基于條形碼識別技術的車輪模具管理系統開發

王福偉

(太原重工軌道交通設備有限公司，山西 太原 030032)

0 引言

隨著高鐵出海和“一帶一路”戰略的推進，泛亞、歐亞和中亞高鐵線將是中國高鐵全產業鏈輸出的重點,未來中國鐵路發展前景非常廣闊。太原重工軌道交通設備有限公司作為國內唯一集軌道交通車輪、車軸、齒輪箱及輪軸組成系統于一體的研發制造企業,近30年來累計產品輸出400多萬件，覆蓋機、客、貨、動、城軌、工礦等領域，出口到五大洲50多個國家和地區。

為適應國內外鐵路建設發展和高速、重載以及城市軌道交通建設對各種高品質車輪的需要，公司加大了車輪品種的研制,不同車輪的研發導致車輪熱鍛模具的品種和數量也急劇增加。但是我公司的車輪熱鍛模具的管理仍處于人工手工管理的水平，經常出現由于車輪熱鍛模具備件到貨不及時導致的車輪鍛軋生產線停工、交貨期拖延。同時由于車輪的熱鍛模具都是由多個零件裝配而成，實際使用中經常出現混裝或錯裝現象，直接導致車輪鍛件的小批量性報廢，給企業帶來了巨大的經濟損失。

為了保障整條車輪鍛軋生產過程的高效、安全和經濟運行，利用條形碼識別技術開發了專業化的模具管理系統，實現了車輪模具管理信息的暢通，科學合理地制定生產計劃，滿足了公司當前的國內外市場需求。

1 車輪模具管理現狀

車輪作為鐵路列車的關鍵零部件，其熱鍛造成形工藝為鐓粗→預成形→軋制→壓彎成形。每個工序的熱鍛模具都是由多個零件裝配而成(見表1)，如出現錯裝或混裝會直接導致車輪鍛件的報廢，降低產品的合格率，給企業帶來經濟損失。通過分析研究錯裝或混裝事例，得到了造成車輪模具在裝配過程中出現錯裝或混裝的主要原因，具體如下：

(1) 零件數量多模具庫龐大。因車輪產品開發覆蓋鐵路、城軌、工礦等多個領域，涉及世界各車輪制造標準及尺寸規格，且車輪輻板形狀與各部位尺寸大為不同，導致每種型號的車輪都需設計出一整套模具，如果訂貨數量較多，同種模具需備多套，以滿足模具的正常消耗。

隨著公司的迅速發展和新開發車輪型號的增多，模具數量激劇增長，多年累積的新舊產品模具大量并存，形成極為龐大的模具庫，迫切需要行之有效的模具管理模式。

(2) 模具裝配容易錯裝。車輪鍛軋工序為車輪專業生產線，不同制造標準及尺寸規格的車輪在本工序所使用模具除成形部分尺寸不同外,其外觀基本相同，這樣，不同產品的模具外觀不易區別，尤其同規格的同名模具極易混淆，在模具管理和裝配使用方面均可能發生差錯，造成嚴重的批量質量問題。

(3) 多次修模不易區分。為了充分利用模具，模具設計時給出了每個零件的修模次數和相應的修模量，并明確了修模后的裝配要求。通常每個模具零件可修3次以上，每次修模量僅為3 mm～5 mm。返修過的模具在裝配時應選擇修模次數相同的零件進行組裝，因每次修模量小，外觀不易區別，極易造成混裝。

(4) 標識不清。為了區別模具零件的不同，雖然工藝要求在每個模具零件的指定位置進行符號標識，以便于識別和區分，標識內容由人工用白色油漆書寫而成。但因操作人員的書寫不規范或在運輸及裝配中油漆磕碰、使用后標識維護不及時等造成標識模糊或脫落，導致操作人員對標識辨別不清，極易錯裝或混裝。

(5) 在制數量及質量狀況不清晰。模具出入庫采用紙制單據進行傳遞，庫存數量更新不及時，僅庫管員清楚，數據信息得不到共享，及時調整生產計劃難度大。模具的質量狀態在紙制單據中有記錄，而實體上無明顯標識，極易造成不合格的模具零件投入正常生產。

(6) 生命周期內追溯性差。模具制造的整個流程全采用紙制記錄進行跟蹤和交接，如因模具質量影響產品質量時，分析和追溯其制造和修理過程耗費時間長、工作量大。

(7) 庫管員人數不斷增加。隨著模具數量的增漲，模具庫存的面積不斷加大，模具的移庫、出庫、入庫等工作量隨之增大，現有庫管員人數也需增加。

針對車輪熱鍛模具管理中出現的問題，結合現有的ERP和MES系統，需開發出專業化的車輪熱鍛模具管理軟件，以提升模具的管理水平。

表1 車輪模具目錄

2 車輪模具管理系統的功能需求

依據車輪熱模具的實際業務狀況，提出了本模具管理系統的功能需求。

2.1 原材料入庫

車輪模具所用原材料全部是采購鋼廠合格的鋼錠。其原材料入庫前，首先需在系統中記錄每爐的原熔煉爐號、廠商名稱、材質、鋼錠類型、重量、支數、入廠時間、原熔煉化學成分以及每支鋼錠的重量、直徑、長度、盤號等相應的資料；其次進行復驗，合格后方可入庫，其模塊需實現復檢的電子檢驗流程，并記錄復檢時的委托單號、取樣人、爐號、技術要求的化學成分、建單時間、類型(初檢、復檢)等功能。

2.2 外委管理

依據生產計劃的要求，MES系統會下發模具外委計劃到本系統，系統需滿足模具計劃的接收、分解、提料、外委加工、回廠檢驗和入模具庫的功能。

2.3 模具庫的管理

通過庫管理人員準確實時維護模具庫存數量，控制存儲模具的數量，保證正常生產穩定的模具供應支持，同時又能最小限度地占壓成本；可滿足相關部門的需求，能從多層次查看庫存狀況；可提供不同的盤庫方法，依據生產計劃決定何時定貨采購、何時收貨，同時滿足質量檢驗入庫、收發料的日常業務處理工作的要求。

2.4 使用管理

依據系統的出庫計劃，按產品模具組裝明細的要求，依序出庫每個模具零件，并實現組裝模具零件的明細管理等。組裝過程可依據裝配要求，自動判定所裝配的零件是否達到設計工藝的要求，不達標準時提示和提醒操作人員，以便及時修正。

整套模具組裝完成后與MES系統進行信息交互，需收集此套模具的服役件數、工作時長、下線后的質量狀態等信息。

2.5 返修管理

根據模具下線檢查的質量狀態，確定需要返修處理的模具零件，按工藝要求，提示修模人員針對本零件的修模量、使用的NC程序等，同時滿足返修后零件的質量檢驗電子流程和零件的入庫、返修的日常業務處理工作等。

2.6 報廢管理

模具零件下線和返修后，必須由檢驗人員逐件檢查后方可入庫。如零件檢查符合報廢條件，需經電子報廢流程結束后，方可放入模具廢品庫待后期處理。系統需記錄其報廢原因等，并實現報廢流程的管理。

3 模具管理系統設計

針對車輪模具管理中存在的問題進行分析和總結，我們認為需給每個模具零件編定唯一身份證號，制定相應的編號規則，并在每個零件的特定部位進行標識。結合模具信息管理系統的實施，可以解決模具組裝過程中易出現的錯裝和混裝現象。經過考察論證，提出利用條形碼識別技術輸入速度快、可靠性高、靈活實用的優點，設計基于條形碼識別技術的車輪模具管理系統。

3.1 車輪模具管理系統整體結構

本管理系統主要在原材料庫、模具庫及模具返修區部署條形碼掃描設備及打印機(見圖1)，將日常手工記錄替換為掃描條形碼來記錄模具的出入庫等信息，可大大提高工作效率。系統采用VS2013+Oralce進行開發，實現主要功能的模塊有基礎信息管理、外委管理、組裝管理和庫存管理四大模塊。

圖1 車輪模具管理系統硬件部署

3.2 基礎信息管理模塊

根據系統設計的要求,每個新造模具零件入庫時，系統自動生成唯一的身份碼與其一一對應，并打印出其條形碼標簽粘貼在指定部位，同時在系統中登記其詳細信息,以及按車輪產品型號記錄其模具零件的組裝目錄等信息。模具基礎信息見圖2。

3.3 外委管理模塊

為了提高公司的運行質量，研究決定模具采用外委專業廠商進行制造加工。因模具材料優劣是影響模具壽命的主要因素之一，因此，模具原材料采購由我公司負責，外委廠商負責模具鍛造、熱處理、機加工等工序。模具外委管理流程如圖3所示，使用流程如圖4所示。

3.4 組裝管理模塊

為了防止模具組裝時出現錯裝或混裝，管理系統設計時提出報錯提示功能。當操作人員進行組裝操作時，首先使用手持終端PDA進行系統登錄，系統經身份識別通過后方可選擇組裝模具的產品型號，確定型號后開始按組裝順序逐一掃描模具零件上的條形碼標簽進行識別，待掃描零件的信息與系統中限定的原則相符時，系統彈出窗口提示組裝正確，不符時，系統彈出窗口提示錯誤信息，以便操作人員更正。

圖2 模具基礎信息

圖3 模具外委管理流程

圖4 車輪模具使用流程

通過模具管理系統和條形碼識別技術的實施，結合智能模具庫的配套，車輪模具管理中的錯裝、混裝得到了有效控制。模具組裝管理如圖5所示。

3.5 庫存管理模塊

為確保車輪流水線正常生產運行，最重要的環節是模具零件和設備備件的庫存量。為了保證各類模具零件的最低庫存量，系統增設庫存量限制要求，待庫存量接近臨界值時，系統會提醒庫管理人員及時進料，以保證生產線的正常運行。同時系統針對不同的模具零件，增設了最大服役量，方便系統精確控制庫存量。模具庫管理如圖6所示。

圖5 模具組裝管理

圖6 模具庫管理

4 運用效果

通過模具管理系統的開發和實施，結合條形碼識別技術的應用,車輪模具管理現狀得到了有效的改善。不但解決了人工誤讀信息、形狀識別錯誤的難題，而且提高了錄入速度，減輕了工人的勞動強度，從而確保了車輪流水線生產的正常運行。

5 結束語

車輪模具采用條形碼識別技術進行管理，不但解決了模具組裝中錯裝、混裝的問題，而且提升了工作效率，降低了產品廢品率，提高了企業效益，為企業兩化融合和智能制造的全面實施奠定了基礎，同時提升了企業的競爭力。