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知識，介紹了輪胎設備數據采集的實例，介紹了自動物流的相關硬件，介紹了輪胎制造車間MES系統的數據信息，介紹了遠程維護、遠程實現監控數據及修改PLC程序的方案。

【關鍵詞】智能制造；數據采集；MES系統；遠程維護

一、智能制造的概述

工業4.0（工業的第4次革命）由德國政府《德國2020高技術戰略》中所提出的十大未來項目之一，基于德國的工業4.0，我國李克強總理2015提出了“中國制造2025”宏大計劃。

輪胎制造業這幾年得到了飛快的發展，已經向智能制造邁出了堅實的步伐，我國多家輪胎公司通過現代傳感技術、網絡技術、自動化技術等先進技術的基礎上，通過現場智能傳感器、RFID、智能物流系統、設備數據采集系統、MES系統實現了初步的智能制造，正向智慧工廠前進。

二、數據采集，數據分析

智能制造離不開車間生產數據的支撐。在輪胎制造過程中，通過對輪胎制造設備數據的自動化采集、統計、分析和反饋，將結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，從而提升輪胎生產過程的質量和效率。

在輪胎制造廠一般由材料準備車間、半制品車間、成型車間、硫化車間、檢測車間、倉儲車間，各車間數據的采集、匯總、分析是一個龐大的系統。輪胎制造的自動化，現場傳感器是首當其沖擔任著重要角色，諸如接近開關、光電開關、超聲波傳感器、激光傳感器等，其作用相當于系統感受器官，能快速、精確地獲取信息并能經受嚴酷環境考驗，是自動控制系統達到高水平的保證。如缺少這些傳感器對系統狀態和對信息精確而可靠的自動檢測，系統的信息處理、控制決策等功能就無法談及和實現。比如鋼絲圈纏繞機構之所以能夠準確操作，是因為它能夠通過各種傳感器來準確當前位置、運行速度、及作業環境的狀態，所以傳感器技術在很大程度上影響和決定著工業自動控制系統功能的實現，而這些傳感器的數據信息通過PLC上傳到數據庫中，為車間下達指令起到指導作用。

下面我簡單以鋼絲圈纏繞機為例介紹一下單臺設備的數據采集，設備的硬件系統組成是研華工控機、Rockwell 1756-L71PLC、PF40變頻器、RKC溫控儀表、超聲波傳感器。PLC系統通過以太網、RS485、數字量IO、模擬量模塊，采集到了伺服電機的流量、變頻器的故障代碼、擠出機各加溫段的溫度、導開鋼絲的剩余量、當前生產的產量，這些數據通過PLC保存到工控機的ACCESS數據庫中。這些數據會對生產和維護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指導鋼絲倉儲庫發出需求，準備鋼絲原材料，使生產連續化作業。以前需要操作工向班長報告，班長向鋼絲倉儲庫索要，倉儲部門查看庫存，再向現場轉運。而現在倉儲庫實時地知道了鋼絲余量，鋼絲快用完前提前把鋼絲轉運到現場，這樣大大地提高了生產效率。

另外一個實例，鋼絲圈纏繞機的4臺牽引儲存結構一樣，設備PLC對4臺牽引儲存電機電流的實時數據采集，此數據反饋給了設備維保部門，通過數據采集，第4臺電機的電流使用率高達80%，明顯高于其它3臺的40%，維保人員到現場查看，發現一軸承有異響，對此軸承進行了及時采購，三天后軸承到了并進行了更換，4臺電流大致一樣了。如果沒有數據采集了的話，很難發現該隱患，屆時勢必造成軸承完全損壞并造成停產，給企業造成損失。

三、自動化物流

輪胎智能車間自動化物流是集光、機、電子一體的系統工程。它是把物流、信息流用計算機和現代信息技術集成在一起的系統。是充分利用各種機械和運輸設備、計算機系統和綜合作業協調等技術手段，通過對物流系統的整體規劃及技術應用，使物流的相關作業高效、合理、快速、精準、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）進行轉運，例如胎面、帶束層、內襯層、鋼絲圈等半制品材料經AGV轉運到各臺成型機。AGV可以通過電磁導引，電磁導引是較為傳統的導引方式之一，仍被許多系統采用，它是在AGV的行駛路徑上埋設金屬線，并在金屬線加載導引頻率，通過對導引頻率的識別來實現AGV的導引。AGV也可以通過激光導引進行行走，激光導引是在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板，AGV通過激光掃描器發射激光束，同時采集由反射板反射的激光束，來確定其當前的位置和航向，并通過連續的三角幾何運算來實現AGV的導引。AGV轉運到成型機的半制品，通過射頻識別 RFID（Radio Frequency Identification）系統，判斷所來物料的準確性，達到物料的防糾錯功能。

輪胎在成型機完成胎胚后，在卸胎器上進行貼條碼，這樣這個輪胎相當于有了“身份證”的識別號，后道工序通過讀碼器識別該輪胎，可對該輪胎進行轉運、倉儲、銷售進行跟蹤。

四、MES系統

輪胎智能制造離不開MES系統，MES即制造執行系統（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MRP計劃的執行功能，把MRP計劃同車間作業現場控制，通過執行系統聯系起來。這里的現場控制包括PLC程控器、數據采集器、條形碼、各種計量及檢測儀器等。

輪胎制造車間的MES系統可以為輪胎制造企業提供包括制造數據管理、計劃排程管理、生產調度管理、庫存管理、質量管理、人力資源管理、工作中心/設備管理、工具工裝管理、采購管理、成本管理、項目看板管理、生產過程控制、底層數據集成分析、上層數據集成分解等管理模塊，為企業打造一個扎實、可靠、全面、可行的制造協同管理平臺。

輪胎制造MES系統與各設備進行通訊，與各設備采集到的數據進行交換，下達生產計劃指令，MES一般有兩種方式和設備進行數據交換：一種是通過設備的PLC，MES系統直接訪問各PLC數據存儲標簽，進行數據交換；另一種是MES系統訪問設備的工控機，設備PLC把數據存儲到工控機數據庫中，數據庫類型可以是SQL server、oracle、access等，各有優缺點，各輪胎企業可以根據自身情況選擇。

五、遠程維護

輪胎的智能制造離不開遠程維護，遠程維護是一種新型的系統維護方法，該維護方法具有以下功能：第一，能夠通過遠程控制輪胎設備向維護人員提供設備的運行工況信息，因此維護人員能夠及時了解系統當中出現的故障，方便于對自動化管理系統進行有效的維護；第二，遠程維護方法能夠使不同地域范圍內的故障實現在線調試，當在線調試得以實現后，維護人員的工作量便能夠得以少。第三，能夠實現軟件在線升級、參數在修改。實現方便于維護人員對自動化控制系統進行在線維護。第四，遠程控制維護有及時、高效、經濟、快捷的優點。

已經試驗成功的遠程維護案例是利用賽遠公司生產的遠程通訊模塊SY-RSCM206和SY-RSCM360，通過internet網絡遠程連接現場成型機、纏繞機、裁斷機等設備的PLC，可以遠程對PLC程序進行升級、修改，可以對PLC程序遠程監控、排除故障。

六、愿景

高端裝備制造業是國家“十二五”規劃提出的戰略性新興產業七大領域之一，其中智能制造裝備是高端裝備制造業的重點方向之一。希望早日實現輪胎制造由主要依靠規模增長的傳統工業化道路向主要依靠技術進步和可持續發展的新型工業化道路轉變，實現輪胎制造過程自動化、智能化。本文拙見，不當之處請賜教，如有雷同純屬巧合。

【參考文獻】

[1]劉斌. 輪胎企業半制品車間制造執行系統的設計與實現[D].哈爾濱工業大學，2016.