文｜易振新  胡章虎

关键词：三一重工   智慧工厂   智慧能源管理系统   节能降碳   碳减排

       三一重工股份有限公司（以下简称三一）成立于1994年，秉承“创造一流企业、造就一流人才、做出一流贡献”的企业愿景，打造了制造业领域知名的“三一”品牌。三一于2003年7月在上海证券交易所上市，是中国首家股权分置改革成功并实现全流通的公司。2021年，三一实现营业收入1061.13亿元、净利润120.33亿元，经营效益和经营质量均明显提升。

抢抓历史机遇，深化三一智能制造应用
       三一深入贯彻国家新发展理念、积极响应“双碳”战略，并抢抓工程机械行业技术变革机遇，确立了“两新三化”战略，坚持长期主义，持续加大新产品、新技术的研发投入，全面推进数智化、电动化、国际化。三一重点推进生产制造的“三现、四表、互联”建设，通过打造“现场、现物、现实”的三现场景，建设“水、电、油、气”的四表智能监测系统，借力工业互联网全面接入工厂生产设备，实现了设备互联、能源管理及其数据的深度应用。
三一通过将智能化技术引入工程机械行业生产制造全过程，实现工程机械行业生产制造过程能源消耗管控智能化、精益化，实现制造过程能效水平的全面提升，有效降低能耗和排放。
       一是利用智能水电油气表采集各设备参数信息，建立数字化工业物联网平台，实现所有设备运行状态、能源消耗信息的采集、分析和管控。
       二是建立智慧能源管理系统，实现能源消耗和碳排放数据上网，确保能耗数据、碳排放数据实时性、准确性，识别制造过程主要耗能（排放）设备和工序，统计分析各产品、工序能耗成本和碳排放量，为挖掘低碳降耗潜力提供方向和数据支持。
       三是建立能源拓扑图，实现电力变损、线损及水、气漏点自动预警。
       四是依托工业物联网平台和视觉检测技术、RFID射频技术，建设涂装线能耗监测系统，对涂装工序各工步产品能源消耗进行统计分析，及时发现受产品订单状态、产品生产节拍及环境温度变化情况等因素造成的能源浪费现象并进行预警，实现设备与产品信息联动，自动进行精益化调整。
       五是实施焊接、机加等机电设备运行状态的在线监控，消除不必要待机时间以及同类设备整合、关闭低效设备、设备及时开关机等，提高设备能耗利用率。
       六是建立油料管控系统，实现油料自动定量加注；实施智慧照明管控，实现办公区和厂区照明的智能化管控;最终实现制造过程能效水平的全面提升，有效降低能耗和排放。

数字先行，搭建智能化工业物联网平台
1. 建设标准网络
       建设标准的“核心—汇聚—接入”三层架构的工业网络。产线网络由各子公司工艺院负责建设和维护，内部独立组网。工控机、PLC、传感器、工业摄像头、智能计量仪表等工业终端通过双网卡分别连接工业专网和产线网络。
2. 建设智慧计量体系
       在水、电、油、气方面，完成覆盖范围内仪表安装。水力方面，完成分公司、工作中心、生产工序及生活用水计量器具的全部安装。电力方面，完成工作中心、生产设备、行车、辅助生产系统和办公生活用电计量器具的安装。柴油方面，完成油库、加注机、移动式加油车、叉车及厂内运输车的柴油计量器具的安装。天然气方面，完成分公司、工作中心、生产设备、供暖及厨房用气计量器具的安装。
       同时，完成智能计量器具的数据采集，实现数据的分类、分项、分级上线，建立完善、有效、可靠的能源计量体系，支撑集团数字化平台的业务应用。
3. 建设设备互联平台
       对工程机械行业各大工艺对应的设备进行分类，针对各类设备特性和工艺要求，梳理各关键设备需采集的参数，将所需参数采集上传至集团物联网IoT平台。

系统布局，全面应用智能化用能技术
1. 建设智慧能源管理系统
       以工业物联网平台为基础，三一建立智慧能源管理系统，实现能源消耗和碳排放数据上链，确保能耗数据、碳排放数据实时性、准确性，识别制造过程主要耗能（排放）设备和工序，统计分析各产品、工序能耗成本和碳排放量，为节能降耗减碳提供方向和数据支持。
       首先，智慧能源管理系统实现了水、电、油、气消耗数据的实时监测，为生产过程中能源消耗的动态管理提供了基础。其次，实现了制造环节各工序、工作中心能源消耗数据的实时统计，为开展重点耗能工序、重点耗能设备能源管理提供数据分析。再次，实现了生产、辅助、行政办公用能分别统计分析，为反馈制造过程的能源变化情况、开展辅助、行政办公节能提供数据支撑和验证。最后，实现了厂区生产过程碳排放数据的实时统计、分析，为后续开展碳减排、建立生产过程碳排放标准提供数据支撑。

2. 自动识别能源输送转换环节异常情况
       传统的人工管理模式无法实时监控水、电、油、气等能源输送转换环节的损漏，从而无法及时发现用能损耗问题，更无法精准定位和高效控制用能损耗问题。依托能源计量网络，三一建立了各类能源计量网络拓扑图，结合智慧能源管理系统实时监控各类能源输送转化情况，实现异常情况实时预警并展示预警区域。
       水利用方面：建立水消耗网络拓扑图，通过各级差异率发现对应的输送管路中存在的泄漏问题；通过能源管理系统统计的各用水点位的消耗数据，结合现场实际情况，设立各点位耗水量阈值，对超出阈值的情况进行预警，实现对末端管网破损或长流水现象的动态识别。

       电利用方面：通过建立电力网络拓扑图，监控变压器数据，形成一级差异率，实时监测园区电力变电损耗，针对异常情况预警管控；监控各配电柜、动力柜、设备级电力消耗数据，形成二、三级差异率，一方面，保证计量数据准确性，另一方面，及时发现未经计量管控的用电情况，杜绝私接用电现象。
       气利用方面：通过焊接气网络拓扑图，核算出到支跨段的管网管网差异，通过差异率预警自动识别主管路到各支跨主管的泄漏情况。同时，基于三一物联网工业平台数据，建立智能用气管控系统，依据焊接设备电流数据确定设备运行状态，设定区域设备存在作业时的电流阈值；将该阈值与区域支跨对应的焊接保护气流量计数据相关联，当区域判定为未作业而对应的焊接保护气流量计存在流量数据时，系统判定该支跨用气末端管网存在漏点并进行预警提醒，在现有硬件情况下实现末端用气区域焊接保护气漏点的自动识别。
3. 建立涂装生产线能耗监测系统
       三一涂装线均为全自动产线，智慧能源管理系统建设前，产线启动后整条产线设备全部投入运行，中控系统未对各产线工步能源消耗信息进行统计分析，且产线无法根据各工步节拍差异、产线产量变化情况进行自动优化调整，存在大量系统性能源浪费。
       为实现对涂装生产过程各工序能源消耗的实时监控，及时发现产线生产过程中的隐性浪费现象，三一依托公司工业物联网平台数据，同时利用视觉检测技术、RFID射频技术采集涂装线生产及产品信息，建设涂装线能耗监测系统，对涂装工序各工步产品能源消耗进行统计分析，及时发现由产品订单状态、产品生产节拍及环境温度变化情况等因素造成的能源浪费现象并进行预警，实现设备与产品信息联动，自动进行精益化调整。
4. 优化下料、成型、焊接、机加工序
       三一下料、成型、焊接、机加工序生产过程中主要为相应单体机电设备耗能。在实施待机优化管控前，因下料、成型、焊接、机加工序生产过程中复杂多变，受生产订单、辅助工序时长、现场情况等多方面因素影响，作业中断情况时有发生。未作业时，设备处于无负荷空转状态，存在大量的能源浪费。
       为解决上述工艺生产过程中设备空转造成的能源浪费现象，三一依托公司工业物联网平台中采集的实时能耗和设备作业状态数据，根据各设备运行状态电流等参数的实际范围设定其作业阈值，当期相应参数阈值低于设定阈值水平且持续时间达到一定时长时，给出待机信号，使设备自动处于待机状态，减少设备待机能耗浪费。同时统计设备作业率，实施同类设备整合、关闭低效设备、设备及时开关机等，提高设备能耗利用率。
5. 建立油料管控系统
       工程机械在调试阶段需要消耗柴油，建立油料管控系统前，三一加注过程中存在的加注效率慢，需多次组合加注，作业人员不仅要熟记各型号泵车的油料定额，还需要记录已加油量，存在实际加注与工艺定额不一致现象；油料加注无关联订单号，作业人员可以提枪加油，加油无流程管控；因受加注档位限制，加注量无法精准贴合实际需求；加注数据无法追溯，质量追踪无保障，油料消耗数据无根源；现有加注报账由仓管员定期查看油库、管道上的油表，定期报账，无法做到实时过账等问题。
       为解决上述问题，三一通过对加注机增加通讯模块、重新编制程序联网并搭建加注系统管理软件，实现油料的扫码自动定量加注，保证产品加注量与定额一致，在加注系统中能够查询到所有加注记录，实现加注数据可追溯，打通加注机与公司制造运营管理系统（MOM）之间的数据，实现油料数据实时过账，开发油料加注数据现场看板，异常提醒加注量与实际不符现象，实现油料加注数据可追溯，油料定额直接由工艺人员后台制定，杜绝现场员工随心所欲加注，实现实时油料数据过账及现场加注情况异常提醒。
6. 实施智慧照明管控
       随着三一新建厂区、办公区的不断增加，行政办公和车间照明、防暑降温用电总量不断增加。项目实施前，行政办公和厂区照明及防暑降温用电管控主要依靠人工管控。
       现阶段，三一通过依托工业物联网平台采集的行政办公和车间照明、防暑降温用电数据，建立照明管控系统，整合在能源管理系统子界面中，首先实现了各厂区段及办公室照明、降温电耗和运行时长统计；同时，可将各生产区段照明开启情况与相应区段设备电流（运行）情况相关联，识别区域未作业时照明开启的异常情况并推送给管理人员。其次，实现了办公室午休时段照明灯自动关闭，并将各区段照明运行情况与对应区段空调运行情况关联，当夜间照明关闭时相应空调系统自动关闭。再次，实现了路灯照明与外部环境光照强度关联，达到路灯由原来的定时开关变成随环境光照强度变化自动控制。此外，还选取了代表性点位进行环境温度监测，实现外部环境温度与办公室空调系统运行情况关联，当现场环境温度夏季低于32摄氏度、冬季高于5摄氏度时，控制中央空调系统无法启动。

智慧用能，制造过程节能成效显著
1. 数字管控，实现单位产值能耗明显降低
       随着三一在制造各工序、全流程推广建设智能化用能管控方案，形成了以工业物联网平台为基础，以智慧能源管理系统为核心的智能化用能管理网络。通过大力推进制造过程的智能化用能管控，公司单位产值能耗有了明显的降低。以三一长沙园区为例，泵车产品2021年相比2020年万元产值能耗下降6.43%，驾驶室产品2021年相比2020年万元产值能耗下降27.08%。2021年全年，三一长沙园区实现节能1512.08tce。
2. 自动识别、异常识别，提升能源输送效率
       通过开展能源输送转换环节异常情况的自动识别，三一在水、焊接气泄漏方面管理有了卓越的成效。以三一长沙园区为例，1号厂房原用水量每月接近10000吨，通过对系统预警的区段进行检查，共计发现2处漏点，经修复、改进后现月用水量降至6000吨。18号厂房焊接气消耗量指标由原来的1.21kg/kg焊丝下降至0.781kg/kg焊丝，降幅达35.54%。
3. 系统监测、联调联试，降低各生产环节能耗
       通过实施油料管控系统，公司油料消耗较2021年大幅下降。
       通过建立空压机管理系统，实施空压站优化控制和节能改造，空压机电气较2021年大幅下降。
       以三一长沙泵送新城为例，涂装生产线上线能耗监测系统以来，结构件涂装线共4个烘干工位，分别为水分烘干、腻子烘干、面漆烘干、清漆烘干，分别对应4个强冷工位水分强冷、腻子强冷、面漆强冷、清漆强冷。通过对强冷风机和烘干燃烧机与产品信息进行联动控制，将联动控制后与调整前数据进行对比，调整后单月减少强冷风机启动时间1363小时，年节电量达50万千瓦时。通过对烘干房数据进行对比分析，调整后的烘房日节气量接近100立方米，年节约天然气24万立方米。■

主要参考文献
[1] 罗艳梅,张全爽.制造业数字化转型与价值链深度融合的创新研究——基于三一重工和中联重科的案例分析[J].商业会计,2022(10).
[2] 王子清,陈佳.企业数字化转型与价值创造——以三一重工为例[J].国际商务财会,2021(13).
作者单位  三一重工股份有限公司