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黑灯工厂发展路径探究与典型灯塔工厂案例分析

一、灯塔工厂与典型案例分析

黑灯工厂作为智能制造技术高度集成的具体呈现，随着数字化、智能化

技术的不断推进与演变，智能制造评价标准与要求也愈发严格，灯塔工厂应

运而生。自2018年起，由世界经济论坛(WEF)和麦肯锡咨询公司从全球上千

家制造企业中，共同遴选的最有科技含量和创新性的工厂称作“灯塔工厂”

(LighthouseNetwork)，更被赞誉为“世界上最先进的工厂”，是兼具榜样

和引领意义的“数字化制造”和“全球化4.0”示范，可以说代表了目前全球

制造业领域智能制造与数字化发展的最高水平。

“灯塔工厂”为人们展示了驱动全球经济增长的必威体育精装版生产方法，引领数

字化智能制造能力上升到全新高度。“灯塔工厂”充分运用自动化、工业物

联网(IIOT)、数字化、大数据分析、第五代移动通信技术(5G)等，应用规模处

于世界最前沿，在业务流程、管理系统、工业互联网应用等方面广泛创新，

是具备快速响应市场需求、创新运营模式、践行绿色发展的全新生态。截至

2022年，全球共有114家灯塔工厂，其中中国拥有42家，是世界上拥有最

多“灯塔工厂”的国家。本文从中遴选3个不同行业的灯塔工厂，从体系架

构、部署实施、关键技术等方面进行剖析。

1.1三一重工18号工厂

三一重工作为一个高度离散型制造企业，面对企业多品种、高效率、高

质量、低成本方面的压力与挑战，作为国内首家重型工程机械制造企业入选

世界灯塔工厂，工厂充分利用数字孪生、柔性自动化生产、规模化的IIoT与

人工智能技术，建立了数字化柔性设备制造系统，实现了工厂产能扩大123%、

生产率提高98%、单位制造成本降低29%的目标。

1)体系架构。

18号工厂打通了从产品设计→工艺→工厂规划→生产→交付的核心流

程，构建了全三维环境下的数字化工厂建模平台与工业设计软件，实现了产

品全生命周期管理系统的应用；在多车间协同制造环境下达到计划与执行一

体化、物流配送敏捷化、质量管控协同化目标，实现混流生产与个性化产品

制造，以及人、财、物、信息的集成管理。此外，自动化立体库、自动上下

料等智能设备的运用，以及设备的智能化改造，实现物与物、人与物之间的

交互与连通，驱动部门业务协同与各应用深度集成。18号厂房智能工厂总体

结构图如图1所示。

图118号厂房智能工厂总体结构图

2)部署实施。

工业物联网与智能产线。工厂通过机器换人实现了生产过程自动化与效

率提升，搭建了工业生产物联网，以网络为纽带将设备接入工业网络平台，

基于物联网平台集成现场设备数据、生产管理数据和外部数据，实现设备运

行数据采集、自动控制，运用机器学习、人工智能等大数据分析与挖掘技术，

建立产品、工艺、设备、产线等数字化模型，提供生产工艺与流程优化、设

备预测性维护、智能排产等新型工业应用。工业生产物联网应用结构图如图

2所示。

MES和ERP无缝集成。将MES系统与ERP系统进行集成，实现了产

品到全寿命周期管理，从客户下达订单到生产制造、产品交付以及售后保障

的全周期信息化，实现了制造现场与客户的实时互通。客户的个性化需求可

以第一时间到达计划、制造、商务等有关部门，制造人员可以直接按照客户

要求进行快速生产和交付，客户也可以随时了解所购买设备的生产进度。

SANYMES系统结构图如图3所示。

生产控制中心PCC。厂房建设有PCC生产控制中心，中心通过对生产过

程中到设备、物料、辅助生产资源等信息采集，并实现PDM/ERP/CRM/MES

等系统间集成，达到订单执行与生产现场的集中管理与调度。PCC系统结构

图如图4所示。

图2工业生产物联网应用结构图

图3SANYMES系统结构图

图4PCC系统结构图

3)关键技术。

基于三维仿真的数字化规划。厂房通过对整个生产工艺流程建模，在虚

拟场景中试生产，进一步优化规划方案。在规划层面的仿真模型可以在实验

过程中进行产能分析与评估，预测未来可能的市场需求，动态模拟生产系统

的响应能力；在装配计划层面的仿真模型中，通过仿真实验进行节拍平衡分

析，优化现场调度，规划最优的装配任务和资源配置。基于三维仿真的数字

化规划应用图如图5所示。

图5基于三维仿真的数字化规划应用图