小粉料半自動精確稱量及數據溯源控制系統

趙 哲，艾文濤，和 燕

[1.北京橡膠工業研究設計院有限公司，北京 100143；2.中國石油大學（華東） 新能源學院，山東 青島 266580]

近年來，隨著智能化、信息化產業的迅猛發展，輪胎生產也發生了巨大變化，由原來注重產品產量變為更加注重產品質量。膠料性能是影響輪胎質量的主要因素之一，而膠料性能的影響因素與其生產過程中的原材料配比有關，因此各原材料稱量的準確性和可追溯性越來越受到各方的關注[1]。

在輪胎膠料生產中，原材料稱量的準確性應嚴格控制，其中小粉料如促進劑的稱量精度要求更高。目前，大部分小粉料采用自動小粉料秤實現自動稱量[2-3]，但某些小粉料用量很小（每車膠料的用量小于100 g），要求稱量誤差較小（1～2 g），采用手工稱量，無法通過自動小粉料秤實現自動稱量[4-6]，這些用量很小的小粉料（以下簡稱小粉料）稱量容易受到人為因素影響，出現稱量不合格的現象料，嚴重影響膠料的穩定性和均一性[7-8]。

針對小粉料稱量精度的不確定性，為保證輪胎生產質量，常規解決措施主要有工長巡查和使用前再次校驗小粉料質量等。但是研究發現，這些措施并不能完全保證小粉料稱量的準確性。

針對小粉料稱量中的人為因素影響，本工作設計一種小粉料半自動精確稱量及數據溯源控制系統（簡稱小粉料半自動稱量系統），以保證小粉料稱量的準確性和后期輪胎質量問題的可追溯性。

1 小粉料手工稱量的主要問題

目前，小粉料手工稱量受人為因素的影響而容易出現取錯料、稱量不準和物料混雜等情況，并且稱量過程一般都采用人工記錄，膠料及輪胎發生質量問題時無法及時、準確地溯源。如何保證小粉料稱量的準確性是提升輪胎品質面臨的首要問題。

小粉料手工稱量設備如圖1所示。

圖1 小粉料手工稱量設備Fig. 1 Manual weighing equipment of small amount of powder materials

1.1 小粉料手工稱量異常情況

小粉料手工稱量異常情況主要如下。

（1）在小粉料手工稱量時，由于很多小粉料外觀相似，操作人員會因疏忽而取錯料，造成誤稱物料的情況。

（2）在小粉料手工稱量時，操作人員常將多種小粉料稱量后存放在一個大袋子中，因為多種原因會發生稱量超量或欠量的情況。發生稱量異常后，操作人員往往直接從大袋子中將超量物料扒出或用當前物料補齊質量，使整體質量合格，但這會造成小粉料配比出錯的情況。

（3）在小粉料手工稱量時，操作人員往往只有一個稱量料勺，無論稱量何種物料都用同一個料勺，而取料過程中物料容易粘到料勺上，經常造成不同物料混雜現象。

綜上所述，在小粉料手工稱量時，由于無法對這些問題有效管控，經常發生輪胎膠料品質異常的情況。

1.2 數據溯源困難

在輪胎生產中，某些異常的手工稱量小粉料常常投入生產使用，在后期膠料快檢甚至成品輪胎流入市場后才發現相關問題，而追溯質量問題時，往往因為小粉料手工稱量過程缺乏有效的記錄，無法確定是哪袋小粉料、由誰稱量以及是因為小粉料質量超出規定的公差范圍還是其它異常原因造成的，無法追溯到質量問題的原因，從而影響問題的解決。

2 小粉料半自動稱量系統

為解決傳統小粉料手工稱量問題而開發的小粉料半自動稱量系統可以實現小粉料稱量的準確性、有效性和可追溯性。

2.1 基本架構

小粉料半自動稱量系統基本架構如圖2所示，稱量中心如圖3所示。

圖2 小粉料半自動稱量系統基本架構示意Fig. 2 Basic structure of semi-automatic weighing system of small amount of powder materials

圖3 小粉料半自動稱量系統稱量中心示意Fig.3 Weighing center of semi-automatic weighing system of small amount of powder materials

從圖2可以看出，小粉料半自動稱量系統主要由上位機、PLC[9-11]、條碼槍、打碼機、稱量秤、校核秤、料倉秤[12-13]和執行機構等組成。

在實際生產時，操作人員首先通過MES獲取工單、生產配方、物料信息等生產數據[14-16]，然后按工單要求準備好物料，并將物料投入料倉工位內。物料準備好后，操作人員先通過打碼機將條碼信息打到小粉料袋子上，再根據配方進行稱量。

2.2 物料防錯功能

本系統設置有物料防錯功能，針對該項功能的操作如下：操作人員首先從MES獲取物料條碼信息及有效期，再通過條碼槍對物料包進行掃碼，若物料不合格或超過使用期限，系統會進行聲光報警提示物料異常，并記錄操作人員姓名及操作時間；若物料合格則系統會將相應的料倉轉到解包位，操作人員進行解包；解包過程中系統會通過料倉秤記錄料倉質量，如果料倉質量持續減小，系統會判定設備異常并記錄和報警，同時鎖定設備而無法操作，直到生產班長等有權限的管理人員進行解鎖，方可恢復操作；如果料倉質量持續增大，則會完成正常解包。

2.3 稱量防錯功能

本系統設置有稱量防錯功能，針對該項功能的操作如下：系統自動將所需物料對應料倉轉到取料位，操作人員用條碼槍掃描料倉條碼，此時系統將掃到的條碼與配方所需條碼做對比，若不一致則提示異常并進行聲光報警，若一致則系統自動將料倉升起并打開料倉鎖；為了防止料勺混用而發生物料混雜，打開料倉后操作人員要用條碼槍掃描料勺條碼，此時系統會將掃到的條碼與配方所需條碼做對比，若不一致則提示異常并進行聲光報警，若一致則系統可以進行正常稱量；在物料稱量過程中系統通過料倉秤判斷料倉質量，若出現料倉質量增大時，系統會判定設備異常并記錄和報警，同時鎖定設備，需管理員進行確認并解鎖才能繼續進行稱量工作。

另外，在物料稱量過程中如果稱量物料質量不合格，稱量轉盤不會轉動到下一個稱量工位，并且報警，提醒操作人員處理前面的單料。物料稱量合格后，后面的校核秤再次校核此單料質量，如果檢驗不合格，電機反轉，系統記錄此單料異常并人工取出，當做廢料處理。

2.4 數據追溯功能

本系統數據追溯功能使用如下：在物料稱量前，操作人員對小粉料袋子打印條碼，并將此條碼記錄在稱量報表內；物料稱量異常或稱量完畢后，將實際稱量信息與小粉料袋子條碼進行綁定，存在稱量報表中，并將數據傳到MES，方便其它工序查詢與使用。

操作和稱量信息可保留6個月以上。

3 小粉料半自動稱量系統的實際應用

目前本小粉料半自動稱量系統已在某輪胎廠投入使用，使用狀況如圖4所示。

圖4 小粉料半自動稱量系統投廠使用狀況Fig.4 Application status of semi-automatic weighing system of small amount of powder materials in plant

在實際生產中，使用條碼槍掃描小粉料袋子上的條碼（見圖5），可以保證所稱量小粉料的有效性；通過掃描儲料倉上的條碼（見圖6）進行二次驗證，可有效防止因為設備執行機構異常造成取錯料的情況；通過掃描料勺上的條碼（見圖7）可以保證專勺專用，杜絕因料勺混用造成物料混雜的可能性；通過校核秤對稱量好的物料進行二次校核，可保證稱量數據的準確性。之后，本系統自動生成操作報表，同時將稱量數據與袋子條碼綁定并自動生成稱量報表，異常報警系統自動生成報警報表，這些報表進行本地記錄并同步傳至MES，這樣方便后期其他工序調用小料稱量信息，當異常情況發生時也可以追溯數據。

圖5 條碼槍對小粉料條碼的掃描Fig.5 Scanning of small amount of powder materials barcode by barcode gun

圖6 條碼槍對料倉條碼的掃描Fig.6 Scanning of storage silo barcode by barcode gun

圖7 料勺條碼Fig.7 Spoon barcode

實際使用表明：本系統對小粉料稱量過程可進行有效管控，防止異常小粉料投入生產使用；通過系統生產報表或MES，可準確查詢各種小粉料的稱量數據，可為后期數據溯源提供支持。

4 結語

小粉料半自動稱量系統具有物料防錯功能、稱量防錯功能和數據追溯功能。

該系統不僅可以提高小粉料稱量的準確性，而且可以實時記錄稱量過程數據，有助于提高輪胎質量及后期質量問題的數據溯源。

實際工廠使用表明，此系統可以對小粉料稱量過程進行有效管控，具有有效性。