重工业制造的数智化未来如何迭代？

也许，我们从“灯塔工厂”项目中可以看到一些线索。这个项目是由达沃斯世界经济论坛与管理咨询公司麦肯锡合作开展遴选，被誉为“世界上最先进的工厂”。

当前，全球重工行业仅有两家“灯塔工厂”，且这两家均由三一重工打造。

根据公开信息，三一重工的数字化涉及到了：灯塔工厂建设、电动化无人设备研发、工业软件应用、业务流程数字化、数字中台建设、组织模式创新。过去三年将超过150亿元的研发费用投入到新产品、新技术中。这一投入比例在重工业中位居前列。

这样的投入价值也逐渐小范围显现。比如，在近期获评的长沙18号泵送工厂中，公司通过数智化技术转型，使得整体产能扩大了123%，生产率提高了98%，单位制造成本降低了29%，2021年人均产值达到1471.13万元，每1平方米效益达15.4万元。

正因此，36氪数字时氪选择了「三一重工」作为一个研究案例，尝试从数字化的视角探索三一重工的变革思路，探求它是如何通过数智化转型，构建自身竞争力。

这篇文章从数字化建设的系统性逻辑上梳理了三一重工过去的转型成果；同时结合公司近5年年报与最新进展，包括部分供应商的表述，对背后的故事细节进行了补充。

“要么翻身，要么翻船”，三一集团于2018年全面启动数智化转型战略。

具体以灯塔工厂建设为核心，以数据采集与应用、工业软件应用、流程四化为抓手，通过产品智能化建设，布局新赛道，向智能制造数据驱动型公司发展。

据公开数据显示，公司研发人员突破10000名，产业工人约有30000名，去年销售额达1720亿元左右。未来5年，三一集团规划实现“3个3”目标，即通过3万名工程技术人员，3000名产业工人，来实现3000亿元的销售额。

可见，下一步如何用更少的人员实现更高倍数的产值成为关键。这里面涉及组织模式的变化、产业工人的转型，过程是通过数字化、智能化实现效率目标的提升。

具体而言，集团数智化顶层战略可概括为“1＋5”模式，即一把手躬身入局，紧抓转型的五个抓手。

第一是产品的电动化与智能化，核心是智能产品与技术开发。

当下公司的产品包括混凝土机械、挖掘机械、起重机械、桩工机械、筑路机械，其中包括典型的智能产品，如5G挖掘机、纯电动无人搅拌车与矿车、5G电动智能重卡……

从技术开发角度看，比如围绕挖掘机产品，以姿态传感器数据为核心，开发智能辅助作业系统，打造一键平地、回转辅助、电子围墙、防倾倒报警等智能化功能；围绕起重机械，研发塔臂卷扬和主臂的协同控制技术、塔臂桅杆安全角度控制模型、安全界限动态计算和故障诊断等技术；围绕泵送工程车辆，通过无线通信配对和数据传输技术，实施车泵协同施工方案。

其次，也可以看到，通过充分利用工程车辆性能分析数据、专家知识、工程车辆历史故障等信息，以语义解析算法、知识图谱等技术构建工程车辆知识智能助手，建立起“千车千面”的问题解答服务能力。

另外，基于产品能力外延建立的施工类智能调度平台，可以将场景知识以数字化手段呈现在调度管理的流程中，也在带来一些价值。目前该调度平台共7款，涵盖3大智能场景，如路桥施工、搅拌站、矿山。

第二是流程四化，聚焦从概念到产品、线索到回款、订单到交付、问题到解决四大主线，核心将业务流程分析重构，实现标准化、在线化、自动化和智能化。

比如在研发、计划、商务、制造、物流等方面自主开发多款软件，推动制造、供应链、采购、研发、营销等软件运用与优化迭代，关键是将标准流程固化，实现流程活动和节点的在线化管控，提升公司的核心业务流程标准化率和在线化率。

第三是八大软件的应用，推动工业软件的研发落地与深度应用。具体场景如无人下料、自动分拣、中小件自动开坡口、大件自动折弯、自动组队焊接、全自动机加工、机器人喷涂、自动化物流等。

此过程的重点之一是将“老师傅”的所拥有的专业技能参数化、软件化为机器人程序。当然解决这一问题，除了引进外部人才推动外，让集团内部的人懂数字化，也是一个很大的挑战。

为了推进学习数字化，三一集团从CIO统一讲解、个人自学、小组讨论、提问答疑、闭卷考试等环节促进内部人员向数字化人才转型。比如三一近期刮起一股“DAMA”风，即《DAMA数据管理知识体系指南》，属于数据治理的标准工具书。

包括集团常提的理念——“胡服骑射”，即向外部原生态数字化企业不断学习。三一集团CIO吕青海表示，目前三一的作息时间已改为弹性工作制，包含薪酬结构甚至是评定体系，都会去对比科技企业做优化调整。

同时，三一集团在推行关键岗位有偿学习的制度，这是在很多企业无法想象的。简而言之，公司所有的关键岗位人员每周都会有脱产不脱薪的时间，去学习软件、大数据、编程语言等。这也是产业工人转为工程技术人员的一个关键措施。

也有观察到，三一重工建立了OLM（在线学习）平台，运用机器人AI技术把成熟的技能通过程序化传授给新员工；在管理上，设立了“云之家”移动平台，作为员工投诉申诉的平台，形成畅通的沟通渠道。

第四是数据的采集应用，用数据来驱动业务发展。这里面涉及数据的整合、治理与应用，关键是数字中台的构建，后面将进一步展开描述。

值得一提的是，三一的数据中台建立与大多企业不同，即三一将内部几乎所有的数据均进行了入户存储整合。吕青海在公开采访中谈到，在他们看来，虽然有些数据目前没有发现它的价值，但是相信探索之后会逐渐将其利用起来。

其中，三一集团董事，执行总裁易小刚也提到一个推行理念，即凡是计算机能做的，绝不允许人来做；凡是计算机当中有的数据，绝不允许人来输，反映出三一数字化转型敢为人先的“湖南特色”。

第五是灯塔工厂的建设。三一重工目前已获评的世界灯塔工厂有两家，也是全球重工行业仅有的2座，均悉数包揽，即北京桩机工厂与长沙18号泵送工厂。

研发环节，离不开人才与数字化的支撑

在组织架构层面，三一集团有总体的数字化规划，然后从集团职能部门到旗下二级子公司或事业部，每年都有相应的数字化规划，内容会比较多。

在此之中，要实现以灯塔工厂建设为核心的数智化转型战略，研发环节的支撑非常关键。

一个是研发资金与方向的支撑。比如三一每年将销售收入的 5%以上投入研发，并且推行“销售一代、储备一代、研发一代”的三代研发政策。过去三年投入研发费用151.51亿元，包括2022年上半年也投入了29.36 亿元，占上半年总营收的7.4%。

另一个是人才团队的建立。从招聘角度可以看到，目前三一除了工业技术的研发人员，还有大量的数据科学家与软件工程师。

三一集团CIO吕青海表示，目前公司也在做研发数字化平台，拥有研发云与仿真云。

他谈到，过去研发做PLM主要是将研发过程管理起来，如今更关注将研发过程的设计知识线上化，包括每个研发人员的设计工作均在云端进行，逐渐完成从产品研发到管理过程的数字化环境。当然，此种方式也有信息安全的考虑。

仿真云是通过线下建立虚拟仿真，完成产品仿真计算。比较特别的是，三一将仿真环境与云上资源进行了打通，也就是在工作量饱满的时候，仿真可以自动弹性扩充到云上进行计算；在工作量有余量时，仿真计算又自动回归线下，通过这种方式可最大限度上满足研发仿真环节对计算资源的要求。

“柔性”灯塔工厂，数智化场景大融合

工程机械等重型设备，其生产模式属于典型的离散制造，多品种、小批量、工艺复杂。了解产品设备的生产制造流程是认识灯塔工厂通过各类技术实现“柔性”工作的前提。

一般而言，不少机械设备可直接拆解成底部结构、上部结构与各类功能的“手臂”这三部分。

底部结构是从若干钢板开始，经过除锈、切割、焊接、打磨、喷涂与装配等多种工艺工序形成底盘；上部结构包含座椅、液压泵、空调系统、柴油发动机、全景天窗以及电子设备（如记录机器运营数据的黑匣子）；“手臂”若不考虑特殊功能型零部件，它形成的工艺粗略与底部结构类似。

整个生产制造过程涉及复杂的物流系统、工艺控制系统与工业互联网系统等。

不过，对三一而言，那时要建成行业内首个世界级“灯塔工厂”，在技术上没有先例，也没有成熟的供应商。三一集团董事代晴华谈到，三一重工随后成立了智能制造总院与智能研究总院，从董事高管，到工艺员、设计员、程序员、检验员和技术工人一起实施应用诸多工艺，开发整体的软件技术，逐步从点到线实现关键的突破。

目前从三一的披露与实践来看，“灯塔工厂”主要是围绕这三方面不断发力。

一是分拣装配的智能化、无人化。

比如在过去要实现超长超重物料的搬运和上下料，只能靠人工“吊龙门”完成，劳动强度大，效率比较低，危险系数也很高。

如今通过智能立库，AGV小车等工具可实现物料的智能分拣和精准配送，包括使用5G高清传感器，组装作业时可以自动修复偏差，因磕碰导致的质量缺陷也基本杜绝。

以北京桩机工厂为例，一条柔性装配线可以满足3到16吨所有动力头的生产，自动化率达到70％，产能也实现翻倍。工厂里小到一块钢板的分拣，大到十多吨零件装配，已全部可由机器人自动化完成。

二是生产制造的数字化、智能化。

即依托工业机器人、视觉识别等数字技术，实现如机加、焊接等生产工艺的数智化。比如针对钻杆方头焊接这一全球行业难题，如今通过机器视觉“观察”坡口环境，自适应调整参数，可一次性实现高强钢多层单道焊接。

包括桩机下料区切割机场景，改造前的工厂中5台等离子切割机需要5名人员现场操作，不仅作业现场环境差，且人身安全存在风险。改造后，8台切割机只需2人巡检，且加工任务的开始、复位、寻边操作均可远程无人化操作，实现切割下料安全、高效的无人化作业。

三是制造管理的软件化与数据融合。

比如三一推进了制造运营系统MOM、物联网管理平台IOT、车间物流管理系统WMS、远程控制系统RCS、智能搬运机器人AGV等系统优化运用与深度融合。

由华天软件基于MOM平台打造的“智能大脑”——FCC（工厂控制中心），这是整个工厂智能制造的核心。它打通了与ERP、PLM等信息系统和设备自动化系统之间的鸿沟，形成企业统一的数字化生产管理平台。

通过FCC，每台产品设备从原材料开始就有了一张专属“身份证”，同时订单可快速分解到每条柔性生产线、每台设备、每个工人，实现从订单到交付的全流程数据驱动，实现“一张钢板进，一台设备出”的智能制造全要素落地。

另外，由树根互联打造的“根云平台”也在后台不停运转，它要根据工厂里数千个数据采集点收集的工业大数据，为每一道工序，每一个机型、甚至每一把刀具匹配最优参数，优化生产节拍。

总之，无论是钢板切割分拣、电弧跟踪技术焊接、自动化装配，都使得在周期、材料利用、精度控制层面有了提升，加上这些端到端的物流系统，实现了柔性生产，推动了灯塔工厂的落地。

据公司2022年H1业务报告，上半年三一在推进28家灯塔工厂的建设，累计已实现18家灯塔工厂建成达产，包括中国工程机械行业第一座海外“灯塔工厂”——三一印尼灯塔工厂也已投产。

在最新获评的长沙18号泵送工厂中，一方面通过工业互联网可实现全部9大工艺、32个典型场景的“聪明”作业；另一方面，遍布工厂的1540个传感器和200台全联网机器人，每天能产生超过30TB的大数据，相当于一座20万人口的县城一天产生的手机网络流量。

当然，大量数据的背后，也同时存在数据治理的难题。

数据中台建设，背后的数据治理工作

2020年5月，三一重工启动建设数据中台项目。

数据清理和数据治理是一件极具挑战性的工作。尤其对工业企业，链条数据多，数据治理工作量巨大。通常来说，它的搭建是一件长周期的事情，少则2年，多则5年，但那时任三一重工总工程师的易小刚领到的“军令状”是用半年时间完成数据中台的搭建。

在刚开始建设阶段，项目组先后找了近30家厂商比选，选择了国内具有竞争力的云厂商阿里云，与三一旗下树根互联合作搭建三一集团的数据中台。

据阿里云某工程师回忆，那时三一的工厂中一天有几百台设备下产线，每45分钟就能完成一台泵车的组装。面对这样的“三一速度”与“庞然大物”，尤其是三一重工的业务系统还超过了200个，相比中小型制造企业的业务系统不到10个，难度量级增加数十倍，非常罕见。

与此同时，在项目期间，三一重工也招募了20多名数据工程师作为数据中台建设的内在动力，之后项目组从12个业务环节、200多个业务系统中筛选出75个核心业务系统，形成4000多张业务表格，以及1.2万亿条业务和生产数据。

新老搭配的模式，比较适合在传统企业内部推进数字化转型的工作。最终在供应商的配合下，用了不到半年时间，数据中台正式上线。

当然，从执行思路上来看，首先是数据整合，让集团海量数据入库，将每台设备的工作状况都能实时传回数据中台，做到实时监控生产现场的所有视频数据；其次是数据治理，构建数据治理体系，打造关键工程；最后是数据应用，深度挖掘数据在工业领域的潜在价值和应用场景。

不过，在数据中台上线1个月后，创始人梁稳根同时提出要求，即各事业部要招聘7-8名大数据分析、数据建模人才，形成CEO汇报制度，制定数据洞察应用清单，每周上报至少2个智能化应用需求。

一场基于数据中台的“智能化战役”在三一内部又开始打响。

从结果来看，不到3个月，三一在集团内已征集到60多个智能应用软件的需求。其中，第一个基于数据中台开发的智能应用软件与能耗监控有关，管理者也是第一次意识到三一的19个园区每天使用的水电量可进行优化，即对高能耗设备重新排产，降低能耗成本。

到如今，三一集团已完成了5.5万个“三现四表互联”。其中，“三现”指现场、现实、现物，“四表”是水、电、气、油表，而“互联”则是围绕以上三个现场，将“四表”的数据管理搬到树根互联的根云平台，以及将加工设备、加工中心等厂内设备和销售出的71+万台挖掘机、装载机等厂内外设备搬上了云平台进行管理。

目前该平台也已连接工业设备80万台，资产超6500亿元，覆盖了48个工业细分领域。

另外，在技术中台构建层面，目前由三部分组成。一是基于云原生的容器云；二是微服务的治理平台；三是在此之上做了基于devops的开源平台。

从内部到外部，数字化渗透到各个环节

从内到外，三一重工也率先在行业内建立企业控制中心ECC，依托物联网平台“云端+终端”建立了智能服务体系，实现全球范围内工程设备2小时到现场，24小时完工的服务承诺；同时推出客户云2.0，实现设备互联、设备数据共享、工况查询、设备导航、设备保养提醒。

据2021年年报，公司不断加强建立全球代理商体系与服务优势，持续推进海外数字化能力建设。

比如根据国际业务特点，上线全球客户门户、数字化营销系统，实现售前、售中、售后全流程在线；产品、配件、物流等信息实时查询，推进远程在线服务；开展线上直播、线上展会、线上订货会、VR参观工厂、线上交流。

回看三一的数智化转型过程，也给到一些启发。

比如更加重要的是先把数据存下来，同步将流程打通，当触点一旦打通，数据就会开始有用；比起直接开发软硬件产品，更应该先培养既懂技术又懂业务的专业人才；更好地与外部数字化厂商直接合作，放大效应加速收益的产生过程……

当前，国内工程机械龙头未来如何保持整体持续性增长，以及这些“大国重器”如何向全球超级巨头迈进，成为新时代命题。

包括从全球市场角度看，根据Yellow Table 2022研究数据，一方面，基建狂魔的背后，中国工程机械企业销售额占全球企业总销售额24.2%，是占比最高的国家；另一方面，国内企业的绝对份额还可继续提升，如美国卡特彼勒、日本小松市场份额各占比13.8%、10.9%，而徐工、三一、中联分别占7.8%、6.9%、4.5%。

全球工程机械巨头“卡特彼勒”公司，在其超过百年发展过程中给了可借鉴参考的答案。比如保持高研发的产品技术投入、建立强大稳固的全球代理商体系、弱化周期打造新增长动能、以及配置全品类零配件和可持续的售后服务等。

而在未来，数字化能力可能也是解开该时代命题的“核心钥匙”之一。

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