当前，我国数字化技术与实体经济进一步深度融合，不断拓展实体经济数字化的应用场景，赋能传统产业升级，推动数字化经济向高质量发展。数字化作为企业创新和改革的重要手段，在企业的运行中发挥着不可替代的加速作用，数字化作为企业发展的重要任务需切实落地。企业应通过网络平台创新，以数据驱动生产流程再造，通过网络协同、柔性生产，提升核心竞争力和企业价值力。

1 数字化轮胎工厂建设步骤和阶段

未来工厂的改造升级是基于原有的传统劳动密集型和资金密集型运营，稳定订单生产计划、生产管理模式和销售渠道模式，依托数字化、网络化转型升级，向无人化、系统化、智能化模式的发展。轮胎工厂数字化改造建设主要分为4个阶段。

(1)自动化向数字化发展。标准化改造升级传统设备，向数字化、智能化、信息化发展，建立数据采集和积累的底层架构。

(2)向网络化、系统化转变。改变原有信息传递交换处理模式，建立完善的工业互联网平台，工厂由人治时代向系统治时代跨越。

(3)管理向智能化和协同化发展。通过数据治理分析和多流程环境协同交互，完成工业数据中台到工业大脑的孵化，进入智能辅助决策和智能决策并行的阶段。

(4)产业互联贯通。融入上下游产业企业信息，以信息流为纽带，形成可复制的生产线发展新模式，推动数字化经济发展。

2 设备数字化改造

2. 1 建立完善的自动化生产线

传统的轮胎工厂按照炼胶、半成品、成型、硫化和成品检测工序建立完善的自动化生产线，各个工序之间主要依靠人工进行生产调度和物料运输，生产过程中需要大量人员进行生产管理和生产搬运工作。基于现状和物流技术的发展，需要在轮胎工厂各个生产工序之间建立生产储存和搬运系统，主要运用立体库、自动导引运输车(AGV)和自动输送线体系，建立半成品工序前到成品轮胎入库的存储和自动搬运系统，其主要包括半成品工序到成型工序的半成品立体库和AGV系统、成型工序到硫化工序的胎坯自动输送线、胎坯立库和胎坯入模桁架机器人系统以及成品轮胎分拣检验入库系统。自动化生产线与信息化系统合以及相对统一的物流技术平台(主要是立体库、AGV、桁架机器人和分拣输送线系统)应用是未来工厂建设的重要基础。

中策橡胶集团股份有限公司(以下简称中策)的半钢子午线轮胎未来工厂已经建立完善的工厂内部物流系统(见图1)并运行，这为工厂的数字化提升打好了基础。

2. 2 基于标准化模式的设备数字化改造

以轮胎制造工艺流程为主干，轮胎未来工厂数字化建设需要在炼胶、半成品、成型、硫化、成品检测工序全面推行生产设备的数字化，应用视觉检测、激光检测、通讯技术等将生产方式、管理模式、产品质量标准用数字化方式融入设备运行生产，并收集全面数据，建立标准化接口。

2. 2. 1 炼胶数字化

炼胶数字化是通过高频数据采集器采集密炼主机电机的电流，计算转子每转的电流值即AI值，以判断密炼过程中胶料的状态和门尼粘度，并根据密炼主机电机的电流曲线控制排胶时间点，从而提高胶料质量，稳定胶料门尼粘度。将传统的时间控制和抽样观察变为数字化控制，在提高胶料质量的同时也大大提高了炼胶效率。数字化炼胶模式已经在炼胶工序全面推广应用，炼胶数字化控制界面如图2所示。

2. 2. 2 压延数字化

压延数字化主要指压延自动测厚反馈数字化。压延测厚使用高精度激光测厚装置，实时测量压延半成品上胶片厚度、下胶片厚度、总厚度等数据，根据辊距调节电机的进退时间。压延机的自动反馈系统一般在生产平稳后开启，对半成品上胶片厚度、下胶片厚度及总厚度进行反馈，总厚度偏差超0. 02 mm即对辊矩进行微调，保证半成品厚度稳定，同时应减小压延厚度工艺余量和压延胶料用量。压延数字化检测控制如图3所示。

2. 2. 3 挤出数字化

挤出设备数字化主要采用点激光的传感器，实时监测胎面及胎侧半成品的轮廓尺寸(含总宽度、胎肩宽度、面积、厚度等)，并判断轮廓尺寸是否符合工艺标准，给出超差评分和判级，识别出不合格品，防止其流入后道工序。挤出工序采用轮廓尺寸自动反馈系统，使用3D相机对半成品收缩段前后外观尺寸进行测量并自动反馈，从而控制螺杆转速和前后接取输送带速度差，达到半成品轮廓尺寸稳定的目标。挤出数字化检测控制如图4所示。

2. 2. 4 内衬线数字化

内衬线数字化的厚度检测应用点激光侧厚装置检测内衬层半成品左、右厚度，并将其与标准厚度进行比较而计算出厚度偏差，然后根据偏差进行计算，利用高精度液压系统进行辊距自动调整。内衬层上胶片厚度与下胶片厚度调整到标准厚度后，根据检测的总厚度进行判断，如果总厚度超出公差，对上胶片厚度与下胶片厚度比例进行微调，最终达到总厚度和上胶片厚度与下胶片厚度比例合格的目的。同时，对半成品宽度进行自动检测反馈，通过伺服电机调整修边部位，实现自动调整宽度。内衬线数字化的改造极大提高了内衬层质量。内衬线数字化检测控制如图5所示。

2. 2. 5 裁断机数字化

裁断机数字化视觉检测系统的设计和实施主要针对轮胎带束层和胎体帘布层在裁断时出现的宽度偏差、错角、露线、搭接量问题进行判断，运用视觉检测技术对各类问题构建检测方案，检测帘布层生产过程中不符合工艺标准的缺陷，进行报警或/和停机处理。该系统运用视觉检测技术、计算机图像处理技术、计算机高速运算判断帘布层质量，提高了裁断机生产合格率，实现了用全新检测技术模式提升单机系统生产能力的目的。裁断机数字化检测控制如图6所示。

2. 2. 6 钢丝圈成型数字化

钢丝圈成型数字化是采用高精度对射式光电检测系统测量附胶后的钢丝直径，并将其与原始钢丝直径进行对比，判断附胶后的钢丝圈是否露铜;同时，全面改用主动式的钢丝导开装置，进行钢丝导开张力的检测和自动反馈，将钢丝导开张力控制在9. 8 N以内，大大提升了钢丝缠绕品质。此外，非接触式钢丝圈测量仪的使用改变了钢丝圈内径原有测量方式，从根源上消除或减小了钢丝圈内径测量的系统波动，以数字化方式跃升钢丝圈内径的测量革命。钢丝圈成型数字化检测控制如图7所示。

2. 2. 7 三角胶贴合数字化

三角胶贴合数字化主要对挤出三角胶进行宽度扫描检测及预判三角胶高度，同时在三角胶贴合后全面通过3D相机扫描三角胶接头，判断接头的错角、搭接、稀开等情况，对不合格三角胶进行自动分拣、剔除，将不良半成品拦截在前道工序，防止其流入下道工序，实现三角胶半成品100%合格。

2. 2. 8 胎坯成型数字化

依托一次法成型机的发展，胎坯成型数字化首先设置了带束层和胎面接头检测系统、胎体帘布检测系统、胎坯圆度检测系统，同时分段控制冠带缠绕张力，实现成型过程数字化控制;依托圆度检测和伺服辊压系统进行数字化压合胎冠组件的延展率反馈，在胎坯成型阶段进行轮胎均匀性的超前调整控制。胎坯成型过程接头和圆度检测装置如图8所示。

2. 2. 9 检测工序数字化

在检测工序数字化方面主要开展成品轮胎外观自动检测和X光机自动判级。轮胎外观自动检测是采用图像识别和人工智能技术，应用相应的识别算法模型，对轮胎的外观缺陷进行自动识别和判级。X光机自动判级则利用高精度图形处理测量系统检测轮胎骨架材料，实现对轮胎的判级。成品轮胎外观检测装置如图9所示。

3 建立基于数字化系统的1+ N模式工业互联网平台

1+N模式工业互联网平台战略是数字化轮胎未来工厂的建设的核心和重点，“1”是指1个数据中台，N是指多个数字化管理系统，包括工业级网络和机房、基于5G的企业专网。1+N模式工业互联网平台是完善的网络安全机制构建的数据平台，该工业互联网平台在整合数据资源和建设数据湖的同时，采用科学方法论进行数据治理和管理。该工业互联网平台还整合了生产和数字孪生系统以及质量、安全、设备、能源等子系统，通过数据互通推动网络协同，提升数据价值。1+N模式工业互联网平台数字化系统门户如图10所示。

3. 1 数字孪生系统

数字孪生技术在设计、生产、设备数字和实体双模式运行，充分发挥数字仿真的作用和价值，推动企业发展。

3. 1. 1 设计数字孪生

轮胎产品进行数字化设计时集合了国内外资深专家团队，同时与知名院校合作，从轮胎花纹、结、模具设计全面实现数字化，同时实现轮胎噪声和接地应变仿真分析、滚动阻力优化仿真分析、轮胎各阶模态分析以及轮胎和车辆动力学仿真测试，实现轮胎设计和测试的全流程数字化。与哈尔滨工业大学专业团队合作研发花纹节距排列及噪声模拟软件，并进行降噪试验。采用协同设计进行轮胎3D花纹造型，不仅提升模具加工准确性，并为花纹实体模型提供给后续噪声等性能仿真分析。采用模板化、参数化的材料分布图设计，结合自动化网格智能划分和求解轮胎模型，以仿真校核轮胎设计方案、驱动设计。采用法国达索公司的CATIA三维造型软件，自主开发轮胎设计建模工具，以实现准确、高效的轮胎结构和外观造型设计以及辅助模具加工等。在接地应变仿真方面，利用Hypermesh和Abaqus软件进行轮胎接地过程有限元仿真，得到各部位应力、应变状况，辅助轮胎结构改进、性能优化。在轮胎滚动阻力优化仿真方面，通过优化各部件结构和材料，降低其发热，减少能量损失，达到降低滚动阻力的目的。在轮胎各阶模态分析方面，建立有限元模型，进行轮胎动力学分析，提取轮胎各阶模态，为准确辨别试验模态提供依据。采用Carsim软件仿真两种轮胎测试工况，汽车以40～60 km·h-1的速度进入测试区完成测试，两种测试工况下仿真测试出轮胎在侧向加速度、翻倾、抓地力等方面的极限性能，以此来评价轮胎在整车上的操纵稳定性。轮胎设计数字孪生技术的应用将轮胎设计开发周期缩短了50%以上，并大幅降低了轮胎开发试验费用。轮胎设计数字孪生如图11所示。

3. 1. 2 生产数字孪生

生产数字孪生工厂是数字孪生应用的一个升级点，轮胎工厂数字化已经在中策未来工厂落地。采用计算机仿真、虚拟制造等技术搭建数字化车间和数字化工厂，可实现对生产线、工艺流程、制造过程以及生产物流的仿真，优化生产过程，同时为工厂后期的优化提供数据支持，为今后工厂不断调整提供支撑。生产数字孪生实现了3D模型和仿真助力工厂建设，可建立优化反馈数字模型的数字孪生工厂。中策未来工厂仿真模型如图12所示。

3. 1. 3 设备数字孪生

智能化的轮胎生产离不开的智能化装备的支撑，设备数字孪生即为采用计算机建模，实现设备与设备、设备与系统的实时“对话”，不仅实现对设备运行状态的在线监控和可视化展示，并对设备状态进行分析、预测、优化，对工艺和制造迭代优化和反馈，实现设备现实和虚拟双运行和相互优化。中策未来工厂挤出数字孪生系统如图13所示。

3. 2 MES系统

MES系统(见图14)作为轮胎生产作业的核心管控平台，已经完善部署在各个生产工厂，并稳定运行。MES系统实现了轮胎配方参数和制造任务的自动下发以及制造过程的动态监测，并建立数据分析模型，优化分析;实时采集生产信息，实现产品信息全生命周期追溯。MES系统不但是生产信息收集管理系统，更是生产管理理念同数字化信息全面结合的执行系统，是有效实施数字化生产管理的重中之重。

3. 3 智能质量管控系统

智能质量在线管控是轮胎产品质量提升的重要管理平台，在完成设备数字化改造后，运用各种数字化传感设备，智能检测和采集产品质量数据，即运用图像识别技术、计算机高速网络通信技术、5G网络、边缘计算等将数据上传系统平台，对数据进行分析和建模，对产品质量信息进行分级预警和报警，实现了智能化、无人化管控产品质量。将轮胎产品质量检测由人工抽检变为自动全检测，实时管控，并将产品质量信息作为生产信息的重要组成部分，产品质量与生产完成融合管控。智能质量管控系统界面如图15所示。

3. 4 智能能源管控系统

智能能源管理系统(见图16)即智能能源大数据管控平台的应用，实现了按照进线或考核单位对轮胎生产所用电、蒸汽、氮气、水等全面实时管控和统计，将能源消耗实时数字化，为峰谷用电安排提供支撑数据，并根据管控目标实时预警分析，实现能源使用全过程的精细化管控;实现报表图形化的自定义数据范围的展示，为节能降耗管理提供强有力的管理平台。

3. 5 智能安全物联网系统

智能安全物联网系统(见图17)将轮胎生产所有安全装置状态信号接入平台，进行实时监控。将安全状态数字化、图表化，并建立实时预警和报警的动态分析，即每个安全装置分级设定安全预警和报警的阈值，一旦超过阈值，系统自动发送报警或/和进行停机，实现了安全问题的预警和报警，践行以人为本、安全第一的理念，全面保证企业稳定和安全运行。

3. 6 智能设备在线管控系统

智能设备在线管控系统(见图18)通过部署工业物联网网关实施轮胎生产设备物联网数据采集，并部署实施基于私有云的橡胶机械物联网管理系统软件及服务器，实现设备运行数据的在线管控和在线分析等智能应用。针对大型设备的预防性检测，通过部署无线物联网多轴震动传感器进行实时多维度震动监控和温度监控，保证设备故障的提前预警，将计划性和预防性维修作为主要维修手段，保证设备长期有效运行。

3. 7 智能监控系统

智能监控即对轮胎工厂全面部署和实施视频监控，对重要场地实施24 h不间断视频监控和数据保存，对次要场地进行定时或触发式视频监控。

监控网络采用有线网络与无线网络相互补充和5G网络保障，其核心是同时对监控画面进行有效行为分析，对使用手机接打电话、人员异常行为、火灾、劳保用品穿戴进行识别和报警，用智能管理替代人工管理，由事后管理变革为实时管理，实现有效保障工厂运行的全管控。智能监控系统如图19所示。

4 建立基于数据中台的智能决策系统

构建数据中台的目标是建设平行的数据中枢系统，解决数据“存”“通”“用”的难题，实现数据的分层与水平解耦和沉淀公共的数据能力，从而达到降本提效、数据化运营、更好地支持业务发展和创新。数据中台是多领域、多业务、多系统的协同控制中枢和管理中枢。轮胎工厂数据中台构建方案如图20所示，数据中台数据分析体系如图21所示。

数据中台主要构建的内容如下。

(1)引入虎符数据中台工具，对各系统数据进行标准化对接和处理，建立标准化数据。

(2)以能源、安全、品质、生产、设备等本地数据平台，梳理重点指标，构建公司、部门和分厂管理指标，建立驾驶舱，提升管理指标化。

(3)作为工厂数据的监控中心，提供工厂决策层多种类的报表和监控页面，提供管理决策平台。

(4)以指标建立企业健康度评价体系，对企业运行提供整体标准。

(5)提供产品质量追溯页面，建立全程互联的产品质量生命周期系统。

数据中台促进数据资产整理和标准化，推进系统与业务互联互通、实体机构与系统联动，分析和提炼数据价值，进行智能分析和决策。数据中台的智能决策现在还在初步探索，其以辅助人工决策向智能决策转变，今后随着数据积累和模型的优化，其将向全智能化决策迈进，从而充分发挥数据资产的价值，提升企业效益。

5 数字化轮胎未来工厂成果和展望

半钢高性能子午线轮胎未来工厂建设在中策已经实施落地。项目建设总投资4. 5亿元人民币(土地和厂房成本除外)，历时1年建成投产。项目建设完成实现新增年产448万套高性能子午线轮胎，数字化建设模式实施带来巨大的数字经济效益：生产效率提升300%，能源资源综合利用率提升5%，产品良品率提升0. 8%，万元产值成本降低1. 5%，研制周期缩短50%，同规模产能用工人员减少2/3。

轮胎未来工厂全流程采用“5G+工业互联网”全数字化建设，采用世界一流生产技术和现代化的物流生产布局，以用户大规模定制为核心，以产品模块化、生产精益化为基础，集成全球先进的信息通信技术、数字控制技术、智能装备技术，采用企业互联化、组织单元化、加工自动化、生产柔性化、制造智能化的生产管理模式，实现智能定制、智能排产、智能送料、智能检测、智能仓储、智能评测，达到绿色、高质量、高附加值、高效率的目标。此建设模式不但可以在轮胎工厂进行复制推广，也可以在流程型传统制造企业进行复制推广，成为一个协同化工厂平台模式。

未来工厂模式是生产模式的重大变革，是从人治时代到系统治、流程治时代的重大跨越;同时也标志着生产系统进入数据处理技术(DT)时代。

数字换脑比机器换人更重要，数字化转型是企业必须面临的挑战，没有标准化、系统化协同和质量第一的信念就没有未来工厂。数字化需要坚持一把手工程，需分阶段、私人定制，追求智能制造的同时还要追求智能决策。中策的实践证明未来工厂的模式是可复制、可推广的，传统制造业的数字化转型是可以实现的。