輪胎裝備制造的數(shù)字化車間信息集成與優(yōu)化

李相搏

摘要：中國制造2025的核心要求是以創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展為主題，以兩化深度融合為發(fā)展主線，以智能制造為主攻方向，推進企業(yè)向數(shù)字化、網(wǎng)絡化與智能化轉(zhuǎn)型。對于制造業(yè)企業(yè)來說，車間是生產(chǎn)制造的核心，因此車間的數(shù)字化是智能制造轉(zhuǎn)型升級的第一階段。本文以輪胎裝備行業(yè)為例，分析裝備加工車間信息化集成和數(shù)字化發(fā)展。

關鍵詞：輪胎成型；數(shù)字化車間；智能化

數(shù)字化車間，是智能制造系統(tǒng)的核心基礎單元，包含設計、生產(chǎn)、物流等全生命周期過程，并實現(xiàn)系統(tǒng)集成、互聯(lián)互通等功能。

輪胎裝備制造行業(yè)是面向橡膠輪胎企業(yè)，提供輪胎生產(chǎn)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(shù)字化裝各；其生產(chǎn)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(yōu)化和智能管理，要求能夠精確計劃、調(diào)度、發(fā)送、跟蹤、監(jiān)控車間生產(chǎn)信息和過程的車間級的管理信息系統(tǒng)，也是實現(xiàn)車間生產(chǎn)智能化的基本體現(xiàn)，也是實現(xiàn)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(shù)字化車間制造過程控制系統(tǒng)

該項目對數(shù)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(nèi)容，并通過信息化和智能化技術的集成應用，快速、精準地發(fā)送、回饋制造現(xiàn)場、倉儲等各類信息；同時進行快速精準分析、并動態(tài)根據(jù)車間狀況進行排產(chǎn)、指揮、決策，實現(xiàn)輪胎裝備制造車間的數(shù)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(shù)控機床通信模塊、數(shù)控機床信息采集和統(tǒng)計模塊、數(shù)控程序管理模塊、刀具參數(shù)管理模塊、數(shù)控程序三維編輯與仿真模塊五個子模塊。

1.1.1數(shù)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(xiàn)數(shù)控機床設備的聯(lián)網(wǎng)與遠程通信等功能，可為數(shù)控機群構建了一個以服務器為中心的通訊網(wǎng)絡，所有數(shù)控機床在這個網(wǎng)絡中都可以對服務器內(nèi)預存Nc程序進行調(diào)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(wǎng)絡中所有的NC加工程序，并可對機床系統(tǒng)參數(shù)及刀具數(shù)據(jù)進行備份。

1.1.2數(shù)控機床信息采集和統(tǒng)計模塊：

該模塊是將數(shù)控機床作為一個信息的節(jié)點，網(wǎng)絡數(shù)控設備聯(lián)網(wǎng)納入到企業(yè)整合信息化的管理中，實時、準確、自動的為整個信息系統(tǒng)提供及時、有效、真實的數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)生產(chǎn)管理層與執(zhí)行層信息的交流和協(xié)同工作。

1.1.3數(shù)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(chuàng)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(shù)管理模塊：

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

1.1.5數(shù)控程序三維編輯與仿真模塊：

該模塊是專為數(shù)控編程而設計的專業(yè)軟件，可以實現(xiàn)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(yè)自主研發(fā)，依據(jù)輪胎生產(chǎn)制造管理實際情況，結合智能制造的發(fā)展要求，研發(fā)符合公司生產(chǎn)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(diào)度、條碼物流、工位終端、生產(chǎn)可視化、質(zhì)量管理和設備管理六個子模塊。

1.2.1計劃調(diào)度模塊：

從ERP系統(tǒng)導入項目/生產(chǎn)訂單的周期計劃，通過系統(tǒng)指派計劃執(zhí)行的車間工位、生產(chǎn)班組進行計劃排程，編制完成的計劃應包括工位作業(yè)進度計劃、物料配送計劃、生產(chǎn)班組排班計劃；完成計劃編制后，通過系統(tǒng)進行計劃校驗，重點檢查能力和約束規(guī)則對計劃的影響，將存在執(zhí)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(xiàn)車間配送收貨和外協(xié)收貨、物料投料消耗、物料追溯功能；實現(xiàn)車間內(nèi)部生產(chǎn)物資流轉(zhuǎn)的跟蹤和控制，提高物資管理的自動化水平，優(yōu)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(xiàn)日生產(chǎn)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(jiān)視生產(chǎn)過程，向生產(chǎn)管理層提供決策支持以提高生產(chǎn)效率。

1.2.4生產(chǎn)可視化模塊：

實現(xiàn)車間工位、機床設備的數(shù)據(jù)采集與進度控制，為管理者提供在線監(jiān)控和關鍵KPI指標統(tǒng)計分析功能。

1.2.5質(zhì)量管理模塊：

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

1.2.6設備管理模塊：該模塊主要實現(xiàn)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(jiān)控等功能。

2.智能制造過程的數(shù)據(jù)信息采集

系統(tǒng)可依據(jù)數(shù)控設備型號采用不同的數(shù)據(jù)采集，RS-232協(xié)議串口模式數(shù)控設備使用宏B變量輸出功能，讀取機床信息；TCP/IP協(xié)議網(wǎng)卡模式數(shù)控設備提供標準集成接口，系統(tǒng)可依據(jù)接口標準獲取機床信息；條碼掃描采集，該方式與數(shù)控設備無關，可在數(shù)控網(wǎng)絡中添加條碼掃描設備，并定義企業(yè)條碼標準，通過條碼完成生產(chǎn)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(xiàn)了與COA協(xié)同辦公平臺移動通信系統(tǒng)集成，移動通信系統(tǒng)提供標準的API接口方式，可供數(shù)字化機械裝備制造過程的信息化集成應用調(diào)用，移動通信應用主要在兩個方面：

①數(shù)控設備即將進入維護期或在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)警告、故障等信息，系統(tǒng)自動將數(shù)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(fā)送維護人員手機，維護人員可根據(jù)短信內(nèi)容及時了解設備情況，迅速解決。

②系統(tǒng)內(nèi)業(yè)務流程的移動審批，生產(chǎn)計劃完成并提交審批后，系統(tǒng)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(yè)移動辦公平臺，查閱生產(chǎn)計劃信息，并完成審批工作。

4.車間級系統(tǒng)集成優(yōu)化

項目實現(xiàn)了車間級的系統(tǒng)集成標準化。項目采用EAI（企業(yè)應用集成）技術完成與ERP、WMS、COA等系統(tǒng)集成，接口集成開發(fā)時定義信息交換的數(shù)據(jù)模型和通信模型，實現(xiàn)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(tǒng)的頂層設計及其各系統(tǒng)的開發(fā)，并確保預定效能得以發(fā)揮的標準化活動。

5.實施效果

通過論證實施和調(diào)試，優(yōu)化后的輪胎裝備的數(shù)字化車間，在生產(chǎn)效率提升、節(jié)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(yōu)化后，車間實現(xiàn)滿足多目標、多條件下的計劃排產(chǎn)、調(diào)度和優(yōu)化要求，實現(xiàn)了物流、控制流、信息流和價值流的閉環(huán)控制，能夠“提高產(chǎn)能5%以上”、“減少生產(chǎn)脫節(jié)時間5%以上”，實現(xiàn)數(shù)控程序自動傳輸，能夠“減少加工準備時間10%以上”。

5.2節(jié)能降耗

數(shù)字化車間實現(xiàn)了計劃排產(chǎn)與工單調(diào)度的一體化處理，實現(xiàn)對數(shù)控機床設備狀態(tài)的監(jiān)控及數(shù)據(jù)信息采集，可提高生產(chǎn)設備的有效開機時間5%以上，節(jié)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(xiàn)了原料采購、計劃排產(chǎn)、工藝執(zhí)行、物料消耗、機床狀態(tài)等信息都通過系統(tǒng)平臺進行實時查詢，生產(chǎn)工單和現(xiàn)場實際信息通過系統(tǒng)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(huán)節(jié)KPI統(tǒng)計分析幫助管理者發(fā)現(xiàn)問題及資源瓶頸，及時解決問題，優(yōu)化資源配置；

5.3.3提升客戶的滿意度

通過系統(tǒng)可提升“產(chǎn)品質(zhì)量”、“交貨及時性”，成本的降低又可提高產(chǎn)品的競爭力，應用系統(tǒng)打造企業(yè)的核心競爭力。