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輪胎作為汽車的重要零部件，是發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。作為汽車產(chǎn)業(yè)重要配套產(chǎn)業(yè)的輪胎行業(yè)，與我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)。近年來(lái)，我國(guó)輪胎工業(yè)實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)，自2006年以來(lái)穩(wěn)居世界最大輪胎生產(chǎn)國(guó)和橡膠消費(fèi)國(guó)，輪胎產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的四分之一。

一、輪胎市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀分析

01、汽車輪胎產(chǎn)能整合優(yōu)化加速，進(jìn)入產(chǎn)能擴(kuò)張期

我國(guó)輪胎制造企業(yè)眾多，產(chǎn)能過(guò)剩，國(guó)外知名輪胎企業(yè)在中高端市場(chǎng)品牌優(yōu)勢(shì)明顯，輪胎產(chǎn)品國(guó)際貿(mào)易和技術(shù)壁壘不斷升級(jí)，輪胎行業(yè)面臨日趨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。在這一行業(yè)背景下，國(guó)內(nèi)胎企通過(guò)科技創(chuàng)新、智能制造、全球化布局等策略，精進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、性能，優(yōu)化產(chǎn)能，主動(dòng)把握市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)。

在“雙碳戰(zhàn)略”背景下，隨著社會(huì)環(huán)保意識(shí)不斷提高，環(huán)保型汽車日益普及，推廣綠色輪胎、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)成為中國(guó)輪胎產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展方向，輪胎產(chǎn)業(yè)將逐漸向綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)型。

02、新能源汽車輪胎和航空輪胎或成新的增長(zhǎng)點(diǎn)

全球汽車總銷量增長(zhǎng)緩慢，新能源汽車滲透率持續(xù)提升，新能源汽車的強(qiáng)勁發(fā)展勢(shì)頭為輪胎行業(yè)提供了良好的市場(chǎng)機(jī)遇。與此同時(shí)，全球部分國(guó)家也為新能源汽車行業(yè)提供補(bǔ)貼、減稅政策等促進(jìn)新能源汽車滲透率的提升。在全球零碳排放的趨勢(shì)下，綠色產(chǎn)品將是主要發(fā)展方向。隨著新能源汽車保有量以及滲透率的提高，也將對(duì)新能源汽車輪胎替換市場(chǎng)形成拉動(dòng)作用。

航空輪胎由于高壁壘被國(guó)際巨頭壟斷，作為飛機(jī)的A類安全零部件，航空輪胎對(duì)安全性、可靠性的要求極高，因此航空輪胎的設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)制造、質(zhì)量控制、適航認(rèn)證等具有較高門檻。航空輪胎是飛機(jī)重要的A類安全零部件，根據(jù)自主安全可控原則，未來(lái)大飛機(jī)輪胎國(guó)產(chǎn)替代有望穩(wěn)步推進(jìn)，國(guó)內(nèi)具備生產(chǎn)能力的優(yōu)質(zhì)胎企有望受益。據(jù)《2022上?？萍歼M(jìn)步報(bào)告》，截至2022年底，C919累計(jì)獲得32家客戶1035架訂單。目前，訂單數(shù)量已接近1200單，為我國(guó)航空輪胎需求提供強(qiáng)勁支撐。

03、我國(guó)已成為世界第一大輪胎生產(chǎn)國(guó)和輪胎出口國(guó)

從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，跨國(guó)輪胎企業(yè)紛紛通過(guò)建立區(qū)域工廠、并購(gòu)或設(shè)立銷售代理的方式進(jìn)入以中國(guó)為主的亞洲市場(chǎng)。受全球輪胎產(chǎn)業(yè)向我國(guó)轉(zhuǎn)移、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求持續(xù)增長(zhǎng)等因素的影響，近年來(lái)我國(guó)輪胎行業(yè)生產(chǎn)規(guī)?？焖贁U(kuò)張，2012年以來(lái)，我國(guó)輪胎產(chǎn)量保持在8億條以上，我國(guó)已成為世界輪胎生產(chǎn)大國(guó)。

二、輪胎的行業(yè)分類

01、輪胎按結(jié)構(gòu)分類

根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，分為子午線輪胎和斜交輪胎。子午線輪胎胎體的簾線并排纏繞，胎體頂層包含兩層及以上由鋼絲編成的鋼帶，具有滾動(dòng)阻力小、附著性能好、彈性大、緩沖力強(qiáng)、承載能力大、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，當(dāng)前廣泛應(yīng)用于乘用車、商用車領(lǐng)域。斜交胎的胎體為斜線交叉的簾布層，胎側(cè)、胎面強(qiáng)度更大，但舒適性較差，目前主要在航空胎、工程機(jī)械胎中保留部分應(yīng)用。

02、輪胎按應(yīng)用領(lǐng)域分類

根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域不同，分為半鋼胎和全鋼胎。半鋼胎主要應(yīng)用于乘用車及輕卡領(lǐng)域，輪胎胎體骨架材料為纖維材料，其余骨架材料為鋼絲材料，具有滾動(dòng)阻力小、彈性大的特點(diǎn)；全鋼胎主要應(yīng)用于中重卡和中大型客車、工程機(jī)械領(lǐng)域，骨架材料均為鋼絲材料，具有承載能力強(qiáng)、耐磨耐刺、制造成本較高的特點(diǎn)。

三、數(shù)字化輪胎工廠建設(shè)步驟和階段

未來(lái)工廠的改造升級(jí)是基于原有的傳統(tǒng)勞動(dòng)密集型和資金密集型運(yùn)營(yíng)，穩(wěn)定訂單生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)管理模式和銷售渠道模式，依托數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化轉(zhuǎn)型升級(jí)，向無(wú)人化、系統(tǒng)化、智能化模式的發(fā)展。輪胎工廠數(shù)字化改造建設(shè)主要分為4個(gè)階段。

（1）自動(dòng)化向數(shù)字化發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)化改造升級(jí)傳統(tǒng)設(shè)備，向數(shù)字化、智能化、信息化發(fā)展，建立數(shù)據(jù)采集和積累的底層架構(gòu)。

（2）向網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化轉(zhuǎn)變。改變?cè)行畔鬟f交換處理模式，建立完善的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，工廠由人治時(shí)代向系統(tǒng)治時(shí)代跨越。

（3）管理向智能化和協(xié)同化發(fā)展。通過(guò)數(shù)據(jù)治理分析和多流程環(huán)境協(xié)同交互，完成工業(yè)數(shù)據(jù)中臺(tái)到工業(yè)大腦的孵化，進(jìn)入智能輔助決策和智能決策并行的階段。

（4）產(chǎn)業(yè)互聯(lián)貫通。融入上下游產(chǎn)業(yè)企業(yè)信息，以信息流為紐帶，形成可復(fù)制的生產(chǎn)線發(fā)展新模式，推動(dòng)數(shù)字化經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

隨著我國(guó)汽車行業(yè)特別是電動(dòng)汽車的發(fā)展，對(duì)輪胎的升級(jí)換代速度在不斷加快。子午線、無(wú)內(nèi)胎、扁平化、抗?jié)窕?、低滾動(dòng)阻力等高性能輪胎，在輪胎中所占比例不斷加大，輪胎行業(yè)對(duì)研發(fā)的重視和投入也在不斷加大，中國(guó)的輪胎行業(yè)已開(kāi)始從早先的逆向設(shè)計(jì)逐步向正向研發(fā)轉(zhuǎn)型。

輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為輪胎產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，高質(zhì)量的設(shè)計(jì)直接影響到產(chǎn)品性能、產(chǎn)品交付周期、以及研發(fā)成本。全球輪胎行業(yè)的頭部企業(yè)早已將數(shù)字化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和仿真、設(shè)計(jì)仿真一體化應(yīng)用到輪胎產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中，極大的提高了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本以及標(biāo)準(zhǔn)化的企業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)、仿真知識(shí)的管控和重用，極大程度的提高了產(chǎn)品性能穩(wěn)定性和一致性。

圖1 輪胎設(shè)計(jì)流程

四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件如何賦能輪胎制造企業(yè)？

企業(yè)根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)積累，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)用CATIA知識(shí)工程模塊將幾何標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)方法固化，形成用參數(shù)表達(dá)的幾何特征，這樣這些標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)方法就能得到固化，那么不管什么水平的工程師都按照企業(yè)最佳實(shí)踐的統(tǒng)一設(shè)計(jì)方法進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

圖2 輪胎設(shè)計(jì)幾何標(biāo)準(zhǔn)化

將產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程通過(guò)流程固化，并應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)準(zhǔn)則驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，通過(guò)CATIA EKL語(yǔ)言將產(chǎn)品設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系判斷植入設(shè)計(jì)流程中，通過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的企業(yè)知識(shí)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，這一等級(jí)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有著更高的要求，需要企業(yè)具備完整的產(chǎn)品設(shè)計(jì)體系，并且能夠具備落地平臺(tái)實(shí)現(xiàn)知識(shí)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的要求。

在設(shè)計(jì)參數(shù)化和仿真自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，應(yīng)用Isight進(jìn)行產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)，產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)是根據(jù)目標(biāo)要求通過(guò)仿真手段驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，比如：一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求產(chǎn)品的矩形率大于90%，設(shè)定這個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)通過(guò)自動(dòng)化的仿真和參數(shù)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用仿真驅(qū)動(dòng)參數(shù)優(yōu)化最終經(jīng)過(guò)迭代達(dá)到設(shè)計(jì)目的。

01、輪胎花紋設(shè)計(jì)

應(yīng)用CATIA知識(shí)工程將設(shè)計(jì)的核心要素固化成模板，這樣保證重點(diǎn)知識(shí)的有效應(yīng)用及花紋性能一致性，通過(guò)CATIA參數(shù)化設(shè)計(jì)及擴(kuò)展提高設(shè)計(jì)效率，并集成花紋性能仿真的工具到平臺(tái)里，實(shí)現(xiàn)邊設(shè)計(jì)邊仿真邊優(yōu)化，大幅提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率。

圖3 花紋參數(shù)化設(shè)計(jì)

圖4 花紋擴(kuò)展及系列化管理

02、輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

輪胎的胎體輪廓就如人體的脊椎，它決定了輪胎的各項(xiàng)重要性能，正向的輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該從胎體的設(shè)計(jì)開(kāi)始，知名的輪胎企業(yè)都有自己的胎體設(shè)計(jì)理論，如大家熟知的：平衡輪廓理論、不平衡輪廓理論，這些企業(yè)都將自己的設(shè)計(jì)理論通關(guān)CATIA進(jìn)行固化和加密，在設(shè)計(jì)初期根據(jù)給定的關(guān)鍵參數(shù)如：規(guī)格、負(fù)荷指數(shù)、速度級(jí)別、外直徑、斷面寬等初步計(jì)算出胎體輪廓，再根據(jù)企業(yè)知識(shí)設(shè)計(jì)外輪廓使胎體和外輪廓匹配達(dá)到設(shè)計(jì)要求。然后再根據(jù)外輪廓和胎體輪廓設(shè)計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如：帶束層、胎圈、三角膠、胎側(cè)等部件。

圖5 輪胎外輪廓參數(shù)化設(shè)計(jì)

圖6 輪胎內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

03、輪胎結(jié)構(gòu)仿真

正向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系的形成離不開(kāi)完善的正向仿真體系的支撐，正向設(shè)計(jì)體系中，仿真體系的建設(shè)是不可或缺的一部分，首先建立自主的仿真能力，是我們正向仿真體系的基礎(chǔ)，需要建立企業(yè)的材料本構(gòu)模型、網(wǎng)格模型。

掌握輪胎非線性分析軟件功能原理、網(wǎng)格劃分原理、材料本構(gòu)模型建立方法學(xué)、仿真、實(shí)測(cè)標(biāo)定的原理等。

重點(diǎn)針對(duì)常規(guī)FEA仿真：接地印痕、壓力分布、剛度、帶束層、胎體端部橡膠應(yīng)變能密度、下沉量等常規(guī)分析進(jìn)行網(wǎng)格劃分原理、材料本構(gòu)模型建立方法學(xué)、仿真、實(shí)測(cè)標(biāo)定的原理的研究。

設(shè)計(jì)仿真一體化：輪胎企業(yè)在基礎(chǔ)知識(shí)和方法掌握的基礎(chǔ)上，需要將我們的知識(shí)標(biāo)準(zhǔn)化，建立標(biāo)準(zhǔn)的正向仿真知識(shí)庫(kù)：

1、建立常規(guī)FEA分析的網(wǎng)格標(biāo)準(zhǔn)；

2、建立常規(guī)FEA分析的本構(gòu)模型庫(kù)；

3、建立標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)FEA分析的標(biāo)準(zhǔn)流程；

4、建立常規(guī)FEA分析的標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告；

5、建立常規(guī)FEA分析的網(wǎng)格標(biāo)準(zhǔn)；

6、建立常規(guī)FEA分析的本構(gòu)模型庫(kù)；

7、建立標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)FEA分析的標(biāo)準(zhǔn)流程；

8、建立常規(guī)FEA分析的標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告。

基于已建立的標(biāo)準(zhǔn)，建立常規(guī)FEA仿真自動(dòng)化，提高分析效率和統(tǒng)一的分析標(biāo)準(zhǔn)，主要目的是降低仿真分析過(guò)程中人為因素導(dǎo)致的分析偏差和釋放仿真人員的重復(fù)勞動(dòng)，使得仿真人員能夠集中精力放在研究上。

1、基于第二步形成的標(biāo)準(zhǔn)，建立自動(dòng)網(wǎng)格劃分；

2、基于第二步形成的標(biāo)準(zhǔn)流程，建立常規(guī)FEA的自動(dòng)仿真分析流程；

3、基于第二步的標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告，建立自動(dòng)的后處理和自動(dòng)輸出報(bào)告；

圖7 自動(dòng)仿真流程

圖8 自動(dòng)網(wǎng)格

圖9 自動(dòng)后處理

由于裝備制造業(yè)的行業(yè)特點(diǎn)，多數(shù)企業(yè)面臨著設(shè)計(jì)變更多、生產(chǎn)管控復(fù)雜、項(xiàng)目管理難度高、成本管理難等挑戰(zhàn)。因此，如果能成功地進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，其收益也更加顯著。下期內(nèi)容精彩更新《一文讀懂，裝備制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)，該怎么轉(zhuǎn)？》，敬請(qǐng)期待。

走進(jìn)成都恒睿

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●服務(wù)地區(qū)：四川、重慶、云南、貴州

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撰稿：成都恒睿

參考資料：

1、達(dá)索系統(tǒng)《四維一體，正向重構(gòu)｜淺談?shì)喬バ袠I(yè)正向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系建設(shè)》

2、新工業(yè)網(wǎng)《傳統(tǒng)制造模式向數(shù)字化制造模式轉(zhuǎn)變的探索和實(shí)施——高性能半鋼子午線輪胎未來(lái)工廠建設(shè)》

3、輪胎報(bào)《淺談?shì)喬バ袠I(yè)正向研發(fā)平臺(tái)建設(shè)》

4、慧博資訊《輪胎行業(yè)深度：行業(yè)利好、產(chǎn)業(yè)格局、產(chǎn)業(yè)鏈及相關(guān)企業(yè)深度梳理》

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