物聯網技術在橡膠工業智能制造中的應用

張輝，張海超，徐曉靜

（北京萬向新元科技股份有限公司，北京　100036）

物聯網技術在橡膠工業智能制造中的應用

Application of internet of things technology in rubber industry intelligent manufacturing

張輝，張海超，徐曉靜

（北京萬向新元科技股份有限公司，北京100036）

物聯網技術作為新一代信息技術的重要組成部分，在工業信息化的進程中占有重要地位。文章結合自動配料及物流轉運系統的實際案例，介紹了以以太網為基礎，RFID技術、PDA技術、車載平板、在線測量技術和位置感應技術等物聯網智能感知技術在橡膠工業智能制造中的應用。以物聯網技術為基礎的數字化智能管控系統在倉庫、配料及密煉、部件、成型、硫化、檢測以及自動物流系統中得到廣泛使用。在基于物聯網技術構建生產執行系統時，生產數據被及時采集，指導生產過程快速調整，輔助制造過程智能化。實踐證明，物聯網技術的使用，提高了企業車間的生產管理信息化水平，收到了良好的直接和間接經濟效益。

物聯網；智能感知技術；智能制造

隨著社會發展以及市場經濟的進一步推進，輕工、橡膠等連續過程生產企業的制造執行系統（MES）的發展日趨成熟，對橡膠工業制造系統的信息化程度要求越來越高[1]。在對原料的輸送配料混料、半制品及成品的自動物流轉運等復雜步驟中，系統采用物聯網技術，不僅極大的提高了生產效率，減少工人操作[2]，還保障了生產過程的安全與可靠，實現生產過程的智能化。

目前，生產企業的制造執行系統中廣泛應用的智能感知技術有射頻識別（RFID）技術[3]，手持終端（PDA）技術，車載平板、在線測量技術以及位置感應技術等。系統通過物聯網中的工業硬件采集生產基礎數據，通過無線網絡或以太網將生產數據上傳到服務器數據庫，用戶通過各種客戶端對實際生產進行監控和管理。

本文結合實例，以自動配料及物流轉運系統為典型案例，闡述了物聯網在智能制造系統中的應用。

1　系統構成

在橡膠智能制造系統中，自動配料及物流轉運系統是橡膠生產的重要工序，在橡膠工業生產中具有重要地位，物料的智能物流轉運，將很大程度促進橡膠生產制造的智能化。

系統借助物聯網技術，以以太網為基礎的數據采集，通過無線網絡或有線網絡覆蓋，將射頻識別（RFID）、手持終端（PDA）、 車載平板、在線測量等智能傳感設備與計算機、用戶等通過網絡聯系到一起，實現人與系統、設備與系統、設備與設備之間的數據交互，實現信息化、網絡遠程控制管理，詳細的構架體系如圖1所示。

數據采集層：主要是通過各種智能數據采集終端如RFID、位置傳感器、PDA、在線測距傳感器、車載平板等進行數據的采集。

網絡層：通過以太網與無線網絡技術將智能數據采集終端采集到的數據信息安全性、可靠性的傳輸到應用層，形成一個內部局域網，確保實際生產數據的準確傳輸。同時通過互聯網將相關數據傳送到各種客戶端，實現生產的高效管理。

圖1　系統架構

應用層：主要的工作是為用戶提供可視化界面，實現人機界面的智能交互。

數據處理：即為應用程序層，將通過網絡層傳輸的數據進行數據存儲和處理，工業現場數據可為其它企業管理軟件（如ERP/PDM/PLM/EMS/EAM等）提供基礎數據服務，拓展性好。

人機交互：是通過終端設備，提供人機界面。為操作人員提供實際生產數據，有助于數據分析，提高生產管理效率。

與傳統的單機化系統相比，采用了物聯網技術的智能化系統解決了信息孤島問題，實現了人機的互聯互通，可較大幅度的提升生產效率，使生產管理更為便捷化，保證品質，同時降低成本。

2　數據采集

2.1數據采集層網絡配置

根據系統架構及其系統流程分析，數據采集層網絡模塊配置如圖2所示。

2.2數據采集技術

2.2.1基于以太網的數據采集

圖2　網絡模塊圖

通過廠區內部以太網絡覆蓋，結合PLC以太網模塊，將生產過程中的實際作業狀態、物料狀態、設備狀態等通過實時數據采集技術，將生產數據實時的傳輸到MES系統中，系統對數據進行自動分析，將最新的設備狀態、生產過程及物料狀態等展現在終端用戶面前。

2.2.2無線覆蓋及PDA技術

在生產過程中，根據需求的不同使用不同的數據采集終端，部分需要人工錄入的信息，可通過無線網絡覆蓋，并由操作人員攜帶手持PDA或車載平板終端進行條碼掃描以實現在線數據錄入。

將掃描后的條碼信息實時傳送到MES系統進行數據記錄和分析，主要包括：點檢信息、巡檢品質記錄、工模具更換記錄、庫存系統修正、材料防誤記錄等。

2.2.3位置感應及RFID技術

在物料流轉過程中，通過在裝載、稱重、收取等位置安裝位置感應傳感器及RFID天線，可實時讀取綁定到容器的RFID標簽的數據信息，實現材料與容器的數據綁定，并在上料時實現材料防誤的無人化，保證材料使用的正確性并追溯。

由于輪胎生產的特殊性，可采用抗金屬干擾的超高頻RFID技術，抗干擾能力強。采用可重復使用的標簽安裝在容器的合適位置，可減少實施成本。RFID系統的數據流程圖如圖3所示。

圖3　RFID數據傳遞

2.2.4在線測量技術

在橡膠制品或輪胎的部件生產階段，通過高精度的激光在線測量技術，可快速的進行制品數據的采集，并將數據通過MES傳入到SPC系統中進行快速的制程分析，保證制程的穩定性。同時將數據立刻反饋到設備中，進行機臺參數的自動調整，實現自動誤差校正，在線即可減少不良產品的產生，提高產品的生產合格率。

3　系統應用

3.1客戶端技術

（1）C/S及B/S結合的PC客戶端應用

可采用以本地應用為基礎的C/S架構結合以瀏覽器為基礎的B/S架構，滿足不同用戶的使用需求，通過友好的用戶界面進行系統訪問，實時查看系統生產，查找相關材料追溯、生產歷史、產品數據，可以更為直觀快速的獲取實際生產信息，有利于提高管理效率。

（2）APP技術應用

對于管理人員通過使用MES的APP客戶端，實現遠程操作和監控，滿足管理者隨時隨地對實際生產進行有效監控的需求，同時進行一些簡單的處理操作，有利于提高生產管理的及時性和便捷性。

（3）LED電子看板及安燈系統

通過LED電子看板等現場人機交互界面，將生產信息在看板上進行展現，生產過程更為直觀，提高了生產管理的透明化。同時結合安燈系統實現設備故障的快速報警及報修，提高系統維修效率。

（4）flexsim仿真技術

確定系統設備構成及系統整體架構設計，并完成各種物聯網設備的應用設計后，通過flexsim場景仿真技術對整個系統進行仿真模擬。根據物聯網設備數據參數，對現場生產設備進行仿真模擬，其仿真結構如下圖4所示。分析仿真結果，總結出最佳配置方案，應用于生產，從而提高生產效率，降低資源損耗。

3.2功能應用

（1）多終端實時監控、快速調度：生產過程、工藝管理、質量數據、庫存量等在各種終端上都可進行實時監控，可實現問題及時發現、及時處理，提高問題的發現的及時性、減少因為問題處理過慢而導致的生產效率降低。

圖4　仿真架構設計

（2）實時SPC：減少對常規檢驗的依賴性，定時的觀察以及系統的在線測量方法替代了大量的檢測和驗證工作，自動產生的SPC分析報表，有利于提高制品品質、節約生產成本。

（3）故障快速響應：現場生產設備一旦發生故障，可以通過安燈系統提示、LED報警以及短信提示等方式，快速產生維修計劃，維修工可對故障進行及時的處理與維修，提高了故障處理效率，減少了故障處理時間。

（4）快速及多平臺批量追溯：使用各種終端平臺可通過條碼或批次信息進行快速的正向及反向的批量追溯，查詢到橡膠制品或輪胎制造的各個階段的生產、設備、人員、工藝、物料等信息，若有異常品可在系統中進行快速隔離，防止不良品流出，也可實現快速的客訴品分析。

4　結語

本文結合實際案例，闡述了物聯網技術在橡膠工業智能制造系統中的應用，并使用仿真技術，模擬了各類工況，驗證了系統配置的協調性，降低了裝備的制造和應用成本，為橡膠企業帶來實際經濟效益。

物聯網技術的應用提高了橡膠制品或輪胎生產的自動化和智能化水平。同時，依托廣泛的物聯網硬件，可以進一步對采集的基礎數據進行挖掘，探尋系統參數與效率的深入關系，為大數據挖掘奠定數據基礎，可更好的服務于企業。

(R-03)

TQ330.493

1009-797X(2016)18-0069-03

BDOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.18.019

張輝（1985-），男，主要從事橡膠工業信息化自動化軟件系統的開發和應用研究工作，榮獲2013年度中關村科技園區經濟技術創新標兵。

2016-08-02