智慧型輪胎制造平臺綜述

高彥臣

（國家橡膠與輪胎工程技術研究中心、青島伊科思技術工程有限公司，山東 青島 266042）

智慧型輪胎制造平臺綜述

Reviewed of intelligent tire manufacturing platform

高彥臣

（國家橡膠與輪胎工程技術研究中心、青島伊科思技術工程有限公司，山東 青島 266042）

由于輪胎生產的工序復雜，設備的自動化程度較高，隨著輪胎制造企業的產能持續擴大，客戶更多的定制化需求、更嚴格的產品品質要求，這些因素加劇了市場競爭，增加了企業生產管理的復雜性，成為困擾輪胎企業發展的瓶頸問題。進入工業4.0時代，智慧型輪胎制造平臺依托人工智能技術、并行工程技術和虛擬制造技術，提供了綜合解決方案，可以提高輪胎制造企業的管理水平。

輪胎制造；自動化；信息化；智慧工廠

高彥臣

國家橡膠與輪胎工程技術研究中心副主任

青島伊科思技術工程有限公司董事長

技術升級、資源重組、轉型發展已是不二選擇、必然趨勢！

智慧化是輪胎企業趕超世界先進水平的源動力！

信息化支撐輪胎企業精細管理戰略！

編者按：

2015年，中國最熱門的詞匯莫過于“工業4.0”、“互聯網+”。與此同時，在2015年，我國經濟增速放緩，加之美國對我國輪胎出口實行“雙反”，以及人工成本的持續上漲，導致我國輪胎企業面臨嚴峻挑戰！提高企業的綜合管理水平，有效降低成本，增強企業的競爭力，尤其在當今“工業4.0時代”，如何使企業快速實現轉型升級，并與國家倡導的“互聯網+”有效融合，是擺在企業管理層面前的必應課題。

為此，本刊特邀請到國家橡膠與輪胎工程技術研究中心副主任、青島伊科思技術工程有限公司董事長高彥臣先生，為我們談談“智慧型輪胎制造平臺”。高總有多年的“兩化融合”（信息化和工業化）研究和實踐經驗，與當今的“德國工業4.0”有異曲同工之妙，他在“智能工廠”、“智慧制造”方面均有較深入的研究。今請他為大家解讀“智慧型輪胎制造”的一些基本概念和具體管理操作模式。供讀者借鑒！

1 輪胎制造企業的發展現狀

隨著人們生活水平的日益提高，汽車工業得到快速發展，帶動了輪胎及橡膠制品消費的增長。輪胎行業發展迅速，產銷兩旺，產品結構繼續優化，有實力的輪胎企業紛紛斥巨資擴大生產規模，生產設備的自動化程度和企業的信息化管理水平進一步提高。然而，市場對輪胎品質和性能的要求越來越高，輪胎行業的競爭日益加劇，而能源成本和人工成本持續上漲，原材料價格波動，給輪胎生產企業的生存和發展造成巨大壓力。十幾年高速增長的黃金時期已經結束，輪胎行業真正進入了依靠綜合素質轉型升級的發展新時期。

由于各工序的生產設備的控制系統的協同化程度不夠，信息化管理平臺的智慧化程度不夠，雖然獲取了大量的生產信息，但是對于這些信息的處理和應用卻不夠充分。當客戶的訂單發生改變時，系統之間缺乏透明度，導致各生產信息和物流信息的更新不及時，造成運營效率低下、生產資源浪費。當產品生產出現大幅度的質量波動或者生產計劃出現異常時，因為缺乏必要的生產信息支撐，導致生產管理系統難以及時做出正確反應，造成生產效率降低。

2 智慧型制造企業的發展概述

自從大工業化制造模式問世以來，特別是借助計算機與自動化科學的制造技術的發展，傳統制造業務發生了革命性的變化， 但也存在著很多問題。生產的規模不斷擴大，管理的復雜性不斷提高，先進的自動化生產制造技術和信息化管理技術向設計人員和管理人員提出了新的挑戰， 傳統的設計理念和管理方法不能再有效地解決現代制造系統面臨的問題。要解決這些問題，必須通過集成傳統制造業務流程和自動化信息技術發展起來的一種新型智能制造管理系統才可以幫助我們走出困境，度過危機。

智能制造系統的產生是制造業發展的歷史必然趨勢。如圖1所示為工業革命的發展進程，歷次工業革命的產生都是伴隨著革命性的技術創新。以蒸汽機的出現和電力系統的廣泛應用為代表的第一、二次工業革命，通過使用生產機器設備解放了人的體力勞動，而在第三次工業革命中，由于電子信息技術和先進自動控制技術的發展完善，出現了大規模機械生產系統，實現了生產自動化和管理信息化，解放了人的部分腦力勞動。

隨著自動化控制技術和信息化管理技術的發展，工業控制進入4.0時代，由德國聯邦教研部與聯邦經濟技術部聯合資助，在德國工程院、弗勞恩霍夫協會、西門子公司等德國學術界和產業界的建議和推動下形成，已上升為國家戰略。人類將迎來以機器對機器（M2M）通信為基礎，以生產高度數字化、網絡化、機器自組織為標志的第四次工業革命。

圖1 工業革命發展歷程

信息物聯網是在互聯網技術的基礎上，通過智能感知技術、系統識別技術與通信感知技術等的融合，信息物聯系統的用戶端延展到任何物品與物品之間，實現物與物之間直接相連，進行信息交換和通信，被稱為繼計算機和互聯網之后世界信息化技術發展的第三次浪潮。

智能制造技術是指在制造工業的各個環節， 以一種高度柔性與高度集成的方式，通過計算機來模擬人類專家的制造智能活動。對制造問題進行分析、判斷、推理、構思和決策，對人類專家的制造智能進行收集、存貯、完善、共享、繼承和發展。智能制造技術是制造技術、自動化技術、系統工程、人機智能等學科相互滲透和融合的一種綜合技術[1]。

智能制造技術是新一代信息技術的重要組成部分，也是工業革命4.0時代“信息化”的重要發展標志，其發展核心是以滿足和提升用戶體驗為目的的產品應用創新，實現產品生產與研發的數字可視化。

3 智慧型輪胎制造平臺建設

輪胎制造企業作為一個復雜的現代工業生產系統，日益受到市場、技術和人員等三方面制約因素的影響。從市場的角度看，市場定位與預測、產品銷售與推廣、客戶關系維護、產品售后服務等職能隨著輪胎企業產能規模的不斷擴大而產生滯后，對生產管理和技術研發工作的指導效果不明顯；從技術角度看，產品規劃與設計、新產品研究與發展等環節需要與世界前沿技術保持同步，以市場需求信息為指導思想，與生產管理系統保持緊密聯系，而這些環節的集成智能管理水平還不夠高，致使企業的產品研發能力不足；從人員的角度看，一方面由于目前普遍存在勞動力匱乏、人工成本昂貴的情況，致使輪胎企業的運營成本和管理的復雜性大幅增加，另外一個方面，發展中國家的輪胎制造企業的規范化及自動化程度低下，人才隊伍建設意識薄弱，專業人才力量不足，高端技術人員缺失，由于產品技術人員和勞動者因素等方面受到限制，存在產品市場競爭力喪失的危險。

圖2 輪胎的生產流程和信息化管理架構

如圖2所示為輪胎的生產流程和信息化管理架構，其生產系統過程包括原材料管理、密煉、半制品、成型、硫化、檢測和成品庫存管理等各個相對獨立的子系統。目前，輪胎制造企業根據輪胎生產工序來設計和實施信息化管理平臺，造成各個系統間沒有能夠集成為一個有機的整體，導致缺乏智慧管理能力，難以滿足企業發展的需要。

建設智慧型輪胎工廠必須從整個輪胎的生產制造全流程來進行規劃，實現設備自動化、運行智能化、生產信息化、管理智慧化。生產決策、原材料訂購與儲運處理、產品生產與加工制造、產品質檢與存儲、成品銷售與售后服務等環節構成了企業生產運營的全過程，各環節的集成自動化水平和集成智能化水平決定該系統的智慧能力。參見圖3。

智能型制造系統是一個網絡集成的高度自動化制造系統。智能型制造系統綜合應用人工智能技術、并行工程技術、虛擬制造技術、材料技術、現代管理技術、系統工程技術、自動化技術和信息化技術，具有自組織能力、自律能力、自學習和自維護能力。在國際標準化管理的基礎上，使得生產制造業務流程中的經營決策、生產規劃、作業調度、制造加工和質量保證等各個子系統實現智能化管理功能。

如圖4所示為智慧型輪胎制造平臺的系統架構，構建基礎網絡，通過分層建設，達到平臺能力及應用的可成長、可擴充，創造面向未來的智慧企業系統框架。平臺主要包括以下六個層級：

（1） 生產業務層

按照輪胎生產組織工序設計，面向生產設備的核心業務，這是智慧型輪胎制造平臺的基本功能模塊。

（2） 通訊控制層

集成自動化控制產品技術，將各種控制系統和控制終端設備通過規范化的通訊技術有機地整合，完成輪胎生產各工序的自動化控制功能，實現數據的無縫鏈接，這是平臺實現智慧運行的基礎。

圖3 智慧企業管理梯形圖

圖4 智慧型輪胎制造平臺的系統架構

（3） 硬件網絡層

硬件網絡層包括集成應用平臺、網絡信息安全平臺和系統運行支撐平臺，應用互聯網、物聯網、通信網絡技術構成系統運行的基礎網絡。

（4） 車間執行層

基于用戶體驗要求，面向對象設計執行功能模塊，細化管理職能，實現實時數據采集分析和關鍵性能指標分析。

（5） 企業經營層

PLM系統支持輪胎產品全生命周期的研發、配方、工藝和產品數據管理。SCM系統管理供應商及上下游關系，執行計劃和控制等職能。CRM與CC系統以客戶為中心支持有效的市場營銷、銷售與服務流程。ERP系統從企業的資源、工作流程和決策分析等角度實施管控。

（6） 戰略管理層

支持輪胎制造企業制定在不同時期的發展戰略，以及在戰略實施過程中進行動態管理，保證戰略目標的正確落實。

智慧企業需要打造一個統一平臺，設立企業數據中心即輪胎大數據，將互聯網、物聯網、通訊網高度集成，信息流、物流、資金流深度融合，引領企業從自動化邁向網絡化、從智能型制造邁向智慧型管理。如圖5所示為智慧型輪胎制造平臺的功能模塊組圖，包括數字企管、產品研發、產品服務、設備診斷、輿情管理等涉及到企業管理的各種職能。通過對輪胎企業內外部輿情和商情的收集與管理、企業大數據全面挖掘解析與智能化轉換、輪胎生產現場可視數據挖掘與行為解析、生產過程設備工藝數據挖掘與過程解析等數據收集與分析功能，應用云計算為大數據處理與云管理提供保障，采用智能移動終端管理將使企業管理無邊界，智慧型輪胎制造平臺可以提供運行數據支持，實現智慧化運營管理。另參見圖6~8。

圖5 智慧型輪胎制造平臺的功能模塊組圖

圖6 智慧企業整體框架

智慧型制造企業的一個重要特點就是高效協同，這需要各個系統具備系統間協同工作的能力，需要采用系統化、規范化和標準化的設計規范。智慧型生產系統具有更透徹的感知、更全面的互聯互通和更深入的智能化，可以大大提高企業內部流程的運行效率。

4 總結

綜上所述，計算機技術、信息技術、自動化技術與傳統制造技術相結合，構成了智慧化制造技術。在信息社會化、知識經濟化的新時代，智慧型輪胎制造平臺是輪胎制造技術發展的一個趨勢，系統功能豐富，應用前景廣闊。通過技術升級，生產裝備實現智控互聯，管理手段實現智慧創新，智慧型輪胎制造系統能夠解決設備制造差別、物料性能差異、生產計劃變更、生產質量波動等問題，可以提高企業的生產效率、管理水平和產品質量，進而提高企業的綜合素質和企業競爭力。大力開展智能制造技術、智慧管理能力和系統開發研究， 必將提高我國輪胎制造業的整體水平，增強企業發展活力和產品競爭力。

圖7 信息化支撐輪胎企業精細管理戰略

圖8 智慧化是輪胎企業趕超世界先進水平的源動力

[1] 韓權利，趙萬華，丁玉成. 未來制造業模式-智能制造[J]；機械工程師；2002.1.

（XS-02）

TQ336.1

1009-797X(2015)13-0001-06

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10.13520/j.cnki.rpte.2015.13.001