过去20年，中国制造业解决了从小到大的问题。站在经济新常态的背景下，下一个20年，中国制造业亟需解决的问题，变成了如何从大到强。

图1：中国制造业快速崛起,资料来源：世界银行

图2：国内制造业产业升级趋势并不明显，资料来源：上海市统计局

随着经济发展目标从快到优的历史性转变，转型升级成为制造业的新内核。

学术界对此已有定论：从制造业增长动能演进过程的规律来看，制造业首先会迈过劳动力红利发展劳动密集型产业（如纺织服装），然后增加资本投入发展资本密集型行业（如造船），最终需要进入技术的进步带动制造业进入技术密集型（如机器人）。

由此可知中国制造业转型的方向很确定，就是工业4.0。唯有此，中国制造业才能突破微笑曲线的底部，向高附加值迈进。

破冰之旅总有先行者。在从制造通向智造之路上，中国先进智造样本正在涌现：今年9月27日，世界经济论坛(WEF)正式发布新一期全球制造业领域“灯塔工厂”名单，三一重工(SH:)北京桩机工厂成功入选，成为全球重工行业首家获认证的“灯塔工厂”。

为什么是三一重工？它的样本意义如何被借鉴复制？

图3：工业发展的四个阶段，资料来源：德国人工智能研究中心

01制造业转型升级的急先锋：三一集团

中国制造名片

三一集团始创于年，发展阶段正好赶上了国内劳动力红利和后期资本扩张的两轮大周期。而三一也利用两次大潮，实现了快速发展，成为国内第一、全球前三的重工企业。以三一集团旗下最大的上市公司三一重工为例，截止当前，其市值达到亿元，成为国内机械设备行业市值最大的公司，也是同行业唯一一家市值超亿元的企业。

不仅是市值最大，从品牌知名度上来说，三一也成为能够代表中国制造业形象的一家公司。今年5月美国明星金·卡戴珊购买了一台三一重工的挖掘机送给孩子，要知道，全球工程机械当前最大的公司就是一家美国企业，名叫卡特彼勒，而金·卡戴珊最终选择了三一重工。

图4：中国机械行业A股上市公司市值排名，截止年10月25日，资料来源：万得

三一的业务布局，要求其加快转型步伐

除了市值体量最大外，三一重工也是布局全面性最高的企业之一。

公司产品种类相当多，包括挖掘机、混凝土机械、起重机械、筑路机械、桩工机械、风电设备、重卡、港口机械、石油装备、煤炭装备、环保设备等等，基本涉及工程机械每一种细分品类。

更值得注意的是，在制造业公司中，三一是最早一批走向全球化的中国企业。以其上市平台之一三一重工的数据为例，海外收入早已破百亿，收入占比最高的时候接近4成。可以说，三一也是最契合一带一路倡议的企业之一。

正如硬币的正反面，多品类生产、全球化布局，作为中国制造业名片的三一集团，面对的转型压力，也是最大的。

图5：三一是率先出海的代表企业（以三一重工财务数据为例），资料来源：公司财报

早已行动：要么翻身，要么翻船

作为一家拥有3.6万名员工的世界强公司，三一并未躺在功劳簿上歌舞升平，而是保留了创业初期的忧患意识。早在几年前，三一就看到经济转型下制造业企业升级的必要性和紧迫性。

对于外界而言，最早洞察到三一的转型是在年3月，三一集团董事长梁稳根先生在十三届全国人大会上表示：三一的数字化转型，要么翻身，要么翻船。

话说得这么狠，这就不仅仅是未雨绸缪了，甚至是拿出向死而生的决心。

后来就是我们看到的故事，一个个标志性事件开始接连登场：

年10月，三一智能研究总院就宣告成立，该研究总院与智能制造总部、流程信息化总部共同推动公司内数字化转型；下设智能制造研究院、工业智能研究院、三一机器人、盛景科技等，负责4IR技术的开发、试点及智能工厂规划、实施等工作。

年，三一集团启动制造升级，第一批包括长沙18号工厂和北京桩机工厂等6个智能工厂开始改造，成为国内最大规模的工厂改造项目。

…….

与之配套的是真金白银的投入，仍然以三一集团旗下的三一重工为例，从年开始，公司的研发支出占比从5%逐渐上升到6.3%，绝对金额也快速提升到30亿元，然后提升到60亿元。要知道，年工程机械才刚刚复苏进入新一轮周期，彼时三一重工的净利润也仅60亿元。

图6：三一研发支出从年起快速上升（以三一重工财务数据为例），资料来源：公司财报

经过几年的时间，三一已经成为转型的急先锋。

横向比较来看：

工程机械行业是一个规模巨大的行业，在中国，工程机械行业企业数量高达约1家，平均年销售额仅4-5亿元。从体量上来说，三一是绝对的龙头企业，年，三一集团旗下的三一重工，收入达到亿元，占整个工程机械行业的比重高达16%（如果是三一集团整体，这个比重还将进一步上升到21%）。

所以，三一的这场转型，是工程机械行业里大象的转身。从营业收入的增速来看，这场转型无疑是成功，-年，三一重工收入从亿元快速上升到亿元，而行业基本维持在0-亿元的规模。

图7：三一重工是国内规模最大的工程机械企业，资料来源：国家统计局，三一重工公司财报

纵向分析：

不仅仅是在中国，在全世界范围内，这么大体量的制造业企业进行全方位的数字化转型，都是绝无仅有的。

在梁董事长的带领下，三一设定了数字化转型战略的具体目标，内部称为三三目标：亿销售额，工人，0工程师。

数字背后的雄心壮志跃然纸上，亿销售额，是年三一集团亿销售额的1倍多，也就是“再造一个三一”。如何再造一个三一，不是简简单单扩大规模的走量逻辑。为什么这么说，三三目标隐含的人均产值是万元，是现在公司的一倍多；这就意味着三一需要革新组织、革新产业链，这也体现在未来工程师员工人数将是制造工人数量的10倍。

提炼来说，三一目标成为智能制造的先驱，发展原动力将从劳动力红利切换到工程师红利，与时代共振。行至今日，三一的数字化转型成果累累，目前已经率先走进了数字化的无人区，随着三三目标的执行，未来三一也将是最先穿越无人区的。

图8：三一集团数字化转型目标，资料来源：公司资料

02先行者：走进三一北京桩机工厂

喊出了向死而生的口号，也投入了真金白银的钞票，那三一集团的转型升级的成效究竟如何？我们决定深入生产车间一探究竟。

从年算起，三一正式对工厂进行智能改造已实施两年，作为第一批进行智能化、数字化改造的工厂之一，北京桩机工厂是三一智能化改造阶段性成果的缩影。

改造前的北京桩机厂

桩机，是桩工机械的简称，是指在各种桩基础施工中，用来钻孔、打桩、沉桩的机械，是城市房屋建设和基础设施建设的基础装备。从我国的GDP构成来看，建筑业和地产业每年增加值合计为15万亿元左右，占GDP比重达到15%，而且建筑地产产业链条长，也是其他行业的基石；正是因为此，作为基建必备的桩工机械是不折不扣的大国重器。

展望未来，国内经济发展更加强调质量，比如追求数字化建设、提倡低能耗、鼓励新能源等等，基建行业也进入“新基建”时代，桩工机械的重要性不降反升，而且进入“大塔时代”。我们已经看到，在风电、5G基站、IDC等新基建建设的现场，大塔已经占据主流。可以说是新型桩工机械的速度，为这一轮大国新基建，注入了弯道超车的增长动能。

图9：建筑业和地产业是我国经济的基石，资料来源：国家统计局

桩工机械生产模式属典型的离散制造，多品种、小批量、工艺复杂，还是有很多难以解决的痛点，如今在工业互联网的助力，破局生产难题，快速响应大国发展需求。

但一般大家不了解的是，桩机组成零部件模组众多，从下至上包括行走机构、上车、三角形、副卷扬、桅杆油缸、导向轮滑架、中桅杆、涡轮架、钻斗、主卷扬、下桅杆、动力头、加压油缸、钻杆、随动架、提引器、上桅杆等17个模块。

因此是桩机的制造是典型的离散化生产模式，传统制造方式需要配备众多的设备、大面积的场地和大量的人工，是资本和劳动力双密集代表产业。

图10：桩机示意图，资料来源：公司资料

资本和劳动力双密集型在三一桩机厂体现得非常突出。

三一的北京桩机厂于年建设落成，规划月生产50台旋挖钻机，是国内规模最大的桩机工厂之一。依托于此，三一成长为全球桩机龙头企业，在中国和全球市占率都是第一；且该桩机厂人均收入接近万元，是国内的佼佼者。

截止年改造前，全年产量台，但余台的产量，需要的工人数量达到了约人。这是因为从产品种类上来说，北京桩机产品主要型号就达到10个，且10大关键部件都实行自产，导致生产模式被碎片化。

正是由于建设较早，生产过程离散（部件多且自产、型号多），年销售额50亿元左右的三一北京桩机厂，在自动化、智能化层面，仅是将将及格。

改造后的北京桩机厂

作为智能化改造的第一枪，三一对北京桩机厂的智能化改造提出了非常高的目标：

1）年，北京桩机智能制造总体水平达到工业4.0标准。

2）年，达到国家智能制造最高等级5级（引领级《国家智能制造标准体系建设指南（版）》），以及实现世界经济论坛灯塔工厂认证。

这里有必要说明下灯塔工厂的含义，灯塔工厂（LighthouseFactory）是世界经济论坛（WEF，WorldEconomicForum）和麦肯锡咨询公司从年起重点推出，不定期在全球范围内选出数字化制造和工业4.0的示范者，得到这一认证的工厂基本被认定为拥有世界一流的制造能力。

图11：灯塔工厂，资料来源：网络

在年便提出代表业界最高水平的目标，三一桩机厂的智能化改造可谓时间紧、任务重。经过两年多的紧张改造，最终结果如何？

根据最新数据，北京桩机工厂，已经达到工业4.0标准，并且实现灯塔工厂的认证，圆满完成既定目标，而且这也是全球重工行业首家“灯塔工厂”，领先于行业全球龙头卡特彼勒，为中国制造引领全球添上浓墨重彩的一笔。

除了获得国际认证外，智能化改造最直观的成果反映在人均产值上。改造后的桩机厂，月产能翻了一倍，年整体销售额达到77亿元，更令人惊叹的是人均产值提高到万元。

为直观理解千万元是个什么概念，我们选取同为工程机械行业的人均产值排名前20名的企业，这20家企业的人均产值仅万元，改造后的桩机厂是平均水平的4倍有余；即使跟三一重工自身比，也提高了一倍。人民网因此将这称为“灯塔效应”。说句题外话，从行业平均产值，也能够感受到我国制造业升级改造的任务紧迫性。

千万人均产值背后的秘密

通过以上对比，我们看到了改造前后的北京桩机厂巨大变化，且这是在不到3年的时间内完成的，这又似乎给人一种错觉，升级改造也不难嘛。

其实如何将离散生产过程实现自动化和智能化，是工业4.0的世界性难题，因此这个领域也尚未产生世界级的巨头。

目前业内比较公认的是采用工业互联网作为改造工具。从定义上来讲，工业互联网是面向工业企业数字化、网络化、智能化需求，构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系，支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的载体，为工业用户提升自动化和信息化水平，最终实现“让工业充满智慧，让智慧创造价值”愿景。

图12：工业互联网平台架构示意图，资料来源：巨潮资讯

领到改造北京桩机厂任务的树根互联，给出的正是一整套的工业互联网赋能方案，根据这一总体指导目标，依托树根互联“根云平台”，三一重工北京桩机厂开启了数字化转型升级，具体方案涵盖全栈，包括设备层、控制层、操作层、工厂层、企业层：

设备层和控制层由自动化产线/装备和仓储物流组成，最重要的是实现操作终端和物流体系硬件的自动化。

运营层主要实现数据采集与设备互联，是实现整体工厂数字化、最终完成生产过程数字孪生的基石。

工厂层涵盖运营管理MOM系统，主要由APS、MES等系统组成，提高生产前期、中期和后期的生产过程智能化水平。

企业层为企业运营管理，主要由ERP、PLM、SCM等系统组成，对接工厂内部和外部，提高运行效率。

为了窥见全栈解决方案的成效，我们可以从自动化和数字化角度进行观察。这其实也非常容易理解，只有实现自动化，才能大幅降低劳动力密度；只有实现数字化，智能化才能得以施展，最终实现物料节约、高效生产，以达到降低资本密度的密度。最终将劳动密集和资本密集型行业升维至技术密集型行业。

我们根据智能制造专家黄培博士与三一集团董事、高级副总裁代晴华深入调研北京桩机厂访谈记录，提炼出体现其自动化和数字化的重要细节：

自动化：在北京桩机厂建成时，规划旋挖钻年产量大概是台，需要名工人来完成制造过程，在灯塔工厂建设完成以后工人缩减到名，但是产量上升到台旋挖钻机，背后靠的就是用大量的机器替代人，制造效率大幅提升。改造后的工厂总共有一百七十多台机器人，包括有搬运机器人、坡口机器人、桁架机器人、AGV等等。

数字化：为了实现工厂的数字化，我们通过5G技术把所有的设备全部实现联网，现在总共联网的设备有多台。第一层，联网之后，我们可以实时监控所有的设备的开机率、作业率。更深的一层是实现数字孪生，将工厂深度数字化之后，我们打造了一个工厂的数字孪生，然后根据孪生建设实体工厂，大大缩短了交付周期，也能实现高效运转。

为了进一步加深理解，我们再以其中的物流与仓储这个具体的小环节为例，通过建设原材料智能立体库、外协外购智能立体库，采用筕架机械手/AGV装卸物料、AGV/RGV配送物料、WMS管理库存物流，使得物流仓储实现了自动化和智能化的精密配合。最终结果是实现物流自动化，仓储物流配送人员由16人减至4人，结构件配送人员由37人减至10人，原材料库存周转率由34次/年提升至38次/年，物流效率提高%。

人均产值达到千万背后的秘密，就是树根互联的整体解决方案，最终将每个环节流程完成自动化和数字化的升级。

所以当你走进改造后的北京桩机厂，迎面而来的是5大场景：

1）工匠技术赋能机器人，实现智能化柔性焊接；

2）机器视觉+工业机器人：解决重型装备装配难题；

3）双AGV联动重载物流，高效自动化；

4）人机协同：机器人也能成为“老师傅”；

5）AI+IIOT，助力设备作业效率提升。不方便线下参观的读者，也可以通过点击三一重工雪球专栏的专题报道里的动图感受。（注：网址为

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