品的研制。公司在平台首先建立产品数字样机，客户在线获取后进行模拟验证，数字样机通过后，组织生产并交付客户，使用效果通过平台进行在线反馈和优化，公司最终创新研发出商用车与臂一体化转向节，该产品突破了国外技术封锁壁垒，开创国内转向节锻造行业的先河。
2．推动产业链的共同发展
三环锻造依托“锻造云”平台向制造型企业提供数字化转型服务，通过“锻造云”平台划分专用资源池、建立数据专线通道，需求企业可快速获取算力、存储资源，根据业务实际进行资源动态分配，减少数据中心运维管理工作，大幅降低了企业数字化转型成本，充分调动相关企业数字化转型的积极性。针对行业通用性的工业APP，三环锻造提供一整套的配置、培训、上线及运维服务，需求企业可在一周内实现项目快速上线。以质量管理为例，锻造云平台提供数据存储、数据处理和分析，用户企业通过配置带数据无线传输功能的监测设备，登录在线检测系统，即可实现质量数据的实时采集、在线传输、即时反馈，提升质量管理水平。平台根据积累的质量数据，建立质量优化模型，为用户企业改善产品质量、优化制造工艺提供数据服务。通过资源、服务、技术输出，三环锻造带动了20余家汽车零部件制造型企业数字化转型，促进了产业链的数字化转型和绿色发展。
（一）提质降本增效，促进公司核心竞争力提升
通过“绿色工厂+大数据”的实施与管控，公司经营质量、产品制造质量有效提升，经营制造成本显著降低，同时运营管理效率大幅增加，公司核心竞争力进一步增强。
实现设计绿色。将设计的产品导入平台进行先期模拟验证，模拟产品成形过程，计算性能指标，产品研发设计周期由7天缩短到3天，研发试制成本降低56%，产品一次性研发成功率达85%。
实现产品绿色。对产品锻造成型数据进行分析和计算，不断优化产品造型设计，公司目前材料利用率由85.5%提升到92.1%，高出行业平均水平5%，产品造型优化后减少后续机械加工难度，刀刃具成本降低8%。
实现能源绿色。将智能电表采集的能源数据进行实时监控分析，监管能源消耗异常并提醒管理人员干预，将能源数据与产量数据、产品数据综合比对，分析能源与制造过程内在关联，改善不合理用能，优化高能占比耗工序装备及制造工艺，能源利用效率提升46.3%。
（二）构建生态与经济和谐发展体系
通过建设绿色工厂，完成55万平方米绿地面积建设，厂区绿化率达25.8%，公司园区实现四季常青、一季一品，树立了生态环境与工业生产和谐共存的森林式工厂典范。大力建设光伏电站，每年减少消耗标准煤6400吨，年可减少碳排放1.6万吨，二氧化硫480吨，氮氧化物240吨，为建设资源节约型、环境友好型社会作出了贡献。
（三）推动行业转型升级与可持续发展
公司立足自身发展的同时，致力于推动产业链高质量发展，公司向高度关联的29家制造型企业进行技术输出，引导本地中小企业以较小的成本开启数字化转型序幕。通过绿色赋能，相关企业生产效率综合提升13.5%，不良品率降低31%，能源利用率提升18.5%，带动了产业链的绿色升级。吸纳15家供应商和22家客户“上云”，促进了产业链的在线协同，客户订单准时交付率提升8%，产品库存降低2.5%，供应商采购订单及时交付率提升13%，物资库存降低7%，优化了供应链供给关系，整体提升供应链数字化管理水平。在区域和行业内树立了绿色制造+大数据融合发展的典范，形成了一批可在行业内快速复制的应用案例和经验做法。
公司成功研发铝合金轻量化转向节、带臂一体化转向节等产品，在行业内率先实现轻量化、集约式转向节的批量制造，解决行业“卡脖子”难题，主导或参与制定了绿色制造相关的系列标准，突破了国际技术封锁，解决了自主品牌商用车无高品质结构轻量化转向节可用的困境。持续开展智能制造和数字化工厂建设，通过绿色工厂+大数据建设实践，公司成功实现了转型升级，为行业转型升级与可持续发展树立典范。
