淺談輪胎智能車間的智能制造

韓永剛

【摘 要】本文介紹了智能制造的概念及需求；介紹了輪胎智能制造車間的相關(guān)知識(shí)，介紹了輪胎設(shè)備數(shù)據(jù)采集的實(shí)例，介紹了自動(dòng)物流的相關(guān)硬件，介紹了輪胎制造車間MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，介紹了遠(yuǎn)程維護(hù)、遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及修改PLC程序的方案。

【關(guān)鍵詞】智能制造；數(shù)據(jù)采集；MES系統(tǒng)；遠(yuǎn)程維護(hù)

一、智能制造的概述

工業(yè)4.0（工業(yè)的第4次革命）由德國政府《德國2020高技術(shù)戰(zhàn)略》中所提出的十大未來項(xiàng)目之一，基于德國的工業(yè)4.0，我國李克強(qiáng)總理2015提出了“中國制造2025”宏大計(jì)劃。

輪胎制造業(yè)這幾年得到了飛快的發(fā)展，已經(jīng)向智能制造邁出了堅(jiān)實(shí)的步伐，我國多家輪胎公司通過現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過現(xiàn)場智能傳感器、RFID、智能物流系統(tǒng)、設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了初步的智能制造，正向智慧工廠前進(jìn)。

二、數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)分析

智能制造離不開車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)的支撐。在輪胎制造過程中，通過對輪胎制造設(shè)備數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集、統(tǒng)計(jì)、分析和反饋，將結(jié)果用于改善制造過程，將大大提高制造過程的柔性和制造過程的集成性，從而提升輪胎生產(chǎn)過程的質(zhì)量和效率。

在輪胎制造廠一般由材料準(zhǔn)備車間、半制品車間、成型車間、硫化車間、檢測車間、倉儲(chǔ)車間，各車間數(shù)據(jù)的采集、匯總、分析是一個(gè)龐大的系統(tǒng)。輪胎制造的自動(dòng)化，現(xiàn)場傳感器是首當(dāng)其沖擔(dān)任著重要角色，諸如接近開關(guān)、光電開關(guān)、超聲波傳感器、激光傳感器等，其作用相當(dāng)于系統(tǒng)感受器官，能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境考驗(yàn)，是自動(dòng)控制系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。如缺少這些傳感器對系統(tǒng)狀態(tài)和對信息精確而可靠的自動(dòng)檢測，系統(tǒng)的信息處理、控制決策等功能就無法談及和實(shí)現(xiàn)。比如鋼絲圈纏繞機(jī)構(gòu)之所以能夠準(zhǔn)確操作，是因?yàn)樗軌蛲ㄟ^各種傳感器來準(zhǔn)確當(dāng)前位置、運(yùn)行速度、及作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，所以傳感器技術(shù)在很大程度上影響和決定著工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，而這些傳感器的數(shù)據(jù)信息通過PLC上傳到數(shù)據(jù)庫中，為車間下達(dá)指令起到指導(dǎo)作用。

下面我簡單以鋼絲圈纏繞機(jī)為例介紹一下單臺(tái)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，設(shè)備的硬件系統(tǒng)組成是研華工控機(jī)、Rockwell 1756-L71PLC、PF40變頻器、RKC溫控儀表、超聲波傳感器。PLC系統(tǒng)通過以太網(wǎng)、RS485、數(shù)字量IO、模擬量模塊，采集到了伺服電機(jī)的流量、變頻器的故障代碼、擠出機(jī)各加溫段的溫度、導(dǎo)開鋼絲的剩余量、當(dāng)前生產(chǎn)的產(chǎn)量，這些數(shù)據(jù)通過PLC保存到工控機(jī)的ACCESS數(shù)據(jù)庫中。這些數(shù)據(jù)會(huì)對生產(chǎn)和維護(hù)起到很大的幫助作用，例如超聲波傳感器對鋼絲的余量的反饋會(huì)指導(dǎo)鋼絲倉儲(chǔ)庫發(fā)出需求，準(zhǔn)備鋼絲原材料，使生產(chǎn)連續(xù)化作業(yè)。以前需要操作工向班長報(bào)告，班長向鋼絲倉儲(chǔ)庫索要，倉儲(chǔ)部門查看庫存，再向現(xiàn)場轉(zhuǎn)運(yùn)。而現(xiàn)在倉儲(chǔ)庫實(shí)時(shí)地知道了鋼絲余量，鋼絲快用完前提前把鋼絲轉(zhuǎn)運(yùn)到現(xiàn)場，這樣大大地提高了生產(chǎn)效率。

另外一個(gè)實(shí)例，鋼絲圈纏繞機(jī)的4臺(tái)牽引儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)一樣，設(shè)備PLC對4臺(tái)牽引儲(chǔ)存電機(jī)電流的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，此數(shù)據(jù)反饋給了設(shè)備維保部門，通過數(shù)據(jù)采集，第4臺(tái)電機(jī)的電流使用率高達(dá)80%，明顯高于其它3臺(tái)的40%，維保人員到現(xiàn)場查看，發(fā)現(xiàn)一軸承有異響，對此軸承進(jìn)行了及時(shí)采購，三天后軸承到了并進(jìn)行了更換，4臺(tái)電流大致一樣了。如果沒有數(shù)據(jù)采集了的話，很難發(fā)現(xiàn)該隱患，屆時(shí)勢必造成軸承完全損壞并造成停產(chǎn)，給企業(yè)造成損失。

三、自動(dòng)化物流

輪胎智能車間自動(dòng)化物流是集光、機(jī)、電子一體的系統(tǒng)工程。它是把物流、信息流用計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代信息技術(shù)集成在一起的系統(tǒng)。是充分利用各種機(jī)械和運(yùn)輸設(shè)備、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和綜合作業(yè)協(xié)調(diào)等技術(shù)手段，通過對物流系統(tǒng)的整體規(guī)劃及技術(shù)應(yīng)用，使物流的相關(guān)作業(yè)高效、合理、快速、精準(zhǔn)、可靠地完成物流的過程。

輪胎智能車間的半制品物料可以通過AGV（Automated Guided Vehicle）進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，例如胎面、帶束層、內(nèi)襯層、鋼絲圈等半制品材料經(jīng)AGV轉(zhuǎn)運(yùn)到各臺(tái)成型機(jī)。AGV可以通過電磁導(dǎo)引，電磁導(dǎo)引是較為傳統(tǒng)的導(dǎo)引方式之一，仍被許多系統(tǒng)采用，它是在AGV的行駛路徑上埋設(shè)金屬線，并在金屬線加載導(dǎo)引頻率，通過對導(dǎo)引頻率的識(shí)別來實(shí)現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。AGV也可以通過激光導(dǎo)引進(jìn)行行走，激光導(dǎo)引是在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板，AGV通過激光掃描器發(fā)射激光束，同時(shí)采集由反射板反射的激光束，來確定其當(dāng)前的位置和航向，并通過連續(xù)的三角幾何運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。AGV轉(zhuǎn)運(yùn)到成型機(jī)的半制品，通過射頻識(shí)別 RFID（Radio Frequency Identification）系統(tǒng)，判斷所來物料的準(zhǔn)確性，達(dá)到物料的防糾錯(cuò)功能。

輪胎在成型機(jī)完成胎胚后，在卸胎器上進(jìn)行貼條碼，這樣這個(gè)輪胎相當(dāng)于有了“身份證”的識(shí)別號(hào)，后道工序通過讀碼器識(shí)別該輪胎，可對該輪胎進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)、倉儲(chǔ)、銷售進(jìn)行跟蹤。

四、MES系統(tǒng)

輪胎智能制造離不開MES系統(tǒng)，MES即制造執(zhí)行系統(tǒng)（manufacturing execution system，簡稱MES）是美國AMR公司（Advanced Manufacturing Research，Inc.）在90年代初提出的，旨在加強(qiáng)MRP計(jì)劃的執(zhí)行功能，把MRP計(jì)劃同車間作業(yè)現(xiàn)場控制，通過執(zhí)行系統(tǒng)聯(lián)系起來。這里的現(xiàn)場控制包括PLC程控器、數(shù)據(jù)采集器、條形碼、各種計(jì)量及檢測儀器等。

輪胎制造車間的MES系統(tǒng)可以為輪胎制造企業(yè)提供包括制造數(shù)據(jù)管理、計(jì)劃排程管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、庫存管理、質(zhì)量管理、人力資源管理、工作中心/設(shè)備管理、工具工裝管理、采購管理、成本管理、項(xiàng)目看板管理、生產(chǎn)過程控制、底層數(shù)據(jù)集成分析、上層數(shù)據(jù)集成分解等管理模塊，為企業(yè)打造一個(gè)扎實(shí)、可靠、全面、可行的制造協(xié)同管理平臺(tái)。

輪胎制造MES系統(tǒng)與各設(shè)備進(jìn)行通訊，與各設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃指令，MES一般有兩種方式和設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換：一種是通過設(shè)備的PLC，MES系統(tǒng)直接訪問各PLC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)簽，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；另一種是MES系統(tǒng)訪問設(shè)備的工控機(jī)，設(shè)備PLC把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到工控機(jī)數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫類型可以是SQL server、oracle、access等，各有優(yōu)缺點(diǎn)，各輪胎企業(yè)可以根據(jù)自身情況選擇。

五、遠(yuǎn)程維護(hù)

輪胎的智能制造離不開遠(yuǎn)程維護(hù)，遠(yuǎn)程維護(hù)是一種新型的系統(tǒng)維護(hù)方法，該維護(hù)方法具有以下功能：第一，能夠通過遠(yuǎn)程控制輪胎設(shè)備向維護(hù)人員提供設(shè)備的運(yùn)行工況信息，因此維護(hù)人員能夠及時(shí)了解系統(tǒng)當(dāng)中出現(xiàn)的故障，方便于對自動(dòng)化管理系統(tǒng)進(jìn)行有效的維護(hù)；第二，遠(yuǎn)程維護(hù)方法能夠使不同地域范圍內(nèi)的故障實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試，當(dāng)在線調(diào)試得以實(shí)現(xiàn)后，維護(hù)人員的工作量便能夠得以少。第三，能夠?qū)崿F(xiàn)軟件在線升級(jí)、參數(shù)在修改。實(shí)現(xiàn)方便于維護(hù)人員對自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行在線維護(hù)。第四，遠(yuǎn)程控制維護(hù)有及時(shí)、高效、經(jīng)濟(jì)、快捷的優(yōu)點(diǎn)。

已經(jīng)試驗(yàn)成功的遠(yuǎn)程維護(hù)案例是利用賽遠(yuǎn)公司生產(chǎn)的遠(yuǎn)程通訊模塊SY-RSCM206和SY-RSCM360，通過internet網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程連接現(xiàn)場成型機(jī)、纏繞機(jī)、裁斷機(jī)等設(shè)備的PLC，可以遠(yuǎn)程對PLC程序進(jìn)行升級(jí)、修改，可以對PLC程序遠(yuǎn)程監(jiān)控、排除故障。

六、愿景

高端裝備制造業(yè)是國家“十二五”規(guī)劃提出的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)七大領(lǐng)域之一，其中智能制造裝備是高端裝備制造業(yè)的重點(diǎn)方向之一。希望早日實(shí)現(xiàn)輪胎制造由主要依靠規(guī)模增長的傳統(tǒng)工業(yè)化道路向主要依靠技術(shù)進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展的新型工業(yè)化道路轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)輪胎制造過程自動(dòng)化、智能化。本文拙見，不當(dāng)之處請賜教，如有雷同純屬巧合。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉斌. 輪胎企業(yè)半制品車間制造執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2016.