先进制造在长沙丨探访博世长沙“灯塔工厂”数字化之路
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湖南日报·新湖南客户端记者 李治 通讯员 贺燕
“倒车请注意！倒车请注意！”顶部的红色警示小灯不断闪烁，侧面的长灯管根据路面情况在黄色和绿色之间不停转换。一台一人多高的AGV无人车装载着大货箱灵巧地滑动着，碰到工人和其他AGV 车时会灵活地避让，行进到送货点时，无人车叉车自动下行配合，大门开启，AGV再把货物稳稳当当地送进去……走进博世长沙的生产车间，一幕幕智能生产的场景扑面而来，让人不得不叹服人类先进制造的高度。
这是德国博世集团在中国中部地区设立的第一家工厂。2022年，这家工厂入选全球“灯塔工厂”。
日前，博世长沙工厂生产技术总监张毕生和他的同事们向记者介绍了这家“灯塔工厂”智能制造的历程。
“灯塔工厂”智能制造的前世今生
博世长沙工厂的智能制造历程主要经历了三个阶段。工厂于2015年开始工业互联的尝试，着手打造湖南省第一条工业4.0示范线并于2017年投产，产品是汽车的ABS防抱死马达。这条生产线的所有工站全部连入MES（制造执行系统），从而实现了每只马达的全程可追溯。
张毕生回忆：“和传统的生产线相比，生产效率提高30%，质量损失减少30%，操作人员减少80%，换型时间也减少了30%。同时记录了每个加工过程的各项参数，为我们带来了宝贵的数据财富。”
2017年到2019年，博世长沙工厂进入智能制造的第二个阶段。这一阶段主要做智能化升级，包括对原有产线进行智能化改造升级，以及基于产线互联来实现数据的互联。同时，也致力于实现物流的智能化及透明化，开发了一系列的解决方案，智能化升级为博世长沙工厂带来了非常好的数据基础。
从2020年开始，博世长沙工厂迈入了智能制造的第三个阶段，也就是构建解决方案的生态系统阶段。通过充分利用扎实的数据基础及一些前沿技术（如5G、大数据、人工智能等），力求构建一个实现敏捷，快速，柔性的涵盖从产品设计到售后、从原材料采购到交付的贯穿全价值流的智能数字化生态系统。
数字化解决方案直击行业痛点
在博世长沙工厂，似乎一切皆可数字化。
博世长沙工厂有一个非常明确的公司愿景：未来工厂，即FoF (Factory of Future)。它应该具备六大要素：流程自动化、数字化、互联、柔性、AI以及可持续发展能力。在博世长沙工厂，无论生产管理还是物流检测等，均通过数据的互联互通实现效率的最大化。
张毕生介绍的第一个应用案例，是博世长沙工厂的设备预测性维护系统。通过深度学习算法，数据分析团队对产线设备的实际情况、历史数据的分析构建数据模型，从而有效预测设备可能出现的故障，实现了设备从预防性维护到预测性维护的转变。该系统的使用节约了19%的维修时间，节省了25%的维护成本。
第二个应用的案例是博世长沙自研的AI驱动生产能源管理系统。“我们可能都遇到过这样的情况：在准备生产计划的时候，突然被告知电力负荷的上限不能超过多少。因此，为了满足客户交付，我们开发了基于AI算法的生产能耗预测模型。”张毕生说，该系统搭载随机森林和XGBoot作为主要算法模型，能结合客户需求及预测、生产计划、天气情况、温湿度等多项业务与环境因素，滚动给出未来7天内产线级的能源使用预测及生产排产。在预测结果精确到小时的情况下，平均绝对百分比误差仍低于3.2%。该系统已帮助博世长沙工厂的年耗电量减少18%，二氧化碳排放量降低14%。
这是一家会自我进化的数字工厂。多年来，直面行业面临的痛点，不断开发出一个个行之有效的数字化解决方案。“这首先得益于我们有一个非常清晰的公司策略和非常坚实的数据基础，然后我们率先大胆地使用了一些新技术来帮助公司实现数字化转型。”
积极带动长沙汽车产业发展
博世集团是全球第一大汽车技术供应商，以其创新尖端的产品及系统解决方案闻名于世。来到长沙后，博世一直积极发挥自身优势，带动长沙汽车产业链上下游企业协同发展。
张毕生认为，博世长沙工厂首先提高了长沙汽车产业链数字化先进技术的运用能力。随着物联网、5G、人工智能等新一代信息技术与制造业深度融合，应用范围向产品开发及生产核心环节不断拓展，在这个过程中，依托技术创新积淀，缩短产品开发周期，助力智能制造能力提升，快速响应市场波动需求，持续高标准满足客户需求。
与此同时，博世长沙工厂也提高了企业供应链韧性的能力。在供应链重要性日益凸显的今天，提升供应链水平，深入整合全产业链资源，联动上下游企业适应市场需求变化，是保持企业数字化转型升级，重塑竞争优势的重要环节。
另外，满足大规模量化及小批量多批次生产的能力。这也就意味着，数字化转型需要从用户、产品、管理、效益等多维度考量，积极探索契合自身发展的数字化路径，激发产业数字化转型的无限潜能。
博世长沙工厂还提升了汽车产业链绿色可持续发展的能力。气候问题全球聚焦，发展绿色经济迫在眉睫。“双碳”进程逐步推进，我国经济发展面临新机遇，企业越来越看重能源高效合理利用，这也必将促进可持续发展。
张毕生表示，博世长沙作为“灯塔工厂”，将会继续致力于技术革新，深度聚焦工业互联、生产流程自动化RPA、人工智能、数字孪生等领域，用数字化技术来改变传产品从开发到交付的流程优化，达到柔性，敏捷，快速地适应市场需求，构建智能制造价值链及智能生态系统，向“博世长沙未来工厂”的建设目标持续迈进，助推中国先进制造业领跑世界。
揭秘博世长沙“灯塔工厂”
● 数说湖南首条工业4.0生产线
生产效率提高了30%，7.5秒便可生产一个ABS电机，操作人员减少80%，36道工序、39个工位只需2个人操作，一个人负责上料、一个人负责成品质检，质量损失减少了30%，换型时间减少了30%
长沙晚报全媒体记者 伍玲 通讯员 张卉
8月17日，博世长沙又迎来一批来自北京、上海的参观者。
看到一波又一波的“取经者”，刘瑜的记忆回到了几个月前那个令人兴奋的时刻。
3月30日下午，世界经济论坛对外公布2022年度第一批13家“灯塔工厂”名单，博世汽车部件（长沙）有限公司名列其中，成为湖南本土首家荣获“灯塔工厂”称号的企业。
得知消息的那一刻，刘瑜激动得站了起来，眼眶红润。办公室里响起一阵阵欢呼声和掌声。
掌声是同事送给刘瑜和团队成员的。身为博世长沙工业4.0高级经理，刘瑜和团队成员闯过了一关又一关，终于梦想成真。
此次灯塔工厂评选，全球参选企业有1000多家，入围者可谓百里挑一，博世长沙为何能脱颖而出？
设备互联 让机器“活”起来
一切都要从2015年开始说起。
“那一年有两个契机，一个是国务院印发了《中国制造2025》，长沙发布了全国首个智能制造三年行动计划。”博世长沙生产技术总监张毕生回忆说，当时智能制造概念大热，但社会普遍对智能制造、工业4.0的概念语焉不详，更不清楚智能制造的生产线是什么样子。
为了拥抱智能制造，不少长沙企业跑到外地“取经”。
在长沙建一条工业4.0的生产线，让企业就近学习！这一任务就落到了博世长沙，并从当年10月启动。
实际上，博世长沙自己也渴望已久。原来，自2006年落户长沙以来，博世长沙产值持续增长，产线增至100多条，不少设备历经岁月磨洗，开始变得老旧。
张毕生告诉记者，一切都是从零开始，团队摸着石头过河，在经过3个月的研究、摸索后，工业4.0生产线概念设计蓝图才正式出炉。
设计中，博世长沙首先考虑的，是要让机器“活”起来。
怎么才算“活”了？“互联互通，让原本的机器信息孤岛实现连通。”刘瑜解释道。
于是，博世长沙买来智能传感器，安装在设备上，捕捉设备运行动作，包括振动、扭矩、电压和电流等一系列数据。
“我们把互联程度分为了四个等级。”刘瑜告诉记者，从设备、产线、车间再到公司，均实施了不同程度的互联，尤其是车削等核心工艺、关键设备的互联。
而对于一些机械、重复的工位，则采取机器代人，为此博世长沙几年来投入100多台机器人，提升产线和车间的自动化水平。
经过一年多的建设，2016年底，湖南首条工业4.0生产线在博世长沙正式投产。
这条产线有多厉害？几个数据可见一斑：生产效率提高了30%，7.5秒便可生产一个ABS电机，操作人员减少80%，36道工序，39个工位，只需2个人操作，一个人负责上料，一个人负责成品质检，质量损失减少了30%，换型时间也减少了30%。
几年下来，博世长沙互联的设备、产线越来越多。“机器人互联率逾80%，预计2023年可实现100%；60多条产线实现了互联，整个公司互联率超过80%。”刘瑜列举了3个数据。
数据挖掘 发现“富矿”创造价值
“灯塔工厂”项目旨在遴选出在第四次工业革命尖端技术应用整合工作方面卓有成效、堪为全球表率的领先企业，被誉为第四次工业革命的指路明灯。按照评选标准，每个企业必须有5个及以上数字化制造应用案例，且具备世界领先水平。
博世长沙此次申报方案中，最为打眼的当属人工智能驱动生产能源管理、机器人实时管理系统、数据智能决策、全透明的生产现场管理和端对端智慧物流中台等5个应用案例。
“几个应用案例能够实现，最核心的资源是数据。”3年前，夏晓毛来到博世长沙担任数据科学家，成为企业第一个专家级数字化人才。在他眼中，数据对数字化而言，如同石油一般重要。
车削工艺是生产数据的富矿。记者在博世长沙看到，一台台设备呈岛式设置，布局十分紧凑。“一台设备一个月就能产生100G的数据。”夏晓毛指着跟前的设备介绍，车削设备加装传感器后，以数千赫兹的频率采集车刀振动数据，然后从中提取上百个特征用于数据模型。
“数据采集还要经过处理、建模和验证与应用，最难的就是建模。”在夏晓毛看来，要把一线工程师的经验转化为数据模型，特征指标选择，探寻合理区间，需要不断尝试。“曾经为了建一个数据模型，我们团队花大半年时间却没有进展。”
皮带是博世长沙最常见的一种易耗品，每月费用在14万元左右。以前更换，全凭经验。但也有局限性，因皮带生产批次、产品质量差异等因素，会让皮带的使用寿命不尽相同，这就会出现部分皮带还未到使用时间就被更换的情况，而且一旦20多米长的皮带断了、卡了，需要停机三四个小时进行更换，带来难以估量的产量损失。
“我们先后从声音、磨损图像、振动等维度去分析皮带磨损情况，最后发现通过振动指标判断是最佳的。”夏晓毛说，团队运用大数据技术、机器学习算法对皮带等易耗品进行深入分析，并建立高精度易耗品使用寿命预测模型，以此给出易耗品最佳更换时间。
如今，该数据模型上线后，帮助博世长沙提升皮带、焊接电极、车削刀具等生产易耗品30%以上的使用寿命，并节省50%的更换时间。
事实上，数据的流通和利用在博世长沙无处不在。在物流端，从原材料供应、运输、内部流转到生产及货物出厂，整个流程都由物流中台通过实时数据连接。而在流通的过程中，只要监控到数据异常，系统就会及时报警。
博世长沙原物流总监文天俊介绍，该平台帮助博世长沙节省了30%的物流成本和15%的库存周转天数，使生产周期大大缩短，在提高生产效率的同时，其创新的方案和系统创造了博世全球多个第一，并进行了推广。
持续革新 向“未来工厂”迈进
几年来，数字化的浪潮浸润着博世长沙的每一个角落，通过渗透率达到100%的可视化数字化车间管理，博世长沙在内部实现了涵盖流程、原料、设备、人事、文件系统等多个业务环节的精益日常管理。
“专家级数字化人才有10余人，玩家级数字化人才超过400人。”在博世长沙生产运营副总裁邓宁的手机中，记者看到一个名为数字化夏令营的微信群，入群人数有460多人。
比人数增加更重要的是员工思维方式的转变。“不少员工看到数字化的成效，都积极主动投身数字化浪潮，纷纷利用业余时间设计数字化解决方案。”邓宁说。
这得益于博世长沙设立了一种类似于揭榜挂帅的机制，只不过提出需求的是员工：结合日常工作，博世长沙员工会提出数字化升级需求，再由公司筛选、审核，给予研发资金。
“大家热情都很高，目前开发了好几款软件。”邓宁说，目前博世长沙正在使用的一款智能报表系统就是由员工自主研发，另外一款报价系统让原本2周的报价周期缩减到1天。
看到公司几年的数字化革新，博世长沙总经理魏彦更是喜上眉梢。对于“灯塔工厂”的概念，他更愿意描述为“未来工厂”。
“我们将会继续致力于技术革新，深度聚焦生产流程自动化、智能化、数字化的全面实现，构建智能制造价值链及智能生态系统，向‘未来工厂’的建设目标持续迈进，助推中国先进制造业领跑世界。”魏彦说。
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