自动识别技术在大直径埋弧焊管生产线中的应用

刘华光，刘 涛，李子正，刘传水，谷海龙，于振宁，张慧华

（1. 渤海装备研究院输送装备分院，河北 青县 062658；2. 渤海装备华油钢管公司，河北 青县 062658；

3. 华油一机（河北）钻井装备有限公司，河北 青县 062658）

随着制造执行系统（Manufacturing execution system，简称MES）在大直径埋弧焊管生产线中的推广及深化，生产过程的信息化、数字化已成为新的工业自动化发展趋势，对过程数据准确、迅速的采集也提出了新的需求。长期以来，大直径埋弧焊管制造行业中的焊管管号都采用人工在焊管管体书写、各个加工岗位目视识别的方式，已不能满足生产需求。随着条码、射频（RFID）识别技术的发展，物料信息自动识别变得可行，并大大提高了准确性和灵活性，在仓库、物流等领域中已得到了长足的发展和普遍应用［1］，解决了人工数据输入的速度慢、误码率高、劳动强度大、重复性高等缺点。

为此，渤海装备研究院输送装备分院结合大直径埋弧焊管制造工艺，对条码及射频标志与识别技术进行研究，提出了大直径埋弧焊管管号自动标志、识别的技术方案，并通过与生产线MES 系统的集成，实现了管号的标志—识别—校验全过程的自动化、数字化［2］。

1 自动识别技术对比分析

自动识别技术主要包括生物特征、语音、OCR（光学字符识别）、条码、射频等［3］。条码、射频自动识别技术以其非接触、长距离识别等特点成为焊管生产线物料自动识别的研究方向。条码与射频识别技术特点对比见表1。

表1 条码与射频识别技术特点对比

2 在大直径埋弧焊管生产线上的实现

从表1 可以看出：条码识别和射频识别在焊管生产线上应用中的主要区别在于信息载体、识读方式上。针对大直径直缝埋弧焊管生产线（SAWL）及大直径螺旋缝埋弧焊管生产线（SAWH）不同的生产工艺，条码识别及射频识别方式在SAWL 和SAWH生产线上的适用性见表2。

表2 条码识别与射频识别在SAWL 和SAWH 生产线上的适用性

条码主要有粘贴及喷印两种方式。粘贴条码因焊管表面浮锈、灰尘及搬运过程的外力等作用易造成脱落，且存在防腐除锈时不能完全清除的现象，影响焊管的防腐质量，而人工粘贴又增加了操作人员的工作量。针对条码经过辊道输送后破坏的问题，技术人员通过在管体多处喷印的方式，使交库焊管管号识别率达到99%以上。

针对射频标签信息识读受焊管管体屏蔽作用、标签安装方式不利于信息读取、水压工序易将标签冲落等问题，渤海装备研究院输送装备分院对射频读写器天线数量及位置、标签结构等均进行了针对性设计，使标签信息识读率达到100%。

最终，渤海装备研究院输送装备分院选择了在SAWL 生产线使用条码、SAWH 生产线使用射频的自动识别方案。

2.1 条码喷印及识别在SAWL 生产线上的实现

目前，在渤海装备公司南京巨龙钢管公司SAWL 生产线上已经应用了条码自动喷涂、识别的管号自动识别系统，可实现管号从系统中下发—自动喷印—识别—校验的闭环应用。该系统由1 台自主开发的底漆及条码喷印机、11 套扫描枪（LS3578，最大扫描距离13.7 m）及Moxa 串口联网服务器等网络设备构成，通过在MES 服务器端虚拟串口的方式，实现与车间MES 系统完全集成，条码喷印及识别系统架构如图1 所示。

管号生成：合格钢板在上料岗位上料的同时，在MES 系统中自动生成唯一的焊管管号。

管号喷印：上料至成型岗位工艺情况不适合在钢板表面喷印条码，且钢板队列受钢板下线等情况影响较小，故选择在预焊岗位进行喷印。预焊岗位操作人员在MES 系统中选择当前加工焊管管号时，该管号同步发送至条码喷印机控制器中，喷印系统自动将该管号喷印于焊管端部、中部及尾部。

管号识别：各个加工岗位在加工开始前通过手动或自动条码扫描枪扫描管体条码，并与MES 系统中该焊管的加工信息作比对，若该焊管不符合该工序加工要求则进行相应提示。

2.2 射频识别在SAWH 生产线上的实现

目前，在渤海装备华油钢管公司预精焊生产线上已经应用了射频管号自动识别系统，并与车间MES 系统完全集成，可实现焊管管号从系统中下发—信息写入—识别—校验的闭环应用。该射频管号自动识别系统由条码自动喷印机、扫描枪及串口服务器等网络设备构成，射频系统架构如图2 所示。

图1 条码喷印及识别系统架构示意

图2 射频系统架构示意

管号生成：螺旋埋弧焊管在切管岗位首次生成唯一管号。

标签信息写入：在MES 系统中生成管号的同时，集成在MES 系统中的射频写入程序被同步执行，管号写入标签中，完成切管后，将射频标签载体吸附于焊管内壁。

信息读取：通过设置在各个岗位的天线，带有射频标签的焊管处于天线扫描的范围时，即可读出该焊管管号并与数据库中该焊管的加工工序信息进行验证，符合条件的焊管管号信息自动填入MES系统中的岗位记录中，否则将报警。

电子标签实物及其在线读取如图3 所示。

2.3 系统集成

自动识别设备信息的写入与读取方式直接影响了焊管管号信息的有效性及易用性。焊管信息不能自动选择并写入，将影响信息的准确性及录入的实时性；信息的自动读取与校验则提高了系统的易用性及过程质量保证水平。自动识别系统架构如图4所示。

图3 电子标签实物及其在线读取示意

图4 自动识别系统架构示意

本系统中使用的条码喷印控制器、条码扫描枪、射频读写设备均提供了USB、串口、TCP/IP等多种接口来实现与上位机的通讯。为实现条码、射频与车间MES 的无缝集成与交互应用，条码系统与射频系统分别使用了串口服务器联网及以太网两种架构方式，通过对厂家提供的软件开发工具包（SDK）的二次开发，实现了自动识别系统与MES 系统的信息交互与集中管理。

3 结 语

目前，智能制造、数字化、信息化等已经成为工业自动化发展的新趋势［9］。射频、条码等自动识别设备在大直径埋弧焊管制造过程中的成功应用，提高了岗位操作效率，推动了焊管制造的过程信息化管理，提升了制造过程的质量控制水平［10］。自动识别技术与MES的成功集成使焊管生产过程跟踪及质量追溯快捷、准确，加速了信息化管理系统在生产现场的深化应用［11］。

在焊管仓储、物流等成品焊管的全生命周期管理中，条码、射频等自动识别技术将起到重要作用，对企业的智能化、自动化和信息化产生重要的影响，有力地提高了企业的管理水平和效益，也将为企业物联网的建设奠定良好的基础［12］。

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