輪胎企業智能化分析及智慧工廠升級實施方案

孫金銀，宋月濤，崔偉光，岳建峰，田寧

(萬達控股集團有限公司，山東 東營 257500)

1 智能化工廠現狀

輪胎企業智能化生產管理方面主要關注輪胎自原材料、配料、密煉、半制品、成型、硫化生產到質檢、入庫、出庫等工序全過程跟蹤管理，并對輪胎理賠提供有力的生產質檢出庫數據。在系統實施后，企業將輕松的對輪胎自原材料至倉庫的每一步操作的具體數據有據可查，滿足生產、質檢、倉儲、銷售各部門所需的數據記錄及統計分析要求。

智能化工廠實施方案主要依托現有的ERP系統、MES系統和WES系統，在此基礎上進行擴展，完善整個產品鏈條。新建智能化設備管理系統CPM系統和智能化銷售系統 “365無憂”，智能化 AGV叉車搬運系統，使其有機結合，相互貫通，打造工業4.0智慧工廠，實現了產品的可追溯性。主要流程如圖1所示。

圖1 主要流程圖

2 項目系統模型建立

輪胎的生產流程：

（1）檢驗合格的小料和橡膠原材料，根據不同性能的配方標準,經過自動配料和人工配料，然后在密煉機內進行混煉,生產出輪胎不同部位的膠片；

（2）膠片按照不同的指標要求進行檢驗，檢驗合格的膠片從密煉車間進入半成品車間，同時鋼絲簾線和纖維簾線檢驗合格，由倉庫領入半成品車間，通過四輥壓延機按照一定的張力和膠片厚度要求，把膠料滲入到纖維簾線和鋼絲簾線中，形成輪胎所需的纖維簾布和鋼絲簾布，半成品車間的膠片和簾布通過壓延、簾布裁斷、膠部件壓出、鋼絲圈纏繞和三角膠擠出設備進行生產，生產出相應的輪胎半部件，即膠片、內襯層、鋼絲簾布、纖維簾布、冠帶條、胎面以及胎側一級胎圈；

（3）半部件從半成品車間進入成型車間，在成型車間由成型機按照生產工藝條件將半成品生產的半部件逐一貼合，生產出不同規格尺寸的輪胎雛形—胎胚；

（4）胎胚從成型車間進入硫化車間，硫化車間通過硫化機按照時間、溫度和壓力將不同的胎胚放入相應的模具中進行硫化至輪胎；

（5）硫化完成的輪胎通過修剪后進入外觀檢查區域，外觀檢查合格后進行輪胎均勻性和動平衡的檢測。期間使用X光對均動合格的輪胎進行抽檢，檢查合格的輪胎分類入庫按照客戶要求進行包裝；

（6）入庫后的輪胎還會進行二次檢查，倉庫發貨時會安排專人再次進行逐條外觀檢查，合格后輪胎出廠。

模型模擬工廠生產運營，對生產各個環節實施數字化管理，優化企業工作流程，借助該模型能使技術人員對工廠運營有更詳實的數據化認識，改變原有的憑經驗管理的粗放模式，為企業精細管理提供有效的技術支持，事前預知和診斷企業的運行情況，查找運行瓶頸，并根據外部市場變化因素抓住瞬間商機，果斷做出更優的運營決策并找出最佳的生產管理方式，使企業生產與經營有機結合，實現企業經濟效益最大化。

2.1 企業建設ERP系統整合管理銷售及采購

2.1.1 銷售管理模塊

（1）建立客戶信息管理，并根據客戶信用等級進行分類管理，方便審核客戶交易流程。

（2）銷售訂單管理，可錄入客戶訂單、同時有訂單的變更、訂單交貨期的確認功能。可查詢輪胎庫存，用于決定是否要延期交貨、分批發貨等功能。

（3）銷售量統計與分析，包括訂單的完成情況，根據銷售地區、客戶產品代理商等分別從訂單量、銷售額、利潤等方面進行統計。

（4）分析數據，根據統計結果，對銷售目標、業績、訂貨等方面分別從數量、銷售額、利潤等方面分析。

2.1.2 采購管理模塊

（1）供應商管理：分類管理，對其進行針對性的控制，確定供應商等級，以達到較低的價格、良好的品質和及時的交貨。

（2）材料價格管理：網上詢價，用以確定各供應商進貨價格，以及采購與委外加工價格統計。

（3）采購訂單的管理：包括采購訂單的輸入、變更及發布；采購訂單周期的確認及進料處理跟蹤；催貨，對外購或委外加工的物料進行跟蹤，這也是采購工作中比較重要的內容。

2.1.3 庫存管理模塊

庫存管理功能涉及為所有物料建立優化的庫存，確立最優存貨方式，控制最低庫存數量；新進的采購物料，經驗貨入庫，入庫記賬管理；隨后按照生產計劃進行備料、發料、出庫等手續。

根據銷售出貨計劃，備貨、出貨，并辦理出貨等手續。實現產品的整個生產、銷售的一條龍管理。

2.2 生產車間建立MES系統實現智能化生產

輪胎MES系統是工廠實現輪胎動態生產管理和實現車間生產動態化的最基本技術手段，是企業生管理提升最穩定有效的管理工具，是規范生產環節標準化，監控和記錄生產全過程的一部法則，是企業信息化承上（ERP系統）啟下（WMS系統）的一座橋梁。整個系統主要包含了“密煉車間管控網絡系統”、“半制品成型數字管控網絡系統”和“輪胎條碼物流管理系統”三個大的管理系統，并結合輪胎公司具體要提供相應的子系統或子模塊，具體產品系統結構見圖2。

圖2 MES產品系統組成圖

（1） 密煉車間管控網絡系統

密煉車間管控網絡系統（圖3）解決的業務范圍包括原材料檢驗管理、原材料庫存管理、車間計劃管理、車間工藝管理、配料生產過程管理、密煉生產過程管理、車間（在制品）成品管理、膠料質量管理、設備管理、成本核算管理、報表管理以及權限管理。

圖3 密煉車間管控網絡系統圖

（2）半制品成型數字管控系統

如圖4所示，半成品成型數字管控系統實現從生產到質檢再到物流的整個內外部供應鏈的管理，以流轉卡片和條碼實現生產一體化、質量控制以及物流的全程跟蹤管理，通過將半成品成型數字管控系統的管理和現場生產系統進行無縫整合，為企業決策層提供有力的數據依據。

圖4 半制品成型數字管控系統圖

半成品成型數字管控系統包括條碼終端識別系統和信息處理系統，此系統與密煉和輪胎條碼物流系統有效無縫集成，實現生產物流的智能化、網絡化管理。

（3） 條碼物流管理

輪胎條碼物流系統包括成型車間智能掃碼系統、硫化生產掃碼系統、成品檢測系統、倉儲物流管理系統以及銷售理賠管理系統等模塊，此系統需與條碼物流管理系統有效無縫集成，實現生產、倉儲、物流、理賠、決策支持的全面信息化、條碼化、網絡化和實時化。

2.3 倉儲智能化立體倉儲WMS系統

輪胎生產完成后進入輪胎立體智能倉庫。該立體倉庫可實現自動出入庫、自動分類儲存、自動定位監控于一體的智能倉庫管理系統，包含了電子標簽、輸送裝置、穿梭小車裝置，堆垛裝置和監控幾個部分，只要把有條形碼的輪胎放上輸送機，接下來就可以實現無人接管工作，如圖5所示。

圖5 倉儲智能化立體倉儲WMS系統圖

（1）入庫流程

硫化后的輪胎通過檢驗車間，合格后的產品進入入庫準備區。將組好的托盤通過出入庫系統入立體庫。操作人員以條碼掃描方式將信息錄入計算機倉儲管理系統，條碼信息包含每條輪胎的條碼記錄和整個實托盤的條碼信息，接受倉儲管理系統的管控。入庫系統由輸送機系統和穿梭車構成。對每個實托盤外形（三維）、重量做相應檢測，檢測不合格的實托盤發出聲光報警，并自動退出輸送機系統，等待人工介入排除錯誤后重新進入。

（2）出庫流程

出庫系統由輸送機單獨構成或輸送機結合穿梭車構成。從立體庫取貨，通過出庫系統搬送至拆垛站臺，由人工拆垛操作將整托盤的輪胎從托盤上取下后裝入卡車。空托盤需要入庫保管或直接返回生產區，以備生產車間使用或調用。

在每個出庫工位設有單條輪胎和整個實托盤條碼掃描裝置，用以逐條掃描非整盤出庫的輪胎，掃描后能自動上傳至倉庫管理系統，用以更新該實托盤條碼所包含的信息。在二樓東側第一個出庫口設計包裝區，包裝后直接出庫，出庫采用的自由滾道直接下降連接至裝車皮帶輸送機，包含在出庫管理內。

（3）整盤出庫

a.庫管人員根據出庫銷售訂單建立出庫單據，WMS系統根據出庫單據自動生成出庫作業指令信息隊列，并根據各堆垛機的工作狀態自動下達出庫指令,生成出庫任務。

b.巷道堆垛機根據接受的指令信息，將指定的貨物從貨位上取出并放在巷道口出庫輸送臺上，并自動將出庫指令傳輸給出庫輸送系統，出庫輸送系統將貨物自動配送到客戶裝車工位。

c.出口人工拆垛操作，將整托盤輪胎從托盤上取下后，由伸縮輸送機輸送至卡車上。在每個出庫工位設有條碼采集系統，將出庫輪胎信息直接上傳至WMS系統，系統自動下賬。

d.確認無誤后完成發料，出庫信息反饋至庫房管理系統，系統更新，完成一次出庫流程。空托盤由輸送系統經由堆垛機、小車送至貨架區域或生產區域。

（4）出庫回流流程

實托盤上得輪胎未全部出庫，剩余輪胎（該托盤不再增加新入庫輪胎）在沒有任何人工介入的情況下可以自動返回高架庫。

a.庫管人員根據出庫銷售訂單建立出庫單據，WMS系統根據出庫單據自動生成出庫作業指令信息隊列，并根據各堆垛機的工作狀態自動下達出庫指令,生成出庫任務。

b.巷道堆垛機根據系統信息，將指定的輪胎從貨架上取出并放在巷道口出庫輸送機上，并自動將出庫指令傳輸給出庫輸送系統，出庫輸送系統將貨物自動配送到客戶裝車工位。

c.出口人工拆垛操作，將托盤上所需輪胎從托盤上取下后，由伸縮輸送機輸送至卡車上。在每個出庫工位設有條碼采集裝置，將出庫輪胎信息直接上傳至WMS系統，系統自動下賬。

d.發貨完成并確認無錯誤后，系統完成訂單出庫確認。輸送系統將剩余輪胎的托盤經輸送系統、堆垛機等送至源貨位。

3 企業建設智慧工廠升級項目和實施目標

輪胎智慧工廠系統主要以現有的ERP系統為中心建設。

（1）采用智能化設備管理CPM系統；

（2）銷售系統在ERP系統基礎上建立（B2B,B2C)智能銷售管理系統；

（3）在現有MES系統基礎上車間新建AGV智能化搬運系統和成品胎智能分揀輸送系統。

原有ERP系統主要用于銷售、采購、原材庫存、財務管理等方面，MES系統主要用于輪胎生產過程控制，WMS系統主要用于輪胎庫存管理，CPM 系統主要為智能設備管理系統。五套系統通過條形碼和數據交換進行無縫連接。實現了工廠從采購到生產到入庫最終到銷售終端客戶中的全過程控制，實現了智慧工廠整個鏈條的循環，具體實施構想如下。

3.1 設備智能化手機管理CPM系統

管理系統以設備管理任務為中心，偏差控制為主要管理方向，覆蓋從預防維護、巡檢維修、技改技措到設備報廢處理的設備全生命周期管理。結合手機移動應用及二維碼等物聯網技術，為企業提供一個先進的設備管理與資產管理解決方案，推動設備管理進入標準化、流程化、智能化，不斷提高設備健康水平，如圖6所示。

圖6 設備智能化手機管理CPM系統

（1）數據規范方面：建設統一的基礎數據建檔標準，設備檔案、維護作業標準、故障集等設備管理重要數據并集中管理業務執行方面：數據的記錄規范、工作的執行流程順暢，同時利于數據的分享與流程的管控。

（2）管理分析方面：建立規范統一的信息庫與業務管控流程，及時準確的了解到具體設備的詳細信息與各種分析考核指標，給管理決策帶來強大的設備數據分析平臺。

通過輪胎設備管理系統的實施，企業可建立設備健康檔案，形成設備動態管理制度，可對設備進行健康自主評價，提高設備的可靠性，降低了設備的故障率，節約了生產時間，提高了生產效率。不斷提升設備管理使其邁向標準化、精細化、智能化管理新階段。

下一步計劃結合手機APP和LED大屏展示等平臺，為每個設備管理模塊建立一套從整體管控目標、局部流程管控目標到偏差控制的數據化對比分析功能，讓設備管理層即使不在現場，也可以參與每層的管理活動，實現了遠程控制管理，同時對設備管理工作從整體到細節了然于胸，實現精細可控。

3.2 密煉車間升級AGV智能化搬運系統

輪胎企業部分叉車工作場所比較固定，路線單一，主要有兩個車間具備改造成AGV無人叉車的條件。

3.2.1 密煉車間一層和二層

操作工采用叉車將膠冷線擺片完成的成桌膠料從膠冷線擺片工位放至膠料存放區。每班需要兩臺叉車擺放膠料。

操作工用叉車將二層擺片處完成的成桌膠料從膠冷線擺片工位放至膠料暫存區，然后根據生產計劃再從暫存區放置密煉機膠料輸送機下方。每班需要四臺叉車擺放膠料。密煉車間膠料運輸特點：路線短、路線固定、重復率高、路線單一、效率低。

3.2.2 高架庫入庫區域

高架倉庫入庫區域，輪胎入庫工作采用人工裝籠后再采用叉車將輪胎貨籠叉至高架庫入庫口，此項工作每班需要兩輛叉車來回工作。該項高架庫入庫叉車工作特點為叉車工作線路距離比較短，叉貨時間比較集中，工作重復性較高，工作單一，叉車上貨和放貨地點固定，叉車工作路線比較固定。

目前工作在密煉車間和高架庫入庫車間的叉車大多屬于重復性高、單一性的工作。目前對于這種重復性、單一性較高的工作，而且叉貨和放貨地點比較固定的場所，現在行業正在升級成無人AGV叉車操作，既提高勞動生產效率，還降低用工成本，可謂一舉兩得。

高架庫入庫區域主要分為空托盤堆放區、壓片機上/下料點、膠片堆放區、密煉機上/下料點、AGV充電區、AGV 待命區等。主要的搬運流程為將 3 臺壓片機的空托盤堆放區中的空托盤搬運上壓片機，將裝有膠片的托盤從壓片機的下料點搬運至膠片存儲區，將膠片存儲區中裝有膠片的托盤搬運至密煉機上料口，將密煉機生產的空托盤返回搬運至壓片機空托盤堆放區，將原材料倉庫中的原料搬運至密煉機。AGV 路線后期可以根據需方實際需求進行調整。

AGV 自動運輸系統主要由中間控制平臺（WCS）、WMS 系統、AGV 調度系統及 AGV 車輛構成。這些系統之間的信息通訊如圖7所示。

圖7 系統通訊框圖

3.2.2.1 空托盤堆放區到壓片機

（1）當壓片機需要空托盤時，MES 系統發送密煉機上空托盤指令。

（2）中間層軟件接收 MES 下達的指令，并將搬運指令發送給 AGV 調度系統。

（3）AGV 調度系統將搬運任務分配給空閑 AGV車輛。

（4）AGV 車輛執行搬運過程。

（5）當 AGV 完成搬運任務后，反饋給調度系統完成信號。

（6）調度系統將完成信號反饋給 WMS 系統。

（7）WMS 更新庫位信息。

（8）循環上述步驟，進行下一次搬運流程。

3.2.2.2 密煉機到膠片存儲區

（1）當壓片機需要下料時，MES 系統發送密煉機下料指令。

（2）中間層軟件接收 MES 下達的指令，并將搬運指令發送給 WMS 系統。

（3）WMS 計算目標庫位，并將搬運指令發送給AGV 調度系統。

（4）AGV 調度系統將搬運任務分配給空閑 AGV車輛。

（5）AGV 車輛執行搬運過程。

（6）當 AGV 完成搬運任務后，反饋給調度系統完成信號。

（7）調度系統將完成信號反饋給 WMS 系統。

（8）WMS 更新庫位信息。

（9）循環上述步驟，進行下一次搬運流程。

現場網絡可利用目前現有的MES網絡系統：

（1）AGV 在倉庫內到達的每一個位置要有無線局域網覆蓋。無線局域網數據傳輸速率不得低于 11 Mbps，信號強度不得低于-65dBm，信噪比不得低于20dB。不得在 AGV 工作場所使用干擾無線局域網的設備，包含但不限于無繩電話、無線音箱、無線耳機、無線鍵鼠以及無線安防系統設備等。

（2）不得在未經 AGV 系統管理員允許的情況下關閉局域網，建議配備不間斷電源。

（3）每一個無線 AP 的 SSID 必須相同，且不包含中文字符。

（4）提供的每一臺 AGV、服務器分配固定 IP。

（5）入貨區、出貨區分別引入交換機。

（6）現場辦公區域需要提供有線網絡接口。

（7）AGV 應用場景中有線網絡和無線網絡必須在一個局域網，辦公區域網絡有訪問互聯網的功能。

3.3 建設B2B、B2C智能化銷售APP “365無憂”系統

在互聯網蓬勃發展的現在，實現B2B、B2C網絡化銷售系統智能化管理，企業需建設網絡銷售管理系統，實現經銷商線上訂單、多媒體推送、積分制獎勵線上支付功能以及車主服務功能等功能。實現了輪胎銷售后的產品可追溯性，完善了客戶體驗，使公司和終端用戶建立起溝通的橋梁，客戶可以實時得到公司最新的產品信息，而公司也可以及時和客戶溝通，及時完善產品體系，方案如下：

（1）經銷商線上訂單

經銷商通過系統進行預訂單下單，系統后臺收到預訂單后會同時支持該經銷商上級經銷商以及區域經理的審核，并支持修改預訂單，修改審核后訂單通過ERP 的庫存同步確認是否有現貨，若庫存滿足，經銷商確認訂單并完成支付，將進入發貨配送階段；若庫存不滿足，預訂單將流轉至計劃調度員權限，進行生產計劃安排,計劃調度員根據排產計劃信息同步到經銷商，采購商品生產完成后，系統會將訂單推送至訂購經銷商的前端賬戶，經銷商確認訂單并付款完成后，訂單進入發貨配送環節，經銷商確認收貨后，業務閉環。

（2）多媒體推送

平臺通過兩個維度實現企業多媒體信息推送，包含企業的動態、行業新聞、新品發布、活動推送等。

（3）積分制獎勵

每個商品可進行積分規則的設定，可以自行編輯積分計算方式、積分換算比率等，全面進行積分管理；針對會員做級別，不同會員級別看到不同的積分商品，商家后臺發布時設定某種商品可由某個級別會員查看；可以按用戶在平臺下訂單的總金額自動升級不同的會員級別；要能自主設置會員晉升規則及降級規則。

（4）線上支付功能

實現線上支付，線下支付完成之后上傳銀行憑證，財務進行驗證；與當地銀行進行合作建立線上大額支付。

（5）車主服務功能

平臺內設車主服務功能，零售商可根據自己需求設置優惠服務。最終客戶可再車主服務功能內通過掃碼、加公眾號等模式注冊會員，購買輪胎之后贈送增值服務。

4 智慧工廠升級實施結論

在信息技術持續發展的現在，企業建設智慧化工廠是支撐企業發展的重要力量，因此，作為輪胎企業，實施智能化改造，建設智慧型工廠是符合時代發展的潮流。目前國家大力發展工業4.0，企業智能化建設是企業立身之本，也是企業發展的重點工作。項目運行中將從成本、效率、準確性等各個方面為公司的戰略目標提供支持，為行業智慧化建設樹立標桿，積累企業信息化建設經驗，并且通過這個項目使輪胎行業了解信息化建設現狀和市場，促使其增加投入和關注力度。

該實施方案基本覆蓋企業生產的全工序，實現全生命周期的信息化管理，為生產車間提供一套完整的解決方案2，提供最權威、最貼切的智能化整體方案。從而實現降低生產成本和提高產品質量的要求，實現企業信息化和工業化的深度融合，加快實現企業產業結構升級，并帶動行業快速發展。