小粉料半自動精確稱量及數(shù)據(jù)溯源控制系統(tǒng)

趙 哲，艾文濤，和 燕

[1.北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計院有限公司，北京 100143；2.中國石油大學（華東） 新能源學院，山東 青島 266580]

近年來，隨著智能化、信息化產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，輪胎生產(chǎn)也發(fā)生了巨大變化，由原來注重產(chǎn)品產(chǎn)量變?yōu)楦幼⒅禺a(chǎn)品質(zhì)量。膠料性能是影響輪胎質(zhì)量的主要因素之一，而膠料性能的影響因素與其生產(chǎn)過程中的原材料配比有關(guān)，因此各原材料稱量的準確性和可追溯性越來越受到各方的關(guān)注[1]。

在輪胎膠料生產(chǎn)中，原材料稱量的準確性應(yīng)嚴格控制，其中小粉料如促進劑的稱量精度要求更高。目前，大部分小粉料采用自動小粉料秤實現(xiàn)自動稱量[2-3]，但某些小粉料用量很?。寇嚹z料的用量小于100 g），要求稱量誤差較?。?～2 g），采用手工稱量，無法通過自動小粉料秤實現(xiàn)自動稱量[4-6]，這些用量很小的小粉料（以下簡稱小粉料）稱量容易受到人為因素影響，出現(xiàn)稱量不合格的現(xiàn)象料，嚴重影響膠料的穩(wěn)定性和均一性[7-8]。

針對小粉料稱量精度的不確定性，為保證輪胎生產(chǎn)質(zhì)量，常規(guī)解決措施主要有工長巡查和使用前再次校驗小粉料質(zhì)量等。但是研究發(fā)現(xiàn)，這些措施并不能完全保證小粉料稱量的準確性。

針對小粉料稱量中的人為因素影響，本工作設(shè)計一種小粉料半自動精確稱量及數(shù)據(jù)溯源控制系統(tǒng)（簡稱小粉料半自動稱量系統(tǒng)），以保證小粉料稱量的準確性和后期輪胎質(zhì)量問題的可追溯性。

1 小粉料手工稱量的主要問題

目前，小粉料手工稱量受人為因素的影響而容易出現(xiàn)取錯料、稱量不準和物料混雜等情況，并且稱量過程一般都采用人工記錄，膠料及輪胎發(fā)生質(zhì)量問題時無法及時、準確地溯源。如何保證小粉料稱量的準確性是提升輪胎品質(zhì)面臨的首要問題。

小粉料手工稱量設(shè)備如圖1所示。

圖1 小粉料手工稱量設(shè)備Fig. 1 Manual weighing equipment of small amount of powder materials

1.1 小粉料手工稱量異常情況

小粉料手工稱量異常情況主要如下。

（1）在小粉料手工稱量時，由于很多小粉料外觀相似，操作人員會因疏忽而取錯料，造成誤稱物料的情況。

（2）在小粉料手工稱量時，操作人員常將多種小粉料稱量后存放在一個大袋子中，因為多種原因會發(fā)生稱量超量或欠量的情況。發(fā)生稱量異常后，操作人員往往直接從大袋子中將超量物料扒出或用當前物料補齊質(zhì)量，使整體質(zhì)量合格，但這會造成小粉料配比出錯的情況。

（3）在小粉料手工稱量時，操作人員往往只有一個稱量料勺，無論稱量何種物料都用同一個料勺，而取料過程中物料容易粘到料勺上，經(jīng)常造成不同物料混雜現(xiàn)象。

綜上所述，在小粉料手工稱量時，由于無法對這些問題有效管控，經(jīng)常發(fā)生輪胎膠料品質(zhì)異常的情況。

1.2 數(shù)據(jù)溯源困難

在輪胎生產(chǎn)中，某些異常的手工稱量小粉料常常投入生產(chǎn)使用，在后期膠料快檢甚至成品輪胎流入市場后才發(fā)現(xiàn)相關(guān)問題，而追溯質(zhì)量問題時，往往因為小粉料手工稱量過程缺乏有效的記錄，無法確定是哪袋小粉料、由誰稱量以及是因為小粉料質(zhì)量超出規(guī)定的公差范圍還是其它異常原因造成的，無法追溯到質(zhì)量問題的原因，從而影響問題的解決。

2 小粉料半自動稱量系統(tǒng)

為解決傳統(tǒng)小粉料手工稱量問題而開發(fā)的小粉料半自動稱量系統(tǒng)可以實現(xiàn)小粉料稱量的準確性、有效性和可追溯性。

2.1 基本架構(gòu)

小粉料半自動稱量系統(tǒng)基本架構(gòu)如圖2所示，稱量中心如圖3所示。

圖2 小粉料半自動稱量系統(tǒng)基本架構(gòu)示意Fig. 2 Basic structure of semi-automatic weighing system of small amount of powder materials

圖3 小粉料半自動稱量系統(tǒng)稱量中心示意Fig.3 Weighing center of semi-automatic weighing system of small amount of powder materials

從圖2可以看出，小粉料半自動稱量系統(tǒng)主要由上位機、PLC[9-11]、條碼槍、打碼機、稱量秤、校核秤、料倉秤[12-13]和執(zhí)行機構(gòu)等組成。

在實際生產(chǎn)時，操作人員首先通過MES獲取工單、生產(chǎn)配方、物料信息等生產(chǎn)數(shù)據(jù)[14-16]，然后按工單要求準備好物料，并將物料投入料倉工位內(nèi)。物料準備好后，操作人員先通過打碼機將條碼信息打到小粉料袋子上，再根據(jù)配方進行稱量。

2.2 物料防錯功能

本系統(tǒng)設(shè)置有物料防錯功能，針對該項功能的操作如下：操作人員首先從MES獲取物料條碼信息及有效期，再通過條碼槍對物料包進行掃碼，若物料不合格或超過使用期限，系統(tǒng)會進行聲光報警提示物料異常，并記錄操作人員姓名及操作時間；若物料合格則系統(tǒng)會將相應(yīng)的料倉轉(zhuǎn)到解包位，操作人員進行解包；解包過程中系統(tǒng)會通過料倉秤記錄料倉質(zhì)量，如果料倉質(zhì)量持續(xù)減小，系統(tǒng)會判定設(shè)備異常并記錄和報警，同時鎖定設(shè)備而無法操作，直到生產(chǎn)班長等有權(quán)限的管理人員進行解鎖，方可恢復(fù)操作；如果料倉質(zhì)量持續(xù)增大，則會完成正常解包。

2.3 稱量防錯功能

本系統(tǒng)設(shè)置有稱量防錯功能，針對該項功能的操作如下：系統(tǒng)自動將所需物料對應(yīng)料倉轉(zhuǎn)到取料位，操作人員用條碼槍掃描料倉條碼，此時系統(tǒng)將掃到的條碼與配方所需條碼做對比，若不一致則提示異常并進行聲光報警，若一致則系統(tǒng)自動將料倉升起并打開料倉鎖；為了防止料勺混用而發(fā)生物料混雜，打開料倉后操作人員要用條碼槍掃描料勺條碼，此時系統(tǒng)會將掃到的條碼與配方所需條碼做對比，若不一致則提示異常并進行聲光報警，若一致則系統(tǒng)可以進行正常稱量；在物料稱量過程中系統(tǒng)通過料倉秤判斷料倉質(zhì)量，若出現(xiàn)料倉質(zhì)量增大時，系統(tǒng)會判定設(shè)備異常并記錄和報警，同時鎖定設(shè)備，需管理員進行確認并解鎖才能繼續(xù)進行稱量工作。

另外，在物料稱量過程中如果稱量物料質(zhì)量不合格，稱量轉(zhuǎn)盤不會轉(zhuǎn)動到下一個稱量工位，并且報警，提醒操作人員處理前面的單料。物料稱量合格后，后面的校核秤再次校核此單料質(zhì)量，如果檢驗不合格，電機反轉(zhuǎn)，系統(tǒng)記錄此單料異常并人工取出，當做廢料處理。

2.4 數(shù)據(jù)追溯功能

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)追溯功能使用如下：在物料稱量前，操作人員對小粉料袋子打印條碼，并將此條碼記錄在稱量報表內(nèi)；物料稱量異?；蚍Q量完畢后，將實際稱量信息與小粉料袋子條碼進行綁定，存在稱量報表中，并將數(shù)據(jù)傳到MES，方便其它工序查詢與使用。

操作和稱量信息可保留6個月以上。

3 小粉料半自動稱量系統(tǒng)的實際應(yīng)用

目前本小粉料半自動稱量系統(tǒng)已在某輪胎廠投入使用，使用狀況如圖4所示。

圖4 小粉料半自動稱量系統(tǒng)投廠使用狀況Fig.4 Application status of semi-automatic weighing system of small amount of powder materials in plant

在實際生產(chǎn)中，使用條碼槍掃描小粉料袋子上的條碼（見圖5），可以保證所稱量小粉料的有效性；通過掃描儲料倉上的條碼（見圖6）進行二次驗證，可有效防止因為設(shè)備執(zhí)行機構(gòu)異常造成取錯料的情況；通過掃描料勺上的條碼（見圖7）可以保證專勺專用，杜絕因料勺混用造成物料混雜的可能性；通過校核秤對稱量好的物料進行二次校核，可保證稱量數(shù)據(jù)的準確性。之后，本系統(tǒng)自動生成操作報表，同時將稱量數(shù)據(jù)與袋子條碼綁定并自動生成稱量報表，異常報警系統(tǒng)自動生成報警報表，這些報表進行本地記錄并同步傳至MES，這樣方便后期其他工序調(diào)用小料稱量信息，當異常情況發(fā)生時也可以追溯數(shù)據(jù)。

圖5 條碼槍對小粉料條碼的掃描Fig.5 Scanning of small amount of powder materials barcode by barcode gun

圖6 條碼槍對料倉條碼的掃描Fig.6 Scanning of storage silo barcode by barcode gun

圖7 料勺條碼Fig.7 Spoon barcode

實際使用表明：本系統(tǒng)對小粉料稱量過程可進行有效管控，防止異常小粉料投入生產(chǎn)使用；通過系統(tǒng)生產(chǎn)報表或MES，可準確查詢各種小粉料的稱量數(shù)據(jù)，可為后期數(shù)據(jù)溯源提供支持。

4 結(jié)語

小粉料半自動稱量系統(tǒng)具有物料防錯功能、稱量防錯功能和數(shù)據(jù)追溯功能。

該系統(tǒng)不僅可以提高小粉料稱量的準確性，而且可以實時記錄稱量過程數(shù)據(jù)，有助于提高輪胎質(zhì)量及后期質(zhì)量問題的數(shù)據(jù)溯源。

實際工廠使用表明，此系統(tǒng)可以對小粉料稱量過程進行有效管控，具有有效性。