輪胎裝備制造的數字化車間信息集成與優化

李相搏

摘要：中國制造2025的核心要求是以創新驅動發展為主題，以兩化深度融合為發展主線，以智能制造為主攻方向，推進企業向數字化、網絡化與智能化轉型。對于制造業企業來說，車間是生產制造的核心，因此車間的數字化是智能制造轉型升級的第一階段。本文以輪胎裝備行業為例，分析裝備加工車間信息化集成和數字化發展。

關鍵詞：輪胎成型；數字化車間；智能化

數字化車間，是智能制造系統的核心基礎單元，包含設計、生產、物流等全生命周期過程，并實現系統集成、互聯互通等功能。

輪胎裝備制造行業是面向橡膠輪胎企業，提供輪胎生產過程中從配料、密煉、壓延、裁斷、成型、硫化、檢測和立體庫各工序的數字化裝各；其生產制造過程以機械加工和裝備裝配為主。輪胎裝備制造過程的集成優化和智能管理，要求能夠精確計劃、調度、發送、跟蹤、監控車間生產信息和過程的車間級的管理信息系統，也是實現車間生產智能化的基本體現，也是實現輪胎裝備制造設備集成、信息集成、功能集成的重要模式。

1.輪胎裝備數字化車間制造過程控制系統

該項目對數字化機械裝備制造過程進行信息化集成和智能化改造，主要建設機械裝配過程控制模塊和機械加工過程控制模塊兩部分內容，并通過信息化和智能化技術的集成應用，快速、精準地發送、回饋制造現場、倉儲等各類信息；同時進行快速精準分析、并動態根據車間狀況進行排產、指揮、決策，實現輪胎裝備制造車間的數字化管控。

1.1機械加工過程控制模塊。機械加工過程控制模塊包含數控機床通信模塊、數控機床信息采集和統計模塊、數控程序管理模塊、刀具參數管理模塊、數控程序三維編輯與仿真模塊五個子模塊。

1.1.1數控機床通信模塊：

本模塊是機械加工過程控制模塊的核心部分，主要實現數控機床設備的聯網與遠程通信等功能，可為數控機群構建了一個以服務器為中心的通訊網絡，所有數控機床在這個網絡中都可以對服務器內預存Nc程序進行調用、加工，利用服務器完成大程序量上傳、存儲，進行在線加工及共享網絡中所有的NC加工程序，并可對機床系統參數及刀具數據進行備份。

1.1.2數控機床信息采集和統計模塊：

該模塊是將數控機床作為一個信息的節點，網絡數控設備聯網納入到企業整合信息化的管理中，實時、準確、自動的為整個信息系統提供及時、有效、真實的數據，以實現生產管理層與執行層信息的交流和協同工作。

1.1.3數控程序管理模塊：

該模塊對NC程序進行全壽命周期管理，對于加工程序，從創建、編輯、校對、審核、試切、定型、歸檔、使用直到刪除，模塊中均有詳細的記錄，進行嚴格的流程管理，并可進行逆向查詢處理，對Nc程序的處理可進行有效的權限控制。

1.1 4刀具參數管理模塊：

該模塊通過將對刀儀連接到數字化機械裝備制造過程的信息化集成應用網絡中，實現機械加工車間數控設備的刀具參數網絡化管理和無紙化傳遞。

1.1.5數控程序三維編輯與仿真模塊：

該模塊是專為數控編程而設計的專業軟件，可以實現方便的程序編輯、智能的程序比較和強大的程序仿真。

1.2機械裝配過程控制模塊。機械裝配過程控制模塊由企業自主研發，依據輪胎生產制造管理實際情況，結合智能制造的發展要求，研發符合公司生產計劃管理需求機械裝配過程控制。機械裝配過程控制模塊包含計劃調度、條碼物流、工位終端、生產可視化、質量管理和設備管理六個子模塊。

1.2.1計劃調度模塊：

從ERP系統導入項目/生產訂單的周期計劃，通過系統指派計劃執行的車間工位、生產班組進行計劃排程，編制完成的計劃應包括工位作業進度計劃、物料配送計劃、生產班組排班計劃；完成計劃編制后，通過系統進行計劃校驗，重點檢查能力和約束規則對計劃的影響，將存在執行問題的計劃進行提示，以便修訂計劃。

1.2.2條碼物流模塊：

該模塊可實現車間配送收貨和外協收貨、物料投料消耗、物料追溯功能；實現車間內部生產物資流轉的跟蹤和控制，提高物資管理的自動化水平，優化崗位和流程，提高工作效率，保證車間物資管理的帳物準確性。

1.2.3位終端：

該模塊可實現日生產記錄、計劃進度查詢、設計圖紙查詢、報工記錄查詢等功能；該模塊可以監視生產過程，向生產管理層提供決策支持以提高生產效率。

1.2.4生產可視化模塊：

實現車間工位、機床設備的數據采集與進度控制，為管理者提供在線監控和關鍵KPI指標統計分析功能。

1.2.5質量管理模塊：

該模塊主要實現檢驗記錄、質量跟蹤與追溯、質量分析報告、SPC分析功能；跟蹤和分析產品和加工過程的質量，以保證產品的質量控制和確定生產中需要注意的問題。

1.2.6設備管理模塊：該模塊主要實現設備臺賬、修理計劃與費用管理、工具管理、備品備件管理、故障管理、安全管理、設備監控等功能。

2.智能制造過程的數據信息采集

系統可依據數控設備型號采用不同的數據采集，RS-232協議串口模式數控設備使用宏B變量輸出功能，讀取機床信息；TCP/IP協議網卡模式數控設備提供標準集成接口，系統可依據接口標準獲取機床信息；條碼掃描采集，該方式與數控設備無關，可在數控網絡中添加條碼掃描設備，并定義企業條碼標準，通過條碼完成生產信息采集。

3.車間級移動通信技術應用

項目集成應用了移動通信技術，實現了與COA協同辦公平臺移動通信系統集成，移動通信系統提供標準的API接口方式，可供數字化機械裝備制造過程的信息化集成應用調用，移動通信應用主要在兩個方面：

①數控設備即將進入維護期或在生產過程中出現警告、故障等信息，系統自動將數控設備的基礎信息（如設備號、型號、車間位置等）和維護信息以短信形式發送維護人員手機，維護人員可根據短信內容及時了解設備情況，迅速解決。

②系統內業務流程的移動審批，生產計劃完成并提交審批后，系統自動以短信形式通知相關人員，該人員可通過手機登陸企業移動辦公平臺，查閱生產計劃信息，并完成審批工作。

4.車間級系統集成優化

項目實現了車間級的系統集成標準化。項目采用EAI（企業應用集成）技術完成與ERP、WMS、COA等系統集成，接口集成開發時定義信息交換的數據模型和通信模型，實現了信息共享的特定目標，通過建立并使用標準資源，以支持大系統的頂層設計及其各系統的開發，并確保預定效能得以發揮的標準化活動。

5.實施效果

通過論證實施和調試，優化后的輪胎裝備的數字化車間，在生產效率提升、節能降耗和管理提升方面改善明顯，智能制造基礎進一步鞏固并加強。

5.1效率提升。優化后，車間實現滿足多目標、多條件下的計劃排產、調度和優化要求，實現了物流、控制流、信息流和價值流的閉環控制，能夠“提高產能5%以上”、“減少生產脫節時間5%以上”，實現數控程序自動傳輸，能夠“減少加工準備時間10%以上”。

5.2節能降耗

數字化車間實現了計劃排產與工單調度的一體化處理，實現對數控機床設備狀態的監控及數據信息采集，可提高生產設備的有效開機時間5%以上，節約能源消耗50萬元以上；

5.3管理提升

5.3.1車間可視化管理

車間實現了原料采購、計劃排產、工藝執行、物料消耗、機床狀態等信息都通過系統平臺進行實時查詢，生產工單和現場實際信息通過系統能夠順暢的交互；

5.3.2信息共享與集成

車間可提供快速、準確的信息支持，各環節KPI統計分析幫助管理者發現問題及資源瓶頸，及時解決問題，優化資源配置；

5.3.3提升客戶的滿意度

通過系統可提升“產品質量”、“交貨及時性”，成本的降低又可提高產品的競爭力，應用系統打造企業的核心競爭力。