车轮滚滚,驶向“工业4.0”

2017/9/15 15:17:30

在人类文明发展史上,轮子的作用不可不提。从简单粗糙的木质车轮到坚固耐磨的橡胶轮胎,轮子的出现让人们的出行效率实现了质的飞跃。

从19世纪轮胎的发明至今,历史的车轮已驶过两百多年。世界日新月异,轮胎的生产也在经历深刻的变革。然而,由于中国轮胎行业的自动化与数字化水平相对较低,轮胎厂商大多面临着质量不稳定、生产灵活性欠佳、价格竞争激烈等重重挑战。

双星集团有限责任公司(双星)是一家具有95年历史的老橡胶企业,是全球为数不多的既有轮胎制造经验又有轮胎智能装备制造经验的企业。2014年,双星开启了“二次创业、创双星轮胎世界名牌”的新征程。面对行业困境,双星抓住全球互联网大潮和“第四次工业革命”等机会,率先举起了数字化转型的大旗并加速智能转型。

自2015年起,双星携手西门子,共同打造数字化工厂,通过应用数字化解决方案,降低生产成本、提高生产质量和灵活性,一举成为轮胎行业数字化浪潮中的领头羊,实现了从“制造”到“智造”的成功转型。

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会“思考”的轮胎工厂

时代飞速发展,如今,用户对轮胎的需求除了体现在对耐磨、安全、静音等性能上以外,还体现在对轮胎个性化的追求上。要想生产出定制化的轮胎可并不简单,这中间需要经过炼胶、压出、成型、硫化、检测等多道复杂工序。

由于轮胎的生产工艺既包括物理变化又涵盖化学反应,结合了离散制造与过程工业的特点,要让生产效率更上一层楼,双星不仅需要提高各流程自身的效率,还要保证流程之间的无缝对接。

“我们希望搭建一座会‘思考’的工厂,它既要对各生产线的状态了如指掌,又要动作敏捷,将每个订单的生产安排得井井有条。”双星集团有限责任公司副总经理刘宗良说。

双星与西门子一拍即合,共同成立了轮胎行业唯一的“工业4.0”创新中心,打造符合行业“工业4.0”标准的智能化生产方案。双方利用数字化技术,为工厂配上了智慧的“大脑”与高效全面的“神经网络”。西门子根据轮胎行业特点为双星量身定制了一套完整的数字化企业套件,包括产品生命周期管理软件(PLM)、制造执行系统(MES)和全集成自动化(TIA)解决方案,助力双星打造“工业4.0”智能化工厂,实现数字制造,成为全球系统最完善、智能化程度最高的轮胎工厂之一。

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数字研发:让客户“心想事成”

在研发阶段,双星借助西门子数据协同平台Teamcenter支持研发设计与交互式产品设计和工艺仿真,让客户的个性化需求得以实现。客户购买轮胎时,可以在星猴网等平台上针对车型、路况、轮胎性能和心仪颜色,通过交互式设计生成属于自己的个性化订单。通过企业资源计划(ERP)系统,Teamcenter将获取订单信息,根据用户选择的几个维度,自动将其转化为产品工艺需求,并制定产品配方和工艺标准,还可以根据产品在生产执行和市场中的表现,改进生产工艺。

研发过程中生成的海量资料与数据也将储存在Teamcenter中,供生产部门调用。它为研发与生产部门提供共享数据库,可作为涵盖研发、工艺、制造的数据管理和协同平台,保证数据的准确、一致、有效,避免研发和生产环节之间的信息传输壁垒,解决了不同部门间“信息孤岛”的问题。

此外,双星还搭建了一个与全球用户交互的平台“创客网”。全世界的用户和专家都可以参与交互、设计,并对方案进行评估。在用户认可设计方案后,双星可利用PLM系统,整合全球专家,对用户认可的方案进行研发,并利用3D打印和虚拟仿真技术对方案进行设计仿真和工艺仿真,以满足用户的个性化需求。

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数字制造:心中有“数”,灵动快速

研发完成后,Teamcenter将成熟的工艺文件与质量标准连同物料清单一起下发至MES。在MES方面,双星与西门子根据轮胎行业的特点,以西门子Simatic IT为核心,联合开发了适合行业的MES系统。它是车间“大脑”的核心,负责智能排产与智能制造。它既有不放过任何细节的精明,又对大局心中有数。

Simatic IT将来自Teamcenter的工艺信息与来自ERP的产品订单进行绑定,并通过其高级生产规划及排程系统(APS)模块将订单信息拆解为一个个具体的生产方案(包括原料、生产线、设备和时间等),下发到不同机器设备上,实现智能排产。Simatic IT覆盖了从投料到产品出厂的整个生产流程,可以实现生产执行和物料追溯,为产品的后续服务提供数据支持,可谓“无所不知,无所不晓”。

APS是工厂实现高效有序生产的大功臣。以前,工厂的排产一般由经验丰富的计划员来完成。但由于排产需要充分考虑产品库存、模具等多个实时变化的因素,人工作业难免出现疏漏。双星与西门子联合开发了适合轮胎行业的APS系统。它就像一位心算高手,在订单信息到达系统后可以结合双星的实际生产状况,在排产时充分考虑工装、工序等各项因素,尽最大可能提高产能利用率,减少资源浪费,让生产接续更紧密。

“目前,双星是全球第二家将APS运用到实际生产中的轮胎企业,是真真正正走在了世界前列,引领了世界轮胎行业智能制造的方向。”西门子中国数字化工厂集团青岛销售业务区域高级销售经理王哲说。

在生产过程中,能够准确、灵活执行大脑命令的四肢也至关重要。TIA就是双星生产线上灵活的关节。西门子的可编程逻辑控制器、工控触屏、伺服驱动器和工业交换机等自动化产品覆盖双星自主研发的遍布全厂的智能化装备。TIA可通过统一的数据管理、通讯、组态和编程环境,让这些自动化设备与系统无缝连接,实现智能化生产,不仅缩短工程时间、提高生产效率,也降低设备运行和维修成本。

此外,TIA也是双星工厂里的高效“神经网络”,可负责智能采集与智能输送。它可以将来自Simatic IT的指令下发到各个西门子数字控制产品上,再由这些产品控制设备完成高效生产。TIA中的WinCC与WinCC OA还能广泛采集底层数据,与Simatic IT进行无缝集成。

生产完成后,Simatic IT会将生产数据实时反馈给ERP,方便其对物流系统下达指令。同时,它还会通过Teamcenter将相关工艺数据反馈给研发部门,方便研发部门对工艺设计进行优化,形成信息流的闭环。

此外,在信息采集方面,双星通过自主研发的智能信息匹配系统(MEP)解决了在制造过程中,由于无法利用标签进行标识而难以对微小物料或液体和粉体原料进行信息采集的难题。MEP系统可对颗粒状原材料或液体等各种物料、人员、设备和位置进行信息智能匹配。它向上连接MES,可根据APS排产计划拉动物料调度,实现对人、设备、工装、位置等信息的全程管控。它还可横向对接TIA,协调整个生产过程。

双星的数字化红利

西门子PLM、MES与TIA三大系统自顶而下,天然集成。以这三大系统为核心,双星建立了从客户定制到研发设计、生产执行,再到产品交付后的服务保障的全方位管控。通过对制造的全生命周期管理,西门子的数字化企业套件让各个环节无缝衔接,搭建了一条畅通无阻的信息通道。

“数字化工厂中最重要的就是研发与生产的双向信息通道。若在搭建这条信息通道时全部使用同一品牌的系统,不仅兼容性更佳,客户也更省心。”王哲说,“西门子是世界上唯一一家能搭建从研发端到底层硬件自动化全流程信息通道的企业。”

全面数字化解决方案让双星工厂焕然一新,实现了生产、管理和服务方面的飞跃。

工厂的生产流程变得更加高效、规范,不仅生产成本降低,效率也大大提高。例如,以前,如果操作员发现原材料不足,需要先填写物料单,再去仓库运回物料投入生产,效率较低。现在,Simatic IT可自动监测原材料的使用情况,一旦物料不足,会自动呼叫无人驾驶小车将材料送出,大大节约了物料的运输时间。在排产方面,如果依靠人工拆解订单、检查库存和设备状态等,通常需要耗费一天,而由APS完成则只要1分钟。

在生产管理方面,覆盖全厂的Simatic IT上承PLM与ERP,下接TIA和MEP,眼观六路,把控全局。一旦生产线上某处发生问题,信息能够实时反馈给Simatic IT以做出自动响应,或提醒工作人员进行决策,调整生产,帮助工作人员实现高效生产管理。

双星的业务模式也发生了彻底变革。以前的轮胎销售遵循传统模式,即消费者到实体店购买成品轮胎,此后如果遇到问题再回到实体店进行维修。如今,双星的客户可以直接在星猴网等平台上提交个性化订单,自由选择轮胎性能和颜色,由系统为客户生成3D虚拟轮胎。订单生成后,相应信息即刻被传回双星数据中心,由数字化工厂完成研发、生产制造等。此外,客户在使用轮胎的过程中还会定期收到轮胎保养的提醒,享受长期的贴心服务。

新的业务模式带来了可喜的变化。双星“工业4.0”智能化工厂内劳动强度降低了60%以上,产品不良率降低80%以上,而劳动生产率则达到了过去的3倍以上。工厂的环保水平和能效更是达到了世界领先水平。同时,双星的产品也实现了高端、高差异化和高附加值。双星轮胎品牌价值连续两年荣登“亚洲品牌500强”中国轮胎第一名,并被称为“中国轮胎智能制造引领者”,实现了由传统制造企业向智能制造企业的转型。

“在通向‘工业4.0’的路上,我们也有摸着石头过河的时候。”刘宗良表示,“而与西门子的合作则让我们在改革时更加踏实、有信心。”

跨领域的通力合作

双星的数字化工厂可以被称为轮胎行业内真正意义上的“工业4.0”工厂,引领了世界轮胎智能制造的趋势。

为帮助双星对工厂进行全面规划,西门子组建了一支跨部门的三十多人的团队。由于双星工厂地处青岛,而西门子业务专家大多在上海和北京,为聚齐所有人员制定最优方案,专家们经常需要在晚上11点后召开电话会议,讨论至凌晨2、3点。经过数年的精心打磨,双星数字化工厂的蓝图才真正变为了现实。

为保证项目效果,西门子专家还特意为双星一线员工进行了大量生产培训,悉心细致地教导工人进行现场操作。

所谓有“智”者事竟成,双星通过三年潜心“修炼”,终得一身“数字化”神功。未来,双星将进一步实现线上线下无缝对接,车轮滚滚,驶向“工业4.0”新时代。

 

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