离散装备制造业数字技术研究与应用

初识山河 2020年9月17日，中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平考察山河智能。创业精神 l从无到有、从小到大的 “自主创新是企业的生命，是企业爬坡过坎、发展壮大的根本。关键核心技术必须牢牢掌握在自己手里。要坚定不移把制造业和实体经济做强做优做大。我们强调构建新发展格局，不是关起门来搞建设，而是要继续扩大开放。” 领导关怀 2009年李克强总理调研山河智能 先导式创新 战略定位 全球布局 山河智能从2005年开始有序开展国际市场，海外分支机构陆续建立。 具备异地设计、多处制造、全球交货及售后的能力。 山河智能的数智化转型历程 在1999年公司成立之初开始进行信息化建设，有20多年的建设实践经验，先后经历四个阶段，在公司“精益化-数智化-效益化”思想指导下持续推进数智化转型升级。荣获全国首批卓越级智能工厂。 山河智能数字化转型的指导思想-五个环节六个维度 信息来源：2021年世界计算大会何清华教授的主题报告 数字技术应用实践 智能研发—三维驱动数字化设计，助力创新能力建设 •采用“125研发数字化平台”三维模型数字化驱动设计。•采用PLM系统进行产品的全生命周期管理，实现项目管理一体化、项目监控透明化。•推广头脑风暴法、六西格玛、TRIZ创新方法、精益制造等研发创新和制造创新方法在产品研发设计、生产过程中的运用。两次获得中国创新方法大赛全国一等奖。 智能研发—基于数字孪生技术的零部件选型和优化 •通过构建实时数据驱动的工程机械数字孪生体，借助先进的传感器技术和数据分析算法，实现应力分布、磨损情况、压力波动等监控，从而为工程师提供详尽的性能反馈。工程师可以依据数字孪生体的模拟结果，对零部件进行精确的选型与优化配置。 •山河智能在行业中首先在旋挖钻机上应用数字孪生技术，实现了主机关键性能的提升，已开展的典型工况作业应用实现了施工效率提升15~20%，油耗降低8~10%的效果。 智能研发—基于数字孪生技术的零部件选型和优化 •《一种主卷扬节能液压系统及旋挖钻机》ZL202210269268.X•《一种发动机孪生模型建模系统及建模方法》202310548881.X•《 旋 挖 钻 机 数 字 样机 及 孪 生 技 术 数 据 采 集 系 统 》2 0 2 3SR0 5 6 3 1 5 9 智能研发—基于数字孪生技术的零部件选型和优化 建立了工程装备全链路的能量流数字模型，包括动力源头（发动机）-能量传递系统-能量利用装置（执行机构），并通过数据采集系统和传感装置对建立的能量流数字模型进行校准。通过对优化后的能量流数字模型进行仿真，实现多种复杂工况下工程装备能量流的数字化模拟和分析，快速识别出能量损失的主要环节，之后进行“策略优化-仿真验证”的措施，实现改善能耗策略的快速寻优。 •《一种基于神经网络的能量流构建方法、装置、设备及介质》202311605558.8•《工程机械的卷扬机构动力回收系统及动力回收方法》ZL202210269269.4•《一种蓄能器调压装置、油液混合动力系统及挖掘机》ZL202121721794.2 智能产品和智能施工-高性能电控软硬件 智能化的系统与装备，离不开高性能的电控软硬件。山河智能在国内同行业较早的开展了核心电控部件的研制工作，很早就摆脱了对国外产品的依赖。产品具有高性能、高可靠性，耐受极端恶劣环境的特点，不仅为我们自己的各种整机产品配套，还对外销售。此外，为解决核心电控部件“卡脖子”的问题，公司还率先推出了使用国产核心CPU芯片的控制器产品，这有力推动了国内同行企业共同发展。 智能产品和智能施工 智能产品和智能施工-基于多传感器融合的环境感知技术 通过融合激光雷达、摄像头、毫米波雷达等多种高精度传感器和卫星定位的数据，利用深度学习算法实现对周围环境的全面精确感知。包括对不同维度的环境信息进行识别，如距离、位姿、特征、形状、纹理等，构建环境模型，实现了障碍物、悬崖、坑洞等环境识别和路径规划，从而有效提升了工程机械在复杂多变环境中的作业效率与安全性。目前推出了环境感知、自动驾驶系统共性技术平台。 •《一种工程设备避障系统及方法》202310496562.9•《一种传感器数据的获取方法、装置、工程装备以及介质》202310294265.6•《一种运输控制方法、系统、搬运装置以及搬运设备》202311648141.X•《一种采棉机的控制方法、系统、电子设备及存储介质》202410898039.3 智能产品和智能施工-基于多传感器融合的环境感知技术 目前已应用到了智能挖掘机、智能钻机、矿山宽体自卸车、采棉打包机等多款智能化产品上。基于多传感器融合环境感知技术有效提升了复杂环境下的环境识别精度。促进主机销售数十亿元。 智能产品和智能施工-基于5G和专网通信的高临场感远程遥控作业技术 在主机具备电控化基础上，通过主机端加装传感器、摄像头、5G模组、专网通信模块，在调度中心等专用工作场所建设遥控驾驶座舱，在施工场所建设通讯网络，通过位姿同步、三维可视化、实时影像、工况同步等技术，实现高临场感的远程作业。广泛用于在危险、恶劣、复杂环境，以及无人化作业设备远程接管等场景。山河智能遥控挖掘机、遥控装载机、智能钻机、无人矿卡等主机上实现了工程化应用和批量销售。 •《5G矿用卡车应急接管控制软件》2023SR0308189•《工程装备5G遥控仿真平台培训系统》2022SR0847012 •《一种钻机设备》202223128060.0•《矿山装备遥控作业平台》202330449634.5 智能产品和智能施工-基于5G和专网通信的高临场感远程遥控作业技术 智能产品和智能施工-面向工程机械工业互联网平台的数据治理技术 由于施工现场环境复杂、网络不稳定、电气环境复杂等原因，传感器采集数据常出现缺失和跳变，导致数据分析结果与实际情况存在较大偏差。数据治理技术路线分为定时任务和实时任务两种方案，实现了工况数据、统计数据的预处理和清洗功能。该技术已在山河祥云平台得到应用，显著提升了数据质量，确保了数据的完整性和准确性。 •《一种数据治理方法、系统、电子设备及存储介质》202410980212.4•《山河祥云大数据治理与质量评估系统》2024SR1747312 智能产品和智能施工-桩基础施工信息化系统 面向传统桩基础施工信息化程度偏低、施工过程监管难、施工质量存在隐患等痛点需求，应用物联网、高精度定位、地层识别、WebGL可视化渲染等技术，开发了桩基础施工信息化系统，具备项目管理、人员管理、能耗管理、质量管理等功能。在湖南、江苏、广东等区域推广应用，综合施工效率提升10%以上，施工质量显著改善。 精细化还原施工过程助力远程监管 •《一种导引定桩孔点的工程设备控制方法、系统及工程设备》ZL202111624898.6•《基于北斗定位的振冲桩监测方法及其装置和系统》202311048637.3•《工程装备RTK桩定位信息化系统》2021SR1711956•《5G+智能施工信息化平台软件》2021SR1591839 智能产品和智能施工-矿岩互联施工信息化系统 钻爆法施工过程中常遇到设备数据掌握不全、施工进度难把控、施工监管难、信息化智能化程度低的痛点。应用了5G、物联网、数据分析技术，开发了矿岩互联信息化系统。该系统具备设备数据采集、项目管理、扫码更换零配件、系统调度、故障处理、台班人脸打卡、单人核算和单机核算报表自动生成等功能。使用RTK技术实现钻孔精细化管理，自主行走自主钻机，实现全无人化作业。该套系统已适配超百台主机，每年促进主机销售超亿元。 •《一种传感器数据的获取方法、装置、工程装备以及介质》202310294265.6•《一种工程设备避障系统及方法》202310496562.9 •《矿岩互联APP》2024SR1106366 •《5G+凿岩钻机智能化施工系统》2024SR1397989 智能产品和智能施工-绿色智慧矿山成套装备解决方案 山河智能可提供覆盖“钻、挖、运、破、选、冶”全工艺流程的矿山成套装备，并开发了矿山一体化管控系统，在内蒙古、山西、新疆等地矿山实现了应用。 智能生产-工程机械制造全工艺流程数字化管控 紧随“中国制造2025”和数字化转型的战略方向，积极推进智能生产。公司已建成10余条智能化生产线和国内领先的智慧下料中心，推广MES系统以优化生产计划与执行管理，上线了138个焊接机器人工作站和40多台数控加工中心，并引入先进的水性漆涂装线，自动化涂装率超过90%。同时，引入WMS系统实现了对智能立体仓库的高效管理。 01智慧下料 02智能焊接 •全自动激光下料生产线•精细等离子-坡口一体机设备•MES与中控系统集成•少人化生产线与远程监控 •有5个智能立体仓库，7000余个库位。•结合WMS和WCS实现货物出/入库1.5分钟内完成。•出入库准确率100%。 •自动化喷涂率达90%以上。•粉末漆利用率近100%。•VOC排放减少80%。 智能生产-基于数字孪生技术的生产工艺优化 搭建了挖掘机动臂焊接数字孪生产线，通过采集设备的实时运行数据，集成PLM和MES等系统，实现了焊接全过程“实”到“虚”的实时映射与同步仿真，对焊接工艺参数进行实时优化，对焊接质量进行在线监测，为动臂焊接提供远程监控和决策支持等服务。实现了数字孪生技术在大型结构件焊接生产上的应用，产线生产人员由42人降为17人，生产效率大幅度提升。 •《一种基于Unity3D的智能生产线仿真系统及方法》202211219652.5 •《智能机加生产线数字孪生仿真软件》2022SR1121259 •《智能焊接生产线数字孪生仿真软件》2022SR1124042 智能生产-基于机器视觉的车间安全管控和人效分析 企业在生产制造过程中，面临人员安全、环境安全、设备监管等多种潜在的风险，如人员违规操作、机械设备故障、化学品泄漏、火灾等。为消除消除隐患，山河智能自主研发了一款基于机器视觉技术的车间安全管理系统，包括：1、智能电子围栏检测系统2、重点区域火情检测系统3、人员违规行为识别系统4、燃气仪表监测系统5、生产设备智能监测系统。目前该项目已在山河智能零部件车间、整机车间、应用推广。该项目入选2023年湖南省制造业数字化转型“三化”重点项目名单；并荣获了2023年“智赋万企”人工智能大赛示范性应用场景奖。 •《一种车间安全控制方法及系统》202311549475.1•《基于深度学习的仪表及不合规行为识别系统V1.0》2023SR1306570•《车间安全管控系统V1.0》2023SR1814590•《一种指针仪表读数识别方法、装置、设备及可读存储介质》202311433255.2 智能生产-工程机械全生命周期的碳核算建模与碳管理平台 为满足主机制造过程精益化管理、主机设计优化、应对欧美碳关税贸易壁垒等需求，部署能耗采集设备，全面采集并分类标记各类能源数据，建设设备、产线、车间、施工作业等多层级能效管理系统，再利用机器学习技术分析能耗关联性，实现能源在线监测、综合管控及优化。同时，为精确追踪工程机械产品全生命周期的碳排放，提出从原材料采购->加工->制造->运输->使用->报废回收环节的动态监测系统，实现了产品的独立碳足迹核算。 智能服务-山河祥云工业互联网平台 “山河祥云”工业互联网平台聚焦企业数字化建设，面向管理、研发、制造、服务、产品、施工等业务板块赋能，持续助力企业提质、降本、增效；并在5G+远程遥控、智慧施工、智慧矿山、自主作业等方面推出了多款成熟产品及解决方案，助力行业数字化普及与应用，得到了市场的广泛认可。 u提升服务效率与品质，促进配件销售，线上服务派工占比超50%。 u全面感知市场开工趋势及活跃度，提升企业宏洞察感知能力，促进商机挖掘，辅助经营决策。 u“2024全国工业互联网500强”山河智能荣登榜单第70名，相比2023年上升了18位。2024年湖南省有33家企业上榜，山河智能在湖南省排列