張曉峰

（河南中煙黃金葉生產(chǎn)制造中心，河南鄭州 450016）

1 研究背景

目前，卷煙廠制絲線在過程控制精度和信息化水平方面，與原來相比均有較大程度的提高。在使用新設(shè)備或新控制模式時(shí)，如果出現(xiàn)操作失誤或設(shè)備故障等，仍存在一定的質(zhì)量隱患。制絲線使用的高架庫(kù)在生產(chǎn)過程中，如果WMS（Warehouse Management System，倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)）和WCS（Warehouse Control System，倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)）出現(xiàn)信息錯(cuò)誤或丟失的情況下，容易造成混批錯(cuò)牌的質(zhì)量事故，存在很大的質(zhì)量隱患。

防差錯(cuò)技術(shù)就是一種改進(jìn)工具、技術(shù)和過程進(jìn)行預(yù)防錯(cuò)誤的方法，可以在錯(cuò)誤變成質(zhì)量事故前防止或者檢測(cè)到。通過應(yīng)用防差錯(cuò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)將發(fā)生質(zhì)量事故的隱患自動(dòng)提前排除，或者在質(zhì)量事故即將發(fā)生時(shí)產(chǎn)生提示或報(bào)警及時(shí)處理，可以從根本上解決錯(cuò)誤問題。

2 存在問題

制絲線上使用的高架庫(kù)主要用于保存多批次成品煙絲或者半成品或者原料，實(shí)現(xiàn)制絲生產(chǎn)緩沖與調(diào)度調(diào)節(jié)的作用。在高架庫(kù)進(jìn)出庫(kù)過程中，因?yàn)椴僮魅藛T的疏忽、人工操作進(jìn)出庫(kù)錯(cuò)誤、庫(kù)存信息錯(cuò)誤、RFID（Radio Frequency Identification，射頻識(shí)別技術(shù)）芯片讀寫錯(cuò)誤、供電系統(tǒng)臨時(shí)斷電等原因，容易發(fā)生批次成品煙絲混批或者錯(cuò)牌的工藝質(zhì)量事故。這類混批或錯(cuò)牌事故一般不容易被發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重影響成品卷煙產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的穩(wěn)定性和均勻性。

目前高架庫(kù)進(jìn)出庫(kù)主要通過PLC 讀寫周裝箱上安裝的RFID 芯片信息，然后上傳到倉(cāng)儲(chǔ)管理控制系統(tǒng)中，通過讀寫數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)掌握庫(kù)存及進(jìn)出庫(kù)信息。一旦出現(xiàn)信息錯(cuò)誤，需要專業(yè)技術(shù)人員查看任務(wù)日志、后臺(tái)手動(dòng)查詢等方法來解決，存在查找困難耗時(shí)長(zhǎng)影響正常生產(chǎn)安排等問題。因此急需一種使用方便、維護(hù)簡(jiǎn)單又能實(shí)現(xiàn)高架庫(kù)進(jìn)出庫(kù)防差錯(cuò)技術(shù)的控制方法，與高架庫(kù)倉(cāng)儲(chǔ)管理控制系統(tǒng)結(jié)合形成冗余，用于判斷進(jìn)出庫(kù)信息是否正確，避免出現(xiàn)混批錯(cuò)牌的現(xiàn)象。

3 主要內(nèi)容

在高架庫(kù)使用視頻圖像識(shí)別系統(tǒng)的防差錯(cuò)技術(shù)，作為輔助方法判斷倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)信息是否準(zhǔn)確，可以有效防止在生產(chǎn)過程中發(fā)生混批錯(cuò)牌的工藝質(zhì)量事故，把潛在的質(zhì)量隱患消滅在萌芽狀態(tài)，盡量從源頭采取措施上消滅質(zhì)量事故產(chǎn)生的條件，或者采取必要的報(bào)警機(jī)制，將質(zhì)量事故造成的損失降到最低點(diǎn)，避免煙絲重復(fù)加工、降級(jí)使用或報(bào)廢。本研究的主要內(nèi)容是提供一種煙草制絲線高架庫(kù)進(jìn)出庫(kù)防差錯(cuò)控制方法，監(jiān)控高架庫(kù)進(jìn)出庫(kù)是否按照工藝要求分批次進(jìn)出庫(kù)，實(shí)現(xiàn)防差錯(cuò)的控制效果。

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1 視頻圖像識(shí)別系統(tǒng)

視頻圖像識(shí)別系統(tǒng)采用OCR（Optical Character Recognition，光學(xué)字符識(shí)別）技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)出入高架庫(kù)周轉(zhuǎn)箱號(hào)數(shù)字標(biāo)簽的識(shí)別，通過圖像進(jìn)行對(duì)高架庫(kù)周轉(zhuǎn)箱號(hào)進(jìn)行分析。該系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件包括工業(yè)相機(jī)/光譜相機(jī)/3D 相機(jī)、工業(yè)鏡頭、視覺光源及其配件組成，用于識(shí)別出入庫(kù)的周轉(zhuǎn)箱號(hào)。軟件包括操作界面、識(shí)別算法、特定功能、數(shù)據(jù)顯示等組成，可以判斷當(dāng)前生產(chǎn)批次是否包含該周裝箱號(hào)，還可以判斷當(dāng)前生產(chǎn)批次是否開始和結(jié)束。

3.1.2 工業(yè)以太網(wǎng)通信技術(shù)

基于視頻圖像識(shí)別系統(tǒng)的判斷結(jié)果，需要在監(jiān)控畫面中產(chǎn)生報(bào)警信息，并控制相應(yīng)的高架庫(kù)輸送設(shè)備停止運(yùn)行，才能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用防差錯(cuò)技術(shù)來防止混批錯(cuò)牌的目標(biāo)。所以還需要建立視頻圖像識(shí)別系統(tǒng)與高架庫(kù)PLC 控制系統(tǒng)、WINCC 監(jiān)控畫面之間的工業(yè)以太網(wǎng)通信，就可以實(shí)現(xiàn)三者之間的信息交互。

3.2 實(shí)施步驟

目前，每一個(gè)周轉(zhuǎn)箱在箱體周圍四面固定的位置都寫有一個(gè)明顯的周轉(zhuǎn)箱號(hào)，結(jié)合讀取RFID 芯片可以區(qū)分不同批次的周轉(zhuǎn)箱。利用視頻圖像識(shí)別系統(tǒng)的視頻識(shí)別裝置讀取裝箱入庫(kù)時(shí)的周裝箱號(hào)，按照不同一批次物料存入視頻圖像識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。在個(gè)批次物料的周轉(zhuǎn)箱出庫(kù)時(shí)，利用視頻圖像識(shí)別系統(tǒng)的視頻識(shí)別裝置讀取出庫(kù)的周裝箱號(hào)，出庫(kù)的每個(gè)周轉(zhuǎn)箱號(hào)與該批次存入數(shù)據(jù)庫(kù)的周轉(zhuǎn)箱號(hào)進(jìn)行比對(duì)，判斷該周轉(zhuǎn)箱是否屬于該批次。比對(duì)成功，則允許翻箱；否則不允許翻箱并產(chǎn)生報(bào)警。在批次結(jié)束時(shí)，視頻圖像識(shí)別系統(tǒng)判斷該批次所有周轉(zhuǎn)箱是否完全出庫(kù)。如果沒有完全出庫(kù)則產(chǎn)生報(bào)警，禁止下一批出庫(kù)（圖1）。

以箱式儲(chǔ)絲高架庫(kù)為例，本發(fā)明所述的一種煙草制絲線高架庫(kù)防差錯(cuò)控制方法依次包括以下步驟：

（1）當(dāng)一批次成品煙絲開始裝箱入庫(kù)前，將該批次煙絲的牌號(hào)代碼和批次代碼輸入到自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。

（2）當(dāng)一批次成品煙絲開始裝箱入庫(kù)時(shí)，一個(gè)周轉(zhuǎn)箱裝箱完成運(yùn)行到讀寫RFID 信息的輸送輥時(shí)，自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)讀取裝箱后該周轉(zhuǎn)箱號(hào)，和牌號(hào)代碼、批次代碼關(guān)聯(lián)后記錄在自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。

（3）判斷該批次成品煙絲裝箱任務(wù)是否完成，如果裝箱任務(wù)沒有完成，則重復(fù)步驟（2）繼續(xù)裝箱。如果裝箱任務(wù)已經(jīng)完成，則進(jìn)入下一個(gè)步驟。

（4）在該批次成品煙絲一個(gè)周轉(zhuǎn)箱出庫(kù)翻箱時(shí)，自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)讀取該周轉(zhuǎn)箱號(hào)后，與保存在自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中該批次的周轉(zhuǎn)箱號(hào)進(jìn)行比對(duì)，判斷是否屬于該批次周轉(zhuǎn)箱號(hào)。

（5）如果自動(dòng)判斷該周轉(zhuǎn)箱號(hào)不屬于該批次成品煙絲，禁止該周轉(zhuǎn)箱進(jìn)入翻箱工序，發(fā)出聲光報(bào)警提示操作人員進(jìn)行處理。正確處理后，重復(fù)步驟（4）進(jìn)入下一個(gè)周轉(zhuǎn)箱出庫(kù)。

（6）如果自動(dòng)判斷該周轉(zhuǎn)箱號(hào)屬于該批次成品煙絲，允許該周轉(zhuǎn)箱進(jìn)入翻箱工序。

（7）判斷該批次成品煙絲出庫(kù)翻箱任務(wù)是否完成，如果出庫(kù)翻箱任務(wù)沒有完成，則重復(fù)步驟（4）繼續(xù)出庫(kù)翻箱。

（8）如果出庫(kù)翻箱任務(wù)已完成，判斷該批次成品煙絲周轉(zhuǎn)箱是否完全出庫(kù)。

（9）如果判斷該批次成品煙絲周轉(zhuǎn)箱沒有完全出庫(kù)，禁止開始下一批次成品煙絲出庫(kù)翻箱。在自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)控制界面上彈出報(bào)警信息并顯示該批次成品煙絲沒有出庫(kù)的周轉(zhuǎn)箱號(hào)，發(fā)出聲光報(bào)警提示操作人員進(jìn)行處理。一批次成品煙絲出庫(kù)翻箱。

4 取得成效

4.1 項(xiàng)目成效

基于視頻圖像識(shí)別系統(tǒng)的高架庫(kù)防差錯(cuò)技術(shù)，提供了一種卷煙批次號(hào)及牌號(hào)防差錯(cuò)控制方法，通過裝箱入庫(kù)時(shí)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)讀取并記錄周轉(zhuǎn)箱號(hào)和批次牌號(hào)信息，在出庫(kù)翻箱時(shí)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)讀取周轉(zhuǎn)箱號(hào)后與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)該批次信息進(jìn)行比對(duì)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，并控制高架庫(kù)進(jìn)出庫(kù)操作，防止混批錯(cuò)牌事故的發(fā)生，提高了信息對(duì)比的及時(shí)性，保證成品卷煙內(nèi)在質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性。該技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)高架庫(kù)在正常生產(chǎn)過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)控批次入庫(kù)與批次出庫(kù)的周轉(zhuǎn)箱號(hào)是否一致，判斷該批次周轉(zhuǎn)箱是否完全出庫(kù)，而且可以實(shí)現(xiàn)集控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控批次庫(kù)存信息。

4.2 推廣應(yīng)用

視頻圖像識(shí)別系統(tǒng)通過圖像攝取裝置抓取圖像并經(jīng)由計(jì)算機(jī)結(jié)合圖像處理算法、模式識(shí)別算法等完成人工視覺模擬的技術(shù)，在近年來人工智能技術(shù)飛速發(fā)展的大背景下也不斷取得創(chuàng)新、突破，在諸多領(lǐng)域得到了深入的應(yīng)用推廣。該防差錯(cuò)技術(shù)還可以應(yīng)用到制絲線的箱式儲(chǔ)葉高架庫(kù)中，推廣應(yīng)用到其他廠家制絲線使用周轉(zhuǎn)箱作為存儲(chǔ)單元的高架庫(kù)中。

4.3 發(fā)展趨勢(shì)

隨著企業(yè)對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)的要求越來越高，對(duì)于高效率、低成本的自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備的需求也將會(huì)越來越強(qiáng)烈。因此，基于機(jī)器視覺的自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)技術(shù)將是人工智能技術(shù)方向以及設(shè)備、部件檢測(cè)及智能維護(hù)應(yīng)用方向發(fā)展的一大重要趨勢(shì)。

5 結(jié)論

將視頻圖像識(shí)別系統(tǒng)、倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)和PLC 控制系統(tǒng)結(jié)合在一起，作為輔助方法判斷高架庫(kù)數(shù)據(jù)信息傳遞是否異常，能夠有效避免制絲線高架庫(kù)混批錯(cuò)牌的質(zhì)量隱患。