浅谈现代化轮胎工厂的工程设计发展趋势

2015-08-16李智蔡俊松

橡塑技术与装备 2015年11期

关键词：工程设计轮胎工厂

李智，蔡俊松

(中国化学工业桂林工程有限公司，广西桂林 541004)

浅谈现代化轮胎工厂的工程设计发展趋势

Discussion of development trend of engineering design for modern tyre factory

李智，蔡俊松

(中国化学工业桂林工程有限公司，广西桂林 541004)

对轮胎工厂工程设计的发展过程进行了简单论述，并提出了现代化轮胎工厂的工程设计的一些认识。只有不断提高工程设计水平，才能满足中国轮胎行业快速发展的需求。

现代化轮胎工厂；工程设计；趋势

中国轮胎行业自从20世纪80年代引进国外子午线轮胎生产技术后，经过20世纪90年代的摸索改进创新，逐步形成了具有中国特色的轮胎生产技术。2000年以后很多民营企业进入了中国轮胎行业，加速了中国轮胎行业的发展速度，目前中国轮胎的产量已稳居世界第一，也形成了很多具有一定知名度的轮胎品牌， 2012年杭州中策公司进入国际轮胎行业前十名，是中国大陆轮胎生产企业首次进入世界前十强，代表了中国轮胎民族工业发展的里程牌。与此相对应的是，国内轮胎工厂的技术水平与国外先进企业相比有较大的差距，人均劳动生产率较低，产品质量水平也与国外先进企业有很大的差距，产品的知名度不高，只能在中低端市场竞争，造成国内轮胎企业的利润低，抗风险能力低。

目前我国轮胎企业已认识到上述差距，在生产技术上不断创新，生产技术基本上已经紧跟国际先进水平。在工艺装备和节能技术及装备上也不断加大投入，在提高产品质量的同时，也在不断地降低生产成本。作为轮胎工厂的最早配套服务工程——工程设计，也要适应现代化轮胎工厂的要求，不仅要在绿色建筑方面取得进展，同时也要适应中国轮胎工厂的现代化建设要求，实现轮胎工厂的智能绿色制造。

1 轮胎工厂工程设计发展过程

中国的轮胎发展是从斜交轮胎逐步向子午线轮胎发展的。在20世纪50年代末，参照前苏联模式，中国就成立了专业的橡胶工厂设计院，从事国内各斜交轮胎工厂和橡胶制品工厂工程设计。20世纪80年代，中国逐渐从国外引进行了半钢及全钢子午线生产技术，开始逐步生产子午线轮胎，这时子午线轮胎工厂的工程设计的数据大都按照引进技术提供的技术要求进行，在这个阶段工程设计主要以手工计算和手工绘图为主，设计资料只能从外方提供的资料照搬设计。

进入20世纪90年代后，中国企业生产子午胎的工厂不断增加，产量不断提升，在这个过程中各个中国企业不断消化吸收引进技术，同时不断创新，逐步形成企业自己的技术特点。同时，国外先进轮胎公司纷纷看好中国市场，不断有国外轮胎巨头进入中国市场，也带来了新的设计理念。这时的轮胎工厂设计已经由计算机逐步取代了手工绘图，出现了一些专业设计软件，大大提高了设计进度。同时，由于进行多个轮胎工厂的设计工作，同时参与了国外轮胎工厂的设计，国内轮胎设计院积累了很多轮胎工厂的设计经验，并初步形成了自己的设计特点和设计风格。

2000～2010年，国家逐步出台各种政策，限制斜交轮胎发展，大力提倡发展子午胎。随着中国汽车行业的发展，对子午胎的需求越来越大，斜交轮胎工厂的产量逐步萎缩，子午胎产量大幅增长，国内原有各企业纷纷扩产，新的企业不断进入轮胎生产行业，行业快速发展。但是，此阶段国内轮胎企业的重点是在大力发展产能，对技术提升及节能减排、现代物流不够重视，造成了对工程设计的要求大都仅仅是要求厂房建好后能将设备装好生产即可，甚至有些企业照搬其他工厂的设计图纸进行施工。这阶段国内也逐渐出现了一些小的设计院或设计团队，靠照搬照抄其他企业的图纸和超低的工程设计费用承揽项目，造成工程设计水平极其低下，严重扰乱了整个行业的设计市场。而在此阶段，国外排名前十的轮胎工厂全部进入中国市场进行建厂生产，国内大型设计院也通过与他们的交流，逐步掌握了国际最先进工厂的设计理念和设计特点，并且借助不断发展的专业设计软件，大大的提升了设计水平。

2010年以后，中国轮胎行业逐步认识到光靠发展产量是不行的，要靠提升产品的内在价值实现增长，加上外部环境的要求，如欧盟出台新的轮胎质量标准ECE117，国内也颁布了轮胎产业发展规划、轮胎企业节能标准等，迫使国内轮胎行业开始提升自己的产品档次，不仅在生产工艺技术上不断突破，而且开始使用具有国际领先水平的生产工艺装备，并且在节能减排各领域积极创新，从而带动了中国轮胎行业再一次的发展。在这个阶段，国内设计院也根据各轮胎公司的技术发展要求，不仅在工程设计上适应轮胎工厂建设发展的需求，而且牵头与大学院校、科研单位、轮胎工厂组成产、学、研联盟，将一些新的技术、方法融合起来，积极向轮胎工厂进行推广，取得了较好的效果。

2 对现代化轮胎工厂的工程设计的一些认识

中国化学工业桂林工程有限公司（以下简称CGEC公司）是中国最早的专业橡胶工厂工程设计的单位，从1957年至今有近六十年的橡胶工厂工程设计经验，迄今为止共完成了约1 200项工程建设项目。随着国内轮胎行业的不断壮大发展，CGEC公司从原来单纯的工程设计服务逐步发展成工程设计、工程监理、生产装备开发、项目管理、工程总承包全方位的工程建设服务，并且与国内多家科研院所、大学院校、国际知名大公司如GE、罗克韦尔等公司及国内外各大轮胎公司合作，在轮胎工厂信息化建设、节能减排技术、智能化物流技术、环境保护治理技术等方面取得很多创新成果，也逐步运用在国内各大轮胎工厂中，取得了较好的经济效益及社会效益。

笔者结合在CGEC公司的工作经验，并且通过参与的一些工程新技术和节能减排技术、轮胎工厂信息化建设工作，谈谈对现代化轮胎工厂的工程设计的一些认识。

2.1 建立绿色建筑工厂的理念

在设计中要大力提倡绿色建筑的概念见图1。绿色建筑指的是在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材），保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。先进建筑结构的厂房使工艺流程布局紧凑、物流缩短、效率提高。同时，在采光照明、隔热保温、通风换气等方面采用节能的新设计、新材料、新器件，工厂有显著的节能效果。

除此之外，建筑在符合国家有关规范及防火、抗震、环保、卫生等要求的前提下，应满足工艺生产和现代企业管理的要求，保证产品质量，节约投资，改善劳动条件，做到安全适用，经济合理，技术先进，美观大方，以达到文明生产，并满足城市规划要求。

图1 绿色建筑工厂的理念

2.2 现代化工程技术应用于工厂建设

在工程设计中采用现代工程技术，如现代预应力混凝土技术、大型预应力双T板等应用于轮胎工厂的建筑结构设计上，可以进一步优化工厂设计，见图2。

如在实际应用中，CGEC与同济大学合作研究，在橡胶行业最早将现代预应力混凝土技术应用于轮胎工厂的建筑结构设计上，建造了行业最大跨度、多层次、重载荷的厂房，比传统建筑结构设计的厂房具有构件截面小、自重轻、跨度大、较钢筋混凝土结构节省钢材30%～40%、减少建筑高度等优点，比常规单层厂房设计节约用地60%以上。

图2 工程设计中的现代工程技术

2.3 构建信息化工厂

轮胎企业信息化是通过以信息技术为手段，对所有与企业相关的信息进行采集、传输、存储和分析，使企业的决策层、管理层和执行层的人员都能够及时得到完整、准确一致的信息支持的过程，进而不断提高企业的生产、经营、管理、决策、服务的效率和水平，增强企业对内外环境和市场作出迅速响应的能力，达到降低企业生产成本，提高企业运营效率，增强企业核心竞争力的目标。轮胎企业信息化系统可分为企业资源规划系统（ERP）、制造执行系统（MES）以及电子商务系统（E-Business）三大组成部分。信息化工厂的中心是MES系统（制造执行系统）。

轮胎企业通过建立信息化系统，可实现轮胎生产过程的自动化、企业管理方式的网络化、领导决策支持的智能化、企业商务运营的电子化，从而实现轮胎的绿色智能化制造的目标。

工程项目设计中要将企业信息化构架覆盖全厂所有业务流程及应用系统为原则，包括过程监控和能源管理系统，构建企业信息化集成管理平台（包含CIMS/ERP/MES/PDM/OA等系统）。

企业信息系统构架如图3。

图3 企业信息系统构架

2.4 适应现代工厂工艺设备的要求

现有工厂要根据新出现的先进生产工艺和技术，结合现有工厂的实际状况，积极进行改革创新，不断提高自动化及智能化水平。

这些新技术如：①串联式密炼系统；②低温连续混炼技术；③生胶复配技术（见图4）；④电子幅射预硫化技术；⑤胎面、胎侧连续称量控制技术；⑥轮胎自动化成型技术。

另外，设计要有前瞻性，对一些国外轮胎公司已采用的先进技术要认真研究，要预留今后发展的条件，包括：①轮胎无胶囊硫化技术；②无人操作机器人技术等。

图4 生胶复配技术

2.5 现代物流技术应用于轮胎工厂设计

将现代物流技术和自动化控制技术引入传统轮胎生产工艺中，实现轮胎工厂全自动化、信息化，形成一条从原材料入库到成品出库的全自动生产线，将轮胎工厂打造成全新的智能化工厂。

主要可通过以下方面来实现：①运用原材料立体仓库、生胶破碎复配技术、生胶低温一次法技术，实现原材料自动入库出库、炼胶智能化；②实施轮胎生产车间智能化物流输送，利用包括RGV、AGV小车、输送带、空中悬挂小车、EMS小车等物流手段实现原材料、半成品、胎坯及成品在地面或空中的自动输送，实现成品的自动检验、入库及出库；将轮胎制造高度自动化的各个工序连接起来，并可减少轮胎制造工序间大量的用于半成品转运的辅助人员（见图5、图6）；③采用成品智能高架立体仓库（见图7）。高架立体自动库可实现轮胎的自动入库、堆放、出库，仓库高度可达到约32 m，不仅减少人工大量的搬运工作，而且可做到轮胎先进先出，减少人为错误，并且可大大提高单位面积的存放量，提高土地使用效率，实际成品出入库智能化管理；④原材料、半成品到成品按工序利用条码或RFID跟踪，可实现从原材料到成品、从成品到原材料的双向追踪；⑤生产管理建立一套全过程控制的监控和管理系统（MES系统），增强生产的在线监控，及时调度生产，减少半成品的库存；提高生产效率、提高品质、提高生产物流水平。

图5 成型工段自动化物流

图6 硫化工段自动化物流

图7 自动化主体仓库

图8 污水资源化技术

图9 无动力闭式集中疏水系统

2.6 节能技术应用于工程设计

现代化工厂应响应国家节能减排的技术要求，以实现低碳经济、循环经济，在工程设计时要采用一些先进节能减排技术，如：①污水资源化技术（见图8）；②余热发电技术；③无疏水阀蒸汽节能技术（见图9）；④压缩空气节能技术；⑤高压变频技术；⑥空调制冷节能技术；（7）智能化节电技术等。

2.7 环保技术在工程设计中的应用

现代化轮胎工厂的建设要注重环境保护，要保证项目投产后，排放的污染物得到妥善处理，在达标排放的前提下，项目排放的污染物不会对周围环境质量产生明显影响，以实现轮胎工厂的绿色制造。

作为工程设计中的环境保护设计，应从全局出发，统筹兼顾，做到安全适用、技术先进、经济合理。所以在工程设计中，要针对轮胎工厂的主要污染进行分析，对主要污染源采取合理的治理措施，保证本项目建成后，不会对周围环境产生明显影响。

可采用以下几种环境保护措施，减少轮胎工厂污染物的排放：①炼胶烟气治理技术；②硫化烟气治理技术；③炭黑粉尘综合治理技术（见图10）。

图10 炼胶及硫化烟气治理技术

图11 三维工程设计

2.8 新型的设计手段和方式

在工程设计中要采用新型的工具及手段，特别是利用计算机技术和信息化技术，不断地提高设计水平。包括：①采用先进的专用辅助设计软件，提高设计水平和设计效率；②加强空间管理设计。车间空间是随着工程设计的不断进步衍生出来的一门新的专业，空间管理主要用于协调工程设计各专业在车间内空间的安排布置，减少各专业之间的相互碰撞，使车间内管线布置统一规范、经济合理与美观大方；③采用三维设计（见图11）。三维设计提高了碰撞检查的效率和项目设计的精准度，使工程项目成果提前可视化，更好的降低了业主投资项目的风险。三维设计同时可提高工程项目的质量，加快工程建设的速度，提高工程的收益，为业主创造更多效益。三维设计模型可以和业主、施工承包方、安装承包方配合，由其他各方提供相关数据（采购进度计划、施工进度计划、安装进度计划等），共同制作四维成果，对工程项目的建设计划进行管理和协调，缩短工程建设周期，加速项目投产。