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在汽车工业高速发展的背景下，作为汽车工业关键部件的轮胎生产厂商也随之迎来了难得的发展机遇和激烈的竞争挑战。为了适应庞大的汽车消费市场需求，从事轮胎生产的企业和研究
产品应用
在汽车工业高速发展的背景下，作为汽车工业关键部件的轮胎生产厂商也随之迎来了难得的发展机遇和激烈的竞争挑战。为了适应庞大的汽车消费市场需求，从事轮胎生产的企业和研究机构正在进行着包括技术上和管理上的大量投资和革新，在保证产量的同时，狠抓轮胎生产质量，如重点强化贯彻TS16949体系，并逐步引入CAD、CAE、CAM、PDM、MES以及ERP等信息化工具来进行产品研发、设计、工艺、制造过程的管理，努力提高产品质量，以增加企业的市场竞争能力。
本文将从轮胎产品特点,深入分析入手，针对国内某大型汽车轮胎制造企业对轮胎产品研发管理的需求，提出轮胎产品结构设计和配方设计管理方案以及产品研发过程控制管理，研究出一套轮胎产品研发管理应用模式，一方面优化现有TS16949体系，规范企业研发管理工作，提高研发管理效率；另一方面，为后续MES系统过程管理提供了源头数据，为MES系统全面应用奠定坚实的基础。
一、前言
汽车工业在我国的经济发展中，起着重要支柱的作用，自本世纪以来，我国汽车工业总体上保持了良好的发展势头。据统计，2007年销量水平比2003年翻了一番，已连续九年保持两位数的速度增长，近5年来更是因为抓住了高速发展的机遇，自2010、2011年以来持续保持在19%至20%之间增长。
2009年中国成为世界第一汽车生产大国，同时,中国汽车消费量占全球总消费量比例已达12%。预计到2020年，中国本土汽车产量将达到2000万辆左右，其中两成产品将进军国际市场。在汽车工业高速发展的背景下，作为汽车工业关键部件的轮胎生产厂商也随之迎来了难得的发展机遇和激烈的竞争挑战。
为了适应庞大的汽车消费市场需求，从事轮胎生产的企业和研究机构正在进行着包括技术上和管理上的大量投资和革新，在保证产量的同时，狠抓轮胎生产质量，如重点强化贯彻TS16949体系，并逐步引入CAD、CAE、CAM、PDM、MES以及ERP等信息化工具来进行产品研发、设计、工艺、制造过程的管理，努力提高产品质量，以增加企业的市场竞争能力。
本文将从轮胎产品特点分析入手，针对国内某大型汽车轮胎制造企业对轮胎产品研发管理的需求，研究出一套轮胎产品研发管理应用模式，一方面优化现有TS16949体系，规范企业研发管理工作，提高研发管理效率；另一方面，为后续MES系统过程管理提供了源头数据，为MES系统全面应用奠定坚实的基础。
2009年中国成为世界第一汽车生产大国，同时,中国汽车消费量占全球总消费量比例已达12%。预计到2020年，中国本土汽车产量将达到2000万辆左右，其中两成产品将进军国际市场。在汽车工业高速发展的背景下，作为汽车工业关键部件的轮胎生产厂商也随之迎来了难得的发展机遇和激烈的竞争挑战。
为了适应庞大的汽车消费市场需求，从事轮胎生产的企业和研究机构正在进行着包括技术上和管理上的大量投资和革新，在保证产量的同时，狠抓轮胎生产质量，如重点强化贯彻TS16949体系，并逐步引入CAD、CAE、CAM、PDM、MES以及ERP等信息化工具来进行产品研发、设计、工艺、制造过程的管理，努力提高产品质量，以增加企业的市场竞争能力。
本文将从轮胎产品特点分析入手，针对国内某大型汽车轮胎制造企业对轮胎产品研发管理的需求，研究出一套轮胎产品研发管理应用模式，一方面优化现有TS16949体系，规范企业研发管理工作，提高研发管理效率；另一方面，为后续MES系统过程管理提供了源头数据，为MES系统全面应用奠定坚实的基础。
二、轮胎产品特点
从轮胎产品所适用的车型来看，可以分为工程车轮胎、货车轮胎以及轿车轮胎等，每类产品随着参数的变化衍生出不同的小类，通过系列化方式进行管理，而且不同类型的产品对于舒适度、安全性等有不同的侧重要求，如：轿车轮胎更看重舒适度和安全性方面，因此对于制造工艺方法也就提出很高的要求；工程车和货车轮胎重点强调安全性方面的要求，因此对于制造工艺方面考虑轮胎的耐磨、承重等。
从轮胎产品结构来看，可以分为普通斜交轮胎和子午线轮胎。普通斜交轮胎为有内胎的普通斜交轮胎的构造，斜交轮胎主要有胎面、帘布层、缓冲层和胎圈组成。普通斜交轮胎的帘布层和缓冲层各相邻层帘线交叉，且与胎面中心线呈小于90°角排列。子午线轮胎的帘布层与胎面中心线呈90°角或接近90°角排列，与帘布层轮胎的子午断面一致，由于帘布层的这种排列特点，使子午线轮胎帘布层数比普通斜交轮胎可减少约40%-50%。
通过实际使用发现子午线轮胎有滚动阻力小，节约燃料、胎面耐磨性好、使用寿命长、弹性大，缓冲性好、抗刺能力强、附着力大等优点，因此目前普通斜交轮胎产量逐渐减少，而子午线轮胎产量逐渐增加，同时也对子午线轮胎的制造工艺及产品生产线也提出了更高的要求。
子午线轮胎产品生产过程中主要采取大规模批量生产模式，既有离散制造过程特点，又有流程制造过程特点，炼胶过程与结构生产过程分开进行，对车间制造过程要求很高，因此需要从原材料（包括橡胶、原料、帘线等）入厂加工，到形成半制品（包括钢丝圈、胎肩胶、胶帘布等），到最终轮胎成品等过程的跟踪，要求研发部门进行轮胎设计时需要按照轮胎生产过程进行整体规划，包括结构、硫化工艺、配方等过程。
从轮胎产品结构来看，可以分为普通斜交轮胎和子午线轮胎。普通斜交轮胎为有内胎的普通斜交轮胎的构造，斜交轮胎主要有胎面、帘布层、缓冲层和胎圈组成。普通斜交轮胎的帘布层和缓冲层各相邻层帘线交叉，且与胎面中心线呈小于90°角排列。子午线轮胎的帘布层与胎面中心线呈90°角或接近90°角排列，与帘布层轮胎的子午断面一致，由于帘布层的这种排列特点，使子午线轮胎帘布层数比普通斜交轮胎可减少约40%-50%。
通过实际使用发现子午线轮胎有滚动阻力小，节约燃料、胎面耐磨性好、使用寿命长、弹性大，缓冲性好、抗刺能力强、附着力大等优点，因此目前普通斜交轮胎产量逐渐减少，而子午线轮胎产量逐渐增加，同时也对子午线轮胎的制造工艺及产品生产线也提出了更高的要求。
子午线轮胎产品生产过程中主要采取大规模批量生产模式，既有离散制造过程特点，又有流程制造过程特点，炼胶过程与结构生产过程分开进行，对车间制造过程要求很高，因此需要从原材料（包括橡胶、原料、帘线等）入厂加工，到形成半制品（包括钢丝圈、胎肩胶、胶帘布等），到最终轮胎成品等过程的跟踪，要求研发部门进行轮胎设计时需要按照轮胎生产过程进行整体规划，包括结构、硫化工艺、配方等过程。
三、产品研发管理信息系统应用模式
轮胎产品研发过程遵循TS16949管理体系，研发部门按阶段进行产品设计工作，从产品策划、方案设计、试验等过程进行跟踪。通过多年的产品研发实践，企业形成了一套针对子午线轮胎产品有效的研发管理应用模式，将多年积累的产品研发知识融入到研发管理信息系统中，借助于信息系统标准规范管理模式，主要从轮胎结构设计模板化管理应用模式、按系列管理的生胎BOM实例化管理应用模式、半制品管理应用模式、配方管理应用模式、施工表管理应用模式等方面进行了研究，形成了相应的解决方案，结合PLM系统支持企业轮胎产品研发业务管理，为MES系统提供了源头数据。下图为各信息系统间业务数据流转示意。
图1 信息系统间业务数据流转图
1 轮胎结构设计模版化管理应用模式
对于子午线轮胎产品来说，从产品结构构成来看，第一层大部分是由半成品物料构成的复合件，第二层一般包括原材料和通过挤压成型的半成品，第三层为原材料，如图2所示轮胎产品结构部分构成示意，结构构成能够表达出各型轮胎产品通用结构管理模式。 可以借助机械产品结构的管理模式，通过BOM结构树来管理。
图2 轮胎产品结构部分构成示意图
每种轮胎产品随生产制造方式不同，结构构成也会有差异，结构中半制品用量也会有差异，而每种产品所用半制品用量由相应的公式计算得到，通过上述结构构成图在PLM系统中转换成模板化的BOM结构，如图3所示产品结构模板示意图。
图3 产品结构模板示意图
2 按系列的生胎BOM实例化管理应用模式
新产品设计任务到达时，研发人员可以选择一种事先定义好的模板快速生成实例化结构树，从PLM系统中为结构树中的节点选择相应的半制品（事先根据企业生产需要跟踪管理的内容已整理完毕）物料。PLM系统能够根据模板号自动调用相应公式，并快速计算出轮胎重量以及结构树中所用半制品用量。
图4 生胎BOM实例化后结构示意图
3 半制品管理应用模式
按照企业标准化生产作业管理模式，对于产品生产过程需要跟踪的内容已经非常清楚，可以将事先整理好的半制品物料数据，全部初始化到PLM系统中，形成半制品库，后续需要新增时，由专职人员负责。半制品描述信息中除了本身信息外，还需要增加对子件的描述信息，这些信息分别由相应的关键属性构成，如图5所示。
图5 半制品描述信息
从PLM系统根据模板实例化BOM结构后，研发人员从半制品库中选择相应的半制品填写到结构树上的相应节点上，同时在指定所需半制品裁切参数（如：裁切长度）后，PLM系统根据对应的公式自动计算出用量，如图6所示。
图6 选择半制品示意图
4 施工表管理应用模式
针对每种类型轮胎产品，形成了对应不同结构的模板，根据模板生成了实例化的结构数据，作为后续指导生产过程的源头数据，一方面可以将数据传递给MES系统，供MES系统排产，另一方面需要为现场操作人员提供施工指导书。如何充分利用现有数据生成施工指导书成为后续应用的重点，根据格式要求，形成施工表和半制品施工表模板，每种产品BOM结构完成后，调用模板自动生成施工表。如图7所示。
图7 施工表示意图
5 配方管理应用模式
如何将天然胶加工成轮胎产品各部分所需的胶料，同时也需要满足轮胎整体性能的要求，这就属于轮胎设计工作中配方设计管理内容，配方管理涉及到基础配方和生产配方，研发人员首先进行基础配方设计，将基础配方按照工艺要求分成多段，此时的配方与设备无关，重要参数为PHR，每段由相应的原材料构成，基础配方结构树如图8所示。
图8 基础配方结构示意图
当基础配方设计完成后，需要指定到相应设备上进行生产，根据设备容量的不同，相应的计算系数也会作相应变化，但是原材料的类型不会发生变化，因此，直接从基础配方转换成面向具体设备的生产配方，对应的PHR值乘以计算系数满足某台设备所需的原材料重量，同时相应的原材料误差范围也能根据规则自动计算出来，如图9所示生产配方示意图。
图9 生产配方结构示意图
四、应用效果
对于轮胎产品行业的特殊性，兼具有离散制造和流程制造的特点，需要从产品研发阶段就要考虑到制造过程要求，才能设计出符合轮胎产品研发管理信息系统的应用模式。通过对产品特点分析，结合企业研发管理模式，围绕着产品研发重点业务管理需求，形成了轮胎产品结构管理、半制品管理、配方结构管理方案，并得到了实际应用，目前企业产品已归纳梳理形成90余种轮胎产品结构模板、2000余种半制品物料及90余种计算公式模板，全面涵盖公司当前及未来几年的产品规划内容。通过这些模板设计生成了1000余种产品系列规格及100余种配方。企业指导现场生产的施工表全部通过PLM系统输出，同时通过接口向MES系统传递相应数据，大大提高了企业产品研发业务管理效率。
五、结束语
我公司首次跨入实施轮胎产品案例，凭借在机械制造行业中多年的实施经验，从分析轮胎产品特点入手，按照“由点到线、由易到难、分步实施、重点突破”的原则进行，抓住了客户面临的重点困难问题。轮胎BOM结构管理、配方管理、施工表管理以及为MES系统提供源头数据，形成符合企业信息化要求的系统管理应用模式，过程中贯彻TS16949质量体系，围绕着产品结构开展工作，将产品研发业务延伸到生产制造环节，实现了设计、工艺、制造各个环节的协同，支持了企业MES系统应用。
