浅谈轮胎智能车间的智能制造

韩永刚

【摘 要】本文介绍了智能制造的概念及需求；介绍了轮胎智能制造车间的相关知识，介绍了轮胎设备数据采集的实例，介绍了自动物流的相关硬件，介绍了轮胎制造车间MES系统的数据信息，介绍了远程维护、远程实现监控数据及修改PLC程序的方案。

【关键词】智能制造；数据采集；MES系统；远程维护

一、智能制造的概述

工业4.0（工业的第4次革命）由德国政府《德国2020高技术战略》中所提出的十大未来项目之一，基于德国的工业4.0，我国李克强总理2015提出了“中国制造2025”宏大计划。

轮胎制造业这几年得到了飞快的发展，已经向智能制造迈出了坚实的步伐，我国多家轮胎公司通过现代传感技术、网络技术、自动化技术等先进技术的基础上，通过现场智能传感器、RFID、智能物流系统、设备数据采集系统、MES系统实现了初步的智能制造，正向智慧工厂前进。

二、数据采集，数据分析

智能制造离不开车间生产数据的支撑。在轮胎制造过程中，通过对轮胎制造设备数据的自动化采集、统计、分析和反馈，将结果用于改善制造过程，将大大提高制造过程的柔性和制造过程的集成性，从而提升轮胎生产过程的质量和效率。

在轮胎制造厂一般由材料准备车间、半制品车间、成型车间、硫化车间、检测车间、仓储车间，各车间数据的采集、汇总、分析是一个庞大的系统。轮胎制造的自动化，现场传感器是首当其冲担任着重要角色，诸如接近开关、光电开关、超声波传感器、激光传感器等，其作用相当于系统感受器官，能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境考验，是自动控制系统达到高水平的保证。如缺少这些传感器对系统状态和对信息精确而可靠的自动检测，系统的信息处理、控制决策等功能就无法谈及和实现。比如钢丝圈缠绕机构之所以能够准确操作，是因为它能够通过各种传感器来准确当前位置、运行速度、及作业环境的状态，所以传感器技术在很大程度上影响和决定着工业自动控制系统功能的实现，而这些传感器的数据信息通过PLC上传到数据库中，为车间下达指令起到指导作用。

下面我简单以钢丝圈缠绕机为例介绍一下单台设备的数据采集，设备的硬件系统组成是研华工控机、Rockwell 1756-L71PLC、PF40变频器、RKC温控仪表、超声波传感器。PLC系统通过以太网、RS485、数字量IO、模拟量模块，采集到了伺服电机的流量、变频器的故障代码、挤出机各加温段的温度、导开钢丝的剩余量、当前生产的产量，这些数据通过PLC保存到工控机的ACCESS数据库中。这些数据会对生产和维护起到很大的帮助作用，例如超声波传感器对钢丝的余量的反馈会指导钢丝仓储库发出需求，准备钢丝原材料，使生产连续化作业。以前需要操作工向班长报告，班长向钢丝仓储库索要，仓储部门查看库存，再向现场转运。而现在仓储库实时地知道了钢丝余量，钢丝快用完前提前把钢丝转运到现场，这样大大地提高了生产效率。

另外一个实例，钢丝圈缠绕机的4台牵引储存结构一样，设备PLC对4台牵引储存电机电流的实时数据采集，此数据反馈给了设备维保部门，通过数据采集，第4台电机的电流使用率高达80%，明显高于其它3台的40%，维保人员到现场查看，发现一轴承有异响，对此轴承进行了及时采购，三天后轴承到了并进行了更换，4台电流大致一样了。如果没有数據采集了的话，很难发现该隐患，届时势必造成轴承完全损坏并造成停产，给企业造成损失。

三、自动化物流

轮胎智能车间自动化物流是集光、机、电子一体的系统工程。它是把物流、信息流用计算机和现代信息技术集成在一起的系统。是充分利用各种机械和运输设备、计算机系统和综合作业协调等技术手段，通过对物流系统的整体规划及技术应用，使物流的相关作业高效、合理、快速、精准、可靠地完成物流的过程。

轮胎智能车间的半制品物料可以通过AGV（Automated Guided Vehicle）进行转运，例如胎面、带束层、内衬层、钢丝圈等半制品材料经AGV转运到各台成型机。AGV可以通过电磁导引，电磁导引是较为传统的导引方式之一，仍被许多系统采用，它是在AGV的行驶路径上埋设金属线，并在金属线加载导引频率，通过对导引频率的识别来实现AGV的导引。AGV也可以通过激光导引进行行走，激光导引是在AGV行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板，AGV通过激光扫描器发射激光束，同时采集由反射板反射的激光束，来确定其当前的位置和航向，并通过连续的三角几何运算来实现AGV的导引。AGV转运到成型机的半制品，通过射频识别 RFID（Radio Frequency Identification）系统，判断所来物料的准确性，达到物料的防纠错功能。

轮胎在成型机完成胎胚后，在卸胎器上进行贴条码，这样这个轮胎相当于有了“身份证”的识别号，后道工序通过读码器识别该轮胎，可对该轮胎进行转运、仓储、销售进行跟踪。

四、MES系统

轮胎智能制造离不开MES系统，MES即制造执行系统（manufacturing execution system，简称MES）是美国AMR公司（Advanced Manufacturing Research，Inc.）在90年代初提出的，旨在加强MRP计划的执行功能，把MRP计划同车间作业现场控制，通过执行系统联系起来。这里的现场控制包括PLC程控器、数据采集器、条形码、各种计量及检测仪器等。

轮胎制造车间的MES系统可以为轮胎制造企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块，为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。

轮胎制造MES系统与各设备进行通讯，与各设备采集到的数据进行交换，下达生产计划指令，MES一般有两种方式和设备进行数据交换：一种是通过设备的PLC，MES系统直接访问各PLC数据存储标签，进行数据交换；另一种是MES系统访问设备的工控机，设备PLC把数据存储到工控机数据库中，数据库类型可以是SQL server、oracle、access等，各有优缺点，各轮胎企业可以根据自身情况选择。

五、远程维护

轮胎的智能制造离不开远程维护，远程维护是一种新型的系统维护方法，该维护方法具有以下功能：第一，能够通过远程控制轮胎设备向维护人员提供设备的运行工况信息，因此维护人员能够及时了解系统当中出现的故障，方便于对自动化管理系统进行有效的维护；第二，远程维护方法能够使不同地域范围内的故障实现在线调试，当在线调试得以实现后，维护人员的工作量便能够得以少。第三，能够实现软件在线升级、参数在修改。实现方便于维护人员对自动化控制系统进行在线维护。第四，远程控制维护有及时、高效、经济、快捷的优点。

已经试验成功的远程维护案例是利用赛远公司生产的远程通讯模块SY-RSCM206和SY-RSCM360，通过internet网络远程连接现场成型机、缠绕机、裁断机等设备的PLC，可以远程对PLC程序进行升级、修改，可以对PLC程序远程监控、排除故障。

六、愿景

高端装备制造业是国家“十二五”规划提出的战略性新兴产业七大领域之一，其中智能制造装备是高端装备制造业的重点方向之一。希望早日实现轮胎制造由主要依靠规模增长的传统工业化道路向主要依靠技术进步和可持续发展的新型工业化道路转变，实现轮胎制造过程自动化、智能化。本文拙见，不当之处请赐教，如有雷同纯属巧合。

【参考文献】

[1]刘斌. 轮胎企业半制品车间制造执行系统的设计与实现[D].哈尔滨工业大学，2016.