面向轮胎企业的制造执行系统关键技术研究与应用

摘要

轮胎制造业是劳动密集型的传统制造行业，信息化技术在轮胎行业的推广与应用对于提升轮胎制造企业的生产效率和产品质量都有重要作用。经过过去十几年的信息化建设，我国轮胎制造企业信息化水平已经有了长足的进步，在自动化设备应用方面，从胶料混炼到胎体成型，大多数工序实现了自动生产线联动生产，在企业管理方面，通过企业资源计划(Enterprise Resources Planning，ERP)、产品数据管理(Product Data Management，PDM)、供应链管理(Supply ChainManagement，SCM)等管理软件的实施与应用，轮胎企业基本可以完成企业资源的有效管理和使用。但随着信息化应用的进一步深入，企业上层的管理系统与生产现场的自动化设备无法形成有效连接，数据孤岛、信息断层等新的问题暴露出来，这从一定程度上削弱了轮胎企业信息化应用的成效。制造执行系统(Manufacturing Execution System，MES)是计划管理层和底层控制层之间的桥梁，可以有效填补两者间的鸿沟，是实现制造业信息化的关键。它主要解决车间生产任务的执行问题，通过对物流和设备状态等进行实时监测与协调优化控制，达到快速响应制造及降低能耗的目的。近几年，国内外对MES的研究和应用已经取得一定成果，尤其在钢铁、化工等行业，MES的应用已经对整个行业的生产过程产生了重要影响。但在轮胎行业，MES的研究仍然处在探索阶段，本文通过对轮胎生产流程数据采集技术、轮胎生产过程计划调度技术，轮胎生产全过程追溯体系和轮胎生产过程的MES集成等MES关键技术的研究，探讨了MES在轮胎企业的应用。
　　 本文的主要研究工作及成果如下：
　　 1)对MES的产生、发展及研究现状进行综述，分析了MES在国内外各个行业应用的现状及存在的问题，结合轮胎生产过程的特点和轮胎企业信息化现状，提出了轮胎企业MES系统总体框架及应用过程中的关键技术。
　　 2)针对轮胎企业混合制造过程的特点，提出了一种轮胎生产过程实时数据采集方案，针对自动化设备，提出基于OPC技术的生产数据采集与过程监控的方案，同时提出了基于核函数的自适应最小贡献淘汰在线建模方法，并通过其在智能密炼系统中的应用结果验证了其可行性与有效性。
　　 3)为解决轮胎生产过程中生产调度计划编排效率低下的问题，提出了基于约束理论和遗传算法的混合启发式算法，以硫化工序为瓶颈工序，以交货期提前和拖期惩罚最小化为调度目标，进行硫化工序的优化，然后按制造过程进行BOM分解后，对轮胎生产的成型和半制品各工序进行有效调度。该算法在企业应用中使半制品与成型工序间脱节时间明显减少。
　　 4)可追溯性系统作为轮胎企业MES的一个重要组成部分，建立生产过程追溯体系对于生产质量监督、明确质量责任与原因、缺陷产品理赔和工艺流程改进都具有重要的工程意义。本文结合轮胎生产过程的特点，提出了基于条码技术和RFID技术的轮胎生产过程追溯体系，设计了追溯映射模型，从质检、硫化、成型、半制品直到密炼工序的全生产过程和从轮胎成品、胎胚、半成品、混炼胶直到原材料的全部物料的追溯方法。
　　 5)针对轮胎企业信息化的现状，提出了MES在轮胎企业的集成实施方法。将MES的集成分为两部分，一部分是MES系统内部各个独立模块之间的集成，另一部分是MES系统与异构ERP系统之间的集成，并设计了详细的系统集成架构与集成流程。
　　 6)通过MES系统在赛轮公司的应用，对MES系统在轮胎制造企业的应用方法和关键功能的实现手段进行评述，并对赛轮公司MES实施后带来的经济和社会效益做出分析。