半鋼子午胎新增外檢自動分揀系統

孟爍，姜波，馬強

(樺林佳通輪胎有限公司，黑龍江 牡丹江 157400)

本文主要介紹該項目自主設計及相關安裝、運行技術要求等。該項目以日產18 000條半鋼胎為基礎，從硫化地下通道出口自動輸送至分檢區域為起點，到自動修剪、人工外檢、機檢及免檢成品胎自動入庫輸送線卸胎點為終點，同時配備相應的電器控制系統和軟件系統，實現完整物流自動化和信息化控制而結束，圖1為方案設計施工圖。

圖1 方案設計施工圖

1 設備技術參數與配置要求

基礎數據如表1所示。

（1）現半鋼機檢成品胎共有四個等級。其中：1個品號有4個等級，2個品號有3個等級，其余品號只有1個等級（未來可能增加）。

（2）現半鋼廠房未來規劃最大日產18 000條，每天成品胎規格品號總數為：50＋（3＋2×2）＝57種。

（3）外檢等級為3種：a.合格品、b.修品、c.廢品。

（4）機檢（UF、DB、X）等級，根據不同客戶要求，分類如下：

①【A客戶】OE（配套商）：實心圓●、空心圓○、實心三角▲。

②【B客戶】OE（配套商）：實心圓●、空心圓○。

③【C客戶】OK（替換零售）：實心正方形■。

④ DX廢品。

表1 基礎數據

1.1 現有試驗機多階輪輞檢測范圍，由東至西如下：

1#國際計測復合機： 15″—16″。

1#國際計測動平衡+阿克隆均勻性：13″。

2#國際計測動平衡+均勻性： 14″—15″。

3#國際計測動平衡+均勻性： 15″—16″。

目前，半鋼輪胎暫時未生產19″、20″及22″規格，12″、17″規格是通過更換1#復合機輪輞進行相關檢測。設備能力如表2所示。

表 2 設備能力

1.2 其它數據及要求：成品胎外檢、機檢流程

（1）成品外檢自動分檢流程如圖2所示。

（2）外檢員工將合格品放在1#輸送輥道上，通過自動掃碼裝置讀取成品胎信息，按每條動、均試驗機檢測線機檢節拍和要求的規格品號，自動輸送至每條檢測線進行機檢；免檢胎自動入庫；白邊胎自動輸送至磨白邊機暫存區；掃碼異常胎自動輸送至修品區待處理。

（3）將修品胎放在2#輸送輥道上，自動輸送至修品區待處理。修品和掃碼異常胎重新處理合格后由運輸鏈運至分檢輥道（條碼顯示修轉正）。

圖 2 成品外檢、機檢流程圖

（4）將廢品胎放在2#輸送輥道，自動輸送至修品區人工定點存放。廢品胎經隔日復檢后，升級品同修品方式處理，仍判廢則人工轉運廢品區（條碼顯示判轉正）。

1.3 白邊胎

（1）白邊胎每天最多800條。

（2）外檢合格白邊胎全部輸送至磨白邊機附近的暫存區，打磨出白字后檢查并涂保護液。

（3）檢查合格后一部分直接入庫，機檢抽檢白邊胎手工分配，不合格按流程處理。

1.4 掃碼異常品、修品、廢品

（1）掃碼異常胎由硫化進行補碼后，外檢補掃。

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

（3）廢品比例0.5%，每天廢品量約：0.5%×18 000=90條/天。

（4）廢品隔日復檢合格率占廢品量比例約20%，即：90×20%=18條/天。

1.5 機檢胎

（1）機檢不合格品（＜2%）人工集中存放于每個機臺旁，待隔日手工復測。

（2）機檢胎每天最多60%。

1.6 試驗機

更換規格間隔時間約為0.5 h/臺（如實現混檢，則不需要更換規格時間）。

2 現成品外檢、機檢區設備

機檢區設備平面布置如圖3所示。東西長約78 m，南北長約36 m，南北地面至屋頂最低點為7.6 m，中間地面至屋頂最高點9.3 m。

圖 3 機檢區設備平面布置圖

3 現成品外檢、機檢區擬實現自動分檢

自動分檢設備平面布置方案如圖4所示。

圖 4 自動分檢設備平面布置方案示意圖

4 外檢分揀部分技術要求

設計規劃和施工時，應根據現場設備的布局進行方案設計，如方案需要可適當調整（主要指2臺磨白邊機和修補設備）。制訂滿足外檢、機檢工藝技術要求的物流方案，具體實施方案須經確認后進行施工，再根據現場外檢、機檢工藝流程與檢測的要求，優化設備布置與檢測順序。選用相應的物流線體、軟件以及電器控制、掃描等系統。以最簡線體、最合理的緩存，實現半鋼胎的自動輸送、自動修剪、人工外檢、人工修邊、自動分揀、自動檢測及入庫（含北庫和東庫）。

為滿足輸送需求，要求與硫化地下通道出口接取的輸送線速度不低于30 m/min。應根據現場未來規劃最高日產18 000條的實際硫化節拍進行接取速度的設計。為確保未來最高日產18 000條硫化成品的暢通，由硫化地下通道出口至修剪機之間應增加足夠長度的緩沖線體。設置合適的人工外檢工位數，并方便外檢操作、取胎及放胎。所配置的全自動修剪機數量必須滿足最大日產18 000條的需求，并確保修剪機出現故障時不能影響硫化正常生產輸送及正常外檢等工作。同時需要增加1臺半自動修剪機，用于雪地胎和應急備用，在修剪前增加一套自動掃碼裝置，用于識別雪地胎并自動分流至半自動修剪機；并可根據生產任務的要求，自動實現優化，使每臺修剪機達到最高使用效率。保留現磨白邊存放區，修補區在其南側。修補并外檢合格后，人工上線并自動返回分檢輥道進入掃碼分檢系統。

在確保不破壞廠房結構及強度的基礎上，所有靠近墻體線體的立柱應緊靠墻體或利用墻體做支撐，以最大限度地減少地面空間立柱的數量。鋼平臺上線體下方為防護網，檢修通道采用3 mm花紋鋼板及符合國家標準的安全護欄。線體驅動裝置應設置在易于檢修的位置。

為確保新增試驗設備的運輸及防火通道的要求，需要通道為：高度3.5m以上，寬度為3m以上；通道走向為：入口為現成品外檢區西門，南轉至外檢區南墻，東轉至外檢區硫化地下通道出口，試驗機預留位置（復合機和空位）運輸通道出口也必須滿足上述要求。在分流至試驗機前段的環線上增設掃碼異常出口，造成異常原因是：條碼角度被光線等干擾。該異常胎極少，直接放置在鋼平臺上待人工處理合格后重新上線。為確保現有入庫原則：按規格品號分類至一定數量后統一入庫，使庫房分揀人員統一收取上架。

需在機檢和免檢入庫前增加輪胎緩存，達到一定數量后統一入庫。庫房現有三種貨架存放量為：40條、36條和32條。應根據現場情況，在不影響現庫房分揀上架的前提下，確定機檢和免檢胎在入庫前緩存的數量。入庫前歸類原則是：量大離入庫入口近。增加一條東庫輸送線，使機檢或免檢胎按上位機選擇的規格品號自動分流至東庫。在不影響現廠房各種運輸通道暢通的前提下，該輸送線走向應全部在廠房內部，且充分利用廠房內的空間而不影響現有各通道暢通（可架空，但其下方須設防護網）。成品胎經輸送線自動輸送、撥胎、掃碼、存儲、分揀等整個過程中，須確保成品胎外觀不受損傷。輸送線上設有距離調整機構，保證條碼逐條讀取及輸送線上的撥胎等機構正常運轉。

輸送線可根據各段、各節點動作的具體需求，選擇輥筒、輸送帶、模塊帶等輸送方式，輸送線的單段長度≤14 m，采用單段分別控制方式，根據業務關聯性劃分并設定一定數量的區域總控制，整個輸送系統設定一個總控制站。輥筒選用湖州德瑪產品，輸送帶選用厚度不超過4 mm的低伸張產品，模塊帶選用英特樂（Intralox）產品。輸送線的安裝牢固穩定，運行平穩流暢，無晃動、跑偏、卡頓、卡死等不良現象。輸送線各動力傳動部件、零件等必須有安全防護裝置，防護裝置要求易拆裝，便于后期維護保養。

經人工外驗、人工修邊合格后的成品胎，在輸送線合適位置安裝條碼自動掃描裝置，確保實現成品胎按機檢胎、免檢胎、白邊胎、掃碼異常胎（包括檢查員漏掃不能入庫，修、廢品狀態，品號不符、無生產信息、條碼壓輥花、文字、條碼劃傷、破損）等原則自動分流至相應通道，要求分揀準確率100%，條碼讀取率≥99.99%。

（1）機檢胎按每條均勻性UF&動平衡DB、動均復合機UB、X光機檢測線機檢節拍和要求的規格品號，自動輸送至每條檢測線進行機檢。

（2）免檢胎自動輸送至入庫通道。

（3）白邊胎自動輸送至磨白邊機附近；在通道末端要有足夠空間供白邊胎的存儲、打磨和處理。合格白邊胎分別各有一條分配機檢通道和一條分配入庫通道，系統自動滿足UF&DB機檢率每天不少于100條，X光機每天抽檢率10%的要求（從設置機檢總量中留出白邊胎機檢份額，并可提示人工將合格白邊胎分流至機檢通道。檢測無輸送任務或每天達到機檢數量時，則該通道自動關閉或停運）。

（4）掃碼異常胎自動輸送至異常處理通道。在通道末端要有充足空間供異常胎的存儲和處理。在自動掃碼系統前端要有一條重新上線通道，異常處理合格的成品胎可在此處重新上線，并實現自動掃碼、自動分揀。此通道要靠近異常胎處理區，便于作業員處理。

（5）外觀檢查掃描功能及方式與現有方式相同。輪胎入庫后應設置入庫暫存區保證外檢掃描后輪胎的品質信息從條碼服務器同步至老條碼服務器的時間（大概15 min），來做入庫掃描的驗證。當輸送線整線或單點出現意外停止，或者上下工序出現意外狀況時，系統必須有成熟的應急方案予以應對，需相關人員進行應急方案處理的培訓，并有應急方案處理方法的詳細說明。整體方案設計時，必須考慮現場保留足夠的標準物流通道及人員疏散通道。設備正常運行時，噪音要求：距設備1米范圍內測量不大于70dB(A)。

5 自動掃碼分揀與機檢系統技術要求

在4條檢測試驗機生產線UF、DB、UB入口前端增加一只讀碼器，讀碼器景深高度可覆蓋幅寬為105~305 mm范圍內的輪胎，讀碼率≥99.99%。工控機上位機軟件更新，同時可與局域網連接，可實現檢測數據與條碼匹配，所生成的檢測數據統一成標準格式報表。實現數據聯網進行數據交換、上傳等功能。

經自動掃碼裝置掃碼合格后的輪胎，根據各檢測線檢測規格、節拍、設備狀態等規則，指導分揀系統自動分流至每臺UF&DB、UB、X光機；指導分揀系統自動將白邊胎分流至磨白邊機暫存區，指導分揀系統自動將免檢胎分流至入庫通道。自動掃碼數據可存儲在現場電腦并自動上傳至工廠服務器，可實現按每個機檢機臺和所有規格品號進行分類和統計。

輪胎輸送線自動掃碼與檢測設備之間能雙向通訊，即自動掃碼系統及各檢測線試驗設備間均應具備此功能，確保每條成品胎UF檢測數據傳輸給DB是一一對應，并可存儲、上傳至新增服務器，實現數據統計與分析(圖5 DoDMES分揀系統平臺)。確保UF和DB檢測輪胎的數據一一對應的方式是：可在UF和DB試驗機前均增加條碼掃描裝置，但會增加一倍的費用。因此，為降低費用，且仍確保UF和DB檢測輪胎的數據一一對應，其間輥道不但要縮短并改為直線動力輥道，而且還需將UF檢測不合格品在DB后下線（DB可不檢UF不合格品，僅作為過渡通道）；而為避免其間人為取胎或放胎等干擾，應增加光電防護報警裝置。每條（UF&DB、UB、X）檢測線機檢品號、數量等數據可在現場電腦觸屏上進行設置和修改，并自動反饋至外檢輸送線自動掃碼裝置，用于指導分流。

按規則分流給X光檢測的成品胎，應按X光機最大檢測能力計算。經X光檢測后合格的成品胎按規則需再分配給UF&DB、UB或直接入庫；X光試驗機檢測不合格品自動下線并由人工集中存放于機臺旁，待隔日人工上線復檢。其軟、硬件等均包含在所確定的改造系統內。由UF和DB組成的檢測線，先檢UF、后檢DB。UF和DB機檢均合格的輪胎，自動進入入庫通道并使打印標識在輸送帶上自動朝上放置；UF或DB機檢不合格的輪胎自動在DB后下線并由人工集中存放于機臺旁，待隔日人工上線復測。

每條檢測線前端存儲輥道，在保證該檢測線連續正常工作的同時，必須保證剩余空間大于自動掃碼系統按規格分配至各檢測線分流通道之間輪胎的數量。當某個檢測線出現故障或人為要求停機時，自動報警并發出指令通知外檢輸送線自動掃碼系統按規則取消該檢測線檢測輪胎的分流量，并自動分流至免檢入庫通道；同時，將自動掃碼系統與進入故障檢測線通道之間的需該檢測線檢測的輪胎全部自動進入該通道后再自動關閉。當確認故障消除并人為要求打開該通道時，系統自動發出指令通知外檢輸送線自動掃碼系統按規則恢復該檢測線檢測輪胎的分流量（該規則適用于隔日人工復測及技術部門處理試驗胎、對策胎的要求）。

現有試驗設備實現檢測數據的自動記錄、自動儲存改造，實現無紙化，降低操作工的勞動強度，使檢測數據與條碼一一匹配。現場可考慮設置緩沖服務器，但必須要能與工廠服務器間雙向通訊。必須有保護功能：當意外斷電/斷風時，確保所有輸送線上成品胎的相關數據不會丟失。分揀輸送系統要設有安全防護欄，并配置防護光幕，當工作人員進入光幕保護區時，系統會強制關機（設置保護），并自動報警。每套安全防護欄至少設有一扇常閉式出入口（設置檢測開關），供維護保養、異常處理等情況使用。分揀系統DoDMES平臺界面如圖5所示。

圖5 分揀系統DoDMES平臺

6 硬件系統架構及相關要求

可考慮在現場設置緩沖服務器，但必須要能與工廠服務器間雙向通訊。

為達到分檢的目的，可讀取生產輪胎的規格品號。新增加一臺服務器（暫時命名為半鋼機檢服務器，為雙機熱備加磁盤陣列存儲形式，磁盤陣列與服務器的物理連接應采用專用數據線連接，磁盤陣列及服務器應采用雙電源供電。操作系統為WINDOWS2008，數據庫為ORACLE11）定時從總部條碼服務器抓取生產信息（條碼、品號、描述等），自動分揀系統從新增加的服務器讀取條碼對應的輪胎規格并做自動分揀。利用現有手持掃碼槍（PDA）及外檢模式（外檢—修邊—掃碼登錄）和返修模式（掃碼確認修補內容—打磨/熱填膠—外檢）。

外檢不需要觸摸屏平板電腦,通過新增的半鋼機檢服務器讀取輪胎條碼的硫化信息。需要提供小MES系統所需的硬件（半鋼機檢服務器、PC、工控機、UPS、機柜、交換機、網線、無線AP等）和軟件，

再通過新增的半鋼機檢服務器讀取輪胎條碼的硫化信息。與半鋼機檢服務器和各試驗機通訊對接，采用PC和中間表形式通訊。對于各試驗機所需的抽檢比例設定，要求在工控機中提供可人工設定的界面。

7 軟件接口及相關要求

現網絡為局域網，網絡規范為：思科100M，終端為新大陸PT8000，現手持掃碼槍為新大陸操作系統。系統的數據庫應開放，以便信息系統可實時交互所需要的數據。

8 檢測管理

根據成品胎規格、機檢等級、生產時間、檢驗時間、檢測機臺號等信息組合生成相應的分揀等級；對應規則支持批量導入，并提供手工修訂、調整的界面。

系統具備入庫攔截功能，攔截規則與信息系統交互。

9 應用軟件安全性要求

關于試驗機升級改造后：設備上位機可按使用要求生成規定的動平衡、均勻性（國際計測、美國阿克隆）、動均復合機單臺數據、重復性數據格式。均勻性試驗機可將條碼信息及輪胎規格品號信息發送至后端動平衡機上。設備的上位機中可實時反映設備運行狀態參數。上位機作為設備與服務器的接口，接口點是計算機的以太網口，傳送方式：計算機做文件傳輸協議（FTP）服務器或共享。網絡正常及異常時處理（RDB01/RDB02/RDU01、RUF02）：當網絡正常時，DB/UF/UB獲取輪胎條碼后，通過上位機上傳至服務器（PCS）/本地服務器(實時將開放服務器（PCS）的代碼、PASSWORD)，服務器（PCS）/本地返回條碼對應的輪胎品號，DB/UF/UB上位機軟件在獲取輪胎品號后可自動尋找對應品號輪胎的檢測參數表，實現輪胎混檢功能（所謂混檢是指在不需要更換輪輞的情況下，可檢測相同子口直徑、不同幅寬和花紋的輪胎），DB/UF/UB測試完成后其上位機將單臺數據（條碼已匹配）適時發送至服務器（PCS）/本地服務器（指定的服務器路徑及地址中保存），當服務器（PCS）/本地服務器接收到數據后，上位機具有數據接收成功的提示信息（混檢功能可選擇）。

當網絡異常時，DB/UF/UB讀取條形碼后無法與服務器進行數據交換，DB/UF/UB上位機需有報警提示并停機功能。但DB/UF/UB上位機軟件需具備人工選擇輪胎參數表檢測對應輪胎的功能，以便網絡異常時可正常檢測，檢測的數據（已與條碼匹配）臨時儲存在上位機中，當網絡正常時，存儲的數據可自動上傳服務器（PCS）/本地服務器中。升級改造后的設備上位機具有與服務器（PCS）進行數據交互的功能。DB/UF/UB獲取條碼（讀碼器讀取）——DB/UF/UB的上位機上傳條碼信息至服務器——上層服務器返回條碼對應的輪胎規格品號信息——自動調取對應規格品號的檢測參數表（網絡異常時人工調用參數表）——DB/UF/UB自動檢測——輪胎檢測結束后——上位機將單胎檢測數據上傳至服務器。DB/UF/UB的上位機聯網后，上層網絡的授權用戶可修改/增加DB/UF/UB上位機中的檢測參數表。

注：DB-動平衡試驗機、UF-均勻性試驗機、UB-動均復合機

10 結束語

自動分揀系統項目自運行至今已有兩年時間，主要分為現場機械運轉部分與MES系統軟件部分。

（1）現場機械部分：各機械機械輥筒、輥道及電氣運轉較正常。

（2）MES軟件部分優點：現在MES系統可實時監控并提供所有輪胎的機檢數據，同時，提供每天輪胎入北庫和東庫的庫存量。可實時查詢輪胎從硫化、外檢、機檢、免檢入庫的各項信息，為工廠在輪胎自動化方面走出第一步，圖6為項目實施效果圖。MES系統提供輪胎分揀基礎數據信息、抽檢規則并批量導入界面，取消了手工錄入、修訂、調整界面，使機檢和外檢數據保存至本地服務器。服務器條碼系統為Oracle11數據庫，數據接口方式為自動讀取數據表，服務器條碼系統提供訪問數據庫表結構、地址和訪問權限。MES系統也集成了WINCC系統，可實時監控現場所有設備運行情況，通過現場PLC數據傳送實時監控現場設備運行狀況，WINCC人機界面（圖7）是在生產和過程自動化中解決可視化和控制任務的工業技術中性系統。它提供了適用于工業的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的功能模板。高性能的過程耦合、快速的畫面更新、以及可靠的數據使其具有高度的實用性。

圖6 項目實施效果圖

圖7 WINCC人機界面