任誼 ，陳亞東 ，姜洪波

(1. 大連第二橡塑機(jī)械有限公司自動(dòng)化事業(yè)部，遼寧 大連 116000 ；2. 朝陽浪馬輪胎有限責(zé)任公司設(shè)備動(dòng)力部，遼寧 朝陽 122000)

1 胎胚輸送的工藝流程

1.1 傳統(tǒng)物流

經(jīng)輪胎成型機(jī)成型后的胎胚存放在胎胚車內(nèi)，由人工或電瓶叉車運(yùn)送至胎胚存放區(qū)進(jìn)行緩存或直接運(yùn)送至硫化機(jī)進(jìn)行硫化（根據(jù)各廠家工藝不同，另有胎胚噴涂、打碼貼碼等工序）?，F(xiàn)存問題為存在人車交叉混雜無序生產(chǎn)（品種混雜且有安全隱患），空間使用不足，胎胚在搬運(yùn)過程中變形、損傷，操作工、搬運(yùn)工過多，導(dǎo)致輔助輸送時(shí)間過長，造成低效、人工成本過高等；胎胚存放車的平放儲存方式，造成了搬運(yùn)人工投入過多，空間占地面積過大，并且很難通過人工實(shí)現(xiàn)先進(jìn)先出的精準(zhǔn)控制。硫化車間在搬運(yùn)胎胚存放車過多時(shí)，會造成換模叉車的交通擁堵等。

1.2 無智能化MES 控制的物流

目前多數(shù)輪胎企業(yè)均以手工操作和搬運(yùn)為主的生產(chǎn)方式，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，同時(shí)也增加了產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定因素。同時(shí)在生產(chǎn)過程中，因無訂單和生產(chǎn)數(shù)據(jù)及計(jì)劃要求與實(shí)際生產(chǎn)品質(zhì)的實(shí)時(shí)對比，不能及時(shí)根據(jù)訂單要求調(diào)整生產(chǎn)，往往造成胎胚庫存過多，無法正常按時(shí)硫化排產(chǎn)，造成胎胚失效胎增加，降低了產(chǎn)品合格率。在整個(gè)生產(chǎn)過程中很難實(shí)時(shí)追蹤胎胚的制造過程，無法實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，做不到實(shí)時(shí)反饋，影響管理層的判斷和分析，無法及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)。同時(shí)因?yàn)樯a(chǎn)過程中無輪胎相關(guān)信息采集，無法追溯銷售商返廠輪胎的生產(chǎn)歷史信息，更不能判斷產(chǎn)生不良的原因，進(jìn)而很難發(fā)現(xiàn)不良品，而且對使用者造成安全隱患，對企業(yè)形象造成不可挽回的影響。

1.3 自動(dòng)化、智能化MES 控制的物流

本項(xiàng)目主要實(shí)現(xiàn)胎坯從輪胎成型機(jī)卸胎后由輥道線自動(dòng)裝胎至積放式懸掛輸送鏈，經(jīng)懸掛鏈積放儲存，同時(shí)具備快速通道將胎坯直接輸送至硫化機(jī)下料位通道進(jìn)行下料。根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃，將符合規(guī)格的胎坯按先進(jìn)先出原則由懸掛鏈積放儲存區(qū)通過輸送鏈、升降機(jī)械手和地面轉(zhuǎn)運(yùn)AGV 送到相應(yīng)的硫化機(jī)臺進(jìn)行硫化作業(yè)。該系統(tǒng)采用高空自動(dòng)化物流輸送系統(tǒng)，利用現(xiàn)有舊廠區(qū)的空中空間，節(jié)省了搬運(yùn)人力、胎胚運(yùn)輸車和完全取消了地面胎胚車的儲存占用空間，使輪胎生產(chǎn)井然有序。該自動(dòng)化物流輸送系統(tǒng)具有省人、省空間、省能耗、積放緩存和按先進(jìn)先出原則的功能。整體工藝路線如圖1 所示。

圖1 工藝路線

本項(xiàng)目的智能化MES 系統(tǒng)是通過硬件（服務(wù)器、工控機(jī)、交換機(jī)、RFID 及光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等）和軟件（基礎(chǔ)軟件、開發(fā)軟件）構(gòu)成MES 網(wǎng)絡(luò)框架控制系統(tǒng)。MES 系統(tǒng)整合了所有相關(guān)單機(jī)設(shè)備與物流設(shè)備及在線實(shí)時(shí)診斷、統(tǒng)計(jì)設(shè)備故障信息、履歷，以便分析出胎胚物流整線上影響生產(chǎn)的設(shè)備瓶頸口，及時(shí)解決、保證了自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)始終處于穩(wěn)定健康的良好運(yùn)行狀態(tài)。

2 項(xiàng)目簡介

2.1 項(xiàng)目整體描述

本項(xiàng)目將輪胎成型車間、硫化車間分為三部分，分別為胎胚上料系統(tǒng)、積放式懸掛輸送系統(tǒng)、胎胚下料系統(tǒng)。該項(xiàng)目為針對國內(nèi)某輪胎廠舊廠區(qū)進(jìn)行的升級改造類項(xiàng)目，詳見圖2 整體布局圖。

圖2 項(xiàng)目布局圖

2.2 胎胚上料系統(tǒng)描述

當(dāng)胎胚由輪胎成型機(jī)生產(chǎn)出來之后，胎胚表面會有一個(gè)條形碼，此條形碼即為相對應(yīng)輪胎的身份信息，關(guān)聯(lián)輪胎的型號規(guī)格、物料號、成型機(jī)號、生產(chǎn)時(shí)間班次等信息。由條碼站對胎胚的條碼進(jìn)行讀取，并將此條碼發(fā)送給二級軟件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)從MES 數(shù)據(jù)庫里讀取此條碼相對應(yīng)的物料信息并提取規(guī)格型號參數(shù)。胎胚通過對接輸送線停止在固定位置上，由升降伸縮輸送機(jī)將此條胎胚抓起，自動(dòng)送至懸掛鏈吊籠中。該輸送機(jī)抓手位置會安裝一個(gè)RFID 讀寫器，懸掛鏈（吊籠）底部位置都有一個(gè)RFID 載碼體，載碼體帶有吊籠號信息，保證吊籠信息的唯一性。讀寫器將讀取載碼體號碼（即吊籠號）傳輸給二級軟件，此時(shí)二級軟件會將胎胚號與吊籠號進(jìn)行綁定，保證產(chǎn)品信息唯一性。詳見圖3 胎胚上料系統(tǒng)。

圖3 胎胚上料系統(tǒng)

2.3 積放式懸掛輸送系統(tǒng)描述

積放式懸掛輸送系統(tǒng)是應(yīng)智能工廠自動(dòng)化生產(chǎn)需要發(fā)展起來的一種綜合性空間輸送系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)勢是輸送的胎胚可以在線路中任意一點(diǎn)停止下來并可以積存起來，也可以根據(jù)需要重新開始運(yùn)行，既能夠負(fù)擔(dān)簡單的物料搬運(yùn)功能，又能解決復(fù)雜物料儲存問題，還能夠預(yù)測生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，可以在這些問題影響到生產(chǎn)之前對其進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償。通過RFID 可以為吊籠寫入胎胚信息，利用吊籠內(nèi)的信息，可以實(shí)現(xiàn)工件的分類存儲，通過上位機(jī)的控制，可以從庫區(qū)調(diào)用需要的胎胚下線，下線區(qū)不需要下線的胎胚仍可以返回庫區(qū)等待下一次調(diào)用。

積放式懸掛輸送系統(tǒng)的基本部件為驅(qū)動(dòng)裝置、氣動(dòng)張緊裝置、軌道、鏈條、推鉤、車組、吊具、停止器、止退器、發(fā)號器等。

驅(qū)動(dòng)裝置是為整個(gè)輸送機(jī)提供動(dòng)力的裝置，本項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)裝置為履帶直線式傳動(dòng)，由電動(dòng)機(jī)、減速器、鏈輪、驅(qū)動(dòng)鏈固定架、活動(dòng)架組成。采用懸浮式過載保護(hù)機(jī)構(gòu)，當(dāng)系統(tǒng)因故過載時(shí)，活動(dòng)架壓縮彈簧觸動(dòng)過載保護(hù)開關(guān)，輸送機(jī)停止運(yùn)行。詳見圖4 驅(qū)動(dòng)裝置。

圖4 驅(qū)動(dòng)裝置

張緊裝置是吸收牽引鏈工作時(shí)所產(chǎn)生的松弛并使其保持一定張力的裝置，可以補(bǔ)償鏈條的磨損以及由于溫度的變化引起的長度的變化。本項(xiàng)目張緊裝置采用氣動(dòng)式結(jié)構(gòu)。氣缸活塞桿與張緊輪活動(dòng)架相連，壓縮空氣經(jīng)三聯(lián)件過濾、減壓后進(jìn)入方向控制閥，再經(jīng)調(diào)速閥進(jìn)入氣缸，使氣缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)鏈條拉緊過程。操作方向控制閥可使氣缸向相反方向動(dòng)作，操作調(diào)速閥可控制進(jìn)氣量的大小，以改變氣缸運(yùn)行速度，操作三聯(lián)件上的減壓閥可控制系統(tǒng)氣壓的大小。詳見圖5張緊裝置。

圖5 張緊裝置

軌道是支撐和引導(dǎo)鏈條和吊籠組運(yùn)行的基礎(chǔ)部件，按功能分為積放軌、牽引軌、承載軌等，按方向分為水平彎軌、垂直彎軌和傳遞軌。

積放軌道是輸送機(jī)的主體，由牽引軌和承載軌以及括架組成，其作用是積放和輸送吊籠。

牽引軌是用來專門輸送鏈條的軌道。

承載軌用來專門存放吊籠，本項(xiàng)目用于檢修軌段。

水平彎軌和垂直彎軌是為鏈條和吊籠分別提供水平轉(zhuǎn)向和垂直轉(zhuǎn)向的裝置，是整機(jī)軌道中的重要部件。傳遞軌是負(fù)責(zé)將一條線路上的吊籠傳遞到另一線路上的裝置。

鏈條和推鉤是輸送機(jī)的主要部件，輸送機(jī)輸送吊籠的運(yùn)動(dòng)是驅(qū)動(dòng)裝置通過鏈條和推鉤帶動(dòng)吊籠來完成的。其工作原理，推鉤在鏈條的帶動(dòng)下，在封閉軌道里運(yùn)行，當(dāng)推鉤遇到在承載軌道里的前吊籠時(shí)，與其推爪嚙合，帶動(dòng)吊籠前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)物料輸送。

道岔是使吊籠由一條軌道進(jìn)入另一條軌道的執(zhí)行部件，道岔分合流道岔與分流道岔，合流道岔的道岔舌呈自由狀態(tài)，使兩條或兩條以上線路上的吊籠能夠自然合流到一條線路上，分流道岔的道岔舌由氣缸控制，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，氣缸在控制中心指令下動(dòng)作，將岔舌轉(zhuǎn)到指定位置，開通分流線路，使吊籠進(jìn)入預(yù)定的軌道。

吊籠與吊具是負(fù)責(zé)承載物料運(yùn)行的重要部件，本項(xiàng)目吊籠由前、中、后吊籠及載荷梁、連桿組成，前吊籠通過推爪負(fù)責(zé)車組的運(yùn)行和停止；中、后吊籠負(fù)責(zé)承載物料，后吊籠還通過擋塊負(fù)責(zé)對后面的吊籠積放。

停止器主要由停止器和停止器氣動(dòng)單元構(gòu)成，控制承載工件的積放吊籠組的積存和釋放。停止板材質(zhì)為 45# 鋼淬火，并設(shè)有單向到位檢測開關(guān)，保證停止器的動(dòng)作靈活性和可靠性，重復(fù)定位精度±2mm。

在停止器后設(shè)置有單聯(lián)止推器或雙聯(lián)止退器，保證整條輸送鏈平穩(wěn)運(yùn)行和停止，不晃動(dòng)，不能撞擊正在進(jìn)入升降段或停止段的吊籠組和吊具。詳見圖6 停止器。

圖6 停止器

止退器是用來防止吊籠在停止時(shí)向后退的裝置，裝在停止器的后面。

發(fā)號器是用來向吊籠發(fā)出停止、前進(jìn)、占位及改變路線的信號的裝置，設(shè)在停止器、道岔的前面。

積放式懸掛輸送系統(tǒng)是一種比較大且分散的系統(tǒng)，積放線的輸送比較長，停止器、道岔的分布比較散，因此需采用分布式PLC 控制方式，該項(xiàng)目采用西門子基于Profibus DP 分布式總線，將輸送系統(tǒng)根據(jù)控制區(qū)域及功能劃分成若干個(gè)控制區(qū)，每個(gè)控制區(qū)可通過ET200S 接入主控PLC 系統(tǒng)，系統(tǒng)整體采用西門子的Wincc 作為上位機(jī)控制軟件，通過該軟件可以對積放儲存區(qū)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和庫存管理操作，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀況，顯示系統(tǒng)故障信息并統(tǒng)計(jì)匯總等。

這些功能使該系統(tǒng)使用靈活，操作簡單，是一種比較柔性的輸送系統(tǒng)，更符合現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)的需要。積放式懸掛輸送系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活，適用于大規(guī)模生產(chǎn)且成本較低，缺點(diǎn)是輸送鏈運(yùn)行噪音較大，鏈條易磨損且不易更換。隨著技術(shù)的不斷提高，基于積放式懸掛鏈儲運(yùn)系統(tǒng)仍有較好的應(yīng)用前景。詳見圖7 積放式懸掛輸送系統(tǒng)。

圖7 積放式懸掛輸送系統(tǒng)

2.4 胎胚下料系統(tǒng)描述

當(dāng)硫化機(jī)發(fā)出需求胎胚信息時(shí)，首先是硫化機(jī)的PLC 系統(tǒng)將需求信息發(fā)送給MES 系統(tǒng)，由MES 系統(tǒng)發(fā)送給WMS 系統(tǒng)（積放懸掛儲存系統(tǒng)），WMS 系統(tǒng)根據(jù)先進(jìn)先出原則，下發(fā)當(dāng)前需求規(guī)格胎胚的出庫任務(wù)。由升降伸縮輸送機(jī)將胎胚抓起并放置于下料儲存位。MES 系統(tǒng)將出庫的吊籠RFID 信息和下料儲存位上的胎胚信息一一對應(yīng)。通過AGV 將胎胚的運(yùn)輸至對應(yīng)硫化機(jī)固定上料位，MES 系統(tǒng)將指令發(fā)送給要料的硫化機(jī)處的抓取機(jī)器手，硫化機(jī)抓取機(jī)器手將胎胚放入對應(yīng)硫化機(jī)中，并將胎胚信息上傳回MES 系統(tǒng)中，完成一個(gè)周期的循環(huán)任務(wù)。

該項(xiàng)目的AGV 設(shè)計(jì)以激光自然導(dǎo)航方式進(jìn)行導(dǎo)航與定位，為區(qū)分環(huán)境及精確對接作業(yè)點(diǎn)位置，會加反光板作為輔助定位。AGV 調(diào)度系統(tǒng)具有地圖管理、機(jī)器人管理、任務(wù)管理、執(zhí)行監(jiān)管、調(diào)度計(jì)劃、上層系統(tǒng)對接、人機(jī)交互等的功能。AGV 調(diào)度系統(tǒng)采用基于Quartz 的分布式調(diào)度策略，是以數(shù)據(jù)庫為邊界的一種異步策略。各個(gè)調(diào)度器都遵守一個(gè)基于數(shù)據(jù)庫鎖的操作規(guī)則從而保證了操作的唯一性，同時(shí)多個(gè)節(jié)點(diǎn)的異步運(yùn)行保證了服務(wù)的可靠。Quartz 具有以下特點(diǎn)：強(qiáng)大的調(diào)度功能、靈活的應(yīng)用方式、分布式和集群能力，另外作為spring 默認(rèn)的調(diào)度框架，很容易實(shí)現(xiàn)與Spring 集成，實(shí)現(xiàn)靈活可配置的調(diào)度功能。詳見圖8胎胚下料系統(tǒng)。

圖8 胎胚下料系統(tǒng)

3 結(jié)論

（1）胎胚物流自動(dòng)化可提高企業(yè)物流管理水平和產(chǎn)品質(zhì)量，提升企業(yè)品牌形象。

（2）胎胚物流自動(dòng)化系統(tǒng)提高了生產(chǎn)物流系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和信息化程度，極大的減輕了傳統(tǒng)運(yùn)輸作業(yè)的強(qiáng)度，避免人為故障率的產(chǎn)生。

（3）自動(dòng)化物流輸送的應(yīng)用必然成為輪胎物流輸送的新趨勢，本文介紹的相關(guān)方案自動(dòng)化程度高，可以最大限度的利用舊廠房空間，且安全性好，可以有效解決傳統(tǒng)輪胎生產(chǎn)物流工作量大、效率低，且企業(yè)信息化無法有效結(jié)合等問題。

（4）輪胎企業(yè)采用自動(dòng)化物流系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)物料輸送自動(dòng)化和智能化管理，降低企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理，進(jìn)而提高企業(yè)總體利潤，推動(dòng)我們整個(gè)輪胎制造產(chǎn)業(yè)的升級。