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轮胎制造“自动驾驶”的背后,是大数据+自动化的新趋势

本文作者:木子 2021-01-08 11:39
导语:在一条120米的生产线上,国内最大的轮胎制造企业中策橡胶实现了“自动驾驶”。

在一条120米的生产线上,国内最大的轮胎制造企业中策橡胶实现了“自动驾驶”。

所谓产线的“自动驾驶”,是工业制造领域近来兴起的一股技术趋势。它的本质是将大数据、AI与自动化技术融合——过去,大数据和自动化在制造业是两条不同的路径,“自动驾驶”巧妙地把两者结合,打破了自动化必须要有大型机械臂的迷思。

在位于杭州下沙的中策橡胶的102工厂,一套复杂的算法被写进了胎面压出产线的中控台协议里,每10秒自动对几十个关键的工艺参数进行微调,全程无需老师傅手动干预,就能保证胎面滚过120米的联动生产线,依然厚薄均匀、形状尺寸及重量稳定。

轮胎制造“自动驾驶”的背后,是大数据+自动化的新趋势

胎面压出工艺的“自动驾驶”在行业内尚属首创。1月8日,记者获悉,通过这套技术,中策橡胶的胎面压出产线一次良品率大幅提高,能将橡胶制品重量误差控制在1%内。

“我们在集团内部称之为‘1%战役’,”中策橡胶集团企划部经理慕晓宇说,“在轮胎制造领域,能把重量误差控制在1%内,是非常不容易的。”

作为国内轮胎制造业的老大,中策希望挑战“不容易”的事,为行业带来更多前沿经验。成立62年来,中策抓住了中国汽车保有量飞速增长的机会,从成立之初的一家胶鞋工厂发展为国内排名第一、全球排名第九的专业轮胎制造商,旗下有朝阳、威狮等多个知名品牌,每年有40%的轮胎远销海外近200个国家和地区。

刚刚过去的2020年,中策橡胶的生产总量、销售总额和效益又创下历史新高,并入选浙江省经信厅评定的《2020年浙江省“未来工厂”》。 

这些成绩都归功于集团的“数字化”战略。“包括和阿里云的合作,是我们的‘一把手工程’。”慕晓宇说。

某种程度上,它也回答了一直以来困扰本土制造业龙头的问题——“米其林、固特异、普利司通都是百年轮胎老店,我们如何去追赶他们,甚至找到机会超越他们?” 

解锁炼胶的“黑盒子”

中策橡胶的数字化“初体验”发生在2017年。当时阿里云发布“工业大脑”,提出将人工智能、数据技术与工业生产相结合。中策橡胶成为“工业大脑”的第一批用户,希望算法工程师能帮忙改进轮胎制造的第一道工序“炼胶”。

全球每年有1700万吨的橡胶被消耗,其中很大一部分被制成几十亿条跑在路上的轮胎。但橡胶变轮胎,是一个相当复杂的过程,第一道“炼胶”就难点重重:橡胶来源不一,科特迪瓦和越南的橡胶特性差别巨大,把它们混在一起,投入到一个密封的空间里密炼,就像投入充满未知的“黑盒子”。

为了保证炼胶结果的稳定性,一些轮胎巨头的做法是“粉碎均化”,把各种胶料剪成小块儿,不断掺和,直到调出想要的结果为止。但这种传统手段的能耗很高,成本很高。

“工业大脑”解锁了封闭密炼空间的“黑盒子”:首先接入关键生产数据和质量指标,再通过应用算法模型对数据进行深度运算分析,模拟出“黑盒子”内的状况。这样一来,将哪些产地的原料进行组合,使用怎样的参数配比都一目了然。

据介绍,炼胶工厂的产品一次性合格率从最初的92.2%提升到99.9%,能耗下降15%,用工人数减少35%。2018年,中策橡胶凭借和阿里云“工业大脑”合作的胶料密炼项目,获评“IDC中国数字化转型大奖优秀奖”。2019年,中策的炼胶工厂被评为浙江省的数字化工厂。

“一开始我们把合格率作为第一诉求,结果它带来了整个流程的变化和全面的效益提升,也更加坚定我们选的路是对的。在这个基础上,我们决定要全面推进数字化。”慕晓宇说。

算法挑战“擀饺子皮”

胎面压出工艺的“自动驾驶”是中策橡胶全面数字化战略的新近成果,也是行业内的首创。

“胎面压出就像擀饺子皮,饺子最重要的功夫就是在皮儿里,饺子皮儿的功夫到了,饺子才好吃。”慕晓宇说,但轮胎橡胶从模具里压出时还是热乎的,通过连续辊道时极易变形,用传统的手段很难达到理想的效果。

轮胎制造“自动驾驶”的背后,是大数据+自动化的新趋势 

过去,要等到一车胎面生产完之后才会进行质量检测。如检测不合格,就只能做报废处理,再返回到第一道密炼工序,从头来过。对能耗、人力成本造成很大的浪费。 

阿里云“工业大脑”算法工程师叶斯介绍,针对这些问题,技术团队制订了完整的流程改造计划。首先,完善了生产数据的采集。如果出现漏扫码,会通过钉钉实时上报给管理人员,保证数据实时上传至云端。

下一步就是基于数据进行工艺参数的优化。胎面的种类规格有上百种,一条胎面压出的产线每隔半小时就要换一种规格。规格频繁切换,参数也要不停重置。过去,工厂基于人工经验或过去几周的平均值进行参数设置,经常出现偏差,导致胎面压出的重量、尺寸不合标准。 

引入“工业大脑”的工艺参数模型和优化算法后,可以为每个规格设定更优的工艺参数,在每次下发任务前进行调节。通过对前宽、后宽等数据的前置分析、预测和控制,还能提前10分钟判断橡胶压出的重量和尺寸,把事后回炉变成事先调整。

但如果只是推荐参数,技术团队发现,无法与作业员形成有效互动,容易存在不使用、不参考的问题”。为了让这套数字化技术能真正发挥作用,中策橡胶又联合阿里云开创性地将“参数推荐”改为“自动驾驶”,形成了有效的生产操作闭环。 

“自动驾驶”改变了人们对自动化必须要有机械臂的迷思,巧妙地把大数据、AI与自动化技术相结合,无需花费数千万元购置大型设备,就实现了产线的自动控制和生产效益的提升。

“自动驾驶”在工业领域已引发广泛关注。在云南昆明的锦江垃圾焚烧厂,通过“自动驾驶”实现了“一键焚烧垃圾”,稳定性大幅提高,排出气体的CO含量也大幅降低。

与垃圾焚烧的“自动驾驶”相比,轮胎胎面压出产线的“自动驾驶”实现难度更高。这是因为,前者是一个不间断的重复过程,而后者需要根据上百种不同品种规格的胎面生产,实时调整产线,相当于挑战了柔性生产的极限:每半个小时就要更换产线。 

“就像在乡间小道上,常常会遇到坑,车子就要停下来重启。”叶斯说。

尽管技术难度高,但目前在多个规格轮胎的胎面压出上都表现稳定。中策橡胶正计划将“自动驾驶“推广到下沙基地各工厂的全部15条胎面压出生产线。 

寻找下一个中策

2018 杭州云栖大会上,中策橡胶集团高级副总经理张利民说:“以前,我们也通过自身50多年的专业积累和对数据的认知优化了某些生产流程,但阿里云的大数据处理方法改变了我们对数据的传统认知,把沉默的数据价值发挥到极致。” 

作为集团的“一把手工程“,中策橡胶成立了中策-阿里云项目组,以董事长沈金荣为核心,高级副总经理为项目负责人,项目组由企划部牵头——这是负责集团战略落地的部门,计算机中心、硬件装备中心、产品研发部门、制造部门、品管部门等共同参与。

轮胎制造“自动驾驶”的背后,是大数据+自动化的新趋势

这一年,中策橡胶集团总部搬到了钱塘江畔1号大街1号的的新园区。园区里专门设立了一间数字化转型的展厅,一块数据大屏实时展现生产数据,以及一些重要指标,如:人员数、产值、合格率。

这些指标清楚地展现了制造企业在数字化转型中的三大诉求:产品质量要提升,产品成本要下降,还要提高产能。如今中策橡胶正在一一实现。

未来,中策有一个“宏伟的规划”:打造行业级的工业互联网平台,带动全产业的数字化升级,寻找下一个“中策”。

好消息是,技术正在让行业的成功经验变得更容易复制。据叶斯介绍,在新的产线和新的工厂,交付时间可以从几周缩短到几天。“只用拖动组件和调试就能上线,不用从头开始写代码。”

这是因为“工业大脑”的算法、优化模型、机器控制能力都实现了“原子化”,只要做出一个标杆,就可以把参数、算法开放出来,让更多企业受益,成为“下一个中策”。

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