灯塔案例 | 郑州煤矿机械集团
全球煤机行业第一家灯塔工厂——郑煤机以150台机器人、30台AGV和自主数字孪生系统，将液压支架交付周期从28天压缩至9天，人效翻倍，焊接一次不良率从1.1%砍到0.3%。
——郑州煤矿机械集团，A+H股上市国企，1964年造出中国第一台液压支架，60年后点亮全球煤机智造灯塔
企业名片
灯塔编码：16112CN08
企业名称 | 郑州煤矿机械集团股份有限公司（ZMJ） |
工厂所在地 | 中国 · 河南郑州 |
所属行业（国标） | 矿山机械制造（GB/T 3331） |
WEF行业分类 | 专用设备 |
灯塔类型 | 单一灯塔 |
入选批次 | 第12批 |
发布日期 | 2024年10月 |
核心产品 | 液压支架（含10米超大采高世界纪录产品）、刮板输送机、采煤机及智能化综采成套装备 |
应用领域 | 煤矿开采装备制造、智能化综采工作面整体解决方案 |
核心案例（10条）
[5大核心案例]1. 空地一体化无人化物流调度系统
业务痛点：液压支架结构件单件重达20多吨，传统"人工+叉车"调度模式效率低、安全隐患大，多厂家AGV之间无法联网协同，市场无成熟方案可借鉴。
解决思路：不走外购路线，成立子公司"数耘智能科技"自主研发AGV智能调度系统，通过独创交管解锁算法实现多厂家、多吨位AGV实时协同作业。
实施路径：2020年7月成立数耘科技，研发团队长期驻扎车间观察工序流转、分析转运障碍；历时一年三易其稿，从零编写AGV调度算法；业内首创支持9台以上不同厂家AGV实时协同，通过二次规划路线解决交通冲突；部署30台AGV与12台智能行车组成空地无人化物流网络，由调度中心统一管控，覆盖从智能料场至切割区、板加区、焊接区、交付区的全工序链物流。
关键数据：AGV调度作业故障从每周10起以上降至近乎0起；整体运转速度比市面同类系统快2-3倍。
技术组合：AGV调度算法, IIoT, 智能行车
自研AGV交管解锁算法部署于园区调度中心，通过工业物联网实时采集30台AGV和12台智能行车的位置、载重、任务状态数据，二次规划路线避免冲突。该调度系统与MES深度集成，根据生产计划自动下发物料转运指令。
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[5大核心案例]2. 智能焊接黑灯车间
业务痛点：液压支架结构件焊接：工人需爬上20多吨的工件，蹲着甚至趴着焊；人工吊装翻转费时费力，焊缝一致性差；焊接一次不良率1.1%，设备停机频繁。
解决思路：以150台机器人为核心，配合独家抓手式无人智能行车和业内首次应用的大型变位机，实现"抓取-切割-焊接-检测"全流程无人化。
实施路径：部署23条自动化生产线和150台工业机器人覆盖焊接主体工序；引入独家抓手式无人智能行车替代2-3人的起吊作业，处理最高20多吨的结构件；业内首次应用大型变位机实现数吨重工件180度自由翻转，消除焊接死角；通过AI赋予机器人"眼睛和大脑"进行精准焊接；MES与QMS系统深度串联，实时采集焊接参数并进行在线质量检测。
关键数据：焊接设备OEE提升30%；焊接作业区产量提升30%；年度非计划停机时长降低60%；产品焊接一次不良率从1.1%降至0.3%（降幅73%）；单个焊机平均等待时间降低86.7%。
技术组合：工业机器人, AI视觉, MES, QMS, 变位机
150台工业机器人部署于23条自动化产线，覆盖抓取、切割、拼装、焊接全部工序。AI视觉系统为机器人提供焊缝识别和路径规划能力。独家抓手式智能行车配合大型变位机实现20吨级工件180度翻转。
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[5大核心案例]3. 激光切割与坡口自适应加工
业务痛点：40mm厚钢板切割精度难控，坡口加工依赖人工操作搬运机器人+坡口机器人+打磨机器人的协同，一次不良率高达8%，生产节拍瓶颈严重。
解决思路：建成行业内最大规模光纤激光切割机群（14台），自主研发多机器人协同工作站控制系统，用3D机器视觉替代人工测量和定位。
实施路径：部署14台高速高功率光纤激光切割机，切割40mm厚钢板，缝隙精度0.3-1mm（约一根头发丝粗细），精度±0.1mm；开发工作站控制系统统一协调搬运机器人+3D机器视觉+坡口机器人+打磨机器人协同作业；实现坡口工序从钢板进入后全流程自动化加工，表面光洁度平整如镜。
关键数据：现场生产节拍缩短近58%；坡口一次不良率从8%降至0.8%（降幅90%）；切割精度±0.1mm。
技术组合：激光切割, 3D机器视觉, 多机器人协同
14台光纤激光切割机构成行业最大切割机群。自研工作站控制系统通过3D机器视觉实时采集工件空间位姿，统一调度搬运、坡口切割、打磨三类机器人按节拍协同作业。
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[5大核心案例]4. 数字孪生"智慧大脑"数据驱动决策平台
业务痛点：40多道加工工序、100多个生产工位分散管控，各系统（ERP/PLM/MES/QMS/WMS）数据孤岛严重，调度靠经验排产，异常响应滞后，生产进度"黑箱"。
解决思路：以数字孪生为核心构建虚拟工厂，实现物理世界与数字世界的双向实时映射，五大自主能力（自感知/自学习/自决策/自执行/自适应）驱动全流程智能决策。
实施路径：基于物联网+边缘计算+虚拟技术+数据采集技术，构建1:1虚拟工厂模型；将来自异构系统的生产数据、设备数据、监控视频通过物联网无缝融合到统一平台；打通ERP-PLM-MBD-MES-QMS-WMS-能源管理-资产管理全链系统集成；每台液压支架安装10余个传感器实时采集位置和运行状态数据回传控制中心。
关键数据：在制品周转天数下降72.4%；产品制造周期下降61.3%（28天-9天）；产量提升30%以上；人效提升100%以上；实现100多个工位的实时交互和协同作业。
技术组合：数字孪生, 边缘计算, 大数据分析, 云计算
数字孪生系统部署于园区智能化控制中心，基于IoT传感器和边缘计算节点实时采集40多道工序的设备状态和生产数据，构建与物理工厂1:1映射的虚拟模型。五大系统数据在数字孪生平台实现无缝融合。
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[5大核心案例]5. MES+QMS全流程数字化集成制造
业务痛点：液压支架是高度客制化的离散型产品，40多道工序分散在多个车间，传统"纸质工单+经验排产"模式下工序衔接脱节、质量追溯困难、在制品积压严重。
解决思路：以MES为中枢，打通设计（PLM/MBD）-生产（MES）-质量（QMS）-仓储（WMS）全价值链，实现40多道工序100多个工位的数字化联动。
实施路径：将PLM系统中的三维设计模型直接下发至MES，替代传统二维图纸，实现设计-制造数据贯通；MES系统自动将工单拆解为工序级任务并下发至对应工位的智能终端；QMS系统与MES深度集成，焊接参数、坡口尺寸、装配公差等质量数据在线采集并自动判定；WMS与MES联动，按生产节拍自动触发物料配送指令至AGV系统。
关键数据：在制品周转天数下降72.4%；产品制造周期从28天缩短至9天；单个焊机平均等待时间下降86.7%；产量提升30%+。
技术组合：MES, MBD, APS排程, QMS
MES系统部署于园区数据中心，覆盖23条自动化产线的全部100多个工位。MBD三维设计模型从PLM系统直接下发至MES。QMS系统内嵌质量判定规则引擎，异常工件即时标记不流向后工序。
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6. 5G+工业物联网全连接工厂
业务痛点：重型结构件生产环境电磁干扰严重，传统WiFi信号衰减大导致设备掉线频发；远程运维和煤矿端设备遥控需要低延迟大带宽通信。
解决思路：5G专网+边缘计算节点实现全园区设备无缝连接，满足远程操控对低延迟（<20ms）的严苛要求。
实施路径：园区部署5G基站实现全覆盖；在焊接区、切割区等强干扰区域部署边缘计算节点进行本地数据处理；通过5G实现采煤机、刮板机、液压支架在煤矿工作面的远程集控。
关键数据：解决了远程操控信号延迟问题；矿端月采煤推进度从80-90米提升至180-200米（最高267米）。
技术组合：5G, 边缘计算
5G基站覆盖园区全部生产区域。矿端5G+智能"大脑"实现采煤机+刮板机+液压支架三机联动远程操控，国内首套由单一厂家提供的成套化智能综采工作面。
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7. 多机器人协同作业系统
业务痛点：搬运机器人+坡口机器人+打磨机器人在同一工作站需要按节拍协同，传统PLC控制方案柔性和扩展性差，不同品牌机器人协议不统一。
解决思路：自研多机器人协同工作站控制系统，统一协调不同品牌机器人的动作时序和空间路径。
实施路径：开发统一的机器人通信中间件，适配不同品牌机器人的通信协议；工作站控制系统根据3D视觉定位结果，计算各机器人的动作路径和时间窗口。
关键数据：实现多品牌、多类型机器人100%协同作业；将原本需要人工衔接的3道工序合并为1个自动化工作站。
技术组合：多机器人协同, PLC/IPC控制
自研多机器人协同控制系统部署于坡口加工工作站，通过统一通信中间件桥接KUKA、ABB等不同品牌机器人的私有协议。
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8. 实时传感器网络与智能监控
业务痛点：重型设备运行参数无法实时掌握，异常工况发现滞后导致非计划停机频发；瓦斯、粉尘等危险环境缺乏自动预警。
解决思路：在每台液压支架和关键设备上布置10余个传感器，构建全设备实时监控网络，与数字孪生平台联动实现异常预警和自动处置。
实施路径：每台液压支架出厂前安装10余个传感器，实现全生命周期状态追踪；园区焊接设备、激光切割机等关键设备部署振动+温度+电流传感器；AI模型进行异常检测和设备健康度评估。
关键数据：年度非计划停机时长降低60%；实现设备故障从"被动抢修"到"预测性维护"的转变。
技术组合：传感器, 预测性维护, IIoT
每台液压支架内置10余个传感器，数据通过5G/IIoT回传云端。AI模型基于历史故障数据训练异常检测算法，提前24小时预警设备劣化趋势。
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9. 10米超大采高智能液压支架（产品标杆）
业务痛点：超厚煤层一次采全高技术长期被国外垄断，10米级采高支架对结构强度、焊接质量、装配精度要求极高——任何缺陷可能导致井下塌方事故。
解决思路：依托灯塔工厂的智能制造能力（激光精密切割+机器人自动焊接+100%在线检测+数字孪生仿真），攻克10米级超大采高液压支架的制造难关。
实施路径：PLM系统完成10米支架的结构仿真和强度校核；激光切割机群以±0.1mm精度加工超大尺寸结构件板材；机器人焊接工作站以180度变位机实现全方位焊接；出厂前通过数字孪生平台进行虚拟加载测试。
关键数据：世界煤矿支护装备高度纪录；实现从"中国第一架"（1964年）到"世界第一高"（2023年）的历史性跨越。
技术组合：数字孪生仿真, PLM, AI质检
PLM系统完成10米支架的结构强度仿真。机器人焊接工作站以180度变位机消除焊接死角，AI视觉对每道焊缝实时检测。出厂前通过数字孪生平台虚拟加载7000kN工作阻力验证。
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10. 矿端成套化智能综采工作面
业务痛点：传统煤矿采煤机、刮板机、液压支架由不同厂家供应，子系统各自为政，井下通信靠"人工喊话"，采煤推进度受限于设备协同效率。
解决思路：郑煤机是国内唯一可提供采煤机+刮板输送机+液压支架+智能化控制系统全部四大件的单一供应商，以智能化控制系统为"大脑"实现成套装备联动。
实施路径：以智能化控制系统为统一平台，通过5G+IIoT实现采煤机位置、刮板机负载、液压支架姿态的三维联动控制；在地面集控中心实现远程操控，井下仅保留巡检人员。
关键数据：月采煤推进度从80-90米提升至180-200米（单月最高267米）；工作面操作人员从十几人大幅减少，实现"少人则安"。
技术组合：5G, 远程集控, 智能化控制
地面集控中心通过5G专网与井下设备通信（延迟<20ms），AI算法实时分析采煤机位置、截割高度、刮板机负载等参数，自动决策液压支架的跟机支护节奏。
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绩效改善总览
指标 | 改善前 | 改善后 | 提升幅度 | 业务解读 |
产品制造周期 | 28天 | 9天 | ↓61.3% | 客户响应速度提升3倍，订单竞争力大幅增强 |
在制品周转天数 | — | — | ↓72.4% | 资金占用大幅减少，现金流改善显著 |
产量 | — | — | ↑30%+ | 同等厂房面积多产出1/3，产能利用率新高 |
人效（人均效率） | — | — | ↑100%+ | 同等产量所需人数减半，缓解用工荒 |
焊接设备OEE | — | — | ↑30% | 设备利用率从行业平均60%提至78%+ |
单个焊机平均等待时间 | — | — | ↓86.7% | 瓶颈工序消除，产线平衡率大幅提升 |
焊接一次不良率 | 1.1% | 0.3% | ↓73% | 年减少返修焊缝约数千条，质量成本大降 |
坡口一次不良率 | 8% | 0.8% | ↓90% | 材料浪费减少，后工序合格率直线上升 |
年度非计划停机 | — | — | ↓60% | 从"被动抢修"转为"预测性维护" |
AGV调度故障 | 每周10起+ | 近乎0起 | ↓99%+ | 物流中断风险基本消除 |
生产节拍（坡口加工） | — | — | ↓58% | 工作站产能翻倍，交货保障能力增强 |
技术全景图
9大领域覆盖：7/9（智能装备、工业软件、智能工厂、智慧供应链、智能赋能技术、智能制造新模式、工业网络）
WEF重点技术覆盖率：14/40（35%）
被采用的WEF重点技术（14项）：工业机器人、AGV/AMR、MES、QMS、数字孪生、AI视觉检测、5G、边缘计算、工业物联网（IIoT）、大数据分析、云计算、3D机器视觉、预测性维护、APS高级排程
未明确涉及：系统安全（工业信息安全体系未在公开材料中体现）、绿色可持续（碳排放管理/能效优化未作为独立模块披露）
可复制性分析
企业规模 | A+H股上市国企 · 2024H1营收189.53亿元 |
投入规模 | 公开信息未披露具体金额，预估数亿元级数字化转型持续投入 |
实施周期 | 约3-4年（2020年启动自研AGV调度→2022年智慧园区投产→2024年获评灯塔） |
关键技术门槛 | 多机器人协同控制算法、AGV多品牌混编调度、大型变位机设计、重载结构件数字孪生仿真 |
适合企业参考 | 重型离散制造企业（工程机械、矿山装备、船舶海工、轨道交通装备、大型钢结构等），特别是"多品种小批量+大尺寸重载工件"特征明显、且具备一定自动化基础的企业。核心可复制的不是具体技术，而是"自主攻关+逐步迭代"的转型路径。 |
行业对标视角
国标分类路径：制造业（C）→ 金属制品业（33）→ 集装箱及金属包装容器制造（333）→ 矿山机械制造（3331）
同小类（3331 矿山机械制造）仅郑煤机1家灯塔工厂。同中类（333）也仅有郑煤机1家。以下扩展至同大类（33 金属制品业）对标：
同大类 33 金属制品业 灯塔工厂（2家）：
1. 郑州煤矿机械集团（本案例）— 第12批 · 单一灯塔 · 矿山机械
2. 山特维克可乐满（瑞典）— 第2批 · 单一灯塔 · 金属切削工具
行业洞察：金属制品业在全球灯塔工厂网络中属于"稀有品类"——全行业仅2家灯塔工厂（中国1家+瑞典1家）。郑煤机是金属制品业第一家中国企业灯塔工厂，也是全球矿山机械细分领域的唯一灯塔。
互动引导
灯塔工厂投入通常在数亿元级别，郑煤机选择了自主攻关AGV调度系统这条"硬核"路线——你们工厂在做数字化转型时，哪些环节选择自研、哪些选择外购？踩过哪些坑？
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工具箱：回复【名录】获取完整灯塔名单 | 回复【分析+企业名】获取深度案例 | 回复【自测】评估智造差距
数据来源：世界经济论坛全球灯塔网络（第12批）、郑煤机官网（zmj.com）、河南省政府官网、郑州经开区管委会、大河财立方
老陈说灯塔 · 每周一个灯塔工厂深度拆解
