劉華光，劉 濤，李子正，劉傳水，谷海龍，于振寧，張慧華

（1. 渤海裝備研究院輸送裝備分院，河北 青縣 062658；2. 渤海裝備華油鋼管公司，河北 青縣 062658；

3. 華油一機(jī)（河北）鉆井裝備有限公司，河北 青縣 062658）

隨著制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing execution system，簡(jiǎn)稱MES）在大直徑埋弧焊管生產(chǎn)線中的推廣及深化，生產(chǎn)過(guò)程的信息化、數(shù)字化已成為新的工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、迅速的采集也提出了新的需求。長(zhǎng)期以來(lái)，大直徑埋弧焊管制造行業(yè)中的焊管管號(hào)都采用人工在焊管管體書寫、各個(gè)加工崗位目視識(shí)別的方式，已不能滿足生產(chǎn)需求。隨著條碼、射頻（RFID）識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，物料信息自動(dòng)識(shí)別變得可行，并大大提高了準(zhǔn)確性和靈活性，在倉(cāng)庫(kù)、物流等領(lǐng)域中已得到了長(zhǎng)足的發(fā)展和普遍應(yīng)用［1］，解決了人工數(shù)據(jù)輸入的速度慢、誤碼率高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、重復(fù)性高等缺點(diǎn)。

為此，渤海裝備研究院輸送裝備分院結(jié)合大直徑埋弧焊管制造工藝，對(duì)條碼及射頻標(biāo)志與識(shí)別技術(shù)進(jìn)行研究，提出了大直徑埋弧焊管管號(hào)自動(dòng)標(biāo)志、識(shí)別的技術(shù)方案，并通過(guò)與生產(chǎn)線MES 系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)了管號(hào)的標(biāo)志—識(shí)別—校驗(yàn)全過(guò)程的自動(dòng)化、數(shù)字化［2］。

1 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)對(duì)比分析

自動(dòng)識(shí)別技術(shù)主要包括生物特征、語(yǔ)音、OCR（光學(xué)字符識(shí)別）、條碼、射頻等［3］。條碼、射頻自動(dòng)識(shí)別技術(shù)以其非接觸、長(zhǎng)距離識(shí)別等特點(diǎn)成為焊管生產(chǎn)線物料自動(dòng)識(shí)別的研究方向。條碼與射頻識(shí)別技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 條碼與射頻識(shí)別技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比

2 在大直徑埋弧焊管生產(chǎn)線上的實(shí)現(xiàn)

從表1 可以看出：條碼識(shí)別和射頻識(shí)別在焊管生產(chǎn)線上應(yīng)用中的主要區(qū)別在于信息載體、識(shí)讀方式上。針對(duì)大直徑直縫埋弧焊管生產(chǎn)線（SAWL）及大直徑螺旋縫埋弧焊管生產(chǎn)線（SAWH）不同的生產(chǎn)工藝，條碼識(shí)別及射頻識(shí)別方式在SAWL 和SAWH生產(chǎn)線上的適用性見(jiàn)表2。

表2 條碼識(shí)別與射頻識(shí)別在SAWL 和SAWH 生產(chǎn)線上的適用性

條碼主要有粘貼及噴印兩種方式。粘貼條碼因焊管表面浮銹、灰塵及搬運(yùn)過(guò)程的外力等作用易造成脫落，且存在防腐除銹時(shí)不能完全清除的現(xiàn)象，影響焊管的防腐質(zhì)量，而人工粘貼又增加了操作人員的工作量。針對(duì)條碼經(jīng)過(guò)輥道輸送后破壞的問(wèn)題，技術(shù)人員通過(guò)在管體多處噴印的方式，使交庫(kù)焊管管號(hào)識(shí)別率達(dá)到99%以上。

針對(duì)射頻標(biāo)簽信息識(shí)讀受焊管管體屏蔽作用、標(biāo)簽安裝方式不利于信息讀取、水壓工序易將標(biāo)簽沖落等問(wèn)題，渤海裝備研究院輸送裝備分院對(duì)射頻讀寫器天線數(shù)量及位置、標(biāo)簽結(jié)構(gòu)等均進(jìn)行了針對(duì)性設(shè)計(jì)，使標(biāo)簽信息識(shí)讀率達(dá)到100%。

最終，渤海裝備研究院輸送裝備分院選擇了在SAWL 生產(chǎn)線使用條碼、SAWH 生產(chǎn)線使用射頻的自動(dòng)識(shí)別方案。

2.1 條碼噴印及識(shí)別在SAWL 生產(chǎn)線上的實(shí)現(xiàn)

目前，在渤海裝備公司南京巨龍鋼管公司SAWL 生產(chǎn)線上已經(jīng)應(yīng)用了條碼自動(dòng)噴涂、識(shí)別的管號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)管號(hào)從系統(tǒng)中下發(fā)—自動(dòng)噴印—識(shí)別—校驗(yàn)的閉環(huán)應(yīng)用。該系統(tǒng)由1 臺(tái)自主開(kāi)發(fā)的底漆及條碼噴印機(jī)、11 套掃描槍（LS3578，最大掃描距離13.7 m）及Moxa 串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成，通過(guò)在MES 服務(wù)器端虛擬串口的方式，實(shí)現(xiàn)與車間MES 系統(tǒng)完全集成，條碼噴印及識(shí)別系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

管號(hào)生成：合格鋼板在上料崗位上料的同時(shí)，在MES 系統(tǒng)中自動(dòng)生成唯一的焊管管號(hào)。

管號(hào)噴?。荷狭现脸尚蛵徫还に嚽闆r不適合在鋼板表面噴印條碼，且鋼板隊(duì)列受鋼板下線等情況影響較小，故選擇在預(yù)焊崗位進(jìn)行噴印。預(yù)焊崗位操作人員在MES 系統(tǒng)中選擇當(dāng)前加工焊管管號(hào)時(shí)，該管號(hào)同步發(fā)送至條碼噴印機(jī)控制器中，噴印系統(tǒng)自動(dòng)將該管號(hào)噴印于焊管端部、中部及尾部。

管號(hào)識(shí)別：各個(gè)加工崗位在加工開(kāi)始前通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)條碼掃描槍掃描管體條碼，并與MES 系統(tǒng)中該焊管的加工信息作比對(duì)，若該焊管不符合該工序加工要求則進(jìn)行相應(yīng)提示。

2.2 射頻識(shí)別在SAWH 生產(chǎn)線上的實(shí)現(xiàn)

目前，在渤海裝備華油鋼管公司預(yù)精焊生產(chǎn)線上已經(jīng)應(yīng)用了射頻管號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，并與車間MES 系統(tǒng)完全集成，可實(shí)現(xiàn)焊管管號(hào)從系統(tǒng)中下發(fā)—信息寫入—識(shí)別—校驗(yàn)的閉環(huán)應(yīng)用。該射頻管號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)由條碼自動(dòng)噴印機(jī)、掃描槍及串口服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成，射頻系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示。

圖1 條碼噴印及識(shí)別系統(tǒng)架構(gòu)示意

圖2 射頻系統(tǒng)架構(gòu)示意

管號(hào)生成：螺旋埋弧焊管在切管崗位首次生成唯一管號(hào)。

標(biāo)簽信息寫入：在MES 系統(tǒng)中生成管號(hào)的同時(shí)，集成在MES 系統(tǒng)中的射頻寫入程序被同步執(zhí)行，管號(hào)寫入標(biāo)簽中，完成切管后，將射頻標(biāo)簽載體吸附于焊管內(nèi)壁。

信息讀取：通過(guò)設(shè)置在各個(gè)崗位的天線，帶有射頻標(biāo)簽的焊管處于天線掃描的范圍時(shí)，即可讀出該焊管管號(hào)并與數(shù)據(jù)庫(kù)中該焊管的加工工序信息進(jìn)行驗(yàn)證，符合條件的焊管管號(hào)信息自動(dòng)填入MES系統(tǒng)中的崗位記錄中，否則將報(bào)警。

電子標(biāo)簽實(shí)物及其在線讀取如圖3 所示。

2.3 系統(tǒng)集成

自動(dòng)識(shí)別設(shè)備信息的寫入與讀取方式直接影響了焊管管號(hào)信息的有效性及易用性。焊管信息不能自動(dòng)選擇并寫入，將影響信息的準(zhǔn)確性及錄入的實(shí)時(shí)性；信息的自動(dòng)讀取與校驗(yàn)則提高了系統(tǒng)的易用性及過(guò)程質(zhì)量保證水平。自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

圖3 電子標(biāo)簽實(shí)物及其在線讀取示意

圖4 自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)架構(gòu)示意

本系統(tǒng)中使用的條碼噴印控制器、條碼掃描槍、射頻讀寫設(shè)備均提供了USB、串口、TCP/IP等多種接口來(lái)實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊。為實(shí)現(xiàn)條碼、射頻與車間MES 的無(wú)縫集成與交互應(yīng)用，條碼系統(tǒng)與射頻系統(tǒng)分別使用了串口服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)及以太網(wǎng)兩種架構(gòu)方式，通過(guò)對(duì)廠家提供的軟件開(kāi)發(fā)工具包（SDK）的二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)與MES 系統(tǒng)的信息交互與集中管理。

3 結(jié) 語(yǔ)

目前，智能制造、數(shù)字化、信息化等已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的新趨勢(shì)［9］。射頻、條碼等自動(dòng)識(shí)別設(shè)備在大直徑埋弧焊管制造過(guò)程中的成功應(yīng)用，提高了崗位操作效率，推動(dòng)了焊管制造的過(guò)程信息化管理，提升了制造過(guò)程的質(zhì)量控制水平［10］。自動(dòng)識(shí)別技術(shù)與MES的成功集成使焊管生產(chǎn)過(guò)程跟蹤及質(zhì)量追溯快捷、準(zhǔn)確，加速了信息化管理系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的深化應(yīng)用［11］。

在焊管倉(cāng)儲(chǔ)、物流等成品焊管的全生命周期管理中，條碼、射頻等自動(dòng)識(shí)別技術(shù)將起到重要作用，對(duì)企業(yè)的智能化、自動(dòng)化和信息化產(chǎn)生重要的影響，有力地提高了企業(yè)的管理水平和效益，也將為企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)［12］。

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