基于多代理的高精度冷拔管制造工藝智能化改進(jìn)

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(1.南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江蘇 南京 210016;2.常熟無(wú)縫鋼管有限公司，江蘇 蘇州 215524)

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)的工業(yè)迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)對(duì)無(wú)縫鋼管的需求也迅速增長(zhǎng)，無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)工藝控制是影響鋼管質(zhì)量的決定性因素。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，智能制造的方式已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)主流。在智能制造中，通常將一個(gè)能夠與外界環(huán)境進(jìn)行信息交互，并且能夠與其他物理或邏輯實(shí)體進(jìn)行“交流”的單元，稱(chēng)為一個(gè)Agent[1](代理)。在工業(yè)生產(chǎn)中，通過(guò)多個(gè)代理共同協(xié)作，完成生產(chǎn)任務(wù)，稱(chēng)為多代理系統(tǒng)(MAS)。在以智能制造的方式進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，需要對(duì)物料進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[2]被廣泛地應(yīng)用于智能制造的生產(chǎn)過(guò)程之中。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)ξ锪线M(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤、定位，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)的監(jiān)控，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)作業(yè)進(jìn)行智能管理。

早在20世紀(jì)末期，就已經(jīng)對(duì)“智能制造”進(jìn)行了深入研究，取得了一定的進(jìn)展。Lemous等研究了智能系統(tǒng)在機(jī)器人裝配過(guò)程中的應(yīng)用[3]。Gausemeier等人在智能制造網(wǎng)絡(luò)通信方面進(jìn)行了一定的研究[4]。在對(duì)多智能體的研究方面，建立了多種生產(chǎn)控制系統(tǒng)的模型，并且在企業(yè)信息控制、車(chē)間控制和智能焊接等方面有著廣泛的應(yīng)用[5-7]。并且基于物聯(lián)網(wǎng)的智能系統(tǒng)也得到重視，被應(yīng)用于柔性的輸送系統(tǒng)、生產(chǎn)信息的傳遞等[8-10]。在此，研究基于多代理的無(wú)縫鋼管高精度冷拔的智能制造。傳統(tǒng)的冷拔生產(chǎn)主要在生產(chǎn)進(jìn)行完之后進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中工藝的檢測(cè)較為缺乏，并且?guī)缀鯖](méi)有對(duì)物料進(jìn)行跟蹤，物料的管理較為混亂，對(duì)生產(chǎn)信息的獲取不夠及時(shí)，人為因素在生產(chǎn)過(guò)程中有著很大的影響，在現(xiàn)今日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境條件下，處于劣勢(shì)地位。相比于傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，智能制造的條件下可以有效地減少甚至克服這些不利因素。

在此，根據(jù)某無(wú)縫鋼管有限公司的高精度冷拔工藝，在原有的生產(chǎn)工藝路線上進(jìn)行智能化改造，設(shè)計(jì)了一個(gè)智能化的檢測(cè)系統(tǒng)，部分實(shí)現(xiàn)了高精度冷拔管生產(chǎn)過(guò)程的智能化。

1 智能制造中的物料跟蹤與工藝參數(shù)檢測(cè)

要想使生產(chǎn)過(guò)程智能化，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，就需要對(duì)物料進(jìn)行跟蹤，給物料貼上“標(biāo)簽”，并且將生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)為一個(gè)代理，能夠識(shí)別物料上的標(biāo)簽。各個(gè)代理與總控中心可以進(jìn)行信息交互，相互間進(jìn)行協(xié)調(diào)，共同完成生產(chǎn)作業(yè)。

1.1 對(duì)物料的跟蹤

物料的跟蹤，給物料貼上一個(gè)標(biāo)簽，該標(biāo)簽內(nèi)含有該物料獨(dú)有的編碼，可以通過(guò)該編碼查找到該物料的詳細(xì)信息，而這個(gè)標(biāo)簽可以成為智能物件[8]，從而判斷需要對(duì)物料進(jìn)行何種生產(chǎn)工藝，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)物料運(yùn)輸和產(chǎn)品倉(cāng)庫(kù)的智能管理。

1.2 對(duì)工藝參數(shù)的檢測(cè)

在生產(chǎn)工藝控制過(guò)程中，可把各個(gè)生產(chǎn)部分設(shè)計(jì)成一個(gè)代理，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行通信、感知，并且具有執(zhí)行以及決策等功能。代理?yè)碛凶约旱闹R(shí)庫(kù)，通過(guò)對(duì)外界信息的感知以及交流進(jìn)行決策，并控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)的生產(chǎn)作業(yè)。代理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)時(shí)，每一個(gè)代理是一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，在明確工作任務(wù)后，能夠獨(dú)立完成自身的生產(chǎn)任務(wù)；而在整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境下，它又是一個(gè)分支，通過(guò)生產(chǎn)信息的傳遞和控制器的協(xié)調(diào)，與其他代理共同完成生產(chǎn)任務(wù)，控制中心依賴(lài)各個(gè)代理的信息來(lái)調(diào)度物料運(yùn)輸以及整個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)作業(yè)。

圖1 代理結(jié)構(gòu)

2 高精度冷拔鋼管生產(chǎn)工藝的智能化改進(jìn)

在高精度冷拔管生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)于各個(gè)工藝采用ARM9系列的芯片作為控制器，通過(guò)對(duì)其串口/并口操作，依賴(lài)于生產(chǎn)車(chē)間的現(xiàn)場(chǎng)總線，使其實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備之間以及與上位機(jī)的通信功能。

在進(jìn)行高精度冷拔管生產(chǎn)時(shí)，各傳感器等設(shè)備采集到的信號(hào)傳遞給相應(yīng)的代理控制器，控制器根據(jù)這些信號(hào)來(lái)控制生產(chǎn)過(guò)程，或者與其他控制器或上位機(jī)進(jìn)行信息的交互，共同完成生產(chǎn)過(guò)程的控制。

2.1 高精度冷拔鋼管的工藝路線

高精度冷拔的工藝如圖2所示。

圖2 高精度冷拔工藝流程

生產(chǎn)時(shí)需要對(duì)物料進(jìn)行追蹤，考慮到退火等工藝對(duì)標(biāo)簽的影響，將物料的追蹤分為4個(gè)部分：將軋頭之后并且合格的鋼管放在倉(cāng)庫(kù)的半成品區(qū)A；將進(jìn)行第1道冷拔工藝后并且合格的鋼管放在倉(cāng)庫(kù)的半成品區(qū)B；將進(jìn)行第2道冷拔工藝后并且合格的鋼管放在倉(cāng)庫(kù)的半成品區(qū)C；最后將生產(chǎn)出的合格產(chǎn)品放入產(chǎn)品倉(cāng)庫(kù)。在每一部分內(nèi)對(duì)物料進(jìn)行跟蹤，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)物料的狀態(tài)，就可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的分段管理，通過(guò)計(jì)算各個(gè)階段產(chǎn)品的合格率，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)可以更準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤地點(diǎn)，及時(shí)進(jìn)行修正。

高精度冷拔鋼管的主要工作有：退火；酸洗、潤(rùn)滑；冷拔；產(chǎn)品檢測(cè)。因此，可以將整個(gè)生產(chǎn)線的控制分為4個(gè)代理。各部分能夠自主獨(dú)立地完成自身的生產(chǎn)工藝，并且具備信息交互的能力，生產(chǎn)工藝中其余的部分由總控制中心來(lái)統(tǒng)一調(diào)度。

2.2 檢測(cè)信號(hào)的處理

物料跟蹤選擇使用RFID標(biāo)簽，在進(jìn)行加工之前，預(yù)先在RFID標(biāo)簽內(nèi)填入鋼管的信息，并預(yù)置鋼管所需要進(jìn)行的生產(chǎn)工藝以及工藝參數(shù)要求，標(biāo)簽中的信息在通過(guò)每一道工藝時(shí)會(huì)根據(jù)生產(chǎn)情況進(jìn)行更新。由于鋼管的生產(chǎn)工藝是按照一定順序進(jìn)行生產(chǎn)的，可以在RFID內(nèi)設(shè)置相關(guān)信息來(lái)控制生產(chǎn)工藝的正確進(jìn)行，主控制中心通過(guò)讀取該信息，向物料運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)出指令，控制鋼管的物料運(yùn)輸，而各個(gè)生產(chǎn)工藝的控制器通過(guò)讀取標(biāo)簽內(nèi)的信息，來(lái)進(jìn)一步判斷是否應(yīng)該進(jìn)行本工藝。

選用非接觸式傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的信息采集，傳感器收集到相關(guān)信息后會(huì)觸發(fā)1個(gè)信號(hào)，信號(hào)處理設(shè)備收集到信號(hào)后對(duì)該信號(hào)進(jìn)行必要的處理，然后傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時(shí)傳感器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，將信號(hào)傳給信號(hào)處理設(shè)備，形成反饋回路。

2.3 對(duì)退火過(guò)程的檢測(cè)

需要進(jìn)行退火的鋼管有2種：一種是已經(jīng)進(jìn)行完軋頭工作，等待退火工作的鋼管，在半成品區(qū)A；另一種是已經(jīng)經(jīng)過(guò)1次冷拔之后的鋼管，被放在半成品區(qū)B。2種物料內(nèi)標(biāo)簽的信息是不同的，物料運(yùn)輸系統(tǒng)通過(guò)讀取標(biāo)簽內(nèi)的信息來(lái)判斷物料來(lái)源，據(jù)此將鋼管運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)的退火爐進(jìn)行退火工作。退火爐也會(huì)讀取標(biāo)簽內(nèi)的信息，經(jīng)過(guò)退火部分控制器的確定，判斷是否進(jìn)行退火工作。

2.3.1 退火檢測(cè)方案設(shè)計(jì)

為了消除加工硬化等因素的影響，鋼管在冷拔前都需要進(jìn)行退火，退火時(shí)需要保證退火溫度在一定的范圍內(nèi)，而且必須保證退火時(shí)間。對(duì)退火過(guò)程溫度檢測(cè)如圖3所示。

圖3 退火溫度測(cè)量

使用非接觸式溫度傳感器測(cè)量退火爐內(nèi)部溫度，將溫度信息傳遞給控制該工藝的控制器?？刂破鲀?nèi)存有預(yù)先制定的溫度范圍，通過(guò)與傳感器采集到的溫度相比較，來(lái)確定對(duì)退火爐的控制指令，并且退火爐內(nèi)設(shè)有定時(shí)器，定時(shí)器設(shè)置了需要進(jìn)行退火的時(shí)間，在進(jìn)行完一次退火之后能夠進(jìn)行重置，當(dāng)鋼管進(jìn)入退火爐時(shí)進(jìn)行計(jì)時(shí)，以保證鋼管的退火時(shí)間。

退火之后給鋼管打上標(biāo)簽，記錄下鋼管已經(jīng)完成的工藝等信息，并傳遞到總控制中心，可以通過(guò)此信息來(lái)判斷下一步工藝，并且后續(xù)工藝可以通過(guò)該信息來(lái)判斷到達(dá)的鋼管是否可以進(jìn)行該工藝。

2.3.2 退火信號(hào)的處理

退火過(guò)程需要使用2個(gè)傳感器，一個(gè)用于檢測(cè)退火爐溫度的溫度傳感器，另一個(gè)用于檢測(cè)鋼管進(jìn)入/退出退火爐的計(jì)數(shù)傳感器。退火爐的工作狀態(tài)變量定義如表1所示。

表1 退火爐狀態(tài)變量

在控制器內(nèi)設(shè)置變量AT為退火溫度控制變量，使用兩位來(lái)表示退火爐的4種工作狀態(tài)。溫度傳感器檢測(cè)退火爐內(nèi)部狀態(tài)，將信號(hào)上傳到控制器，預(yù)先控制器每過(guò)1個(gè)時(shí)間T采集1次這個(gè)信號(hào)，根據(jù)這個(gè)信號(hào)給AT賦值，再根據(jù)AT的值，控制器給退火爐以及物料運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，控制其工作。

當(dāng)物料運(yùn)輸系統(tǒng)將鋼管輸送進(jìn)入退火爐時(shí)，將有1個(gè)傳感器檢測(cè)到該信息，此時(shí)會(huì)向控制器發(fā)出1個(gè)脈沖，控制器內(nèi)預(yù)先設(shè)有計(jì)時(shí)器，此時(shí)計(jì)時(shí)器開(kāi)始工作，當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，控制器向物料運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，將鋼管從退火爐內(nèi)取出，同時(shí)傳感器檢測(cè)到該信號(hào)，并對(duì)控制器發(fā)出1個(gè)信號(hào)，使計(jì)時(shí)器重置，等待下一次操作進(jìn)行。退火流程如圖4所示。

圖4 退火工藝流程

當(dāng)控制器讀取到鋼管標(biāo)簽內(nèi)的信息，控制器會(huì)去讀取溫度傳感器和計(jì)數(shù)傳感器的信號(hào)，來(lái)判斷當(dāng)前的生產(chǎn)條件和信息。當(dāng)符合當(dāng)前工作要求時(shí)，物料運(yùn)輸系統(tǒng)將鋼管送入退火爐，同時(shí)計(jì)數(shù)傳感器發(fā)送1個(gè)信號(hào)給退火爐控制器，退火爐正在工作，該信號(hào)也會(huì)傳入總控制器控制該部分物料運(yùn)輸裝置進(jìn)入等待狀態(tài)。當(dāng)退火工作完成，鋼管退出退火爐，計(jì)數(shù)傳感器給出信號(hào)，表示退火爐進(jìn)入等待狀態(tài)，下一批次鋼管可以進(jìn)入退火爐。整個(gè)退火期間，溫度傳感器每隔10 s以中斷方式向控制器發(fā)出信號(hào)，監(jiān)測(cè)退火爐內(nèi)部溫度。

退火過(guò)程進(jìn)行完之后，將該批次鋼管打包，向標(biāo)簽內(nèi)添加內(nèi)容，表示其已經(jīng)退火完成，并且物料運(yùn)輸系統(tǒng)根據(jù)標(biāo)簽內(nèi)的信息判斷下一步工序，將鋼管運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)的地方。

2.4 對(duì)磷化皂化槽及酸洗槽的檢測(cè)

在冷拔工藝中，二次退火過(guò)程之后都需要進(jìn)行磷化皂化和酸洗的處理，需要進(jìn)行該工藝的2類(lèi)鋼管原材料標(biāo)簽內(nèi)部的信息是不同的，生產(chǎn)系統(tǒng)就是根據(jù)這個(gè)信息來(lái)區(qū)分這2類(lèi)鋼管，從物料運(yùn)輸系統(tǒng)將其運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)的液體槽中進(jìn)行相應(yīng)的處理。

2.4.1 磷化皂化及酸洗檢測(cè)方案設(shè)計(jì)

鋼管在冷拔之前需要進(jìn)行磷化、皂化以及酸洗，這可以使鋼管表面覆上一層磷化膜，減小鋼管冷拔時(shí)的摩擦力，而這些溶液在對(duì)一定批次的鋼管作用之后，溶液的濃度就不能夠達(dá)到要求，需要進(jìn)行定期的更換。所以在槽上安裝傳感器用來(lái)測(cè)量鋼管進(jìn)行該工藝的時(shí)間，并且記錄進(jìn)行該工藝鋼管的數(shù)量作為倉(cāng)庫(kù)的信息管理，如圖5所示。

圖5 磷化、皂化以及酸洗示意

同時(shí)，總控制中心也能夠發(fā)出信息，告訴磷化、皂化以及酸洗的控制器需要進(jìn)行該工藝的鋼管數(shù)量，可以計(jì)算出需要更換幾次溶液。當(dāng)需要更換溶液時(shí)，控制器向工作人員發(fā)出請(qǐng)求，并將內(nèi)部記錄鋼管數(shù)量的計(jì)數(shù)器重置，進(jìn)行新一輪的計(jì)數(shù)。當(dāng)鋼管到達(dá)磷化、皂化以及酸洗槽時(shí)，通過(guò)讀取其標(biāo)簽了解到物料來(lái)源，物料運(yùn)輸系統(tǒng)會(huì)根據(jù)該信息將鋼管送到相應(yīng)的生產(chǎn)工藝加工地點(diǎn)，進(jìn)行相關(guān)工藝操作。進(jìn)行完該部分工藝之后，給物料重新打上標(biāo)簽，以便于后續(xù)工藝的生產(chǎn)加工以及物料運(yùn)輸?shù)目刂啤?/p>

2.4.2 磷化皂化以及酸洗信號(hào)處理

對(duì)于該工藝進(jìn)行一次生產(chǎn)的計(jì)時(shí)功能與退火過(guò)程類(lèi)似，不再贅述，但是與退火過(guò)程有區(qū)別的是：為了使磷化皂化酸洗的過(guò)程比較充分，在進(jìn)行該工藝時(shí)需要將計(jì)時(shí)分為2段，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，控制器發(fā)出信號(hào)，將鋼管翻轉(zhuǎn)一下，防止鋼管因相互接觸而導(dǎo)致部分區(qū)域沒(méi)有進(jìn)行該工藝。

該工藝還要對(duì)鋼管進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線將數(shù)據(jù)傳遞給總控制器，可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)一的管理。當(dāng)鋼管進(jìn)入盛有溶液的槽時(shí)，傳感器檢測(cè)到該信息，產(chǎn)生1個(gè)信號(hào)，該工藝的控制器接收到這個(gè)信號(hào)，并記錄下進(jìn)行該工藝的鋼管數(shù)量，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線將每批次鋼管的數(shù)量傳遞給總控制器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管數(shù)量上的追蹤。并且記錄下已經(jīng)進(jìn)行處理的鋼管數(shù)量，當(dāng)達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，發(fā)出警報(bào)，提示工作人員更換溶液，并自動(dòng)重置該變量的值。磷化皂化以及酸洗工藝流程如圖6所示。

圖6 磷化皂化以及酸洗工藝流程

磷化皂化以及酸洗工藝控制器在得到物料應(yīng)該進(jìn)行該工藝的信號(hào)時(shí)，通過(guò)傳感器上傳給控制器的信號(hào)確定設(shè)備狀態(tài)良好后，該代理控制器與物料運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，將物料運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)的槽內(nèi)進(jìn)行工藝加工。當(dāng)鋼管進(jìn)入槽內(nèi)時(shí)，傳感器檢測(cè)到信號(hào)，并將槽的使用狀態(tài)由空閑改為工作，讓物料運(yùn)輸裝置進(jìn)入等待狀態(tài)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，控制器內(nèi)部計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)時(shí)間到，發(fā)出1個(gè)信號(hào)，控制吊鉤晃動(dòng)吊帶，使鋼管進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，進(jìn)行完工藝加工后，修改標(biāo)簽內(nèi)的信息，并控制物料運(yùn)輸系統(tǒng)將鋼管運(yùn)輸?shù)嚼浒螜C(jī)前準(zhǔn)備進(jìn)行冷拔操作?？刂破鲀?nèi)部在傳感器記錄鋼管進(jìn)出溶液時(shí)會(huì)對(duì)鋼管的批次進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)溶液進(jìn)行完一定次數(shù)的生產(chǎn)之后，會(huì)發(fā)出警報(bào)信號(hào)，提醒工作人員更換溶液，并重置計(jì)數(shù)器。

2.5 對(duì)于冷拔過(guò)程的檢測(cè)

2.5.1 冷拔過(guò)程的檢測(cè)方案設(shè)計(jì)

冷拔時(shí)最重要的就是要保證冷拔力的恒定，如果冷拔力出現(xiàn)波動(dòng)，需要向工作人員發(fā)出故障警報(bào)。當(dāng)鋼管受到恒定的力進(jìn)行冷拔時(shí)，其移動(dòng)的速度也是穩(wěn)定的，只有在冷拔開(kāi)始時(shí)虎鉗夾住鋼管，以及冷拔結(jié)束時(shí)鋼管尾端脫離模具的時(shí)候，由于受力突然變化，會(huì)產(chǎn)生速度突變，這個(gè)變化是周期性的、有規(guī)律的，測(cè)量速度的傳感器可以記錄這2個(gè)脈沖信號(hào)。根據(jù)這個(gè)原理，就可以在夾住鋼管的虎頭鉗上安裝速度傳感器，將信號(hào)傳輸?shù)娇刂破魃希挥性诶浒伍_(kāi)始和結(jié)束2個(gè)信號(hào)之間檢測(cè)到的數(shù)值才被看作有效地輸入?yún)?shù)。當(dāng)發(fā)生周期性速度變化時(shí)，就可以對(duì)進(jìn)行冷拔的鋼管進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)檢測(cè)到速度的波動(dòng)不是規(guī)律性變化時(shí)，控制器發(fā)出錯(cuò)誤警報(bào)，提醒工作人員檢查設(shè)備狀態(tài)。

2.5.2 冷拔過(guò)程信號(hào)的處理

在對(duì)鋼管進(jìn)行冷拔時(shí)，理想狀態(tài)下拉力是一個(gè)恒定的數(shù)值，所以理想狀態(tài)下安裝在虎鉗的傳感器所測(cè)量到的速度也是一個(gè)恒定的值，但是由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)是一個(gè)復(fù)雜的環(huán)境，傳感器所檢測(cè)到的速度不可能是恒定的，會(huì)在小范圍內(nèi)波動(dòng)，因此控制器需要知道速度在什么范圍內(nèi)波動(dòng)才是正常工作狀態(tài)。

預(yù)先在控制器內(nèi)設(shè)置的速度范圍應(yīng)該包括幾乎所有的正常數(shù)值范圍，正態(tài)分布的3σ原則可以包括99.74%的數(shù)據(jù)，可以作為對(duì)該數(shù)據(jù)的選擇標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)之前的準(zhǔn)備工作中，先測(cè)量正常冷拔時(shí)得到的速度數(shù)據(jù)(v1,v2,v3,…,vi)，將這些數(shù)據(jù)按照正態(tài)分布的公式進(jìn)行計(jì)算：

(1)

μ為速度平均值；σ為速度標(biāo)準(zhǔn)差；e為自然對(duì)數(shù)的底。速度v取在±3σ內(nèi)時(shí)，包含了幾乎所有的正常工作時(shí)的數(shù)值，在控制器內(nèi)選取該范圍為約束，當(dāng)傳感器檢測(cè)到的信號(hào)在該范圍內(nèi)時(shí)，冷拔裝置正常工作，否則發(fā)出警報(bào)并控制冷拔裝置停止工作。

2.6 對(duì)于產(chǎn)品的檢測(cè)

本工藝將物料的追蹤分為了4個(gè)部分，在每個(gè)部分完成時(shí)都需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于半成品的檢測(cè)只需檢測(cè)其尺寸是否合格，從其“標(biāo)簽”中讀取是否正確完成該部分工藝，進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)后，即對(duì)其標(biāo)注為“合格品”，可以不再區(qū)分，后續(xù)工藝可以直接進(jìn)行使用；對(duì)于最后一步成品的檢測(cè)較為復(fù)雜，需要檢測(cè)的參數(shù)較多，不僅需要對(duì)尺寸進(jìn)行檢測(cè)，還需要檢測(cè)其直線度、圓柱度和硬度等，當(dāng)檢測(cè)合格之后，該產(chǎn)品“標(biāo)簽”中含有鋼管自身的信息，進(jìn)入成品倉(cāng)庫(kù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管產(chǎn)品的管理和銷(xiāo)售。

雖然在每個(gè)工藝環(huán)節(jié)之后都會(huì)對(duì)產(chǎn)品(半成品)進(jìn)行檢測(cè)，可以將這個(gè)環(huán)節(jié)融入到各個(gè)代理之中，但是這樣的做法并不好。首先,負(fù)責(zé)檢測(cè)工藝的代理之中多添加了一個(gè)檢測(cè)產(chǎn)品的功能，增加了代理的負(fù)擔(dān)，此外對(duì)最終成品需要進(jìn)行檢測(cè)，還要統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品的合格率，這與檢測(cè)各個(gè)部分的過(guò)程類(lèi)似，可以融合到一起，而且還方便對(duì)各個(gè)工藝的產(chǎn)品合格率做出比較，找出生產(chǎn)中的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，當(dāng)產(chǎn)品出問(wèn)題時(shí)，也可以通過(guò)比較各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)品(半成品)的合格率，迅速找出問(wèn)題所在點(diǎn)。

2.7 生產(chǎn)系統(tǒng)的整體控制

生產(chǎn)過(guò)程不僅僅是各個(gè)代理各自完成生產(chǎn)任務(wù)，還需要互相進(jìn)行信息交互，共同完成生產(chǎn)任務(wù)，這不僅僅需要各個(gè)代理之間進(jìn)行信息交互，而且需要總控制中心進(jìn)行協(xié)調(diào)。

總控制中心對(duì)各個(gè)生產(chǎn)工藝不進(jìn)行直接控制，而是通過(guò)對(duì)物料運(yùn)輸系統(tǒng)的控制以及與各個(gè)代理之間的交流來(lái)協(xié)調(diào)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程?？偪刂浦行男枰鉀Q生產(chǎn)時(shí)信息交互沖突的問(wèn)題，各個(gè)代理在進(jìn)行信息交互的時(shí)候需要先向總控制中心發(fā)出請(qǐng)求，在總控制中心確定當(dāng)前條件下兩者可以進(jìn)行信息的交互時(shí)，信號(hào)才能夠傳遞。

3 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的生產(chǎn)過(guò)程控制

物聯(lián)網(wǎng)主要分為感知層、控制層、網(wǎng)絡(luò)層和綜合應(yīng)用層。檢測(cè)及控制裝置可以作為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的感知層和控制層，要想實(shí)現(xiàn)冷拔管生產(chǎn)的物聯(lián)，還需要設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)層和綜合應(yīng)用層。

3.1 網(wǎng)絡(luò)層的整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)使用CAN接口，實(shí)現(xiàn)以工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)互連，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的遠(yuǎn)程控制；當(dāng)不使用該功能時(shí)，總控制器控制現(xiàn)場(chǎng)工作。該功能通過(guò)遠(yuǎn)程登錄總控制中心來(lái)控制生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行，將現(xiàn)場(chǎng)的總控制器當(dāng)作一個(gè)服務(wù)器端接收命令，并且能夠?qū)γ钸M(jìn)行響應(yīng)，回傳數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖7所示。遠(yuǎn)端控制設(shè)備通過(guò)登錄總控制器來(lái)控制各個(gè)生產(chǎn)工藝部分，可以直接輸入指令來(lái)修改工藝參數(shù)，通過(guò)對(duì)總控制器的控制來(lái)間接達(dá)到對(duì)生產(chǎn)線的控制。

3.2 綜合應(yīng)用層的設(shè)計(jì)

綜合應(yīng)用層是便于操作者對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的操作而設(shè)計(jì)的人機(jī)交互程序，綜合應(yīng)用層中的控制對(duì)象有：退火的溫度及時(shí)間、磷化皂化及酸洗的各類(lèi)時(shí)間控制、冷拔速度的控制、物料運(yùn)輸?shù)膯⑼？刂频?。該部分還能夠反映現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作狀態(tài)。

4 智能系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

根據(jù)之前的設(shè)計(jì)方案，在現(xiàn)場(chǎng)采取了一系列的測(cè)試，用于驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，以及根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況安裝智能設(shè)備。

首先對(duì)物料追蹤進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)對(duì)標(biāo)簽內(nèi)填入無(wú)效值時(shí)，系統(tǒng)讀取到內(nèi)容，但是不作任何動(dòng)作，隨后將標(biāo)簽內(nèi)分別填上各個(gè)部分的內(nèi)容，物料運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)作。

退火時(shí)，將退火爐內(nèi)部的溫度調(diào)高或調(diào)低時(shí)，控制器能夠發(fā)出不同頻率的警報(bào)，同時(shí)控制退火爐的電機(jī)調(diào)節(jié)退火溫度，此時(shí)物料運(yùn)輸裝置在退火爐前等待，不會(huì)將物料運(yùn)入退火爐；退火爐溫度恢復(fù)正常時(shí)，物料被運(yùn)入退火爐，經(jīng)過(guò)了預(yù)定的時(shí)間后，物料被運(yùn)輸出來(lái)。在對(duì)磷化皂化以及酸洗的檢測(cè)時(shí)，整個(gè)設(shè)備能在預(yù)先制定的各個(gè)時(shí)間點(diǎn)做出相應(yīng)的動(dòng)作(將物料運(yùn)入/出、將在溶液中的物料翻動(dòng)、一定批次物料作用完之后發(fā)出提示警報(bào)等)。測(cè)量冷拔時(shí)，對(duì)虎頭鉗運(yùn)動(dòng)的速度進(jìn)行調(diào)試，在預(yù)定范圍內(nèi)運(yùn)行良好，超出范圍后發(fā)出警報(bào)。產(chǎn)品的檢測(cè)裝置能夠正常工作并統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量。

從檢測(cè)結(jié)果上看，整體上達(dá)到了預(yù)期的要求，但是在臨界值的處理上還有瑕疵，需要進(jìn)一步完善。

5 結(jié)束語(yǔ)

介紹一種應(yīng)用于鋼管冷拔工藝檢測(cè)的智能檢測(cè)方案，將各個(gè)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)為一個(gè)代理，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與上位機(jī)進(jìn)行通信，對(duì)物料也進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤，總體上實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的智能化。智能化的生產(chǎn)方式降低了人為因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，能夠?qū)ιa(chǎn)過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行快速的響應(yīng)，提高了產(chǎn)品的整體質(zhì)量。在實(shí)現(xiàn)物聯(lián)方面提出了構(gòu)想，在追求生產(chǎn)智能化的時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)也必將得到廣泛的應(yīng)用。

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