张辉，张海超，徐晓静

（北京万向新元科技股份有限公司，北京　100036）

物联网技术在橡胶工业智能制造中的应用

Application of internet of things technology in rubber industry intelligent manufacturing

张辉，张海超，徐晓静

（北京万向新元科技股份有限公司，北京100036）

物联网技术作为新一代信息技术的重要组成部分，在工业信息化的进程中占有重要地位。文章结合自动配料及物流转运系统的实际案例，介绍了以以太网为基础，RFID技术、PDA技术、车载平板、在线测量技术和位置感应技术等物联网智能感知技术在橡胶工业智能制造中的应用。以物联网技术为基础的数字化智能管控系统在仓库、配料及密炼、部件、成型、硫化、检测以及自动物流系统中得到广泛使用。在基于物联网技术构建生产执行系统时，生产数据被及时采集，指导生产过程快速调整，辅助制造过程智能化。实践证明，物联网技术的使用，提高了企业车间的生产管理信息化水平，收到了良好的直接和间接经济效益。

物联网；智能感知技术；智能制造

随着社会发展以及市场经济的进一步推进，轻工、橡胶等连续过程生产企业的制造执行系统（MES）的发展日趋成熟，对橡胶工业制造系统的信息化程度要求越来越高[1]。在对原料的输送配料混料、半制品及成品的自动物流转运等复杂步骤中，系统采用物联网技术，不仅极大的提高了生产效率，减少工人操作[2]，还保障了生产过程的安全与可靠，实现生产过程的智能化。

目前，生产企业的制造执行系统中广泛应用的智能感知技术有射频识别（RFID）技术[3]，手持终端（PDA）技术，车载平板、在线测量技术以及位置感应技术等。系统通过物联网中的工业硬件采集生产基础数据，通过无线网络或以太网将生产数据上传到服务器数据库，用户通过各种客户端对实际生产进行监控和管理。

本文结合实例，以自动配料及物流转运系统为典型案例，阐述了物联网在智能制造系统中的应用。

1　系统构成

在橡胶智能制造系统中，自动配料及物流转运系统是橡胶生产的重要工序，在橡胶工业生产中具有重要地位，物料的智能物流转运，将很大程度促进橡胶生产制造的智能化。

系统借助物联网技术，以以太网为基础的数据采集，通过无线网络或有线网络覆盖，将射频识别（RFID）、手持终端（PDA）、 车载平板、在线测量等智能传感设备与计算机、用户等通过网络联系到一起，实现人与系统、设备与系统、设备与设备之间的数据交互，实现信息化、网络远程控制管理，详细的构架体系如图1所示。

数据采集层：主要是通过各种智能数据采集终端如RFID、位置传感器、PDA、在线测距传感器、车载平板等进行数据的采集。

网络层：通过以太网与无线网络技术将智能数据采集终端采集到的数据信息安全性、可靠性的传输到应用层，形成一个内部局域网，确保实际生产数据的准确传输。同时通过互联网将相关数据传送到各种客户端，实现生产的高效管理。

图1　系统架构

应用层：主要的工作是为用户提供可视化界面，实现人机界面的智能交互。

数据处理：即为应用程序层，将通过网络层传输的数据进行数据存储和处理，工业现场数据可为其它企业管理软件（如ERP/PDM/PLM/EMS/EAM等）提供基础数据服务，拓展性好。

人机交互：是通过终端设备，提供人机界面。为操作人员提供实际生产数据，有助于数据分析，提高生产管理效率。

与传统的单机化系统相比，采用了物联网技术的智能化系统解决了信息孤岛问题，实现了人机的互联互通，可较大幅度的提升生产效率，使生产管理更为便捷化，保证品质，同时降低成本。

2　数据采集

2.1数据采集层网络配置

根据系统架构及其系统流程分析，数据采集层网络模块配置如图2所示。

2.2数据采集技术

2.2.1基于以太网的数据采集

图2　网络模块图

通过厂区内部以太网络覆盖，结合PLC以太网模块，将生产过程中的实际作业状态、物料状态、设备状态等通过实时数据采集技术，将生产数据实时的传输到MES系统中，系统对数据进行自动分析，将最新的设备状态、生产过程及物料状态等展现在终端用户面前。

2.2.2无线覆盖及PDA技术

在生产过程中，根据需求的不同使用不同的数据采集终端，部分需要人工录入的信息，可通过无线网络覆盖，并由操作人员携带手持PDA或车载平板终端进行条码扫描以实现在线数据录入。

将扫描后的条码信息实时传送到MES系统进行数据记录和分析，主要包括：点检信息、巡检品质记录、工模具更换记录、库存系统修正、材料防误记录等。

2.2.3位置感应及RFID技术

在物料流转过程中，通过在装载、称重、收取等位置安装位置感应传感器及RFID天线，可实时读取绑定到容器的RFID标签的数据信息，实现材料与容器的数据绑定，并在上料时实现材料防误的无人化，保证材料使用的正确性并追溯。

由于轮胎生产的特殊性，可采用抗金属干扰的超高频RFID技术，抗干扰能力强。采用可重复使用的标签安装在容器的合适位置，可减少实施成本。RFID系统的数据流程图如图3所示。

图3　RFID数据传递

2.2.4在线测量技术

在橡胶制品或轮胎的部件生产阶段，通过高精度的激光在线测量技术，可快速的进行制品数据的采集，并将数据通过MES传入到SPC系统中进行快速的制程分析，保证制程的稳定性。同时将数据立刻反馈到设备中，进行机台参数的自动调整，实现自动误差校正，在线即可减少不良产品的产生，提高产品的生产合格率。

3　系统应用

3.1客户端技术

（1）C/S及B/S结合的PC客户端应用

可采用以本地应用为基础的C/S架构结合以浏览器为基础的B/S架构，满足不同用户的使用需求，通过友好的用户界面进行系统访问，实时查看系统生产，查找相关材料追溯、生产历史、产品数据，可以更为直观快速的获取实际生产信息，有利于提高管理效率。

（2）APP技术应用

对于管理人员通过使用MES的APP客户端，实现远程操作和监控，满足管理者随时随地对实际生产进行有效监控的需求，同时进行一些简单的处理操作，有利于提高生产管理的及时性和便捷性。

（3）LED电子看板及安灯系统

通过LED电子看板等现场人机交互界面，将生产信息在看板上进行展现，生产过程更为直观，提高了生产管理的透明化。同时结合安灯系统实现设备故障的快速报警及报修，提高系统维修效率。

（4）flexsim仿真技术

确定系统设备构成及系统整体架构设计，并完成各种物联网设备的应用设计后，通过flexsim场景仿真技术对整个系统进行仿真模拟。根据物联网设备数据参数，对现场生产设备进行仿真模拟，其仿真结构如下图4所示。分析仿真结果，总结出最佳配置方案，应用于生产，从而提高生产效率，降低资源损耗。

3.2功能应用

（1）多终端实时监控、快速调度：生产过程、工艺管理、质量数据、库存量等在各种终端上都可进行实时监控，可实现问题及时发现、及时处理，提高问题的发现的及时性、减少因为问题处理过慢而导致的生产效率降低。

图4　仿真架构设计

（2）实时SPC：减少对常规检验的依赖性，定时的观察以及系统的在线测量方法替代了大量的检测和验证工作，自动产生的SPC分析报表，有利于提高制品品质、节约生产成本。

（3）故障快速响应：现场生产设备一旦发生故障，可以通过安灯系统提示、LED报警以及短信提示等方式，快速产生维修计划，维修工可对故障进行及时的处理与维修，提高了故障处理效率，减少了故障处理时间。

（4）快速及多平台批量追溯：使用各种终端平台可通过条码或批次信息进行快速的正向及反向的批量追溯，查询到橡胶制品或轮胎制造的各个阶段的生产、设备、人员、工艺、物料等信息，若有异常品可在系统中进行快速隔离，防止不良品流出，也可实现快速的客诉品分析。

4　结语

本文结合实际案例，阐述了物联网技术在橡胶工业智能制造系统中的应用，并使用仿真技术，模拟了各类工况，验证了系统配置的协调性，降低了装备的制造和应用成本，为橡胶企业带来实际经济效益。

物联网技术的应用提高了橡胶制品或轮胎生产的自动化和智能化水平。同时，依托广泛的物联网硬件，可以进一步对采集的基础数据进行挖掘，探寻系统参数与效率的深入关系，为大数据挖掘奠定数据基础，可更好的服务于企业。

(R-03)

TQ330.493

1009-797X(2016)18-0069-03

BDOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.18.019

张辉（1985-），男，主要从事橡胶工业信息化自动化软件系统的开发和应用研究工作，荣获2013年度中关村科技园区经济技术创新标兵。

2016-08-02