智能硫化群控管理系統(tǒng)研究

孫洪喜，王俊石

（軟控股份有限公司，山東 青島 266045）

智能硫化群控管理系統(tǒng)研究

Study on intelligent curing group control management system

孫洪喜，王俊石

（軟控股份有限公司，山東 青島 266045）

“工業(yè)4.0”是制造企業(yè)發(fā)展的必然趨勢，輪胎制造硫化過程不穩(wěn)定會嚴(yán)重影響輪胎產(chǎn)品質(zhì)量，同時硫化設(shè)備樣式多樣、廠家眾多，針對此問題將數(shù)字化、智能化、工業(yè)總線技術(shù)應(yīng)用到硫化生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中，搭建智能化的群控管理系統(tǒng)，規(guī)范控制系統(tǒng)和管理模式，實現(xiàn)生產(chǎn)、設(shè)備、工藝、質(zhì)量的集成化、智能化管控，使得硫化程度均勻性得到提升，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

硫化群控；智能化；工業(yè)總線

美國對我國“雙反”對中國輪胎制造商產(chǎn)生了較大影響，提高產(chǎn)品質(zhì)量和價格是輪胎企業(yè)突破國外輪胎銷售壁壘的重要途徑。硫化工序是輪胎生產(chǎn)的關(guān)鍵工序之一，硫化機(jī)是硫化工序的關(guān)鍵設(shè)備，硫化工序生產(chǎn)質(zhì)量的好壞必將影響到輪胎整體產(chǎn)品的質(zhì)量。如何提高硫化機(jī)自動化、智能化的水平以及工藝參數(shù)的控制精度已經(jīng)成為提高輪胎產(chǎn)品質(zhì)量的一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的硫化機(jī)都是單機(jī)控制的方式，機(jī)臺之間的數(shù)據(jù)無法共享。同時單機(jī)控制方式也存在數(shù)據(jù)采集繁瑣、歷史數(shù)據(jù)查詢麻煩［1］等問題。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，本文結(jié)合軟控在橡膠輪胎行業(yè)多年的自動控制和信息規(guī)劃的實踐經(jīng)驗，提出硫化群控的解決方案，以昆侖通泰觸摸屏的硫化機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)為例，通過MODIBUS總線方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊控制，該方案組網(wǎng)簡單，控制可靠先進(jìn)，能夠同時實現(xiàn)10臺硫化機(jī)的過程數(shù)據(jù)采集和硫化工藝控制。

下面從系統(tǒng)架構(gòu)、案例實施、系統(tǒng)功能等方面進(jìn)行逐一描述，群控組網(wǎng)方式較多。傳統(tǒng)方式以PLC直接加通訊模塊組網(wǎng)較多，本文以昆侖通泰觸摸屏組網(wǎng)為例，實現(xiàn)硫化的集群化管控，對于前期已采購觸摸屏控制設(shè)備的企業(yè)可有效降低實施成本。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用三層架構(gòu)體系設(shè)計，架構(gòu)圖如圖1所示。第一層是PCS層，PCS層實現(xiàn)了設(shè)備的控制，實現(xiàn)觸摸屏對PLC的直接控制，同時起到群控與PLC的通訊紐帶，起到“承上啟下”的作用。第二層是MES層由群控管理系統(tǒng)來實現(xiàn)，可以和十多臺觸摸屏通訊，實現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)的下載，過程數(shù)據(jù)的采集。第三層為SYS服務(wù)層，服務(wù)器集中存儲數(shù)據(jù)，對外發(fā)布服務(wù)，實現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)的分析，外部用戶對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的訪問。觸摸屏和PLC之間采用PLC的通訊協(xié)議，MES層和觸摸屏之間采用MODIBUS通訊協(xié)議，SYS服務(wù)層和MES層之間采用TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，組建標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)，對外發(fā)布系統(tǒng)租用移動運(yùn)營商的公網(wǎng)資源。

基于上述體系架構(gòu)實現(xiàn)硫化設(shè)備的管控。首先以硬件實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為基礎(chǔ)，目前有多種組網(wǎng)方式，由串口通訊模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊、總線方式的工業(yè)組網(wǎng)方式，上述方式都需要在現(xiàn)有PLC控制系統(tǒng)擴(kuò)展對應(yīng)的模塊來實現(xiàn)，本方案針對現(xiàn)有觸摸屏進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，無需增加硬件的方式來實現(xiàn)，通訊采用MODIBUS通訊協(xié)議，下面以昆侖通泰的觸摸屏來介紹設(shè)置步驟。

2 硬件組態(tài)設(shè)計

針對觸摸屏安裝對應(yīng)的嵌入式系統(tǒng)編程軟件，昆侖通泰觸摸屏為MCGS嵌入式版本，安裝完畢后，打開觸摸屏工程，打開設(shè)備窗口，如圖2所示。

選擇通用TCP/IP父設(shè)備，點增加，選擇通用設(shè)備，選擇MODBUSTCP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，點擊“添加”按鈕添加。依次添加通用TCP/IP父設(shè)備、MODBUSTCP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖2 設(shè)備窗口界面

然后設(shè)置通用TCP/IP父設(shè)備屬性，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)類型：1-TCP，服務(wù)器類型:1-服務(wù)器，設(shè)置本地IP地址：192.168.1.133，通訊屏的IP地址192.168.1.200，端口：3000。

然后設(shè)置MODBUSTCP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備屬性，設(shè)置步驟通過依次點擊內(nèi)部屬性，選擇設(shè)置設(shè)備內(nèi)部屬性。設(shè)置標(biāo)簽TAG，如果存在標(biāo)簽，通過“全部刪除”功能刪除后重新添加。點擊增加通道，選擇4通道類型（0輸入繼電器、1輸出繼電器、2輸入寄存器、3輸出寄存器），輸入默認(rèn)開始地址，設(shè)置通道數(shù)量為通訊個數(shù)，選擇數(shù)據(jù)類型，最后設(shè)置通訊變量。

組態(tài)完畢后，編譯并且將程序下載到觸摸屏。重啟觸摸屏后，系統(tǒng)功能生效。MES上位機(jī)管理系統(tǒng)可通過MODBUS通訊協(xié)議訪問設(shè)置的變量?？梢圆杉瘮?shù)據(jù)并且下載參數(shù)。

系統(tǒng)設(shè)置完畢后，可以部署群控管理系統(tǒng)，通過群控管理系統(tǒng)實現(xiàn)硫化設(shè)備的智能控制，報警標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置，過程參數(shù)的實時監(jiān)控，從而實現(xiàn)硫化的智能化管理，報警標(biāo)準(zhǔn)具備自學(xué)習(xí)的調(diào)整功能，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前的硫化結(jié)果可以不斷的優(yōu)化調(diào)整，下面對硫化報警標(biāo)準(zhǔn)的功能進(jìn)行描述。

3 報警標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置

報警標(biāo)準(zhǔn)是硫化設(shè)備判斷硫化過程準(zhǔn)確的判斷依據(jù)，設(shè)置的好壞確定該輪胎過程是否合格，是否需要自動延時，以補(bǔ)償?shù)刃Я蚧慕Y(jié)果。在工藝專家經(jīng)驗和歷史數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上設(shè)置報警標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)針對熱板溫度、模套溫度、內(nèi)溫、內(nèi)壓，在硫化各步序階段的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，分別設(shè)置凱式時間、持續(xù)時間、最大值、標(biāo)準(zhǔn)值、最小值等。

報警標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置完畢后，基于迭代自學(xué)習(xí)控制方法［2］根據(jù)后續(xù)質(zhì)檢系統(tǒng)的檢測結(jié)果和過程記錄的歷史數(shù)據(jù)，不斷對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，對報警標(biāo)準(zhǔn)及控制方法進(jìn)行優(yōu)化，建立最佳的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，從而提高報警標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置的科學(xué)性和有效性。同時檢驗工藝是否與質(zhì)量結(jié)果相匹配，從而不斷的優(yōu)化工藝，提升硫化工序的產(chǎn)品質(zhì)量。調(diào)整步序如圖3所示。

圖3 迭代自學(xué)習(xí)控制方法模型

4 過程監(jiān)控模型

基于標(biāo)準(zhǔn)模型實時監(jiān)控PLC的參數(shù)，系統(tǒng)初始化時首先從過程數(shù)據(jù)報警標(biāo)準(zhǔn)表中查詢當(dāng)前過程參數(shù)的報警標(biāo)準(zhǔn)；初始化并下載（持續(xù)時間、報警狀態(tài)、最大值、最小值、開始時間）等報警標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)；實時從設(shè)備控制系統(tǒng)監(jiān)控步序、溫壓過程參數(shù)，判斷當(dāng)前步序是否有過程參數(shù)報警標(biāo)準(zhǔn)：判斷當(dāng)前步序是否有溫壓過程參數(shù)報警標(biāo)準(zhǔn)，如果沒有則進(jìn)行提示，并實時判斷步序時間是否大于報警開始時間。根據(jù)報警標(biāo)準(zhǔn)判斷是否報警，并標(biāo)記異常報警胎，短信通知工藝設(shè)備人員進(jìn)行維護(hù)管理，實現(xiàn)輪胎品級的智能預(yù)測判斷。

5 系統(tǒng)功能

群控管理系統(tǒng)的主要功能框架如圖4所示，主要包含生產(chǎn)管理、計劃管理、技術(shù)管理、人員管理、報警管理、設(shè)備管理、系統(tǒng)管理幾大模塊，下面對各模塊的功能進(jìn)行簡要描述。

5.1 生產(chǎn)管理

（1）實時采集生產(chǎn)信息，建立全面的生產(chǎn)管理追溯體系；

（2）對工藝、模具、生產(chǎn)時間、人員、機(jī)臺進(jìn)行對應(yīng)，建立生產(chǎn)資料庫；

（3）實時采集崗位工人的數(shù)據(jù)，結(jié)合計件工資標(biāo)準(zhǔn)，實時統(tǒng)計計件工資；

（4）以條碼或RFID為載體實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時統(tǒng)計分析；

（5）生產(chǎn)數(shù)據(jù)和實際工藝實時驗證，避免用錯胎胚等現(xiàn)象發(fā)生。

圖4 系統(tǒng)功能框架圖

5.2 計劃管理

（1）換模計劃的自動化管理，狀態(tài)實時跟蹤；

（2）硫化模具狀態(tài)實時管控，掌握生產(chǎn)能力，建立機(jī)臺生產(chǎn)能力對應(yīng)數(shù)據(jù)庫；

（3）根據(jù)模具、生產(chǎn)需求、設(shè)備實際情況自動生成排產(chǎn)計劃；

（4）通過網(wǎng)絡(luò)計劃快速下達(dá)到機(jī)臺，提升數(shù)據(jù)傳輸效率，避免人工誤差、延遲等現(xiàn)象；

（5）計劃執(zhí)行情況實時監(jiān)控，執(zhí)行率、執(zhí)行狀態(tài)實時管控，實現(xiàn)計劃的精益化管理。

5.3 技術(shù)管理

（1）建立物料編碼規(guī)范，物料編碼統(tǒng)一定義，避免一物多碼的現(xiàn)象；

（2）統(tǒng)一管理硫化工藝參數(shù)、施工標(biāo)準(zhǔn)，防止工藝下發(fā)、執(zhí)行不變形；

（3）建立硫化工藝配方和生產(chǎn)信息對應(yīng)關(guān)系，有效分析不同配方對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，對工藝改進(jìn)人員提供支持；

（4）建立硫化工藝報警標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)報警胎，控制硫化系統(tǒng)動作，禁止繼續(xù)硫化，防止批量不合格品產(chǎn)生；

（5）監(jiān)控硫化曲線，搭建硫化曲線歷史資料庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)控，對歷史數(shù)據(jù)能夠及時追溯；

（6）溫度、壓力等生產(chǎn)過程參數(shù)實時監(jiān)控，實現(xiàn)輪胎的智能預(yù)測判級。

5.4 人員管理

（1）確定人員編碼規(guī)范，統(tǒng)一編碼規(guī)則；

（2）交接班信息管理，確定生產(chǎn)班組、機(jī)臺、班次、崗位的對應(yīng)關(guān)系；

（3）系統(tǒng)角色、功能權(quán)限靈活配置，有效保證了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全；

（4）全面記錄系統(tǒng)日志，可追溯分析操作日志，便于追溯分析，保障系統(tǒng)安全；

（5）建立績效工資、成本核算的標(biāo)準(zhǔn)體系，規(guī)范人員梯隊建設(shè)。

5.5 報警管理

（1）報警標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一定義管理，搭建設(shè)備、工藝的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；

（2）搭建報警標(biāo)準(zhǔn)，實時監(jiān)控過程參數(shù)，超出報警標(biāo)準(zhǔn)及時報警；

（3）建立異常胎的分析處理規(guī)范，跟蹤處理步驟，規(guī)范管理；

（4）報警胎與后工序接口，對報警胎及時提示并展現(xiàn)硫化參數(shù)，智能化提示并展示信息；

（5）報警胎及時通過短信、微信發(fā)布給相關(guān)人員。

5.6 設(shè)備管理

（1）建立設(shè)備履歷臺賬；

（2）實現(xiàn)硫化設(shè)備的全生命周期管理；

（3）設(shè)備參數(shù)統(tǒng)一管理，實現(xiàn)各機(jī)臺設(shè)備參數(shù)的規(guī)范化管控；

（4）設(shè)備參數(shù)運(yùn)行狀態(tài)實時監(jiān)控；

（5）規(guī)范故障申報處理流程，有效分析各處理階段的效率，提升管理效能；

（6）建立規(guī)范化的設(shè)備維修、保養(yǎng)、維修機(jī)制，實現(xiàn)設(shè)備的預(yù)測、預(yù)防性維修機(jī)制，保證設(shè)備最佳性能；

（7）建立備品備件庫存管理機(jī)制，提升庫存效率；

（8）分析備件和機(jī)臺的關(guān)系，設(shè)備維修成品分析，提升備件的最大利用率；

（9）OEE等報表的可視化展示。

5.7 系統(tǒng)管理

（1）系統(tǒng)參數(shù)化、平臺化管理；

（2）模塊化參數(shù)設(shè)置；

（3）系統(tǒng)角色、權(quán)限設(shè)置，保證系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的安全性；

（4）系統(tǒng)日志全面管理，保證系統(tǒng)的安全，同時保證了故障追溯的及時性。

6 結(jié)論

應(yīng)用軟控股份有限公司自主研發(fā)的智能群控管理系統(tǒng)，已經(jīng)過多個廠家的應(yīng)用實施，系統(tǒng)能夠自動掃描前工序胎胚的條碼或RFID，獲知數(shù)據(jù)，避免用錯料，智能分析過程數(shù)據(jù)，預(yù)測產(chǎn)品質(zhì)量，智能分析各項成品的情況，提出改善措施，形成全新的生產(chǎn)管理模式。使得硫化車間人、設(shè)備、模具、成本等信息全面信息互通，搭建質(zhì)量、設(shè)備、工藝、計劃、生產(chǎn)的全過程數(shù)據(jù)，建立生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化流程。實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的全程監(jiān)控，通過儀表盤、曲線圖等可視化的數(shù)據(jù)展示方式，預(yù)覽全局，實現(xiàn)硫化工序的全程服務(wù)和監(jiān)控。透徹感知工序的制造成本，制造時間、產(chǎn)品質(zhì)量，感知工人的工作特點、工作能力、特長愛好等，感知硫化的產(chǎn)品質(zhì)量，建立質(zhì)量預(yù)測模型，感知制造過程的能耗成本。

實踐證明具有良好的應(yīng)用效果，能夠穩(wěn)步提升硫化過程的質(zhì)量，提高產(chǎn)品的均一性。設(shè)備的智能化管理與精益生產(chǎn)等思想結(jié)合，從而實現(xiàn)硫化工序的透明化、扁平化、精細(xì)化、人性化及智能化管理。整個系統(tǒng)融合了無線網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、自動化、信息化技術(shù)，極大提升企業(yè)的創(chuàng)新能力、協(xié)同制造能力，低碳制造能力及生產(chǎn)管控能力。

［1］ 江永富，廖曉梅.巨胎硫化群控系統(tǒng)設(shè)計［J］.工藝?設(shè)備.2007（03）： 37～40.

［2］ 楊聚慶，劉嬌月，王光民.攪拌站控制系統(tǒng)的迭代自學(xué)習(xí)算法設(shè)計［J］.制造業(yè)自動化，2011（7） ：137～138.

風(fēng)雨欲來，40年輪胎企業(yè)宣告破產(chǎn)

2015年11月14日，來自首創(chuàng)輪胎的知情人士透露來自前中國25家重點輪胎企業(yè)的北京首創(chuàng)輪胎有限公司于2015年10月29日已宣告破產(chǎn)；宣破后只有十多人留守處理后續(xù)事宜。然而這家后來合并到北汽集團(tuán)的企業(yè)并不安靜，2015年就傳出因為債務(wù)問題被法院查封輪胎，后來是員工遣散的合約情況?？磥磔喬バ袠I(yè)真是個多事之秋，真所謂是風(fēng)雨欲來風(fēng)滿樓，就像是多米諾骨牌一樣，一個個的輪胎硫化機(jī)會停止冒煙，輪胎倉庫的人員不再繁忙。我們的輪胎企業(yè)應(yīng)該怎么過好難熬的日子？

北京首創(chuàng)輪胎有限責(zé)任公司（簡稱首創(chuàng)輪胎），是北京首都創(chuàng)業(yè)集團(tuán)在原北京輪胎廠（始建于1975年）的基礎(chǔ)上，經(jīng)過資產(chǎn)重組于1999年注冊設(shè)立的全資子公司。公司注冊地及原廠址位于北京市海淀區(qū)德勝門外西三旗東，后因企業(yè)發(fā)展需要進(jìn)行搬遷、升級和改造，現(xiàn)生產(chǎn)基地位于北京市房山區(qū)城關(guān)街道顧八路二區(qū)1號。作為國家24家重點輪胎生產(chǎn)廠家之一，首創(chuàng)輪胎是以研發(fā)、生產(chǎn)和銷售乘用、輕卡子午胎和輕卡、載重、工程斜交胎為主的國有大型一類輪胎企業(yè)。連續(xù)多年躋身世界輪胎75強(qiáng)之列，綜合經(jīng)濟(jì)實力在我國輪胎行業(yè)中列15位，半鋼子午胎前5名。產(chǎn)品注冊商標(biāo)為“BCT”、“京輪”、“盾”、“奧特嘉”等。

“七五”期間，該公司是全國首家從意大利一家知名公司引進(jìn)年產(chǎn)30萬條輕卡、轎車子午線輪胎生產(chǎn)線的企業(yè)，技術(shù)引進(jìn)包括全套生產(chǎn)設(shè)備和輪胎設(shè)計、制造軟件?！鞍宋濉逼陂g，又投資2.5億，進(jìn)行了年增70萬條子午胎“雙加”技改項目，具備了年產(chǎn)120萬條子午胎的生產(chǎn)能力。公司目前年生產(chǎn)能力為710萬條，年工業(yè)產(chǎn)值可達(dá)15億元?！笆濉逼陂g，公司規(guī)劃分別在北京市房山區(qū)建設(shè)年產(chǎn)子午胎1 000萬條（其中一期項目已建成投產(chǎn)）和在河北徐水建設(shè)年產(chǎn)210萬條子午胎60萬條及斜交胎150萬條的新工廠（已建成投產(chǎn)）。房山項目總資產(chǎn)將達(dá)到16億元，占地面積630畝。其中一期工程用地373畝，其余為預(yù)留二期用地。已于2006年竣工投產(chǎn)的一期項目建筑面積約14萬m2，生產(chǎn)能力年產(chǎn)500萬條半鋼子午胎，年銷售收入12.5億元。二期工程完成后，房山項目年產(chǎn)將達(dá)到1 000萬條半鋼子午胎，年平均銷售收入達(dá)25億元。

相關(guān)人士透露，從開始的北京西三旗轉(zhuǎn)到北京的房山時，首創(chuàng)輪胎已經(jīng)有三億多遠(yuǎn)人民幣的債務(wù)，而轉(zhuǎn)到房山新工廠基地后，在2011年由國資委作媒把該企業(yè)劃歸北汽至今，破產(chǎn)根源是歸北汽前的經(jīng)營成績一般，包括管理等多方面的原因，再加上目前來自美國的輪胎雙反更是雪上加霜，而國內(nèi)的銷售也幾乎沒有長進(jìn)，導(dǎo)致公司難以繼續(xù)維持，只得破產(chǎn)。

員工怎么辦？

據(jù)說2015年10月29日宣破，現(xiàn)在所有職工已經(jīng)簽完分流安置意向書，將于18日開始簽字拿錢。對于職工來說，安置其實只有一種選擇，那就是自謀職業(yè)（買斷） 其余的選擇都不合適。職工是由農(nóng)合工、正式工、內(nèi)退、待崗等幾部分組成，大約有3 000左右，目前農(nóng)合工已經(jīng)以裁員方式解決完了，但農(nóng)合工并不買帳，聽說已經(jīng)上告。 剩下的還有1 000多正式工和內(nèi)退職工。

目前仍沒有清晰的信息，但是由于之前的方案是把工廠搬遷到河北的黃驊，并且和來自印度的阿波羅合資成立新工廠，但是后來項目據(jù)說已經(jīng)流產(chǎn)。所以整體的企業(yè)最后走向還不明朗。

摘編自“中國輪胎商業(yè)網(wǎng)”

（R-03）

TQ330.493

1009-797X（2015）23-0033-05

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.23.009

孫洪喜（1980-），男，畢業(yè)于青島大學(xué)計算數(shù)學(xué)及應(yīng)用軟件專業(yè)，主要從事橡膠行業(yè)控制系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的研發(fā)開發(fā)及應(yīng)用推廣工作。

2014-03-14