智慧型轮胎制造平台综述

2015-11-17高彦臣

橡塑技术与装备 2015年13期

关键词：智慧型轮胎智慧

高彦臣

（国家橡胶与轮胎工程技术研究中心、青岛伊科思技术工程有限公司，山东青岛 266042）

智慧型轮胎制造平台综述

Reviewed of intelligent tire manufacturing platform

高彦臣

（国家橡胶与轮胎工程技术研究中心、青岛伊科思技术工程有限公司，山东青岛 266042）

由于轮胎生产的工序复杂，设备的自动化程度较高，随着轮胎制造企业的产能持续扩大，客户更多的定制化需求、更严格的产品品质要求，这些因素加剧了市场竞争，增加了企业生产管理的复杂性，成为困扰轮胎企业发展的瓶颈问题。进入工业4.0时代，智慧型轮胎制造平台依托人工智能技术、并行工程技术和虚拟制造技术，提供了综合解决方案，可以提高轮胎制造企业的管理水平。

轮胎制造；自动化；信息化；智慧工厂

高彦臣

国家橡胶与轮胎工程技术研究中心副主任

青岛伊科思技术工程有限公司董事长

技术升级、资源重组、转型发展已是不二选择、必然趋势！

智慧化是轮胎企业赶超世界先进水平的源动力！

信息化支撑轮胎企业精细管理战略！

编者按：

2015年，中国最热门的词汇莫过于“工业4.0”、“互联网+”。与此同时，在2015年，我国经济增速放缓，加之美国对我国轮胎出口实行“双反”，以及人工成本的持续上涨，导致我国轮胎企业面临严峻挑战！提高企业的综合管理水平，有效降低成本，增强企业的竞争力，尤其在当今“工业4.0时代”，如何使企业快速实现转型升级，并与国家倡导的“互联网+”有效融合，是摆在企业管理层面前的必应课题。

为此，本刊特邀请到国家橡胶与轮胎工程技术研究中心副主任、青岛伊科思技术工程有限公司董事长高彦臣先生，为我们谈谈“智慧型轮胎制造平台”。高总有多年的“两化融合”（信息化和工业化）研究和实践经验，与当今的“德国工业4.0”有异曲同工之妙，他在“智能工厂”、“智慧制造”方面均有较深入的研究。今请他为大家解读“智慧型轮胎制造”的一些基本概念和具体管理操作模式。供读者借鉴！

1 轮胎制造企业的发展现状

随着人们生活水平的日益提高，汽车工业得到快速发展，带动了轮胎及橡胶制品消费的增长。轮胎行业发展迅速，产销两旺，产品结构继续优化，有实力的轮胎企业纷纷斥巨资扩大生产规模，生产设备的自动化程度和企业的信息化管理水平进一步提高。然而，市场对轮胎品质和性能的要求越来越高，轮胎行业的竞争日益加剧，而能源成本和人工成本持续上涨，原材料价格波动，给轮胎生产企业的生存和发展造成巨大压力。十几年高速增长的黄金时期已经结束，轮胎行业真正进入了依靠综合素质转型升级的发展新时期。

由于各工序的生产设备的控制系统的协同化程度不够，信息化管理平台的智慧化程度不够，虽然获取了大量的生产信息，但是对于这些信息的处理和应用却不够充分。当客户的订单发生改变时，系统之间缺乏透明度，导致各生产信息和物流信息的更新不及时，造成运营效率低下、生产资源浪费。当产品生产出现大幅度的质量波动或者生产计划出现异常时，因为缺乏必要的生产信息支撑，导致生产管理系统难以及时做出正确反应，造成生产效率降低。

2 智慧型制造企业的发展概述

自从大工业化制造模式问世以来，特别是借助计算机与自动化科学的制造技术的发展，传统制造业务发生了革命性的变化，但也存在着很多问题。生产的规模不断扩大，管理的复杂性不断提高，先进的自动化生产制造技术和信息化管理技术向设计人员和管理人员提出了新的挑战，传统的设计理念和管理方法不能再有效地解决现代制造系统面临的问题。要解决这些问题，必须通过集成传统制造业务流程和自动化信息技术发展起来的一种新型智能制造管理系统才可以帮助我们走出困境，度过危机。

智能制造系统的产生是制造业发展的历史必然趋势。如图1所示为工业革命的发展进程，历次工业革命的产生都是伴随着革命性的技术创新。以蒸汽机的出现和电力系统的广泛应用为代表的第一、二次工业革命，通过使用生产机器设备解放了人的体力劳动，而在第三次工业革命中，由于电子信息技术和先进自动控制技术的发展完善，出现了大规模机械生产系统，实现了生产自动化和管理信息化，解放了人的部分脑力劳动。

随着自动化控制技术和信息化管理技术的发展，工业控制进入4.0时代，由德国联邦教研部与联邦经济技术部联合资助，在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下形成，已上升为国家战略。人类将迎来以机器对机器（M2M）通信为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。

图1 工业革命发展历程

信息物联网是在互联网技术的基础上，通过智能感知技术、系统识别技术与通信感知技术等的融合，信息物联系统的用户端延展到任何物品与物品之间，实现物与物之间直接相连，进行信息交换和通信，被称为继计算机和互联网之后世界信息化技术发展的第三次浪潮。

智能制造技术是指在制造工业的各个环节，以一种高度柔性与高度集成的方式，通过计算机来模拟人类专家的制造智能活动。对制造问题进行分析、判断、推理、构思和决策，对人类专家的制造智能进行收集、存贮、完善、共享、继承和发展。智能制造技术是制造技术、自动化技术、系统工程、人机智能等学科相互渗透和融合的一种综合技术[1]。

智能制造技术是新一代信息技术的重要组成部分，也是工业革命4.0时代“信息化”的重要发展标志，其发展核心是以满足和提升用户体验为目的的产品应用创新，实现产品生产与研发的数字可视化。

3 智慧型轮胎制造平台建设

轮胎制造企业作为一个复杂的现代工业生产系统，日益受到市场、技术和人员等三方面制约因素的影响。从市场的角度看，市场定位与预测、产品销售与推广、客户关系维护、产品售后服务等职能随着轮胎企业产能规模的不断扩大而产生滞后，对生产管理和技术研发工作的指导效果不明显；从技术角度看，产品规划与设计、新产品研究与发展等环节需要与世界前沿技术保持同步，以市场需求信息为指导思想，与生产管理系统保持紧密联系，而这些环节的集成智能管理水平还不够高，致使企业的产品研发能力不足；从人员的角度看，一方面由于目前普遍存在劳动力匮乏、人工成本昂贵的情况，致使轮胎企业的运营成本和管理的复杂性大幅增加，另外一个方面，发展中国家的轮胎制造企业的规范化及自动化程度低下，人才队伍建设意识薄弱，专业人才力量不足，高端技术人员缺失，由于产品技术人员和劳动者因素等方面受到限制，存在产品市场竞争力丧失的危险。

图2 轮胎的生产流程和信息化管理架构

如图2所示为轮胎的生产流程和信息化管理架构，其生产系统过程包括原材料管理、密炼、半制品、成型、硫化、检测和成品库存管理等各个相对独立的子系统。目前，轮胎制造企业根据轮胎生产工序来设计和实施信息化管理平台，造成各个系统间没有能够集成为一个有机的整体，导致缺乏智慧管理能力，难以满足企业发展的需要。

建设智慧型轮胎工厂必须从整个轮胎的生产制造全流程来进行规划，实现设备自动化、运行智能化、生产信息化、管理智慧化。生产决策、原材料订购与储运处理、产品生产与加工制造、产品质检与存储、成品销售与售后服务等环节构成了企业生产运营的全过程，各环节的集成自动化水平和集成智能化水平决定该系统的智慧能力。参见图3。

智能型制造系统是一个网络集成的高度自动化制造系统。智能型制造系统综合应用人工智能技术、并行工程技术、虚拟制造技术、材料技术、现代管理技术、系统工程技术、自动化技术和信息化技术，具有自组织能力、自律能力、自学习和自维护能力。在国际标准化管理的基础上，使得生产制造业务流程中的经营决策、生产规划、作业调度、制造加工和质量保证等各个子系统实现智能化管理功能。

如图4所示为智慧型轮胎制造平台的系统架构，构建基础网络，通过分层建设，达到平台能力及应用的可成长、可扩充，创造面向未来的智慧企业系统框架。平台主要包括以下六个层级：

（1）生产业务层

按照轮胎生产组织工序设计，面向生产设备的核心业务，这是智慧型轮胎制造平台的基本功能模块。

（2）通讯控制层

集成自动化控制产品技术，将各种控制系统和控制终端设备通过规范化的通讯技术有机地整合，完成轮胎生产各工序的自动化控制功能，实现数据的无缝链接，这是平台实现智慧运行的基础。

图3 智慧企业管理梯形图

图4 智慧型轮胎制造平台的系统架构

（3）硬件网络层

硬件网络层包括集成应用平台、网络信息安全平台和系统运行支撑平台，应用互联网、物联网、通信网络技术构成系统运行的基础网络。

（4）车间执行层

基于用户体验要求，面向对象设计执行功能模块，细化管理职能，实现实时数据采集分析和关键性能指标分析。

（5）企业经营层

PLM系统支持轮胎产品全生命周期的研发、配方、工艺和产品数据管理。SCM系统管理供应商及上下游关系，执行计划和控制等职能。CRM与CC系统以客户为中心支持有效的市场营销、销售与服务流程。ERP系统从企业的资源、工作流程和决策分析等角度实施管控。

（6）战略管理层

支持轮胎制造企业制定在不同时期的发展战略，以及在战略实施过程中进行动态管理，保证战略目标的正确落实。

智慧企业需要打造一个统一平台，设立企业数据中心即轮胎大数据，将互联网、物联网、通讯网高度集成，信息流、物流、资金流深度融合，引领企业从自动化迈向网络化、从智能型制造迈向智慧型管理。如图5所示为智慧型轮胎制造平台的功能模块组图，包括数字企管、产品研发、产品服务、设备诊断、舆情管理等涉及到企业管理的各种职能。通过对轮胎企业内外部舆情和商情的收集与管理、企业大数据全面挖掘解析与智能化转换、轮胎生产现场可视数据挖掘与行为解析、生产过程设备工艺数据挖掘与过程解析等数据收集与分析功能，应用云计算为大数据处理与云管理提供保障，采用智能移动终端管理将使企业管理无边界，智慧型轮胎制造平台可以提供运行数据支持，实现智慧化运营管理。另参见图6~8。

图5 智慧型轮胎制造平台的功能模块组图

图6 智慧企业整体框架

智慧型制造企业的一个重要特点就是高效协同，这需要各个系统具备系统间协同工作的能力，需要采用系统化、规范化和标准化的设计规范。智慧型生产系统具有更透彻的感知、更全面的互联互通和更深入的智能化，可以大大提高企业内部流程的运行效率。

4 总结

综上所述，计算机技术、信息技术、自动化技术与传统制造技术相结合，构成了智慧化制造技术。在信息社会化、知识经济化的新时代，智慧型轮胎制造平台是轮胎制造技术发展的一个趋势，系统功能丰富，应用前景广阔。通过技术升级，生产装备实现智控互联，管理手段实现智慧创新，智慧型轮胎制造系统能够解决设备制造差别、物料性能差异、生产计划变更、生产质量波动等问题，可以提高企业的生产效率、管理水平和产品质量，进而提高企业的综合素质和企业竞争力。大力开展智能制造技术、智慧管理能力和系统开发研究，必将提高我国轮胎制造业的整体水平，增强企业发展活力和产品竞争力。