創贏——西門子工業成功案例

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車輪滾滾,駛向“工業4.0”

西門子數字化企業套件助力雙星從“制造”走向“智造”

在人類文明發展史上,輪子的作用不可不提。從簡單粗糙的木質車輪到堅固耐磨的橡膠輪胎,輪子的出現讓人們的出行效率實現了質的飛躍。

從19世紀輪胎的發明至今,歷史的車輪已駛過兩百多年。世界日新月異,輪胎的生產也在經歷深刻的變革。然而,由于中國輪胎行業的自動化與數字化水平相對較低,輪胎廠商大多面臨著質量不穩定、生產靈活性欠佳、價格競爭激烈等重重挑戰。

雙星集團有限責任公司(雙星)是一家具有95年歷史的老橡膠企業,是全球為數不多的既有輪胎制造經驗又有輪胎智能裝備制造經驗的企業。2014年,雙星開啟了“二次創業、創雙星輪胎世界名牌”的新征程。面對行業困境,雙星抓住全球互聯網大潮和“第四次工業革命”等機會,率先舉起了數字化轉型的大旗并加速智能轉型。

自2015年起,雙星攜手西門子,共同打造數字化工廠,通過應用數字化解決方案,降低生產成本、提高生產質量和靈活性,一舉成為輪胎行業數字化浪潮中的領頭羊,實現了從“制造”到“智造”的成功轉型。

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會“思考”的輪胎工廠

時代飛速發展,如今,用戶對輪胎的需求除了體現在對耐磨、安全、靜音等性能上以外,還體現在對輪胎個性化的追求上。要想生產出定制化的輪胎可并不簡單,這中間需要經過煉膠、壓出、成型、硫化、檢測等多道復雜工序。

由于輪胎的生產工藝既包括物理變化又涵蓋化學反應,結合了離散制造與過程工業的特點,要讓生產效率更上一層樓,雙星不僅需要提高各流程自身的效率,還要保證流程之間的無縫對接。

“我們希望搭建一座會‘思考’的工廠,它既要對各生產線的狀態了如指掌,又要動作敏捷,將每個訂單的生產安排得井井有條。”雙星集團有限責任公司副總經理劉宗良說。

雙星與西門子一拍即合,共同成立了輪胎行業唯一的“工業4.0”創新中心,打造符合行業“工業4.0”標準的智能化生產方案。雙方利用數字化技術,為工廠配上了智慧的“大腦”與高效全面的“神經網絡”。西門子根據輪胎行業特點為雙星量身定制了一套完整的數字化企業套件,包括產品生命周期管理軟件(PLM)、制造執行系統(MES)和全集成自動化(TIA)解決方案,助力雙星打造“工業4.0”智能化工廠,實現數字制造,成為全球系統最完善、智能化程度最高的輪胎工廠之一。

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數字研發:讓客戶“心想事成”

在研發階段,雙星借助西門子數據協同平臺Teamcenter支持研發設計與交互式產品設計和工藝仿真,讓客戶的個性化需求得以實現。客戶購買輪胎時,可以在星猴網等平臺上針對車型、路況、輪胎性能和心儀顏色,通過交互式設計生成屬于自己的個性化訂單。通過企業資源計劃(ERP)系統,Teamcenter將獲取訂單信息,根據用戶選擇的幾個維度,自動將其轉化為產品工藝需求,并制定產品配方和工藝標準,還可以根據產品在生產執行和市場中的表現,改進生產工藝。

研發過程中生成的海量資料與數據也將儲存在Teamcenter中,供生產部門調用。它為研發與生產部門提供共享數據庫,可作為涵蓋研發、工藝、制造的數據管理和協同平臺,保證數據的準確、一致、有效,避免研發和生產環節之間的信息傳輸壁壘,解決了不同部門間“信息孤島”的問題。

此外,雙星還搭建了一個與全球用戶交互的平臺“創客網”。全世界的用戶和專家都可以參與交互、設計,并對方案進行評估。在用戶認可設計方案后,雙星可利用PLM系統,整合全球專家,對用戶認可的方案進行研發,并利用3D打印和虛擬仿真技術對方案進行設計仿真和工藝仿真,以滿足用戶的個性化需求。

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數字制造:心中有“數”,靈動快速

研發完成后,Teamcenter將成熟的工藝文件與質量標準連同物料清單一起下發至MES。在MES方面,雙星與西門子根據輪胎行業的特點,以西門子Simatic IT為核心,聯合開發了適合行業的MES系統。它是車間“大腦”的核心,負責智能排產與智能制造。它既有不放過任何細節的精明,又對大局心中有數。

Simatic IT將來自Teamcenter的工藝信息與來自ERP的產品訂單進行綁定,并通過其高級生產規劃及排程系統(APS)模塊將訂單信息拆解為一個個具體的生產方案(包括原料、生產線、設備和時間等),下發到不同機器設備上,實現智能排產。Simatic IT覆蓋了從投料到產品出廠的整個生產流程,可以實現生產執行和物料追溯,為產品的后續服務提供數據支持,可謂“無所不知,無所不曉”。

APS是工廠實現高效有序生產的大功臣。以前,工廠的排產一般由經驗豐富的計劃員來完成。但由于排產需要充分考慮產品庫存、模具等多個實時變化的因素,人工作業難免出現疏漏。雙星與西門子聯合開發了適合輪胎行業的APS系統。它就像一位心算高手,在訂單信息到達系統后可以結合雙星的實際生產狀況,在排產時充分考慮工裝、工序等各項因素,盡最大可能提高產能利用率,減少資源浪費,讓生產接續更緊密。

“目前,雙星是全球第二家將APS運用到實際生產中的輪胎企業,是真真正正走在了世界前列,引領了世界輪胎行業智能制造的方向。”西門子中國數字化工廠集團青島銷售業務區域高級銷售經理王哲說。

在生產過程中,能夠準確、靈活執行大腦命令的四肢也至關重要。TIA就是雙星生產線上靈活的關節。西門子的可編程邏輯控制器、工控觸屏、伺服驅動器和工業交換機等自動化產品覆蓋雙星自主研發的遍布全廠的智能化裝備。TIA可通過統一的數據管理、通訊、組態和編程環境,讓這些自動化設備與系統無縫連接,實現智能化生產,不僅縮短工程時間、提高生產效率,也降低設備運行和維修成本。

此外,TIA也是雙星工廠里的高效“神經網絡”,可負責智能采集與智能輸送。它可以將來自Simatic IT的指令下發到各個西門子數字控制產品上,再由這些產品控制設備完成高效生產。TIA中的WinCC與WinCC OA還能廣泛采集底層數據,與Simatic IT進行無縫集成。

生產完成后,Simatic IT會將生產數據實時反饋給ERP,方便其對物流系統下達指令。同時,它還會通過Teamcenter將相關工藝數據反饋給研發部門,方便研發部門對工藝設計進行優化,形成信息流的閉環。

此外,在信息采集方面,雙星通過自主研發的智能信息匹配系統(MEP)解決了在制造過程中,由于無法利用標簽進行標識而難以對微小物料或液體和粉體原料進行信息采集的難題。MEP系統可對顆粒狀原材料或液體等各種物料、人員、設備和位置進行信息智能匹配。它向上連接MES,可根據APS排產計劃拉動物料調度,實現對人、設備、工裝、位置等信息的全程管控。它還可橫向對接TIA,協調整個生產過程。

雙星的數字化紅利

西門子PLM、MES與TIA三大系統自頂而下,天然集成。以這三大系統為核心,雙星建立了從客戶定制到研發設計、生產執行,再到產品交付后的服務保障的全方位管控。通過對制造的全生命周期管理,西門子的數字化企業套件讓各個環節無縫銜接,搭建了一條暢通無阻的信息通道。

“數字化工廠中最重要的就是研發與生產的雙向信息通道。若在搭建這條信息通道時全部使用同一品牌的系統,不僅兼容性更佳,客戶也更省心。”王哲說,“西門子是世界上唯一一家能搭建從研發端到底層硬件自動化全流程信息通道的企業。”

全面數字化解決方案讓雙星工廠煥然一新,實現了生產、管理和服務方面的飛躍。

工廠的生產流程變得更加高效、規范,不僅生產成本降低,效率也大大提高。例如,以前,如果操作員發現原材料不足,需要先填寫物料單,再去倉庫運回物料投入生產,效率較低。現在,Simatic IT可自動監測原材料的使用情況,一旦物料不足,會自動呼叫無人駕駛小車將材料送出,大大節約了物料的運輸時間。在排產方面,如果依靠人工拆解訂單、檢查庫存和設備狀態等,通常需要耗費一天,而由APS完成則只要1分鐘。

在生產管理方面,覆蓋全廠的Simatic IT上承PLM與ERP,下接TIA和MEP,眼觀六路,把控全局。一旦生產線上某處發生問題,信息能夠實時反饋給Simatic IT以做出自動響應,或提醒工作人員進行決策,調整生產,幫助工作人員實現高效生產管理。

雙星的業務模式也發生了徹底變革。以前的輪胎銷售遵循傳統模式,即消費者到實體店購買成品輪胎,此后如果遇到問題再回到實體店進行維修。如今,雙星的客戶可以直接在星猴網等平臺上提交個性化訂單,自由選擇輪胎性能和顏色,由系統為客戶生成3D虛擬輪胎。訂單生成后,相應信息即刻被傳回雙星數據中心,由數字化工廠完成研發、生產制造等。此外,客戶在使用輪胎的過程中還會定期收到輪胎保養的提醒,享受長期的貼心服務。

新的業務模式帶來了可喜的變化。雙星“工業4.0”智能化工廠內勞動強度降低了60%以上,產品不良率降低80%以上,而勞動生產率則達到了過去的3倍以上。工廠的環保水平和能效更是達到了世界領先水平。同時,雙星的產品也實現了高端、高差異化和高附加值。雙星輪胎品牌價值連續兩年榮登“亞洲品牌500強”中國輪胎第一名,并被稱為“中國輪胎智能制造引領者”,實現了由傳統制造企業向智能制造企業的轉型。

“在通向‘工業4.0’的路上,我們也有摸著石頭過河的時候。”劉宗良表示,“而與西門子的合作則讓我們在改革時更加踏實、有信心。”

跨領域的通力合作

雙星的數字化工廠可以被稱為輪胎行業內真正意義上的“工業4.0”工廠,引領了世界輪胎智能制造的趨勢。

為幫助雙星對工廠進行全面規劃,西門子組建了一支跨部門的三十多人的團隊。由于雙星工廠地處青島,而西門子業務專家大多在上海和北京,為聚齊所有人員制定最優方案,專家們經常需要在晚上11點后召開電話會議,討論至凌晨2、3點。經過數年的精心打磨,雙星數字化工廠的藍圖才真正變為了現實。

為保證項目效果,西門子專家還特意為雙星一線員工進行了大量生產培訓,悉心細致地教導工人進行現場操作。

所謂有“智”者事竟成,雙星通過三年潛心“修煉”,終得一身“數字化”神功。未來,雙星將進一步實現線上線下無縫對接,車輪滾滾,駛向“工業4.0”新時代。

 

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