現(xiàn)代化輪胎制造車間模式建設(shè)

唐曉范，李勝利，葉松

( 杭州海潮橡膠有限公司，浙江 杭州 310018)

半鋼子午線輪胎主要用于轎車和輕卡，具有廣闊的應(yīng)用市場，本文介紹的現(xiàn)代化輪胎制造車間主要生產(chǎn)高端乘用胎為目標，為大眾、吉利、長安等國內(nèi)外多家知名主機廠配套生產(chǎn)半鋼子午胎。車間緊緊精準、柔性、高效、綠色、安全生產(chǎn)開展一系列的工作。通過應(yīng)用現(xiàn)代化的信息技術(shù)，在建設(shè)中廣泛應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G、人工智能等新技術(shù)，催生出數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智慧化的輪胎生產(chǎn)新模式。

1 過程數(shù)據(jù)全采集系統(tǒng)

主要包含如下：

（1）魯?shù)婪驂貉訑?shù)據(jù)采集：自動采集鋼絲簾布厚度。

（2）帶束裁斷機視覺檢測：自動采集帶束寬度，角度，錯角 。

（3）簾布裁斷機視覺檢測（見圖1）：自動采集尼龍簾布拼接角度，寬度，錯角數(shù)據(jù)。

圖1 簾布視覺檢測

（4）內(nèi)襯層數(shù)據(jù)采集（見圖2）：自動采集內(nèi)襯層寬度，厚度。

圖2 內(nèi)襯層數(shù)據(jù)采集

（5）胎側(cè)數(shù)據(jù)采集：自動采集內(nèi)襯層寬度，厚度。

（6）胎面數(shù)據(jù)采集（見圖3）：自動采集內(nèi)襯層寬度，厚度。

圖3 胎面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

做到檢測數(shù)據(jù)上傳MES，質(zhì)量數(shù)據(jù)可追述。形成制造過程中防錯閉環(huán), 提升智能化控制水平。加入人工智能技術(shù)的統(tǒng)計質(zhì)量控制比起人工只能基于當前現(xiàn)狀通過打分或者判同判異，可更好的串聯(lián)上下游數(shù)據(jù)為生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、技術(shù)開發(fā)（包括新產(chǎn)品、工藝技術(shù)、設(shè)備技術(shù)）提供更多的優(yōu)化可能。

以在線檢測設(shè)備及檢測軟件為基石，質(zhì)量信息管控系統(tǒng)通過遠程收集現(xiàn)場在線檢測數(shù)據(jù)，包括寬度、厚度、長度、重量、角度以及檢測軟件計算的合格率、CPK、CP 等，形成質(zhì)量數(shù)據(jù)，存儲于質(zhì)量管控系統(tǒng)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中。另外，質(zhì)量管理員在系統(tǒng)管理界面錄入寬度、厚度等合 格率、CPK 控制指標及相關(guān)影響產(chǎn)品質(zhì)量的參數(shù)信息，形成錄入數(shù)據(jù)， 儲于管控系統(tǒng)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中。最后，質(zhì)量數(shù)據(jù)與錄入數(shù)據(jù)相結(jié)合進行 數(shù)據(jù)分析，得出結(jié)果，從而實現(xiàn)信息反饋、數(shù)據(jù)報警及過程改進功能。

2 能源管理系統(tǒng)

能源管理系統(tǒng)界面見圖4。

圖4 能源管理系統(tǒng)界面

2.1 總體功能

（1）實現(xiàn)全車間各種用能數(shù)據(jù)采集改造。

（2）實現(xiàn)MES 生產(chǎn)數(shù)據(jù)對接。

（3）保證上傳數(shù)據(jù)實時性，數(shù)據(jù)更新周期不超過90 s。

（4）保證上傳數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。

2.2 系統(tǒng)功能

2.2.1 數(shù)據(jù)采集與存儲

能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的采集時間間隔，主動將數(shù)據(jù)上傳到主站系統(tǒng)，采集的數(shù)據(jù)和電力儀表及現(xiàn)場安裝的二次儀表顯示的數(shù)據(jù)完全一致，數(shù)據(jù)在服務(wù)器中存儲6年。

2.2.2 平臺業(yè)務(wù)功能

平臺應(yīng)包括首頁、數(shù)據(jù)查詢、報警查詢、數(shù)據(jù)報表、數(shù)據(jù)分析、基礎(chǔ)信息、系統(tǒng)管理功能模塊。

2.2.2.1 領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙

實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、能源消耗數(shù)據(jù)、經(jīng)濟數(shù)據(jù)、生產(chǎn)安全數(shù)據(jù)等企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)關(guān)注的企業(yè)數(shù)據(jù)，在首頁以列表、柱狀圖、曲線圖等多元化的形式直觀展示。

2.2.2.2 數(shù)據(jù)查詢

包含電、氣、汽、氮氣、水等數(shù)據(jù)時、日、月、年查詢功能

2.2.2.3 數(shù)據(jù)報表

包含能耗日報表、能耗周報表、能耗月報表。

2.2.2.4 數(shù)據(jù)分析

包含日同、環(huán)分析：周同、環(huán)比分析：月同、環(huán)比分析。

建立能源綜合管理監(jiān)測系統(tǒng)，對主要耗能設(shè)備實現(xiàn)實時監(jiān)測與控制； 采集能源統(tǒng)計數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)和指標分析，形成優(yōu)化方案，實現(xiàn)車間的綠色生產(chǎn)。系統(tǒng)展示如下圖。

有幸能夠較為系統(tǒng)就地拜觀畫家客歲金秋在西德首都波恩以及名城科隆幾處展出的大批作品，如行山陰道中，目不暇接，眼福委實匪淺。盡管我對畫家相當熟悉，卻從未一次觀賞過如此全面而又自成體系之作，心情之激動可想而知，無怪對素有藝術(shù)修養(yǎng)的德國人民，為此掀起一股熱潮，當屬意料中事。

3 高效穩(wěn)定的設(shè)備、系統(tǒng)的研發(fā)

3.1 高效的全自動三角復(fù)合機

自動三角復(fù)合機，見圖5，完全摒棄傳統(tǒng)的人工操作設(shè)置，實現(xiàn)自動擠膠，自動塑性，自動接頭，自動裝卸，從原來的1 人1 臺設(shè)備提升到1 人4 臺設(shè)備，不管從用人，效率，質(zhì)量上都有一個質(zhì)的飛躍。設(shè)備如圖5。

圖5 全自動三角復(fù)合機

3.2 高效的輪胎硫化機

該設(shè)備集成了溫度控制、壓力控制、時間控制、產(chǎn)能數(shù)據(jù)、設(shè)備運行監(jiān)控等多項智能檢測手段，所有數(shù)據(jù)都與車間MES 進行交互，真正的實現(xiàn)過程全監(jiān)控，同時該硫化設(shè)備比常規(guī)的硫化機運行效率高出21%，設(shè)備如圖6。

圖6 高效、智能硫化機

3.3 高效、高精度機器人內(nèi)噴涂機

該設(shè)備采用6 軸機器人對輪胎進行內(nèi)噴涂處理，比傳統(tǒng)的噴涂設(shè)備效率高18.7%，單條輪胎噴涂時間只需6 s，同時利用機器人手臂定位精準的特點，使噴涂液在噴涂時不會污染輪胎導(dǎo)致廢品產(chǎn)生。如下圖7。

圖7 高效、高精度機器人內(nèi)噴涂機

對傳統(tǒng)生產(chǎn)線進行改造，實施技改擴能，相繼在淘汰原有老舊設(shè)備， 引進先進設(shè)備，提升單機工藝水平及制造效率，實施技改擴 能。借鑒國際一流設(shè)備的設(shè)計及應(yīng)用思路，聯(lián)合國內(nèi)廠家研發(fā)設(shè)備、輔助設(shè)備實現(xiàn)淘汰原有生產(chǎn)線，確保主要生產(chǎn)設(shè)備具備自感知自適應(yīng)能力，實現(xiàn)精準控制，工藝穩(wěn)定性較強，幫助車間打造世界級的工藝水平。

工廠高性能半鋼子午胎生產(chǎn)，現(xiàn)有半制品、成型、硫化、均動檢測設(shè)備均具有獨立的工控機系統(tǒng)及較高的數(shù)字化集成控制水平，實現(xiàn)單設(shè)備的運行狀態(tài)在線監(jiān)控和可視化展示。魯?shù)婪蜾摵熅€壓延機、Fisher 鋼簾線裁斷機、巴特爾鋼絲圈纏繞線、VMI 的三角膠復(fù)合機及VMI 一次法成型機等，均是采用國際最新技術(shù)。以VMI 一次法成型機（見圖8）為例，整 套系統(tǒng)具有高集成度、高可靠性，有效的支撐了工藝聯(lián)動、生產(chǎn)計劃聯(lián)動，幫助企業(yè)極大的提升了生產(chǎn)效率。

圖8 VMI 一次法成型機

4 MES 管理系統(tǒng)

在實現(xiàn)數(shù)字化能源管理的基礎(chǔ)上，基于 MES 生產(chǎn)數(shù)據(jù)、能源消耗數(shù)據(jù)建立產(chǎn)耗模型，實現(xiàn)實時監(jiān)控、自動分析，實現(xiàn)能源資源的優(yōu)化調(diào)度、平衡預(yù)測和有效管理，可視化監(jiān)測和管理，提高整個系統(tǒng)的設(shè)備利用率。

MES 系統(tǒng)采用強大數(shù)據(jù)采集引擎、整合數(shù)據(jù)采集渠道覆蓋整個車間制造現(xiàn)場，保證海量現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時、準確、全面的采集（圖9）包括了制造過程數(shù)據(jù)、智能排產(chǎn)管理，生產(chǎn)調(diào)度管理、設(shè)備管理、質(zhì)量管理等，實現(xiàn)對多個車間的統(tǒng)一管理與協(xié)調(diào)生產(chǎn)，為車間柔性化生產(chǎn)提供了智慧的“ 大腦”。真正實現(xiàn)了離開MES就無法生產(chǎn)、離開MES 就沒有數(shù)據(jù)、離開MES 就沒有管理。從中也可以體現(xiàn)出MES 系統(tǒng)在整個車間應(yīng)用的廣度和深度。

5 安全物聯(lián)網(wǎng)智能云平臺

5.1 安全體系

設(shè)立工廠安全管理機構(gòu)，統(tǒng)一負責(zé)全廠人員、物料、過程、設(shè)備、環(huán)境、信息安全的管控；全面梳理生產(chǎn)運營過程中潛在的風(fēng)險要素，制定風(fēng)險管理準則和風(fēng)險管控流程；鼓勵建立多層級的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全防護體系。建立了分廠級保障體系、分廠級運營安全管理體系，實現(xiàn)對安全生產(chǎn)、生產(chǎn)負荷、物料短缺及消耗、能源保供、信息安全等等多方面的安全管理流程，如圖10。

圖10 安全物聯(lián)網(wǎng)平臺

依托釘釘?shù)痊F(xiàn)代化管理軟件，建立安全生產(chǎn)數(shù)字化管理平臺包含安全裝置及設(shè)備的點檢及管理，自我檢測及判斷，面向員工的安全裝置提醒以及培訓(xùn)，人進入安全管制區(qū)域，物品處于不安全狀態(tài)通過提醒以及安全報警方式來預(yù)警。并在此基礎(chǔ)上建立了安全生產(chǎn)事故預(yù)警機制，能有效的辨識和提取事故信息，進行預(yù)測警報，使現(xiàn)場管理人員乃至公司及時、有針對性的采取預(yù)措施，降低事故發(fā)生。其中在軟件信息安全及流程安全模塊，依靠多級的權(quán)限管理以及防火墻管理，保護電子數(shù)據(jù)的安全性和業(yè)務(wù)流程的有效性。

5.2 安全預(yù)警

合理利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，對風(fēng)險進行感知、傳輸、分析處理、預(yù)警響應(yīng)、應(yīng)急預(yù)案觸發(fā)、善后處理、總結(jié)改進提高；實現(xiàn)生產(chǎn)過程中人員、物料、過程、設(shè)備、環(huán)境、信息等六類安全風(fēng)險要素的智能化管控。并且要有程序、有標準、有數(shù)據(jù)。對監(jiān)則到的信息進行分析，識別生產(chǎn)中各類事故征兆，事故誘因，綜合制定生產(chǎn)過程是否發(fā)生或即將發(fā)生事故。對各種異常現(xiàn)象進行分析、判斷，找出影響最高、危害程度最嚴重的主要因素。對確認的主要事故征兆進行評價，判斷此時生產(chǎn)狀態(tài)是正常、警戒、還是危險、極度危險，并確定發(fā)展趨勢，在必要時準確報警。

5.3 風(fēng)險控制

應(yīng)定期對用于工廠安全控制的裝置和系統(tǒng)開展安全風(fēng)險評估，確定安全控制有效性；鼓勵使用安全可控的軟件、系統(tǒng)和設(shè)備。

對于工廠運行，生產(chǎn)流程、設(shè)備運行中各種危險源進行有效識別，對于不同危險源和危險系數(shù)進行危險分析，采取對于安全等級的安全防護裝置。定期進行安全點檢和維護。同時進行有效的安全預(yù)知性管理，將風(fēng)險降至合理范圍內(nèi)。輪胎制造過程中涉及到原材料、設(shè)備、技術(shù)人員、生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)組織等多個方面的要素，形成一個有效的整體生產(chǎn)過程管理，同步為生產(chǎn)風(fēng)險防范指示方向。

6 結(jié)束語

在制造環(huán)節(jié)，探索 5G、人工智能、工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用，提升產(chǎn)品智能和制造效率，構(gòu)建實施胎面大數(shù)據(jù)項目、壓延自動反饋項目、均動大數(shù)據(jù)項目，應(yīng)用5G 技術(shù)在輪胎檢驗工序、壓出、成型等工序幫助企業(yè)實現(xiàn)大容量、低延時的數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)上傳至云端開發(fā)人工智能算法模型，對工藝設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計及生產(chǎn)控制進行優(yōu)化并將結(jié)果實時的反饋給制造現(xiàn)場生產(chǎn)控制中心、研發(fā)部門進行優(yōu)化應(yīng)用。

數(shù)字化的貫通，使得輪胎的生產(chǎn)工藝發(fā)生了巨大的變化，半鋼子午線輪胎數(shù)字化工廠通過信息化帶動工業(yè)化、工業(yè)化促進信息化的方式，實現(xiàn)了工廠生產(chǎn)過程自動化和制造過程管理信息化，為工廠的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。工廠高性能子午胎數(shù)字化車間項目實施后，對橡膠產(chǎn)業(yè)鏈的具有帶頭帶動作用，不僅可以作為輪胎制造行業(yè)的示范典型，也可以為橡膠產(chǎn)品的下工序工廠提供數(shù)據(jù)依據(jù)， 引導(dǎo)數(shù)字化制造不僅貫穿上下工序，還鏈接上下游產(chǎn)業(yè)，形成大數(shù)據(jù)生態(tài)圈。