我农业装备黑灯工厂建设研究(上)

(Research on the construction of black light factory in agricultural machinery manufacturing industry)

关键词:农业装备 黑灯工厂 建设研究

内容摘要:目前世界装备制造业竞赛如火如荼，竞争的核心锁定在黑灯工厂上。我农机制造企业应借鉴黑灯工厂经验，引入大数据、人工智能、5G 网络、数字孪生技术和智慧工厂管理系统等，实现设备的智能化万物互联。籍此推动农机制造业转型升级，趿身世界第一阵容。

Key words: agricultural equipment, black light factory, construction research.

Content Summary: The global competition in equipment manufacturing is currently in full swing, with the core of the rivalry focusing on dark factories. Our agricultural machinery manufacturing enterprises should draw on the experience of these dark factories and introduce big data, artificial intelligence, 5G networks, digital twin technology, and smart factory management systems to achieve intelligent connectivity of all equipment. This will drive the transformation and upgrading of the agricultural machinery manufacturing industry, positioning us among the world's top players.

一、“黑灯工厂”是个什么样

“黑灯工厂”是Dark Factory的直译，即智慧工厂，也被称为无人工厂。从原材料到最终成品，所有的加工、运输、检测过程均无需人工操作，可关灯运行，故而得名。不过它并非完全漆黑一片和无人化，更多强调生产方式的高度智能化，是一个人机协作的过程，在综合考虑效益、成本等因素的基础上，决定哪些工作由机器完成，哪些工作由人完成，只有个别辅助岗位需要少数人工看护管理。

在2021年世界人工智能大会上，格力电器董明珠表示，在数字化驱动下，格力实现了黑灯工厂，过去一万人的工厂现在只需1000人。在AI加持下，无人操作对精度、质量、效率带来了颠覆性变化。

小米年产百万台高端手机的黑灯工厂，可实现全厂生产管理过程、机械加工过程和包装储运过程的全程自动化黑灯生产。过去贴片机前后端需要四五位工人，现在依靠自主研发的设备，可完全替代人力。目前，小米黑灯工厂已有自研板测系统、中央调度控制平台、自动标定视觉算法、自研整测系统、并行软件系统、智能控制中心等多项核心技术。

1、“黑灯工厂”生产场景

在扬州晶华新能源科技有限公司的“黑灯工厂”中，货架扫码处亮绿点后，AGV小车会伸展手臂从货箱抓起零件，准确放置到流水线设定位置，流水线机器人接力进行加工。生产线约150米，串焊机、排版机、叠焊机等智能设备一字排开，工业机器人各负其责，自动进行抓取电池片、送上传输带、焊接、移位组装等作业，生产车间里鲜见工人。数字化看板上实时反映着生产运行数据，机械臂工作声音此起彼伏，仿佛置身于科幻电影。

2、“黑灯工厂”技术体现

给小车装上“大脑”。工厂物料配送智能化，AGV小车通过预先设定路线、输入物料名称，一站一站抓取不同物料并配送到位。它与自动导向系统、自动装卸系统、通讯系统、安全系统和管理系统等构成自动导向车系统，实现“自主拿取、自动运送”。

给流水线装上“眼睛”。智能识别系统利用计算机处理能力，对数字化图像、影像进行实时分析，自动分离正常与非正常影像。流水线按设定逻辑对非正常物体监测、检测、分析，并发出预警信息，驱使相关动力机构做出筛选动作。

给所有物品发“身份证”。通过MES系统，先以条形码、二维码、无线射频识别标签等赋予每个物品唯一身份，再将工厂设备、机器和物料等生产要素连接起来，最后通过解析体系连接割裂的数据和不同应用，实现对数据来源、流动过程、用途等信息的掌握，可随时追踪每个“身份证持有者”的状态、位置，实现真正的“黑灯生产”。

3、“黑灯工厂”的功能特点

系统特性。自主性，可以收集和理解来自外部世界和自身的信息，并利用这些信息分析、判断和规划自己的行为。整体视觉技术实践，结合信号处理、推理预测、仿真和多媒体技术，拓展现实生活中的设计和制造过程。协调性、重组性和扩张性，系统中的每个群体都能根据工作任务形成最佳的系统结构。

自学习和维护能力。通过系统自学习功能，在制造过程中补充和更新数据库，自动执行故障诊断，通过故障排除、维护或通知来执行系统。

人机共存系统。人机之间存在合作关系，在不同层次上相互补充。

4、“黑灯工厂”的功能表现

智能仓储。能自动备料和装车。智能车间。可实现自动化生产、装配和包装。智能质量控制。进行自动质量控制。整合其他系统。与企业资源规划和制造执行系统整合。可追溯性管理。实现材料、生产环节、质量控制等环节的可追溯。

二、“黑灯工厂”的特点与优势适配农机制造业需求

1、提升生产效率和效益

黑灯工厂的生产、存储、搬运、检测等环节主要由智能机器人或自动化设备完成，可实现生产线几乎 24 小时不停运转，大大缩短交货时间。在农机制造业中，生产季节性强，如在农忙前需要大量供应农机设备。黑灯工厂能快速高效地完成生产任务，满足市场需求旺季的供货要求，提升企业的经济效益。

2、提高产品品质

通过高度自动化的生产设备和先进的机器人技术，黑灯工厂能够实现生产过程的全程监控和优化，确保产品质量的稳定性和一致性。农机产品的质量直接关系到农业生产的效率和安全性，高精度、高质量的农机产品能更好地服务农业生产。例如玉柴国六发动机通过数字化智能化改造，加工精度大幅提高，远超国内平均水平。在农机制造中应用黑灯工厂模式，也能提高农机产品的加工精度和质量。

3、降低劳动强度和人工成本

黑灯工厂减少了对人力的依赖，节省了人力成本，还能让工人远离危险工作环境。农机制造业部分工序劳动强度大、工作环境复杂，采用黑灯工厂可以降低工人的劳动强度，减少人工操作可能带来的误差和事故。同时，对于企业来说，降低了人力成本，提高了生产的安全性。

4、实现低碳环保

黑灯工厂在应用中能降低能源消耗和废弃物排放。在全球倡导绿色发展的背景下，农机制造业也需要朝着环保方向转型，黑灯工厂的这一特点有助于农机制造企业实现可持续发展目标。

三、农机制造业建成的黑灯工厂案例

玉柴国六发动机。玉柴国六发动机生产车间被誉为“黑灯工厂”，该工厂得名是因为其每一个生产环节均由数字技术进行智能自动化作业，即使不开灯也能正常运作生产。近年来，玉柴集团陆续投入近30亿元，对新一代国六生产线同步开展产线智能化升级改造，建成全面应用5G技术、管理中枢全流程数字化监控、发动机全过程自动化和无人化可关灯生产的黑灯工厂，并于2019年正式投用。

技术革新与优势体现在生产自动化方面。传统加工工厂需要100多人操作的车间，在玉柴“黑灯工厂”全部由机器人和自动化机床替代完成，效率提高90%以上。上千平方米的车间里，所有工序均配置了智能化“最强大脑”，技术人员只需在中控系统前轻点指尖，输入所需要精加工的发动机型号、加工工序、加工时间等相关信息，车间便“闻令而动”精准生产，每道工序只需不到3分钟；工业机器人、无人运输叉车、桁架机械手等设备采用二维码识别、3D拍照识别防错等数字手段，确保了不同工序流转的准确无误。

高精度加工。通过数字化智能化改造，玉柴国六发动机加工精度可达1微米，相当于两构件之间的间隙仅有一根头发丝厚度的1/10，远超国内平均水平，在行业内遥遥领先。相比之下，国五发动机精度要求是0.1毫米左右，国六发动机的加工精度则提升到0.01至0.03毫米。并且玉柴国六生产线已实现发动机全过程自动化生产，缸孔加工精确至0.001毫米。

生产周期缩短。以前，产品检测依靠工人对着图表“精雕细琢”。“黑灯工厂”投用后，玉柴发动机成品制造率大幅上升，一台发动机12小时就可实现合格生产并成功下线，生产周期缩短80%，每年创造的可计算直接经济效益超过2000万元。

劳动强度降低与效率提升。相比以往传统车间需要大量手工作业的精加工生产工序，工人的生产劳动强度降低95%以上，制造效率提升50%以上。

市场成效。2024年一季度，玉柴工程机械、农业机械动力收获国内外订单超5万台，同比增长超过30%。“黑灯工厂”作为玉柴集团书写新质生产力促进产业变革的优秀答卷，同时也是广西制造业转型升级的缩影之一。