半钢子午胎新增外检自动分拣系统

孟烁，姜波，马强

(桦林佳通轮胎有限公司，黑龙江 牡丹江 157400)

本文主要介绍该项目自主设计及相关安装、运行技术要求等。该项目以日产18 000条半钢胎为基础，从硫化地下通道出口自动输送至分检区域为起点，到自动修剪、人工外检、机检及免检成品胎自动入库输送线卸胎点为终点，同时配备相应的电器控制系统和软件系统，实现完整物流自动化和信息化控制而结束，图1为方案设计施工图。

图1 方案设计施工图

1 设备技术参数与配置要求

基础数据如表1所示。

（1）现半钢机检成品胎共有四个等级。其中：1个品号有4个等级，2个品号有3个等级，其余品号只有1个等级（未来可能增加）。

（2）现半钢厂房未来规划最大日产18 000条，每天成品胎规格品号总数为：50＋（3＋2×2）＝57种。

（3）外检等级为3种：a.合格品、b.修品、c.废品。

（4）机检（UF、DB、X）等级，根据不同客户要求，分类如下：

①【A客户】OE（配套商）：实心圆●、空心圆○、实心三角▲。

②【B客户】OE（配套商）：实心圆●、空心圆○。

③【C客户】OK（替换零售）：实心正方形■。

④ DX废品。

表1 基础数据

1.1 现有试验机多阶轮辋检测范围，由东至西如下：

1#国际计测复合机： 15″—16″。

1#国际计测动平衡+阿克隆均匀性：13″。

2#国际计测动平衡+均匀性： 14″—15″。

3#国际计测动平衡+均匀性： 15″—16″。

目前，半钢轮胎暂时未生产19″、20″及22″规格，12″、17″规格是通过更换1#复合机轮辋进行相关检测。设备能力如表2所示。

表 2 设备能力

1.2 其它数据及要求：成品胎外检、机检流程

（1）成品外检自动分检流程如图2所示。

（2）外检员工将合格品放在1#输送辊道上，通过自动扫码装置读取成品胎信息，按每条动、均试验机检测线机检节拍和要求的规格品号，自动输送至每条检测线进行机检；免检胎自动入库；白边胎自动输送至磨白边机暂存区；扫码异常胎自动输送至修品区待处理。

（3）将修品胎放在2#输送辊道上，自动输送至修品区待处理。修品和扫码异常胎重新处理合格后由运输链运至分检辊道（条码显示修转正）。

图 2 成品外检、机检流程图

（4）将废品胎放在2#输送辊道，自动输送至修品区人工定点存放。废品胎经隔日复检后，升级品同修品方式处理，仍判废则人工转运废品区（条码显示判转正）。

1.3 白边胎

（1）白边胎每天最多800条。

（2）外检合格白边胎全部输送至磨白边机附近的暂存区，打磨出白字后检查并涂保护液。

（3）检查合格后一部分直接入库，机检抽检白边胎手工分配，不合格按流程处理。

1.4 扫码异常品、修品、废品

（1）扫码异常胎由硫化进行补码后，外检补扫。

（2）修品最高比例8%，每天修品量约：8%×18 000=1 440条/天。

（3）废品比例0.5%，每天废品量约：0.5%×18 000=90条/天。

（4）废品隔日复检合格率占废品量比例约20%，即：90×20%=18条/天。

1.5 机检胎

（1）机检不合格品（＜2%）人工集中存放于每个机台旁，待隔日手工复测。

（2）机检胎每天最多60%。

1.6 试验机

更换规格间隔时间约为0.5 h/台（如实现混检，则不需要更换规格时间）。

2 现成品外检、机检区设备

机检区设备平面布置如图3所示。东西长约78 m，南北长约36 m，南北地面至屋顶最低点为7.6 m，中间地面至屋顶最高点9.3 m。

图 3 机检区设备平面布置图

3 现成品外检、机检区拟实现自动分检

自动分检设备平面布置方案如图4所示。

图 4 自动分检设备平面布置方案示意图

4 外检分拣部分技术要求

设计规划和施工时，应根据现场设备的布局进行方案设计，如方案需要可适当调整（主要指2台磨白边机和修补设备）。制订满足外检、机检工艺技术要求的物流方案，具体实施方案须经确认后进行施工，再根据现场外检、机检工艺流程与检测的要求，优化设备布置与检测顺序。选用相应的物流线体、软件以及电器控制、扫描等系统。以最简线体、最合理的缓存，实现半钢胎的自动输送、自动修剪、人工外检、人工修边、自动分拣、自动检测及入库（含北库和东库）。

为满足输送需求，要求与硫化地下通道出口接取的输送线速度不低于30 m/min。应根据现场未来规划最高日产18 000条的实际硫化节拍进行接取速度的设计。为确保未来最高日产18 000条硫化成品的畅通，由硫化地下通道出口至修剪机之间应增加足够长度的缓冲线体。设置合适的人工外检工位数，并方便外检操作、取胎及放胎。所配置的全自动修剪机数量必须满足最大日产18 000条的需求，并确保修剪机出现故障时不能影响硫化正常生产输送及正常外检等工作。同时需要增加1台半自动修剪机，用于雪地胎和应急备用，在修剪前增加一套自动扫码装置，用于识别雪地胎并自动分流至半自动修剪机；并可根据生产任务的要求，自动实现优化，使每台修剪机达到最高使用效率。保留现磨白边存放区，修补区在其南侧。修补并外检合格后，人工上线并自动返回分检辊道进入扫码分检系统。

在确保不破坏厂房结构及强度的基础上，所有靠近墙体线体的立柱应紧靠墙体或利用墙体做支撑，以最大限度地减少地面空间立柱的数量。钢平台上线体下方为防护网，检修通道采用3 mm花纹钢板及符合国家标准的安全护栏。线体驱动装置应设置在易于检修的位置。

为确保新增试验设备的运输及防火通道的要求，需要通道为：高度3.5m以上，宽度为3m以上；通道走向为：入口为现成品外检区西门，南转至外检区南墙，东转至外检区硫化地下通道出口，试验机预留位置（复合机和空位）运输通道出口也必须满足上述要求。在分流至试验机前段的环线上增设扫码异常出口，造成异常原因是：条码角度被光线等干扰。该异常胎极少，直接放置在钢平台上待人工处理合格后重新上线。为确保现有入库原则：按规格品号分类至一定数量后统一入库，使库房分拣人员统一收取上架。

需在机检和免检入库前增加轮胎缓存，达到一定数量后统一入库。库房现有三种货架存放量为：40条、36条和32条。应根据现场情况，在不影响现库房分拣上架的前提下，确定机检和免检胎在入库前缓存的数量。入库前归类原则是：量大离入库入口近。增加一条东库输送线，使机检或免检胎按上位机选择的规格品号自动分流至东库。在不影响现厂房各种运输通道畅通的前提下，该输送线走向应全部在厂房内部，且充分利用厂房内的空间而不影响现有各通道畅通（可架空，但其下方须设防护网）。成品胎经输送线自动输送、拨胎、扫码、存储、分拣等整个过程中，须确保成品胎外观不受损伤。输送线上设有距离调整机构，保证条码逐条读取及输送线上的拨胎等机构正常运转。

输送线可根据各段、各节点动作的具体需求，选择辊筒、输送带、模块带等输送方式，输送线的单段长度≤14 m，采用单段分别控制方式，根据业务关联性划分并设定一定数量的区域总控制，整个输送系统设定一个总控制站。辊筒选用湖州德玛产品，输送带选用厚度不超过4 mm的低伸张产品，模块带选用英特乐（Intralox）产品。输送线的安装牢固稳定，运行平稳流畅，无晃动、跑偏、卡顿、卡死等不良现象。输送线各动力传动部件、零件等必须有安全防护装置，防护装置要求易拆装，便于后期维护保养。

经人工外验、人工修边合格后的成品胎，在输送线合适位置安装条码自动扫描装置，确保实现成品胎按机检胎、免检胎、白边胎、扫码异常胎（包括检查员漏扫不能入库，修、废品状态，品号不符、无生产信息、条码压辊花、文字、条码划伤、破损）等原则自动分流至相应通道，要求分拣准确率100%，条码读取率≥99.99%。

（1）机检胎按每条均匀性UF&动平衡DB、动均复合机UB、X光机检测线机检节拍和要求的规格品号，自动输送至每条检测线进行机检。

（2）免检胎自动输送至入库通道。

（3）白边胎自动输送至磨白边机附近；在通道末端要有足够空间供白边胎的存储、打磨和处理。合格白边胎分别各有一条分配机检通道和一条分配入库通道，系统自动满足UF&DB机检率每天不少于100条，X光机每天抽检率10%的要求（从设置机检总量中留出白边胎机检份额，并可提示人工将合格白边胎分流至机检通道。检测无输送任务或每天达到机检数量时，则该通道自动关闭或停运）。

（4）扫码异常胎自动输送至异常处理通道。在通道末端要有充足空间供异常胎的存储和处理。在自动扫码系统前端要有一条重新上线通道，异常处理合格的成品胎可在此处重新上线，并实现自动扫码、自动分拣。此通道要靠近异常胎处理区，便于作业员处理。

（5）外观检查扫描功能及方式与现有方式相同。轮胎入库后应设置入库暂存区保证外检扫描后轮胎的品质信息从条码服务器同步至老条码服务器的时间（大概15 min），来做入库扫描的验证。当输送线整线或单点出现意外停止，或者上下工序出现意外状况时，系统必须有成熟的应急方案予以应对，需相关人员进行应急方案处理的培训，并有应急方案处理方法的详细说明。整体方案设计时，必须考虑现场保留足够的标准物流通道及人员疏散通道。设备正常运行时，噪音要求：距设备1米范围内测量不大于70dB(A)。

5 自动扫码分拣与机检系统技术要求

在4条检测试验机生产线UF、DB、UB入口前端增加一只读码器，读码器景深高度可覆盖幅宽为105~305 mm范围内的轮胎，读码率≥99.99%。工控机上位机软件更新，同时可与局域网连接，可实现检测数据与条码匹配，所生成的检测数据统一成标准格式报表。实现数据联网进行数据交换、上传等功能。

经自动扫码装置扫码合格后的轮胎，根据各检测线检测规格、节拍、设备状态等规则，指导分拣系统自动分流至每台UF&DB、UB、X光机；指导分拣系统自动将白边胎分流至磨白边机暂存区，指导分拣系统自动将免检胎分流至入库通道。自动扫码数据可存储在现场电脑并自动上传至工厂服务器，可实现按每个机检机台和所有规格品号进行分类和统计。

轮胎输送线自动扫码与检测设备之间能双向通讯，即自动扫码系统及各检测线试验设备间均应具备此功能，确保每条成品胎UF检测数据传输给DB是一一对应，并可存储、上传至新增服务器，实现数据统计与分析(图5 DoDMES分拣系统平台)。确保UF和DB检测轮胎的数据一一对应的方式是：可在UF和DB试验机前均增加条码扫描装置，但会增加一倍的费用。因此，为降低费用，且仍确保UF和DB检测轮胎的数据一一对应，其间辊道不但要缩短并改为直线动力辊道，而且还需将UF检测不合格品在DB后下线（DB可不检UF不合格品，仅作为过渡通道）；而为避免其间人为取胎或放胎等干扰，应增加光电防护报警装置。每条（UF&DB、UB、X）检测线机检品号、数量等数据可在现场电脑触屏上进行设置和修改，并自动反馈至外检输送线自动扫码装置，用于指导分流。

按规则分流给X光检测的成品胎，应按X光机最大检测能力计算。经X光检测后合格的成品胎按规则需再分配给UF&DB、UB或直接入库；X光试验机检测不合格品自动下线并由人工集中存放于机台旁，待隔日人工上线复检。其软、硬件等均包含在所确定的改造系统内。由UF和DB组成的检测线，先检UF、后检DB。UF和DB机检均合格的轮胎，自动进入入库通道并使打印标识在输送带上自动朝上放置；UF或DB机检不合格的轮胎自动在DB后下线并由人工集中存放于机台旁，待隔日人工上线复测。

每条检测线前端存储辊道，在保证该检测线连续正常工作的同时，必须保证剩余空间大于自动扫码系统按规格分配至各检测线分流通道之间轮胎的数量。当某个检测线出现故障或人为要求停机时，自动报警并发出指令通知外检输送线自动扫码系统按规则取消该检测线检测轮胎的分流量，并自动分流至免检入库通道；同时，将自动扫码系统与进入故障检测线通道之间的需该检测线检测的轮胎全部自动进入该通道后再自动关闭。当确认故障消除并人为要求打开该通道时，系统自动发出指令通知外检输送线自动扫码系统按规则恢复该检测线检测轮胎的分流量（该规则适用于隔日人工复测及技术部门处理试验胎、对策胎的要求）。

现有试验设备实现检测数据的自动记录、自动储存改造，实现无纸化，降低操作工的劳动强度，使检测数据与条码一一匹配。现场可考虑设置缓冲服务器，但必须要能与工厂服务器间双向通讯。必须有保护功能：当意外断电/断风时，确保所有输送线上成品胎的相关数据不会丢失。分拣输送系统要设有安全防护栏，并配置防护光幕，当工作人员进入光幕保护区时，系统会强制关机（设置保护），并自动报警。每套安全防护栏至少设有一扇常闭式出入口（设置检测开关），供维护保养、异常处理等情况使用。分拣系统DoDMES平台界面如图5所示。

图5 分拣系统DoDMES平台

6 硬件系统架构及相关要求

可考虑在现场设置缓冲服务器，但必须要能与工厂服务器间双向通讯。

为达到分检的目的，可读取生产轮胎的规格品号。新增加一台服务器（暂时命名为半钢机检服务器，为双机热备加磁盘阵列存储形式，磁盘阵列与服务器的物理连接应采用专用数据线连接，磁盘阵列及服务器应采用双电源供电。操作系统为WINDOWS2008，数据库为ORACLE11）定时从总部条码服务器抓取生产信息（条码、品号、描述等），自动分拣系统从新增加的服务器读取条码对应的轮胎规格并做自动分拣。利用现有手持扫码枪（PDA）及外检模式（外检—修边—扫码登录）和返修模式（扫码确认修补内容—打磨/热填胶—外检）。

外检不需要触摸屏平板电脑,通过新增的半钢机检服务器读取轮胎条码的硫化信息。需要提供小MES系统所需的硬件（半钢机检服务器、PC、工控机、UPS、机柜、交换机、网线、无线AP等）和软件，

再通过新增的半钢机检服务器读取轮胎条码的硫化信息。与半钢机检服务器和各试验机通讯对接，采用PC和中间表形式通讯。对于各试验机所需的抽检比例设定，要求在工控机中提供可人工设定的界面。

7 软件接口及相关要求

现网络为局域网，网络规范为：思科100M，终端为新大陆PT8000，现手持扫码枪为新大陆操作系统。系统的数据库应开放，以便信息系统可实时交互所需要的数据。

8 检测管理

根据成品胎规格、机检等级、生产时间、检验时间、检测机台号等信息组合生成相应的分拣等级；对应规则支持批量导入，并提供手工修订、调整的界面。

系统具备入库拦截功能，拦截规则与信息系统交互。

9 应用软件安全性要求

关于试验机升级改造后：设备上位机可按使用要求生成规定的动平衡、均匀性（国际计测、美国阿克隆）、动均复合机单台数据、重复性数据格式。均匀性试验机可将条码信息及轮胎规格品号信息发送至后端动平衡机上。设备的上位机中可实时反映设备运行状态参数。上位机作为设备与服务器的接口，接口点是计算机的以太网口，传送方式：计算机做文件传输协议（FTP）服务器或共享。网络正常及异常时处理（RDB01/RDB02/RDU01、RUF02）：当网络正常时，DB/UF/UB获取轮胎条码后，通过上位机上传至服务器（PCS）/本地服务器(实时将开放服务器（PCS）的代码、PASSWORD)，服务器（PCS）/本地返回条码对应的轮胎品号，DB/UF/UB上位机软件在获取轮胎品号后可自动寻找对应品号轮胎的检测参数表，实现轮胎混检功能（所谓混检是指在不需要更换轮辋的情况下，可检测相同子口直径、不同幅宽和花纹的轮胎），DB/UF/UB测试完成后其上位机将单台数据（条码已匹配）适时发送至服务器（PCS）/本地服务器（指定的服务器路径及地址中保存），当服务器（PCS）/本地服务器接收到数据后，上位机具有数据接收成功的提示信息（混检功能可选择）。

当网络异常时，DB/UF/UB读取条形码后无法与服务器进行数据交换，DB/UF/UB上位机需有报警提示并停机功能。但DB/UF/UB上位机软件需具备人工选择轮胎参数表检测对应轮胎的功能，以便网络异常时可正常检测，检测的数据（已与条码匹配）临时储存在上位机中，当网络正常时，存储的数据可自动上传服务器（PCS）/本地服务器中。升级改造后的设备上位机具有与服务器（PCS）进行数据交互的功能。DB/UF/UB获取条码（读码器读取）——DB/UF/UB的上位机上传条码信息至服务器——上层服务器返回条码对应的轮胎规格品号信息——自动调取对应规格品号的检测参数表（网络异常时人工调用参数表）——DB/UF/UB自动检测——轮胎检测结束后——上位机将单胎检测数据上传至服务器。DB/UF/UB的上位机联网后，上层网络的授权用户可修改/增加DB/UF/UB上位机中的检测参数表。

注：DB-动平衡试验机、UF-均匀性试验机、UB-动均复合机

10 结束语

自动分拣系统项目自运行至今已有两年时间，主要分为现场机械运转部分与MES系统软件部分。

（1）现场机械部分：各机械机械辊筒、辊道及电气运转较正常。

（2）MES软件部分优点：现在MES系统可实时监控并提供所有轮胎的机检数据，同时，提供每天轮胎入北库和东库的库存量。可实时查询轮胎从硫化、外检、机检、免检入库的各项信息，为工厂在轮胎自动化方面走出第一步，图6为项目实施效果图。MES系统提供轮胎分拣基础数据信息、抽检规则并批量导入界面，取消了手工录入、修订、调整界面，使机检和外检数据保存至本地服务器。服务器条码系统为Oracle11数据库，数据接口方式为自动读取数据表，服务器条码系统提供访问数据库表结构、地址和访问权限。MES系统也集成了WINCC系统，可实时监控现场所有设备运行情况，通过现场PLC数据传送实时监控现场设备运行状况，WINCC人机界面（图7）是在生产和过程自动化中解决可视化和控制任务的工业技术中性系统。它提供了适用于工业的图形显示、消息、归档以及报表的功能模板。高性能的过程耦合、快速的画面更新、以及可靠的数据使其具有高度的实用性。

图6 项目实施效果图

图7 WINCC人机界面