呂煒帥

（天津機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300350）

輪胎生產(chǎn)作為勞動密集型行業(yè)，而我國人口紅利已經(jīng)逐漸消失，這嚴(yán)重制約著我國輪胎企業(yè)的發(fā)展。我國輪胎行業(yè)長期發(fā)展存在產(chǎn)品同質(zhì)化、低效率的問題仍然嚴(yán)重。此外，國內(nèi)市場產(chǎn)能過剩，競爭壓力加大，輪胎行業(yè)進入轉(zhuǎn)型期，節(jié)能、降耗、采用高自動化工藝設(shè)備，降低勞動強度、提高生產(chǎn)效率，改善生產(chǎn)環(huán)境已成為當(dāng)前迫切需求。面對國際競爭的日益激烈，“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下的輪胎智能制造是輪胎工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要途徑。輪胎生產(chǎn)工藝物流自動化系統(tǒng)是以傳統(tǒng)輪胎生產(chǎn)工藝為基礎(chǔ)，對原有產(chǎn)品生產(chǎn)線進行自動化升級，以新設(shè)備、新工藝為出發(fā)點，通過機器人、 機械手、智能立體倉儲、AGV、EMS 小車、桁架、倍速鏈等輸送裝置、RFID 以及MES 控制系統(tǒng)構(gòu)建自動化物流系統(tǒng)，實現(xiàn)輪胎生產(chǎn)過程中各個環(huán)節(jié)有效串聯(lián)貫通，最終獲得高生產(chǎn)率、高穩(wěn)定性產(chǎn)品，從而滿足客戶個性化需求的生產(chǎn)方式。智能制造已成為我國輪胎工業(yè)強國發(fā)展的重要落腳點，是中國輪胎工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要載體[1]。

一、AGV 在輪胎裝備制造業(yè)中的應(yīng)用

AGV 在輪胎領(lǐng)域應(yīng)用較廣的主要是叉車型和承載型。主要應(yīng)用在在煉膠與半部件車間存儲與運輸。在煉膠車間與半部件生產(chǎn)車間AGV 都可實現(xiàn)徹底替代傳統(tǒng)人工叉車工裝內(nèi)容，同時，由于AGV 除具備搬運功能外，還具備WMS 倉庫管理功能，能夠根據(jù)不同膠料型號進行自動存儲、識別以及出入庫的管理。通過AGV 可實現(xiàn)生產(chǎn)線與存儲區(qū)的轉(zhuǎn)運與管理，通過與MES 系統(tǒng)的對接，可實現(xiàn)產(chǎn)品高質(zhì)無損化的安全生產(chǎn)。

圖1 AGV 在輪胎半部件與模具物流

二、RGV 在輪胎裝備制造業(yè)中的應(yīng)用

軌道穿梭車在物流系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用，它具有速度快、可靠性高、成本低等特點，根據(jù)功能的不同，可分為裝配型RGV 系統(tǒng)和運輸型RGV 系統(tǒng)，通常應(yīng)用于物料輸送、設(shè)備裝配等。RGV通常以環(huán)形軌道式和直線往復(fù)式運動方式工作，環(huán)形軌道式RGV 系統(tǒng)采用鋁合金軌道，通過多車工作實現(xiàn)高效工作，同時成本也比較高；直線往復(fù)式RGV 系統(tǒng)通過鋼軌作為軌道實現(xiàn)運行。RGV 系統(tǒng)通常與立體倉庫結(jié)合應(yīng)用，也可作為成套系統(tǒng)獨立運行[2]。RGV 可在直線或環(huán)形軌道上運行，最高行駛速度為200m/min，與上位機或WMS 系統(tǒng)實現(xiàn)通訊，通過與RFID、條形碼等識別技術(shù)融合，實現(xiàn)自動化識別與存取以及追溯功能[3]。在輪胎物流自動化系統(tǒng)中，RGV 通常用在膠片自動出庫中的與AGV、EMS 等其它物流裝置作為接駁裝置。也可用于煉膠車間與壓延車間膠片托盤的自動輸送，采用雙工位鏈條輸送，速度變頻可調(diào)。

在硫化車間中從立體庫或龍門庫至硫化機中的運輸通常也可作為與AGV、懸掛機械手等常用輸送方式的一種而采用。

圖2 RGV 在輪胎物流中的應(yīng)用

三、AGV、RGV 應(yīng)用案例性能比較分析

以龍門庫/立體庫-硫化不同物流方案模式特點及進行比較。

通過比較環(huán)形懸掛機械手模式+AGV 方案更具優(yōu)勢，而且經(jīng)濟性最高。通過AGV 自動輸送車牽引胎胚貨架車實現(xiàn)胎胚輸送，一臺AGC 自動輸送車可對應(yīng)幾個價格低廉的胎胚貨架，作業(yè)方式靈活，不需設(shè)置輸送機、提升機等固定設(shè)施。另外AGV 自動輸送車可較好體現(xiàn)現(xiàn)代物流技術(shù)，性價比高，現(xiàn)場觀賞性好；

硫化設(shè)備區(qū)域采用環(huán)形懸掛機械手，通過滑觸線供電，機械手可實現(xiàn)直線坐標(biāo)位置的移動，實現(xiàn)向各硫化機精準(zhǔn)配送胎胚。此物流輸送結(jié)構(gòu)整體運行成本較低，可根據(jù)生產(chǎn)需要增加機械手?jǐn)?shù)量，設(shè)備可維護性高，安全可靠[4]。

表1 胎胚物流系統(tǒng)不同輸送模式方式性能比較

圖3 硫化車間AGV 牽引胎貨架車與環(huán)形懸掛機械手自動化物流

四、立體倉庫在輪胎裝備制造業(yè)中的應(yīng)用

由于立體倉庫具備能夠充分利用空間存儲的優(yōu)勢，在輪胎生產(chǎn)過程可實現(xiàn)煉膠車間母煉膠與終煉膠的存儲；半部件車間中一體化小車類、卷軸類半部件的存儲；成型車間中待噴涂的胎胚立體庫。此外，立體庫也用于輪胎模具的存儲。立體庫的應(yīng)用，極大的提升了廠房空間利用率。通過MES 系統(tǒng)控制，可實現(xiàn)先入先出，有效的提升了產(chǎn)品質(zhì)量的均一性。

圖4 立體倉儲在輪胎生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

五、輸送裝置在輪胎裝備制造業(yè)中的應(yīng)用

（一）倍速鏈

倍速鏈具有承載能力強、輸送載荷大，速度準(zhǔn)確，傳動穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)同步輸送，而且在各種高溫、粉塵等惡劣環(huán)境下性能依然可靠，此外，倍速鏈具有積放輸送的優(yōu)點，在物料的存儲輸送中占據(jù)重要地位。因此，在輪胎生產(chǎn)過程中，倍速鏈可應(yīng)用在煉膠車間小料存儲于運輸環(huán)節(jié)，通過與立體庫結(jié)合，實現(xiàn)先進先出管理，優(yōu)化管理，改變傳統(tǒng)車間凌亂的局面，節(jié)省人工。煉膠車間母煉膠與終煉膠通常采用立體庫或密集庫存儲，在膠片下線到存儲區(qū)域的短程接駁輸送通常也采用倍速鏈輸送。成型完成后的胎胚出入庫的輸送通常也采用倍速鏈形式，而且可采用雙層結(jié)構(gòu)形式。此外，輪胎成型模具的出入庫通常也采用倍速鏈進行輸送完成。

圖5 倍速鏈在輪胎生產(chǎn)中的應(yīng)用

（二）積放式循環(huán)滾子鏈

圖6 積放式循環(huán)滾子鏈

積放式懸掛鏈條輸送機是一種新型積放地推線，此產(chǎn)品的特點是在于其依靠機械原理來達(dá)到積放的效果，降低能耗；其次其牽引軌道可從烘箱外側(cè)行走，牽引力大、不受烘道影響，軌道開口朝下，不會有雜物掉入軌道內(nèi)，延長了輸送鏈條的使用壽命。此線從長期使用來說節(jié)約能耗，降低后續(xù)投入，一次性投入又小，與同類普通積放線相比，經(jīng)濟又實惠，且維護性高。在輪胎生產(chǎn)工藝過程中，可用于成型胎胚至倉儲裝置的輸送。

（三）輥筒輸送線

輥筒輸送線作為傳統(tǒng)輸送裝置，因其成熟性、經(jīng)濟性廣泛應(yīng)用在制造業(yè)各個領(lǐng)域。在輪胎生產(chǎn)過程中，輥筒輸送線除用于與相關(guān)設(shè)備對接的短距離輸送外，主要應(yīng)用于硫化車間中，硫化完成的胎胚至硫化地溝的輸送。此外，在輪胎物流自動分揀輸送線中的實現(xiàn)整體大面積廣泛應(yīng)用。

圖7 輥筒輸送線

（四）桁架機械手

桁架機器人又稱XYZ 機器人。通過伺服電機、步進電機為驅(qū)動裝置構(gòu)成運動單元[5]。因其高靈活性，高可靠性、高速度、高精度，可用于惡劣的環(huán)境，可長期工作，便于操作維修的特點，在局部自動化升級中得到廣泛應(yīng)用。但桁架機械手只能在直線導(dǎo)軌上往復(fù)運動，而且全程只能安裝一臺至兩臺機械手，一旦出現(xiàn)設(shè)備故障較難排除。在輪胎智能制造物流自動化中，主要應(yīng)用在硫化車間中胎胚至硫化機的常用輸送方式之一，此外，在胎胚龍門庫中，胎胚的碼垛得到應(yīng)用，可有效實現(xiàn)胎胚的先入先出管理。

圖8 三維桁架機器人在輪胎生產(chǎn)中的應(yīng)用

（五）滑觸線

懸掛滑線小車輸送系統(tǒng)是由鋼結(jié)構(gòu)、懸吊裝置、軌道、平移道岔、垂直升降裝置、小車、吊具、安全滑觸線、集電器、傳感器以及控制系統(tǒng)等組合而成。

在輪胎自動化生產(chǎn)過程中，主要應(yīng)用領(lǐng)域：天然膠、合成膠等經(jīng)碎膠機與混勻罐處理后的膠料混合物去往密煉車間的輸送。此外，由懸掛滑觸小車構(gòu)成的環(huán)形輸送線，可作為胎胚立體庫中胎胚運往硫化機的輸送方式之一，此方式具備較高的經(jīng)濟性。滑觸線因其安全、可靠、經(jīng)濟、方便得到客戶的認(rèn)可和廣泛應(yīng)用。部分廠家在密煉車間小料存儲與輸送系統(tǒng)環(huán)節(jié)也開始應(yīng)用，但由于粉塵具備易爆性，而通?；|線應(yīng)用時易出現(xiàn)打火現(xiàn)象。想要避免滑線打火，那么首先就要找到發(fā)生問題的原因，一種情況是滑線之間的連接器出現(xiàn)了虛接。這種情況出現(xiàn)的打火問題，需要操作員在使用之前做好充分的檢查，這樣就能夠順利的避免。另一種情況是其本身磨損嚴(yán)重導(dǎo)致打火現(xiàn)象。這種情況一般采取直接將其換掉來解決。此外，滑線由于經(jīng)常在各種環(huán)境中使用，所以會受到一定的磨損，所以需要定期的對其進行檢查，這才是保證滑線使用安全的基礎(chǔ)。

圖9 懸掛滑線小車在輪胎生產(chǎn)中的應(yīng)用

圖10 懸掛滑線小車結(jié)構(gòu)

滑觸線以其高載荷、高速度、高穩(wěn)定、適應(yīng)廣、噪音低的積放式輸送特點在制造業(yè)得到廣泛應(yīng)用，而且可根據(jù)客戶工藝需求設(shè)置單層或雙層機構(gòu)，這也成為輪胎生產(chǎn)過程中成型胎胚物流運輸?shù)闹匾绞街弧?/p>

（六）摩擦輪傳動

圖11 摩擦輪輸送裝置

摩擦輪傳動作為一種自動化輸送方式，通過單元組合與摩擦驅(qū)動，實現(xiàn)系統(tǒng)布局簡捷，噪音低，形式靈活以及檢修方便等優(yōu)點，在汽車自動化輸送系統(tǒng)中已得到廣泛應(yīng)用。此輸送方式軌道簡單，制造簡單，經(jīng)濟性高，因此，此輸送形式，能夠替代傳統(tǒng)積放輸送鏈。此外，摩擦輪輸送系統(tǒng)能夠滿足生產(chǎn)需求基礎(chǔ)上，能夠與同其它輸送方式有機結(jié)合。在輪胎生產(chǎn)工藝過程中，在密煉車間小料存儲與輸送系統(tǒng)中，針對密煉粉塵易燃易爆的安全性，采用摩擦輪輸送系統(tǒng)，可有效的節(jié)省人工，實現(xiàn)有序管理，既保證先入先出又實現(xiàn)小料至密煉機的有效投放，提升自動化水平。但空中摩擦輸送方式與EMS 自行小車相比，壽命較長，但噪音較大。

六、不同輸送形式應(yīng)用案例分析

以成型胎胚-龍門庫/立體庫不同物流方案模式特點及進行比較。

表2 成型-龍門庫/立體庫不同方案模式特點比較

七、RFID 在輪胎裝備制造業(yè)中的應(yīng)用

圖12 RFID與讀寫設(shè)備

大批量生產(chǎn)以及短生產(chǎn)周期的現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)需要清晰地識別并匹配已生產(chǎn)零件。工業(yè) RFID 提供更大的靈活性，具有讀取和寫入功能的感應(yīng)式識別系統(tǒng)可確保每個單獨的過程環(huán)節(jié)擁有最新的數(shù)據(jù)。此外可以可靠地處理大量的數(shù)據(jù)，而無需視覺接觸。無限的讀/寫循環(huán)確保靈活、快速、無接觸式通信，甚至在高動態(tài)應(yīng)用中傳送大量數(shù)據(jù)時亦是如此。工業(yè) RFID 快速而可靠，甚至對于不斷變化的目標(biāo)和大量數(shù)據(jù)也是如此。從而實現(xiàn)對物料輕松地識別并跟蹤目標(biāo)。

RFID 根據(jù)工作頻率分類，一般可以分為低頻、中高頻、超高頻和微波。超高頻RFID 市場應(yīng)用場景相當(dāng)廣闊，具有能一次性讀取多個標(biāo)簽、識別距離遠(yuǎn)、傳送數(shù)據(jù)速度快，可靠性和壽命高、耐受戶外惡劣環(huán)境等優(yōu)點?？捎糜谫Y產(chǎn)管理、生產(chǎn)線管理、供應(yīng)鏈管理、倉儲、各類物品防偽溯源(如煙草、酒類、醫(yī)藥等)、零售、車輛管理等等。在輪胎生產(chǎn)過程中作為信息載體，實現(xiàn)對工序生產(chǎn)、工藝、設(shè)備以及制品等信息的記錄與識別。

輪胎生產(chǎn)過程中RFID 具體應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)： （1）密煉小料自動稱量后的信息與料框的綁定； （2）模具庫中的管理應(yīng)用。

母煉膠、終煉膠與托盤的綁定；

終煉膠膠樣與膠樣盒的綁定；

半制品部件工裝（如：胎面格柵車或百葉車，胎圈芯百葉車或托盤，鋼絲大卷卷軸或一體化小車，內(nèi)襯層、胎側(cè)、墊膠等一體化小車或工字輪，帶束層工字輪）與相應(yīng)工裝制品的信息綁定。

通過在輪胎生產(chǎn)制造設(shè)備配備RFID 標(biāo)簽，可實現(xiàn)通過掃描標(biāo)簽數(shù)據(jù)，自動管控設(shè)備程序，梳理生產(chǎn)流程，減少錯誤率。當(dāng)前，我國出臺了輪胎標(biāo)簽法，通過對輪胎貼標(biāo)簽強制要求，輪胎的燃油效率、滾動噪聲、滾動阻力和濕滑抓地力等屬性數(shù)據(jù)得到可視化應(yīng)用，RFID 技術(shù)與輪胎技術(shù)有效結(jié)合，意味著每一個輪胎具備全球獨立唯一身份信息，可實現(xiàn)輪胎全生命周期的管理和追溯，促進我國輪胎行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)輪胎行業(yè)向高精端發(fā)展，提升整體競爭力[6-7]。

圖13 RFID 在成型胎胚輸送中的應(yīng)用

圖14 INESA RFID 輪胎標(biāo)簽

輪胎RFID 可實現(xiàn)輪胎生產(chǎn)過程的生產(chǎn)管理與監(jiān)控，通過與MES 系統(tǒng)融合對接，可實現(xiàn)輪胎生產(chǎn)工藝中每一工序的跟蹤定位，提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。此外，通過追溯與數(shù)據(jù)存儲可以為輪胎銷售過程減少問題糾紛，維護企業(yè)權(quán)利，降低經(jīng)濟損失。輪胎行業(yè)應(yīng)推動強制應(yīng)用RFID 電子標(biāo)簽，建設(shè)更加豐富的輪胎數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)輪胎更加清晰的不同等級，為提升產(chǎn)品質(zhì)量與性能，促進輪胎工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展與升級建立基礎(chǔ)。

八、氣動管道輸送系統(tǒng)在輪胎裝備制造業(yè)中的應(yīng)用

氣動管道輸送系統(tǒng)是一個管道網(wǎng)絡(luò)，可讓不同站點的物品通過運送瓶發(fā)至目標(biāo)站點；多管道可相互連接并仍可保持獨立運行。因其成本低廉、快捷穩(wěn)定，并帶有防撞擊功能，運行安靜，使用簡便的特點在醫(yī)療行業(yè)、冶金行業(yè)已得到成熟而廣泛的應(yīng)用。

膠料是輪胎行業(yè)用量最大的半成品，隨著市場對輪胎的各項性能要求越來越高，如果不嚴(yán)格控制膠料性能，將會給輪胎生產(chǎn)帶來各種后續(xù)的質(zhì)量問題，輪胎性能受到重大的影響。一般大型輪胎廠擁有十幾條甚至幾十條密煉機生產(chǎn)線，每天生產(chǎn)上萬批次膠料，由快檢員到現(xiàn)場批次取樣，記錄然后送到快檢室進行檢測，這種傳統(tǒng)的方式取樣送樣過程無效的勞動花費檢測人員大量的工作時間，同時需要配置大量的檢測人員和快檢設(shè)備才能保障輪胎生產(chǎn)順利運行。通過專用的管道將分布在煉膠車間的各條煉膠生產(chǎn)線、快檢室等地點連接起來，構(gòu)成一個封閉的管道網(wǎng)絡(luò)。以壓縮空氣為動力，在中央控制系統(tǒng)調(diào)度下，采用全自動、半自動或者人工裝樣方式將膠樣快速送到快檢室。這套終煉膠自動取樣送檢系統(tǒng)由于具有傳輸速度快，傳輸效率高的優(yōu)點，在橡膠行業(yè)得到廣泛的認(rèn)可。

圖15 氣動管道輸送系統(tǒng)

九、MES 系統(tǒng)在輪胎裝備制造業(yè)中的應(yīng)用

圖16 輪胎生產(chǎn)過程中MES 系統(tǒng)功能架構(gòu)

圖17 輪胎生產(chǎn)過程MES 網(wǎng)絡(luò)部署

MES 實現(xiàn)了設(shè)備之間互聯(lián)互通，進而實現(xiàn)產(chǎn)品的自動物流與在線質(zhì)量檢測與控制。要實現(xiàn)全工廠的信息化、智能化管理，真正實現(xiàn)企業(yè)的大數(shù)據(jù)管理，解決好大型數(shù)據(jù)的通訊與處理是極為重要的一環(huán)[8]。

MES 系統(tǒng)由于集成了ERP、PDM 與設(shè)備控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息的有效流通；能夠保證生產(chǎn)計劃精準(zhǔn)編排，即時下達(dá)與調(diào)整，對生產(chǎn)進展能夠?qū)崟r監(jiān)控，從而實現(xiàn)可視化生產(chǎn)[9]。由于輪胎生產(chǎn)過程中，原材料成本占有比重較大，庫存管理壓力也較大，通過MES 系統(tǒng)管理，不僅實現(xiàn)了先進先出管理，時效管理，有效的提升了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了信息誤差率；而對于生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，如庫存管理，小料稱量，成型規(guī)格更換，以及模具管理都實現(xiàn)了信息化管控；此外，MES 系統(tǒng)能夠?qū)Ξ惓Ｐ畔⒓皶r發(fā)現(xiàn)并實現(xiàn)質(zhì)量跟蹤與追溯，有效的減少了廢品率，實現(xiàn)了輪胎全生命周期的過程化管控。

十 小結(jié)

1.輪胎物流自動化系統(tǒng)可極大提升產(chǎn)品質(zhì)量與效率，已成為輪胎企業(yè)智能制造與輪胎行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的有效手段；

2.輪胎物流自動化系統(tǒng)的應(yīng)用是對現(xiàn)有輸送、倉儲以及識別裝置與系統(tǒng)的移植與重構(gòu)；

3.輪胎企業(yè)智能化工廠建設(shè)應(yīng)結(jié)合自身工藝特點與環(huán)境要求，充分考慮設(shè)備投入與運營回報，并對現(xiàn)有技術(shù)進行再升級化應(yīng)用；

4.輪胎物流自動化系統(tǒng)改變了現(xiàn)有的管理模式，提升了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，降低了企業(yè)的整體運行成本，未來應(yīng)加大信息化與工業(yè)化深度融合，推進智能制造；

5.物流自動化系統(tǒng)是輪胎生產(chǎn)的一種工具，新技術(shù)、新工藝的研發(fā)與應(yīng)用以及高素質(zhì)、專業(yè)化人才的培養(yǎng)仍是輪胎工業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展的重要方向。