轮胎装备制造的数字化车间信息集成与优化

李相搏

摘要：中国制造2025的核心要求是以创新驱动发展为主题，以两化深度融合为发展主线，以智能制造为主攻方向，推进企业向数字化、网络化与智能化转型。对于制造业企业来说，车间是生产制造的核心，因此车间的数字化是智能制造转型升级的第一阶段。本文以轮胎装备行业为例，分析装备加工车间信息化集成和数字化发展。

关键词：轮胎成型；数字化车间；智能化

数字化车间，是智能制造系统的核心基础单元，包含设计、生产、物流等全生命周期过程，并实现系统集成、互联互通等功能。

轮胎装备制造行业是面向橡胶轮胎企业，提供轮胎生产过程中从配料、密炼、压延、裁断、成型、硫化、检测和立体库各工序的数字化装各；其生产制造过程以机械加工和装备装配为主。轮胎装备制造过程的集成优化和智能管理，要求能够精确计划、调度、发送、跟踪、监控车间生产信息和过程的车间级的管理信息系统，也是实现车间生产智能化的基本体现，也是实现轮胎装备制造设备集成、信息集成、功能集成的重要模式。

1.轮胎装备数字化车间制造过程控制系统

该项目对数字化机械装备制造过程进行信息化集成和智能化改造，主要建设机械装配过程控制模块和机械加工过程控制模块两部分内容，并通过信息化和智能化技术的集成应用，快速、精准地发送、回馈制造现场、仓储等各类信息；同时进行快速精准分析、并动态根据车间状况进行排产、指挥、决策，实现轮胎装备制造车间的数字化管控。

1.1机械加工过程控制模块。机械加工过程控制模块包含数控机床通信模块、数控机床信息采集和统计模块、数控程序管理模块、刀具参数管理模块、数控程序三维编辑与仿真模块五个子模块。

1.1.1数控机床通信模块：

本模块是机械加工过程控制模块的核心部分，主要实现数控机床设备的联网与远程通信等功能，可为数控机群构建了一个以服务器为中心的通讯网络，所有数控机床在这个网络中都可以对服务器内预存Nc程序进行调用、加工，利用服务器完成大程序量上传、存储，进行在线加工及共享网络中所有的NC加工程序，并可对机床系统参数及刀具数据进行备份。

1.1.2数控机床信息采集和统计模块：

该模块是将数控机床作为一个信息的节点，网络数控设备联网纳入到企业整合信息化的管理中，实时、准确、自动的为整个信息系统提供及时、有效、真实的数据，以实现生产管理层与执行层信息的交流和协同工作。

1.1.3数控程序管理模块：

该模块对NC程序进行全寿命周期管理，对于加工程序，从创建、编辑、校对、审核、试切、定型、归档、使用直到删除，模块中均有详细的记录，进行严格的流程管理，并可进行逆向查询处理，对Nc程序的处理可进行有效的权限控制。

1.1 4刀具参数管理模块：

该模块通过将对刀仪连接到数字化机械装备制造过程的信息化集成应用网络中，实现机械加工车间数控设备的刀具参数网络化管理和无纸化传递。

1.1.5数控程序三维编辑与仿真模块：

该模块是专为数控编程而设计的专业软件，可以实现方便的程序编辑、智能的程序比较和强大的程序仿真。

1.2机械装配过程控制模块。机械装配过程控制模块由企业自主研发，依据轮胎生产制造管理实际情况，结合智能制造的发展要求，研发符合公司生产计划管理需求机械装配过程控制。机械装配过程控制模块包含计划调度、条码物流、工位终端、生产可视化、质量管理和设备管理六个子模块。

1.2.1计划调度模块：

从ERP系统导入项目/生产订单的周期计划，通过系统指派计划执行的车间工位、生产班组进行计划排程，编制完成的计划应包括工位作业进度计划、物料配送计划、生产班组排班计划；完成计划编制后，通过系统进行计划校验，重点检查能力和约束规则对计划的影响，将存在执行问题的计划进行提示，以便修订计划。

1.2.2条码物流模块：

该模块可实现车间配送收货和外协收货、物料投料消耗、物料追溯功能；实现车间内部生产物资流转的跟踪和控制，提高物资管理的自动化水平，优化岗位和流程，提高工作效率，保证车间物资管理的帐物准确性。

1.2.3位终端：

该模块可实现日生产记录、计划进度查询、设计图纸查询、报工记录查询等功能；该模块可以监视生产过程，向生产管理层提供决策支持以提高生产效率。

1.2.4生产可视化模块：

实现车间工位、机床设备的数据采集与进度控制，为管理者提供在线监控和关键KPI指标统计分析功能。

1.2.5质量管理模块：

该模块主要实现检验记录、质量跟踪与追溯、质量分析报告、SPC分析功能；跟踪和分析产品和加工过程的质量，以保证产品的质量控制和确定生产中需要注意的问题。

1.2.6设备管理模块：该模块主要实现设备台账、修理计划与费用管理、工具管理、备品备件管理、故障管理、安全管理、设备监控等功能。

2.智能制造过程的数据信息采集

系统可依据数控设备型号采用不同的数据采集，RS-232协议串口模式数控设备使用宏B变量输出功能，读取机床信息；TCP/IP协议网卡模式数控设备提供标准集成接口，系统可依据接口标准获取机床信息；条码扫描采集，该方式与数控设备无关，可在数控网络中添加条码扫描设备，并定义企业条码标准，通过条码完成生产信息采集。

3.车间级移动通信技术应用

项目集成应用了移动通信技术，实现了与COA协同办公平台移动通信系统集成，移动通信系统提供标准的API接口方式，可供数字化机械装备制造过程的信息化集成应用调用，移动通信应用主要在两个方面：

①数控设备即将进入维护期或在生产过程中出现警告、故障等信息，系统自动将数控设备的基础信息（如设备号、型号、车间位置等）和维护信息以短信形式发送维护人员手机，维护人员可根据短信内容及时了解设备情况，迅速解决。

②系统内业务流程的移动审批，生产计划完成并提交审批后，系统自动以短信形式通知相关人员，该人员可通过手机登陆企业移动办公平台，查阅生产计划信息，并完成审批工作。

4.车间级系统集成优化

项目实现了车间级的系统集成标准化。项目采用EAI（企业应用集成）技术完成与ERP、WMS、COA等系统集成，接口集成开发时定义信息交换的数据模型和通信模型，实现了信息共享的特定目标，通过建立并使用标准资源，以支持大系统的顶层设计及其各系统的开发，并确保预定效能得以发挥的标准化活动。

5.实施效果

通过论证实施和调试，优化后的轮胎装备的数字化车间，在生产效率提升、节能降耗和管理提升方面改善明显，智能制造基础进一步巩固并加强。

5.1效率提升。优化后，车间实现满足多目标、多条件下的计划排产、调度和优化要求，实现了物流、控制流、信息流和价值流的闭环控制，能够“提高产能5%以上”、“减少生产脱节时间5%以上”，实现数控程序自动传输，能够“减少加工准备时间10%以上”。

5.2节能降耗

数字化车间实现了计划排产与工单调度的一体化处理，实现对数控机床设备状态的监控及数据信息采集，可提高生产设备的有效开机时间5%以上，节约能源消耗50万元以上；

5.3管理提升

5.3.1车间可视化管理

车间实现了原料采购、计划排产、工艺执行、物料消耗、机床状态等信息都通过系统平台进行实时查询，生产工单和现场实际信息通过系统能够顺畅的交互；

5.3.2信息共享与集成

车间可提供快速、准确的信息支持，各环节KPI统计分析帮助管理者发现问题及资源瓶颈，及时解决问题，优化资源配置；

5.3.3提升客户的满意度

通过系统可提升“产品质量”、“交貨及时性”，成本的降低又可提高产品的竞争力，应用系统打造企业的核心竞争力。