自動識別技術(shù)在大直徑埋弧焊管生產(chǎn)線中的應(yīng)用

劉華光，劉 濤，李子正，劉傳水，谷海龍，于振寧，張慧華

（1. 渤海裝備研究院輸送裝備分院，河北 青縣 062658；2. 渤海裝備華油鋼管公司，河北 青縣 062658；

3. 華油一機（河北）鉆井裝備有限公司，河北 青縣 062658）

隨著制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing execution system，簡稱MES）在大直徑埋弧焊管生產(chǎn)線中的推廣及深化，生產(chǎn)過程的信息化、數(shù)字化已成為新的工業(yè)自動化發(fā)展趨勢，對過程數(shù)據(jù)準確、迅速的采集也提出了新的需求。長期以來，大直徑埋弧焊管制造行業(yè)中的焊管管號都采用人工在焊管管體書寫、各個加工崗位目視識別的方式，已不能滿足生產(chǎn)需求。隨著條碼、射頻（RFID）識別技術(shù)的發(fā)展，物料信息自動識別變得可行，并大大提高了準確性和靈活性，在倉庫、物流等領(lǐng)域中已得到了長足的發(fā)展和普遍應(yīng)用［1］，解決了人工數(shù)據(jù)輸入的速度慢、誤碼率高、勞動強度大、重復(fù)性高等缺點。

為此，渤海裝備研究院輸送裝備分院結(jié)合大直徑埋弧焊管制造工藝，對條碼及射頻標(biāo)志與識別技術(shù)進行研究，提出了大直徑埋弧焊管管號自動標(biāo)志、識別的技術(shù)方案，并通過與生產(chǎn)線MES 系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)了管號的標(biāo)志—識別—校驗全過程的自動化、數(shù)字化［2］。

1 自動識別技術(shù)對比分析

自動識別技術(shù)主要包括生物特征、語音、OCR（光學(xué)字符識別）、條碼、射頻等［3］。條碼、射頻自動識別技術(shù)以其非接觸、長距離識別等特點成為焊管生產(chǎn)線物料自動識別的研究方向。條碼與射頻識別技術(shù)特點對比見表1。

表1 條碼與射頻識別技術(shù)特點對比

2 在大直徑埋弧焊管生產(chǎn)線上的實現(xiàn)

從表1 可以看出：條碼識別和射頻識別在焊管生產(chǎn)線上應(yīng)用中的主要區(qū)別在于信息載體、識讀方式上。針對大直徑直縫埋弧焊管生產(chǎn)線（SAWL）及大直徑螺旋縫埋弧焊管生產(chǎn)線（SAWH）不同的生產(chǎn)工藝，條碼識別及射頻識別方式在SAWL 和SAWH生產(chǎn)線上的適用性見表2。

表2 條碼識別與射頻識別在SAWL 和SAWH 生產(chǎn)線上的適用性

條碼主要有粘貼及噴印兩種方式。粘貼條碼因焊管表面浮銹、灰塵及搬運過程的外力等作用易造成脫落，且存在防腐除銹時不能完全清除的現(xiàn)象，影響焊管的防腐質(zhì)量，而人工粘貼又增加了操作人員的工作量。針對條碼經(jīng)過輥道輸送后破壞的問題，技術(shù)人員通過在管體多處噴印的方式，使交庫焊管管號識別率達到99%以上。

針對射頻標(biāo)簽信息識讀受焊管管體屏蔽作用、標(biāo)簽安裝方式不利于信息讀取、水壓工序易將標(biāo)簽沖落等問題，渤海裝備研究院輸送裝備分院對射頻讀寫器天線數(shù)量及位置、標(biāo)簽結(jié)構(gòu)等均進行了針對性設(shè)計，使標(biāo)簽信息識讀率達到100%。

最終，渤海裝備研究院輸送裝備分院選擇了在SAWL 生產(chǎn)線使用條碼、SAWH 生產(chǎn)線使用射頻的自動識別方案。

2.1 條碼噴印及識別在SAWL 生產(chǎn)線上的實現(xiàn)

目前，在渤海裝備公司南京巨龍鋼管公司SAWL 生產(chǎn)線上已經(jīng)應(yīng)用了條碼自動噴涂、識別的管號自動識別系統(tǒng)，可實現(xiàn)管號從系統(tǒng)中下發(fā)—自動噴印—識別—校驗的閉環(huán)應(yīng)用。該系統(tǒng)由1 臺自主開發(fā)的底漆及條碼噴印機、11 套掃描槍（LS3578，最大掃描距離13.7 m）及Moxa 串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成，通過在MES 服務(wù)器端虛擬串口的方式，實現(xiàn)與車間MES 系統(tǒng)完全集成，條碼噴印及識別系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

管號生成：合格鋼板在上料崗位上料的同時，在MES 系統(tǒng)中自動生成唯一的焊管管號。

管號噴?。荷狭现脸尚蛵徫还に嚽闆r不適合在鋼板表面噴印條碼，且鋼板隊列受鋼板下線等情況影響較小，故選擇在預(yù)焊崗位進行噴印。預(yù)焊崗位操作人員在MES 系統(tǒng)中選擇當(dāng)前加工焊管管號時，該管號同步發(fā)送至條碼噴印機控制器中，噴印系統(tǒng)自動將該管號噴印于焊管端部、中部及尾部。

管號識別：各個加工崗位在加工開始前通過手動或自動條碼掃描槍掃描管體條碼，并與MES 系統(tǒng)中該焊管的加工信息作比對，若該焊管不符合該工序加工要求則進行相應(yīng)提示。

2.2 射頻識別在SAWH 生產(chǎn)線上的實現(xiàn)

目前，在渤海裝備華油鋼管公司預(yù)精焊生產(chǎn)線上已經(jīng)應(yīng)用了射頻管號自動識別系統(tǒng)，并與車間MES 系統(tǒng)完全集成，可實現(xiàn)焊管管號從系統(tǒng)中下發(fā)—信息寫入—識別—校驗的閉環(huán)應(yīng)用。該射頻管號自動識別系統(tǒng)由條碼自動噴印機、掃描槍及串口服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成，射頻系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示。

圖1 條碼噴印及識別系統(tǒng)架構(gòu)示意

圖2 射頻系統(tǒng)架構(gòu)示意

管號生成：螺旋埋弧焊管在切管崗位首次生成唯一管號。

標(biāo)簽信息寫入：在MES 系統(tǒng)中生成管號的同時，集成在MES 系統(tǒng)中的射頻寫入程序被同步執(zhí)行，管號寫入標(biāo)簽中，完成切管后，將射頻標(biāo)簽載體吸附于焊管內(nèi)壁。

信息讀?。和ㄟ^設(shè)置在各個崗位的天線，帶有射頻標(biāo)簽的焊管處于天線掃描的范圍時，即可讀出該焊管管號并與數(shù)據(jù)庫中該焊管的加工工序信息進行驗證，符合條件的焊管管號信息自動填入MES系統(tǒng)中的崗位記錄中，否則將報警。

電子標(biāo)簽實物及其在線讀取如圖3 所示。

2.3 系統(tǒng)集成

自動識別設(shè)備信息的寫入與讀取方式直接影響了焊管管號信息的有效性及易用性。焊管信息不能自動選擇并寫入，將影響信息的準確性及錄入的實時性；信息的自動讀取與校驗則提高了系統(tǒng)的易用性及過程質(zhì)量保證水平。自動識別系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

圖3 電子標(biāo)簽實物及其在線讀取示意

圖4 自動識別系統(tǒng)架構(gòu)示意

本系統(tǒng)中使用的條碼噴印控制器、條碼掃描槍、射頻讀寫設(shè)備均提供了USB、串口、TCP/IP等多種接口來實現(xiàn)與上位機的通訊。為實現(xiàn)條碼、射頻與車間MES 的無縫集成與交互應(yīng)用，條碼系統(tǒng)與射頻系統(tǒng)分別使用了串口服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)及以太網(wǎng)兩種架構(gòu)方式，通過對廠家提供的軟件開發(fā)工具包（SDK）的二次開發(fā)，實現(xiàn)了自動識別系統(tǒng)與MES 系統(tǒng)的信息交互與集中管理。

3 結(jié) 語

目前，智能制造、數(shù)字化、信息化等已經(jīng)成為工業(yè)自動化發(fā)展的新趨勢［9］。射頻、條碼等自動識別設(shè)備在大直徑埋弧焊管制造過程中的成功應(yīng)用，提高了崗位操作效率，推動了焊管制造的過程信息化管理，提升了制造過程的質(zhì)量控制水平［10］。自動識別技術(shù)與MES的成功集成使焊管生產(chǎn)過程跟蹤及質(zhì)量追溯快捷、準確，加速了信息化管理系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場的深化應(yīng)用［11］。

在焊管倉儲、物流等成品焊管的全生命周期管理中，條碼、射頻等自動識別技術(shù)將起到重要作用，對企業(yè)的智能化、自動化和信息化產(chǎn)生重要的影響，有力地提高了企業(yè)的管理水平和效益，也將為企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)［12］。

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