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汽配行業PLM研發管理解決方案

   在汽車工業高速發展的背景下,作為汽車工業關鍵部件的輪胎生產廠商也隨之迎來了難得的發展機遇和激烈的競爭挑戰。為了適應龐大的汽車消費市場需求,從事輪胎生產的企業和研究機構正在進行著包括技術上和管理上的大量投資和革新,在保證產量的同時,狠抓輪胎生產質量,如重點強化貫徹TS16949體系,并逐步引入CAD、CAE、CAM、PDM、MES以及ERP等信息化工具來進行產品研發、設計、工藝、制造過程的管理,努力提高產品質量,以增加企業的市場競爭能力。
   本文將從輪胎產品特點,深入分析入手,針對國內某大型汽車輪胎制造企業對輪胎產品研發管理的需求,提出輪胎產品結構設計和配方設計管理方案以及產品研發過程控制管理,研究出一套輪胎產品研發管理應用模式,一方面優化現有TS16949體系,規范企業研發管理工作,提高研發管理效率;另一方面,為后續MES系統過程管理提供了源頭數據,為MES系統全面應用奠定堅實的基礎。
 
一、前言
   汽車工業在我國的經濟發展中,起著重要支柱的作用,自本世紀以來,我國汽車工業總體上保持了良好的發展勢頭。據統計,2007年銷量水平比2003年翻了一番,已連續九年保持兩位數的速度增長,近5年來更是因為抓住了高速發展的機遇,自2010、2011年以來持續保持在19%至20%之間增長。

   2009年中國成為世界第一汽車生產大國,同時,中國汽車消費量占全球總消費量比例已達12%。預計到2020年,中國本土汽車產量將達到2000萬輛左右,其中兩成產品將進軍國際市場。在汽車工業高速發展的背景下,作為汽車工業關鍵部件的輪胎生產廠商也隨之迎來了難得的發展機遇和激烈的競爭挑戰。

   為了適應龐大的汽車消費市場需求,從事輪胎生產的企業和研究機構正在進行著包括技術上和管理上的大量投資和革新,在保證產量的同時,狠抓輪胎生產質量,如重點強化貫徹TS16949體系,并逐步引入CAD、CAE、CAM、PDM、MES以及ERP等信息化工具來進行產品研發、設計、工藝、制造過程的管理,努力提高產品質量,以增加企業的市場競爭能力。

   本文將從輪胎產品特點分析入手,針對國內某大型汽車輪胎制造企業對輪胎產品研發管理的需求,研究出一套輪胎產品研發管理應用模式,一方面優化現有TS16949體系,規范企業研發管理工作,提高研發管理效率;另一方面,為后續MES系統過程管理提供了源頭數據,為MES系統全面應用奠定堅實的基礎。

 



二、輪胎產品特點
   從輪胎產品所適用的車型來看,可以分為工程車輪胎、貨車輪胎以及轎車輪胎等,每類產品隨著參數的變化衍生出不同的小類,通過系列化方式進行管理,而且不同類型的產品對于舒適度、安全性等有不同的側重要求,如:轎車輪胎更看重舒適度和安全性方面,因此對于制造工藝方法也就提出很高的要求;工程車和貨車輪胎重點強調安全性方面的要求,因此對于制造工藝方面考慮輪胎的耐磨、承重等。

   從輪胎產品結構來看,可以分為普通斜交輪胎和子午線輪胎。普通斜交輪胎為有內胎的普通斜交輪胎的構造,斜交輪胎主要有胎面、簾布層、緩沖層和胎圈組成。普通斜交輪胎的簾布層和緩沖層各相鄰層簾線交叉,且與胎面中心線呈小于90°角排列。子午線輪胎的簾布層與胎面中心線呈90°角或接近90°角排列,與簾布層輪胎的子午斷面一致,由于簾布層的這種排列特點,使子午線輪胎簾布層數比普通斜交輪胎可減少約40%-50%。

   通過實際使用發現子午線輪胎有滾動阻力小,節約燃料、胎面耐磨性好、使用壽命長、彈性大,緩沖性好、抗刺能力強、附著力大等優點,因此目前普通斜交輪胎產量逐漸減少,而子午線輪胎產量逐漸增加,同時也對子午線輪胎的制造工藝及產品生產線也提出了更高的要求。

   子午線輪胎產品生產過程中主要采取大規模批量生產模式,既有離散制造過程特點,又有流程制造過程特點,煉膠過程與結構生產過程分開進行,對車間制造過程要求很高,因此需要從原材料(包括橡膠、原料、簾線等)入廠加工,到形成半制品(包括鋼絲圈、胎肩膠、膠簾布等),到最終輪胎成品等過程的跟蹤,要求研發部門進行輪胎設計時需要按照輪胎生產過程進行整體規劃,包括結構、硫化工藝、配方等過程。

 



三、產品研發管理信息系統應用模式
   輪胎產品研發過程遵循TS16949管理體系,研發部門按階段進行產品設計工作,從產品策劃、方案設計、試驗等過程進行跟蹤。通過多年的產品研發實踐,企業形成了一套針對子午線輪胎產品有效的研發管理應用模式,將多年積累的產品研發知識融入到研發管理信息系統中,借助于信息系統標準規范管理模式,主要從輪胎結構設計模板化管理應用模式、按系列管理的生胎BOM實例化管理應用模式、半制品管理應用模式、配方管理應用模式、施工表管理應用模式等方面進行了研究,形成了相應的解決方案,結合PLM系統支持企業輪胎產品研發業務管理,為MES系統提供了源頭數據。下圖為各信息系統間業務數據流轉示意。
 
圖1 信息系統間業務數據流轉圖
 
   1 輪胎結構設計模版化管理應用模式
   對于子午線輪胎產品來說,從產品結構構成來看,第一層大部分是由半成品物料構成的復合件,第二層一般包括原材料和通過擠壓成型的半成品,第三層為原材料,如圖2所示輪胎產品結構部分構成示意,結構構成能夠表達出各型輪胎產品通用結構管理模式。 可以借助機械產品結構的管理模式,通過BOM結構樹來管理。
 
圖2 輪胎產品結構部分構成示意圖
 
   每種輪胎產品隨生產制造方式不同,結構構成也會有差異,結構中半制品用量也會有差異,而每種產品所用半制品用量由相應的公式計算得到,通過上述結構構成圖在PLM系統中轉換成模板化的BOM結構,如圖3所示產品結構模板示意圖。
 
圖3 產品結構模板示意圖
 
   2 按系列的生胎BOM實例化管理應用模式
   新產品設計任務到達時,研發人員可以選擇一種事先定義好的模板快速生成實例化結構樹,從PLM系統中為結構樹中的節點選擇相應的半制品(事先根據企業生產需要跟蹤管理的內容已整理完畢)物料。PLM系統能夠根據模板號自動調用相應公式,并快速計算出輪胎重量以及結構樹中所用半制品用量。
 
圖4 生胎BOM實例化后結構示意圖
 
   3 半制品管理應用模式
   按照企業標準化生產作業管理模式,對于產品生產過程需要跟蹤的內容已經非常清楚,可以將事先整理好的半制品物料數據,全部初始化到PLM系統中,形成半制品庫,后續需要新增時,由專職人員負責。半制品描述信息中除了本身信息外,還需要增加對子件的描述信息,這些信息分別由相應的關鍵屬性構成,如圖5所示。
 
 
圖5 半制品描述信息
 
   從PLM系統根據模板實例化BOM結構后,研發人員從半制品庫中選擇相應的半制品填寫到結構樹上的相應節點上,同時在指定所需半制品裁切參數(如:裁切長度)后,PLM系統根據對應的公式自動計算出用量,如圖6所示。
 
圖6 選擇半制品示意圖
 
   4 施工表管理應用模式
   針對每種類型輪胎產品,形成了對應不同結構的模板,根據模板生成了實例化的結構數據,作為后續指導生產過程的源頭數據,一方面可以將數據傳遞給MES系統,供MES系統排產,另一方面需要為現場操作人員提供施工指導書。如何充分利用現有數據生成施工指導書成為后續應用的重點,根據格式要求,形成施工表和半制品施工表模板,每種產品BOM結構完成后,調用模板自動生成施工表。如圖7所示。
 
圖7 施工表示意圖
 
   5 配方管理應用模式
 
   如何將天然膠加工成輪胎產品各部分所需的膠料,同時也需要滿足輪胎整體性能的要求,這就屬于輪胎設計工作中配方設計管理內容,配方管理涉及到基礎配方和生產配方,研發人員首先進行基礎配方設計,將基礎配方按照工藝要求分成多段,此時的配方與設備無關,重要參數為PHR,每段由相應的原材料構成,基礎配方結構樹如圖8所示。
 
圖8 基礎配方結構示意圖
 
   當基礎配方設計完成后,需要指定到相應設備上進行生產,根據設備容量的不同,相應的計算系數也會作相應變化,但是原材料的類型不會發生變化,因此,直接從基礎配方轉換成面向具體設備的生產配方,對應的PHR值乘以計算系數滿足某臺設備所需的原材料重量,同時相應的原材料誤差范圍也能根據規則自動計算出來,如圖9所示生產配方示意圖。
 
圖9 生產配方結構示意圖
 



四、應用效果
   對于輪胎產品行業的特殊性,兼具有離散制造和流程制造的特點,需要從產品研發階段就要考慮到制造過程要求,才能設計出符合輪胎產品研發管理信息系統的應用模式。通過對產品特點分析,結合企業研發管理模式,圍繞著產品研發重點業務管理需求,形成了輪胎產品結構管理、半制品管理、配方結構管理方案,并得到了實際應用,目前企業產品已歸納梳理形成90余種輪胎產品結構模板、2000余種半制品物料及90余種計算公式模板,全面涵蓋公司當前及未來幾年的產品規劃內容。通過這些模板設計生成了1000余種產品系列規格及100余種配方。企業指導現場生產的施工表全部通過PLM系統輸出,同時通過接口向MES系統傳遞相應數據,大大提高了企業產品研發業務管理效率。




五、結束語
   我公司首次跨入實施輪胎產品案例,憑借在機械制造行業中多年的實施經驗,從分析輪胎產品特點入手,按照“由點到線、由易到難、分步實施、重點突破”的原則進行,抓住了客戶面臨的重點困難問題。輪胎BOM結構管理、配方管理、施工表管理以及為MES系統提供源頭數據,形成符合企業信息化要求的系統管理應用模式,過程中貫徹TS16949質量體系,圍繞著產品結構開展工作,將產品研發業務延伸到生產制造環節,實現了設計、工藝、制造各個環節的協同,支持了企業MES系統應用。

 
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