輪胎工廠傳統(tǒng)制造模式向數(shù)字化制造模式轉(zhuǎn)變的探索和實施
——高性能半鋼子午線輪胎未來工廠建設(shè)

劉培磊

（中策橡膠集團股份有限公司，浙江 杭州 310023）

隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，傳統(tǒng)制造也面臨著技術(shù)發(fā)展滯后、勞動力缺失、生產(chǎn)成本上升等諸多問題；隨著市場競爭的不斷加劇，傳統(tǒng)制造轉(zhuǎn)型升級刻不容緩。同時，隨著信息化和數(shù)字化的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)興起和壯大，數(shù)字化經(jīng)濟成為國家經(jīng)濟發(fā)展的重要部分。隨著我國產(chǎn)業(yè)數(shù)字化發(fā)展全面提速，各領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型加快推進。數(shù)字化技術(shù)的不斷成熟和完善為其與實體經(jīng)濟的深度融合創(chuàng)造了條件：傳感器、機器人、數(shù)控機床等自動化技術(shù)更加智能化、精準(zhǔn)化且生產(chǎn)成本呈下降趨勢，具備了替代人工和實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的基礎(chǔ)；在消費互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程中，大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能新技術(shù)更加成熟，日漸能夠滿足產(chǎn)業(yè)特別是工業(yè)生產(chǎn)活動對高精準(zhǔn)性的要求；消費領(lǐng)域的數(shù)據(jù)逐步與產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)打通，可實現(xiàn)跨產(chǎn)業(yè)互聯(lián)和從產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計到用戶體驗的全生命周期的數(shù)據(jù)循環(huán)。

當(dāng)前，我國數(shù)字化技術(shù)與實體經(jīng)濟進一步深度融合，不斷拓展實體經(jīng)濟數(shù)字化的應(yīng)用場景，賦能傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級，推動數(shù)字化經(jīng)濟向高質(zhì)量發(fā)展。數(shù)字化作為企業(yè)創(chuàng)新和改革的重要手段，在企業(yè)的運行中發(fā)揮著不可替代的加速作用，數(shù)字化作為企業(yè)發(fā)展的重要任務(wù)需切實落地。企業(yè)應(yīng)通過網(wǎng)絡(luò)平臺創(chuàng)新，以數(shù)據(jù)驅(qū)動生產(chǎn)流程再造，通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、柔性生產(chǎn)，提升核心競爭力和企業(yè)價值力[1]。

1 數(shù)字化輪胎工廠建設(shè)步驟和階段

未來工廠的改造升級是基于原有的傳統(tǒng)勞動密集型和資金密集型運營，穩(wěn)定訂單生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)管理模式和銷售渠道模式，依托數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化轉(zhuǎn)型升級，向無人化、系統(tǒng)化、智能化模式的發(fā)展[2-3]。輪胎工廠數(shù)字化改造建設(shè)主要分為4個階段。

（1）自動化向數(shù)字化發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)化改造升級傳統(tǒng)設(shè)備，向數(shù)字化、智能化、信息化發(fā)展，建立數(shù)據(jù)采集和積累的底層架構(gòu)。

（2）向網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化轉(zhuǎn)變。改變原有信息傳遞交換處理模式，建立完善的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，工廠由人治時代向系統(tǒng)治時代跨越。

（3）管理向智能化和協(xié)同化發(fā)展。通過數(shù)據(jù)治理分析和多流程環(huán)境協(xié)同交互，完成工業(yè)數(shù)據(jù)中臺到工業(yè)大腦的孵化，進入智能輔助決策和智能決策并行的階段。

（4）產(chǎn)業(yè)互聯(lián)貫通。融入上下游產(chǎn)業(yè)企業(yè)信息，以信息流為紐帶，形成可復(fù)制的生產(chǎn)線發(fā)展新模式，推動數(shù)字化經(jīng)濟發(fā)展。

2 設(shè)備數(shù)字化改造

2.1 建立完善的自動化生產(chǎn)線

傳統(tǒng)的輪胎工廠按照煉膠、半成品、成型、硫化和成品檢測工序建立完善的自動化生產(chǎn)線，各個工序之間主要依靠人工進行生產(chǎn)調(diào)度和物料運輸，生產(chǎn)過程中需要大量人員進行生產(chǎn)管理和生產(chǎn)搬運工作?；诂F(xiàn)狀和物流技術(shù)的發(fā)展，需要在輪胎工廠各個生產(chǎn)工序之間建立生產(chǎn)儲存和搬運系統(tǒng)，主要運用立體庫、自動導(dǎo)引運輸車（AGV）和自動輸送線體系，建立半成品工序前到成品輪胎入庫的存儲和自動搬運系統(tǒng)，其主要包括半成品工序到成型工序的半成品立體庫和AGV系統(tǒng)、成型工序到硫化工序的胎坯自動輸送線、胎坯立庫和胎坯入模桁架機器人系統(tǒng)以及成品輪胎分揀檢驗入庫系統(tǒng)。自動化生產(chǎn)線與信息化系統(tǒng)合以及相對統(tǒng)一的物流技術(shù)平臺（主要是立體庫、AGV、桁架機器人和分揀輸送線系統(tǒng)）應(yīng)用是未來工廠建設(shè)的重要基礎(chǔ)。

中策橡膠集團股份有限公司（以下簡稱中策）的半鋼子午線輪胎未來工廠已經(jīng)建立完善的工廠內(nèi)部物流系統(tǒng)（見圖1）并運行，這為工廠的數(shù)字化提升打好了基礎(chǔ)。

圖1 工廠內(nèi)部物流系統(tǒng)Fig.1 Internal logistics systems of factory

2.2 基于標(biāo)準(zhǔn)化模式的設(shè)備數(shù)字化改造

以輪胎制造工藝流程為主干，輪胎未來工廠數(shù)字化建設(shè)需要在煉膠、半成品、成型、硫化、成品檢測工序全面推行生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)字化，應(yīng)用視覺檢測、激光檢測、通訊技術(shù)等將生產(chǎn)方式、管理模式、產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)用數(shù)字化方式融入設(shè)備運行生產(chǎn)，并收集全面數(shù)據(jù)，建立標(biāo)準(zhǔn)化接口[4]。

2.2.1 煉膠數(shù)字化

煉膠數(shù)字化是通過高頻數(shù)據(jù)采集器采集密煉主機電機的電流，計算轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)的電流值即AI值，以判斷密煉過程中膠料的狀態(tài)和門尼粘度，并根據(jù)密煉主機電機的電流曲線控制排膠時間點，從而提高膠料質(zhì)量，穩(wěn)定膠料門尼粘度。將傳統(tǒng)的時間控制和抽樣觀察變?yōu)閿?shù)字化控制，在提高膠料質(zhì)量的同時也大大提高了煉膠效率。數(shù)字化煉膠模式已經(jīng)在煉膠工序全面推廣應(yīng)用，煉膠數(shù)字化控制界面如圖2所示。

圖2 煉膠數(shù)字化控制界面Fig.2 Digital control interfaces of compound mixing

2.2.2 壓延數(shù)字化

壓延數(shù)字化主要指壓延自動測厚反饋數(shù)字化。壓延測厚使用高精度激光測厚裝置，實時測量壓延半成品上膠片厚度、下膠片厚度、總厚度等數(shù)據(jù)，根據(jù)輥距調(diào)節(jié)電機的進退時間。壓延機的自動反饋系統(tǒng)一般在生產(chǎn)平穩(wěn)后開啟，對半成品上膠片厚度、下膠片厚度及總厚度進行反饋，總厚度偏差超0.02 mm即對輥矩進行微調(diào)，保證半成品厚度穩(wěn)定，同時應(yīng)減小壓延厚度工藝余量和壓延膠料用量。壓延數(shù)字化檢測控制如圖3所示。

圖3 壓延數(shù)字化檢測控制Fig.3 Digital detection and control of calendering

2.2.3 擠出數(shù)字化

擠出設(shè)備數(shù)字化主要采用點激光的傳感器，實時監(jiān)測胎面及胎側(cè)半成品的輪廓尺寸（含總寬度、胎肩寬度、面積、厚度等）[5]，并判斷輪廓尺寸是否符合工藝標(biāo)準(zhǔn)，給出超差評分和判級，識別出不合格品，防止其流入后道工序。擠出工序采用輪廓尺寸自動反饋系統(tǒng)，使用3D相機對半成品收縮段前后外觀尺寸進行測量并自動反饋，從而控制螺桿轉(zhuǎn)速和前后接取輸送帶速度差[6]，達(dá)到半成品輪廓尺寸穩(wěn)定的目標(biāo)。擠出數(shù)字化檢測控制如圖4所示。

圖4 擠出數(shù)字化檢測控制Fig.4 Digital detection and control of extrusion

2.2.4 內(nèi)襯線數(shù)字化

內(nèi)襯線數(shù)字化的厚度檢測應(yīng)用點激光側(cè)厚裝置檢測內(nèi)襯層半成品左、右厚度，并將其與標(biāo)準(zhǔn)厚度進行比較而計算出厚度偏差，然后根據(jù)偏差進行計算，利用高精度液壓系統(tǒng)進行輥距自動調(diào)整。內(nèi)襯層上膠片厚度與下膠片厚度調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)厚度后，根據(jù)檢測的總厚度進行判斷，如果總厚度超出公差，對上膠片厚度與下膠片厚度比例進行微調(diào)，最終達(dá)到總厚度和上膠片厚度與下膠片厚度比例合格的目的。同時，對半成品寬度進行自動檢測反饋，通過伺服電機調(diào)整修邊部位，實現(xiàn)自動調(diào)整寬度。內(nèi)襯線數(shù)字化的改造極大提高了內(nèi)襯層質(zhì)量。內(nèi)襯線數(shù)字化檢測控制如圖5所示。

圖5 內(nèi)襯線數(shù)字化檢測控制Fig.5 Digital detection and control of inner liner production line

2.2.5 裁斷機數(shù)字化

裁斷機數(shù)字化視覺檢測系統(tǒng)的設(shè)計和實施主要針對輪胎帶束層和胎體簾布層在裁斷時出現(xiàn)的寬度偏差、錯角、露線、搭接量問題進行判斷[7]，運用視覺檢測技術(shù)對各類問題構(gòu)建檢測方案，檢測簾布層生產(chǎn)過程中不符合工藝標(biāo)準(zhǔn)的缺陷，進行報警或/和停機處理。該系統(tǒng)運用視覺檢測技術(shù)、計算機圖像處理技術(shù)、計算機高速運算判斷簾布層質(zhì)量，提高了裁斷機生產(chǎn)合格率，實現(xiàn)了用全新檢測技術(shù)模式提升單機系統(tǒng)生產(chǎn)能力的目的。裁斷機數(shù)字化檢測控制如圖6所示。

圖6 裁斷機數(shù)字化檢測控制Fig.6 Digital detection and control of cutting machine

2.2.6 鋼絲圈成型數(shù)字化

鋼絲圈成型數(shù)字化是采用高精度對射式光電檢測系統(tǒng)測量附膠后的鋼絲直徑，并將其與原始鋼絲直徑進行對比，判斷附膠后的鋼絲圈是否露銅；同時，全面改用主動式的鋼絲導(dǎo)開裝置，進行鋼絲導(dǎo)開張力的檢測和自動反饋，將鋼絲導(dǎo)開張力控制在9.8 N以內(nèi)，大大提升了鋼絲纏繞品質(zhì)。此外，非接觸式鋼絲圈測量儀的使用改變了鋼絲圈內(nèi)徑原有測量方式，從根源上消除或減小了鋼絲圈內(nèi)徑測量的系統(tǒng)波動，以數(shù)字化方式躍升鋼絲圈內(nèi)徑的測量革命。鋼絲圈成型數(shù)字化檢測控制如圖7所示。

圖7 鋼絲圈成型數(shù)字化檢測控制Fig.7 Digital detection and control of bead wire building

2.2.7 三角膠貼合數(shù)字化

三角膠貼合數(shù)字化主要對擠出三角膠進行寬度掃描檢測及預(yù)判三角膠高度，同時在三角膠貼合后全面通過3D相機掃描三角膠接頭，判斷接頭的錯角、搭接、稀開等情況，對不合格三角膠進行自動分揀、剔除，將不良半成品攔截在前道工序，防止其流入下道工序，實現(xiàn)三角膠半成品100%合格。

2.2.8 胎坯成型數(shù)字化

依托一次法成型機的發(fā)展，胎坯成型數(shù)字化首先設(shè)置了帶束層和胎面接頭檢測系統(tǒng)、胎體簾布檢測系統(tǒng)、胎坯圓度檢測系統(tǒng)，同時分段控制冠帶纏繞張力，實現(xiàn)成型過程數(shù)字化控制；依托圓度檢測和伺服輥壓系統(tǒng)進行數(shù)字化壓合胎冠組件的延展率反饋，在胎坯成型階段進行輪胎均勻性的超前調(diào)整控制。胎坯成型過程接頭和圓度檢測裝置如圖8所示。

圖8 胎坯成型過程接頭和圓度檢測裝置Fig.8 Detection devices of connector and roundness in building process of green tire

2.2.9 檢測工序數(shù)字化

在檢測工序數(shù)字化方面主要開展成品輪胎外觀自動檢測和X光機自動判級。輪胎外觀自動檢測是采用圖像識別和人工智能技術(shù)，應(yīng)用相應(yīng)的識別算法模型，對輪胎的外觀缺陷進行自動識別和判級。X光機自動判級則利用高精度圖形處理測量系統(tǒng)檢測輪胎骨架材料，實現(xiàn)對輪胎的判級。成品輪胎外觀檢測裝置如圖9所示。

圖9 成品輪胎外觀檢測裝置Fig.9 Appearance inspection device of finished tire

3 建 立基于數(shù)字化系統(tǒng)的1+N模式工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺

1+N模式工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺戰(zhàn)略是數(shù)字化輪胎未來工廠的建設(shè)的核心和重點，“1”是指1個數(shù)據(jù)中臺，N是指多個數(shù)字化管理系統(tǒng)，包括工業(yè)級網(wǎng)絡(luò)和機房、基于5G的企業(yè)專網(wǎng)。1+N模式工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是完善的網(wǎng)絡(luò)安全機制構(gòu)建的數(shù)據(jù)平臺，該工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺在整合數(shù)據(jù)資源和建設(shè)數(shù)據(jù)湖的同時，采用科學(xué)方法論進行數(shù)據(jù)治理和管理。該工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺還整合了生產(chǎn)和數(shù)字孿生系統(tǒng)以及質(zhì)量、安全、設(shè)備、能源等子系統(tǒng)[8]，通過數(shù)據(jù)互通推動網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，提升數(shù)據(jù)價值。1+N模式工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)字化系統(tǒng)門戶如圖10所示。

圖10 1+N模式工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)字化系統(tǒng)門戶Fig.10 Digital system portals of 1+N mode industrial internet platform

3.1 數(shù)字孿生系統(tǒng)

數(shù)字孿生技術(shù)在設(shè)計、生產(chǎn)、設(shè)備數(shù)字和實體雙模式運行，充分發(fā)揮數(shù)字仿真的作用和價值，推動企業(yè)發(fā)展。

3.1.1 設(shè)計數(shù)字孿生

輪胎產(chǎn)品進行數(shù)字化設(shè)計時集合了國內(nèi)外資深專家團隊，同時與知名院校合作，從輪胎花紋、結(jié)、模具設(shè)計全面實現(xiàn)數(shù)字化，同時實現(xiàn)輪胎噪聲和接地應(yīng)變仿真分析、流動阻力優(yōu)化仿真分析、輪胎各階模態(tài)分析以及輪胎和車輛動力學(xué)仿真測試，實現(xiàn)輪胎設(shè)計和測試的全流程數(shù)字化。與哈爾濱工業(yè)大學(xué)專業(yè)團隊合作研發(fā)花紋節(jié)距排列及噪聲模擬軟件，并進行降噪試驗。采用協(xié)同設(shè)計進行輪胎3D花紋造型，不僅提升模具加工準(zhǔn)確性，并為花紋實體模型提供給后續(xù)噪聲等性能仿真分析[9]。采用模板化、參數(shù)化的材料分布圖設(shè)計，結(jié)合自動化網(wǎng)格智能劃分和求解輪胎模型，以仿真校核輪胎設(shè)計方案、驅(qū)動設(shè)計。采用法國達(dá)索公司的CATIA三維造型軟件，自主開發(fā)輪胎設(shè)計建模工具，以實現(xiàn)準(zhǔn)確、高效的輪胎結(jié)構(gòu)和外觀造型設(shè)計以及輔助模具加工等。在接地應(yīng)變仿真方面，利用Hypermesh和Abaqus軟件進行輪胎接地過程有限元仿真，得到各部位應(yīng)力、應(yīng)變狀況，輔助輪胎結(jié)構(gòu)改進、性能優(yōu)化。在輪胎流動阻力優(yōu)化仿真方面，通過優(yōu)化各部件結(jié)構(gòu)和材料，降低其發(fā)熱，減少能量損失，達(dá)到降低流動阻力的目的。在輪胎各階模態(tài)分析方面，建立有限元模型，進行輪胎動力學(xué)分析，提取輪胎各階模態(tài)，為準(zhǔn)確辨別試驗?zāi)B(tài)提供依據(jù)。采用Carsim軟件仿真兩種輪胎測試工況，汽車以40～60 km·h-1的速度進入測試區(qū)完成測試，兩種測試工況下仿真測試出輪胎在側(cè)向加速度、翻傾、抓地力等方面的極限性能，以此來評價輪胎在整車上的操縱穩(wěn)定性[10]。輪胎設(shè)計數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用將輪胎設(shè)計開發(fā)周期縮短了50%以上，并大幅降低了輪胎開發(fā)試驗費用。輪胎設(shè)計數(shù)字孿生如圖11所示。

圖11 輪胎設(shè)計數(shù)字孿生Fig.11 Digital twin of tire design

3.1.2 生產(chǎn)數(shù)字孿生

生產(chǎn)數(shù)字孿生工廠是數(shù)字孿生應(yīng)用的一個升級點，輪胎工廠數(shù)字化已經(jīng)在中策未來工廠落地。采用計算機仿真、虛擬制造等技術(shù)搭建數(shù)字化車間和數(shù)字化工廠[11]，可實現(xiàn)對生產(chǎn)線、工藝流程、制造過程以及生產(chǎn)物流的仿真，優(yōu)化生產(chǎn)過程，同時為工廠后期的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持，為今后工廠不斷調(diào)整提供支撐。生產(chǎn)數(shù)字孿生實現(xiàn)了3D模型和仿真助力工廠建設(shè)，可建立優(yōu)化反饋數(shù)字模型的數(shù)字孿生工廠。中策未來工廠仿真模型如圖12所示。

圖12 中策未來工廠仿真模型Fig.12 Simulation model of Zhongce future factory

3.1.3 設(shè)備數(shù)字孿生

智能化的輪胎生產(chǎn)離不開的智能化裝備的支撐，設(shè)備數(shù)字孿生即為采用計算機建模，實現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與系統(tǒng)的實時“對話”，不僅實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)的在線監(jiān)控和可視化展示，并對設(shè)備狀態(tài)進行分析、預(yù)測、優(yōu)化，對工藝和制造迭代優(yōu)化和反饋[12]，實現(xiàn)設(shè)備現(xiàn)實和虛擬雙運行和相互優(yōu)化。中策未來工廠擠出數(shù)字孿生系統(tǒng)如圖13所示。

圖13 擠出數(shù)字孿生系統(tǒng)Fig.13 Digital twin system of extrusion

3.2 MES系統(tǒng)

MES系統(tǒng)（見圖14）作為輪胎生產(chǎn)作業(yè)的核心管控平臺，已經(jīng)完善部署在各個生產(chǎn)工廠，并穩(wěn)定運行。MES系統(tǒng)實現(xiàn)了輪胎配方參數(shù)和制造任務(wù)的自動下發(fā)以及制造過程的動態(tài)監(jiān)測，并建立數(shù)據(jù)分析模型，優(yōu)化分析；實時采集生產(chǎn)信息，實現(xiàn)產(chǎn)品信息全生命周期追溯。MES系統(tǒng)不但是生產(chǎn)信息收集管理系統(tǒng)，更是生產(chǎn)管理理念同數(shù)字化信息全面結(jié)合的執(zhí)行系統(tǒng)，是有效實施數(shù)字化生產(chǎn)管理的重中之重。

圖14 MES系統(tǒng)Fig.14 MES system

3.3 智能質(zhì)量管控系統(tǒng)

智能質(zhì)量在線管控是輪胎產(chǎn)品質(zhì)量提升的重要管理平臺，在完成設(shè)備數(shù)字化改造后，運用各種數(shù)字化傳感設(shè)備，智能檢測和采集產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)，即運用圖像識別技術(shù)、計算機高速網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、5G網(wǎng)絡(luò)、邊緣計算等將數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)平臺，對數(shù)據(jù)進行分析和建模，對產(chǎn)品質(zhì)量信息進行分級預(yù)警和報警，實現(xiàn)了智能化、無人化管控產(chǎn)品質(zhì)量[13]。將輪胎產(chǎn)品質(zhì)量檢測由人工抽檢變?yōu)樽詣尤珯z測，實時管控，并將產(chǎn)品質(zhì)量信息作為生產(chǎn)信息的重要組成部分，產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)完成融合管控。智能質(zhì)量管控系統(tǒng)界面如圖15所示。

圖15 智能質(zhì)量管控系統(tǒng)界面Fig.15 Management and control system interface of intelligent quality

3.4 智能能源管控系統(tǒng)

智能能源管理系統(tǒng)（見圖16）即智能能源大數(shù)據(jù)管控平臺的應(yīng)用，實現(xiàn)了按照進線或考核單位對輪胎生產(chǎn)所用電、蒸汽、氮氣、水等全面實時管控和統(tǒng)計，將能源消耗實時數(shù)字化，為峰谷用電安排提供支撐數(shù)據(jù)，并根據(jù)管控目標(biāo)實時預(yù)警分析，實現(xiàn)能源使用全過程的精細(xì)化管控[14]；實現(xiàn)報表圖形化的自定義數(shù)據(jù)范圍的展示，為節(jié)能降耗管理提供強有力的管理平臺。

圖16 智能能源管控系統(tǒng)Fig.16 Management and control system of intelligent energy

3.5 智能安全物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

智能安全物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（見圖17）將輪胎生產(chǎn)所有安全裝置狀態(tài)信號接入平臺，進行實時監(jiān)控。將安全狀態(tài)數(shù)字化、圖表化，并建立實時預(yù)警和報警的動態(tài)分析，即每個安全裝置分級設(shè)定安全預(yù)警和報警的閾值，一旦超過閾值，系統(tǒng)自動發(fā)送報警或/和進行停機，實現(xiàn)了安全問題的預(yù)警和報警，踐行以人為本、安全第一的理念，全面保證企業(yè)穩(wěn)定和安全運行。

圖17 智能安全物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)Fig.17 Intelligent and secrue Internet of Things system

3.6 智能設(shè)備在線管控系統(tǒng)

智能設(shè)備在線管控系統(tǒng)（見圖18）通過部署工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實施輪胎生產(chǎn)設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集，并部署實施基于私有云的橡膠機械物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)軟件及服務(wù)器，實現(xiàn)設(shè)備運行數(shù)據(jù)的在線管控和在線分析等智能應(yīng)用。針對大型設(shè)備的預(yù)防性檢測，通過部署無線物聯(lián)網(wǎng)多軸震動傳感器進行實時多維度震動監(jiān)控和溫度監(jiān)控[15]，保證設(shè)備故障的提前預(yù)警，將計劃性和預(yù)防性維修作為主要維修手段，保證設(shè)備長期有效運行。

圖18 智能設(shè)備在線管控系統(tǒng)Fig.18 Online management and control system of intelligent equipment

3.7 智能監(jiān)控系統(tǒng)

智能監(jiān)控即對輪胎工廠全面部署和實施視頻監(jiān)控，對重要場地實施24 h不間斷視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)保存，對次要場地進行定時或觸發(fā)式視頻監(jiān)控。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)相互補充和5G網(wǎng)絡(luò)保障，其核心是同時對監(jiān)控畫面進行有效行為分析[16]，對使用手機接打電話、人員異常行為、火災(zāi)、勞保用品穿戴進行識別和報警，用智能管理替代人工管理，由事后管理變革為實時管理，實現(xiàn)有效保障工廠運行的全管控。智能監(jiān)控系統(tǒng)如圖19所示。

圖19 智能監(jiān)控系統(tǒng)Fig.19 Intelligent monitoring system

4 建立基于數(shù)據(jù)中臺的智能決策系統(tǒng)

構(gòu)建數(shù)據(jù)中臺的目標(biāo)是建設(shè)平行的數(shù)據(jù)中樞系統(tǒng)，解決數(shù)據(jù)“存”“通”“用”的難題，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分層與水平解耦和沉淀公共的數(shù)據(jù)能力，從而達(dá)到降本提效、數(shù)據(jù)化運營、更好地支持業(yè)務(wù)發(fā)展和創(chuàng)新。數(shù)據(jù)中臺是多領(lǐng)域、多業(yè)務(wù)、多系統(tǒng)的協(xié)同控制中樞和管理中樞[17]。輪胎工廠數(shù)據(jù)中臺構(gòu)建方案如圖20所示，數(shù)據(jù)中臺數(shù)據(jù)分析體系如圖21所示。

圖20 數(shù)據(jù)中臺構(gòu)建方案Fig.20 Construction scheme of data center

圖21 數(shù)據(jù)中臺數(shù)據(jù)分析體系Fig.21 Data analysis system of data center

數(shù)據(jù)中臺主要構(gòu)建的內(nèi)容如下。

（1）引入虎符數(shù)據(jù)中臺工具，對各系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化對接和處理，建立標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。

（2）以能源、安全、品質(zhì)、生產(chǎn)、設(shè)備等本地數(shù)據(jù)平臺，梳理重點指標(biāo)，構(gòu)建公司、部門和分廠管理指標(biāo)，建立駕駛艙，提升管理指標(biāo)化。

（3）作為工廠數(shù)據(jù)的監(jiān)控中心，提供工廠決策層多種類的報表和監(jiān)控頁面，提供管理決策平臺。

（4）以指標(biāo)建立企業(yè)健康度評價體系，對企業(yè)運行提供整體標(biāo)準(zhǔn)。

（5）提供產(chǎn)品質(zhì)量追溯頁面，建立全程互聯(lián)的產(chǎn)品質(zhì)量生命周期系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)中臺促進數(shù)據(jù)資產(chǎn)整理和標(biāo)準(zhǔn)化，推進系統(tǒng)與業(yè)務(wù)互聯(lián)互通、實體機構(gòu)與系統(tǒng)聯(lián)動，分析和提煉數(shù)據(jù)價值，進行智能分析和決策[18-25]。數(shù)據(jù)中臺的智能決策現(xiàn)在還在初步探索，其以輔助人工決策向智能決策轉(zhuǎn)變，今后隨著數(shù)據(jù)積累和模型的優(yōu)化，其將向全智能化決策邁進，從而充分發(fā)揮數(shù)據(jù)資產(chǎn)的價值，提升企業(yè)效益。

5 數(shù)字化輪胎未來工廠成果和展望

半鋼高性能子午線輪胎未來工廠建設(shè)在中策已經(jīng)實施落地。項目建設(shè)總投資4.5億元人民幣（土地和廠房成本除外），歷時1年建成投產(chǎn)。項目建設(shè)完成實現(xiàn)新增年產(chǎn)448萬套高性能子午線輪胎，數(shù)字化建設(shè)模式實施帶來巨大的數(shù)字經(jīng)濟效益：生產(chǎn)效率提升300%，能源資源綜合利用率提升5%，產(chǎn)品良品率提升0.8%，萬元產(chǎn)值成本降低1.5%，研制周期縮短50%，同規(guī)模產(chǎn)能用工人員減少2/3。

輪胎未來工廠全流程采用“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”全數(shù)字化建設(shè)，采用世界一流生產(chǎn)技術(shù)和現(xiàn)代化的物流生產(chǎn)布局，以用戶大規(guī)模定制為核心，以產(chǎn)品模塊化、生產(chǎn)精益化為基礎(chǔ)，集成全球先進的信息通信技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、智能裝備技術(shù)，采用企業(yè)互聯(lián)化、組織單元化、加工自動化、生產(chǎn)柔性化、制造智能化的生產(chǎn)管理模式，實現(xiàn)智能定制、智能排產(chǎn)、智能送料、智能檢測、智能倉儲、智能評測，達(dá)到綠色、高質(zhì)量、高附加值、高效率的目標(biāo)。此建設(shè)模式不但可以在輪胎工廠進行復(fù)制推廣，也可以在流程型傳統(tǒng)制造企業(yè)進行復(fù)制推廣，成為一個協(xié)同化工廠平臺模式。

未來工廠模式是生產(chǎn)模式的重大變革，是從人治時代到系統(tǒng)治、流程治時代的重大跨越；同時也標(biāo)志著生產(chǎn)系統(tǒng)進入數(shù)據(jù)處理技術(shù)（DT）時代。數(shù)字換腦比機器換人更重要，數(shù)字化轉(zhuǎn)型是企業(yè)必須面臨的挑戰(zhàn)，沒有標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化協(xié)同和質(zhì)量第一的信念就沒有未來工廠。數(shù)字化需要堅持一把手工程，需分階段、私人定制，追求智能制造的同時還要追求智能決策。中策的實踐證明未來工廠的模式是可復(fù)制、可推廣的，傳統(tǒng)制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型是可以實現(xiàn)的。