智能傳感器促進(jìn)新產(chǎn)品質(zhì)量的提升
| Integrated smart sensing systems ranging from radio frequency identification and bar codes to machine vision enable packagers to keep tighter tabs on products and processes.With customers demanding higher product quality than ever before, technologies that facilitate quality control and deliver comprehensive track-and-trace capabilities have become critically important to production and packaging operations—especially in today’s highly automated manufacturing facilities. 從無線射頻識別、條碼到機(jī)器視覺，集成化智能傳感系統(tǒng)幫助包裝廠商對產(chǎn)品和生產(chǎn)流程進(jìn)行嚴(yán)格的標(biāo)簽跟蹤。 現(xiàn)在，顧客比以往任何時(shí)候都要求更高的產(chǎn)品質(zhì)量，改進(jìn)質(zhì)量控制和提供全面跟蹤和追查能力的技術(shù)對生產(chǎn)和包裝作業(yè)變得極為重要，特別是在今天生產(chǎn)設(shè)施高度自動(dòng)化的環(huán)境中。 位于這一趨勢前列的是智能傳感系統(tǒng)（如機(jī)器視覺、無線射頻識別技術(shù)（ RFID ）和條碼系統(tǒng)），它記錄并跟蹤關(guān)于批量產(chǎn)品或個(gè)別產(chǎn)品的關(guān)鍵信息。在過去，來自于生產(chǎn)線的關(guān)于每個(gè)控件的大量真實(shí)數(shù)據(jù)往往被忽視甚至于丟棄，這是因?yàn)橄到y(tǒng)是由人工操作的，沒有一個(gè)人可以通過一個(gè) 有效的方式去將這些數(shù)據(jù)變成有用的信息。但是情況已經(jīng)不是這樣了。 現(xiàn)在，這些傳感器被連接到網(wǎng)絡(luò)中（通常是連接到以太網(wǎng)），其監(jiān)控環(huán)境的數(shù)據(jù)被收集起來，而這些傳感器可以在未來的任何時(shí)候被訪問以便于產(chǎn)品召回工作。 ARC咨詢服務(wù)公司（位于馬薩諸塞州Dedham市）的研究室主任Craig Resnick稱，“不同產(chǎn)品上被追蹤到的數(shù)據(jù)都會(huì)有所不同，但基本上，這些信息都記錄著產(chǎn)品的各個(gè)方面。例如，該產(chǎn)品里面包含著什么呢？產(chǎn)品被生產(chǎn)時(shí)的成份（包括過敏源、全部實(shí)時(shí)質(zhì)量和安全性方面的信息）是什么？還有生產(chǎn)線上所有關(guān)于性能的信息，這些都應(yīng)當(dāng)被記錄跟蹤?！? Resnick指出，這方面的信息對一家公司的生產(chǎn)和包裝作業(yè)都是十分重要的，特別是在如制藥、食品和飲料生產(chǎn)及汽車制造這樣被高度監(jiān)管的企業(yè)中。Luciano包裝技術(shù)公司的主管Larry Luciano同意上述觀點(diǎn)，并補(bǔ)充說，美國食品及藥物管理局（FDA）執(zhí)行更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，如要求在24小時(shí)內(nèi)做出危機(jī)反應(yīng)的《生物恐怖主義法案》，促使藥品業(yè)及食品和飲料業(yè)的客戶越發(fā)地要求有一個(gè)能可靠地提供生產(chǎn)記錄的系統(tǒng)。 Luciano說，“對這樣一個(gè)系統(tǒng)的需求量很大。跟我傾談過的每個(gè)業(yè)內(nèi)人員真的需要這種能力?！盠uciano包裝公司（位于新澤西州的Somerville市）是一家小型的定制包裝線設(shè)計(jì)公司，在機(jī)器視覺和條碼系統(tǒng)方面做了大量的工作。 Lucinao還說，“這些技術(shù)在每個(gè)包裝上附上獨(dú)特的標(biāo)識。然后，將關(guān)鍵生產(chǎn)信息存放在一個(gè)與這些標(biāo)識相連的安全數(shù)據(jù)庫中，使得產(chǎn)品在通向消費(fèi)者的各級分銷中有跡可尋。在你擔(dān)心偽造發(fā)生的行業(yè)（如制藥業(yè)和汽車制造業(yè)），你都需要許多控制，落實(shí)到每一處。這是必要的?！? 無線射頻識別技術(shù)（RFID） 無線射頻識別技術(shù)（RFID）建立在帶有存儲(chǔ)設(shè)備的標(biāo)簽的基礎(chǔ)上，這些標(biāo)簽攜帶著存儲(chǔ)在安全數(shù)據(jù)庫里的產(chǎn)品數(shù)據(jù)或指向相同數(shù)據(jù)的指針，與條碼系統(tǒng)中所使用方法的十分相似。標(biāo)簽放置在產(chǎn)品上或紙盒里，可被閱讀掃描器在一定距離內(nèi)讀取，獲取的數(shù)據(jù)可用來確認(rèn)大量的重要內(nèi)容，包括地點(diǎn)、目錄、產(chǎn)品歷史以及是否部分有損壞。 無線射頻識別技術(shù)（RFID）被零售商（如沃爾瑪）和美國國防部（DoD）有力地推行來服務(wù)于后勤應(yīng)用。但是ARC分析師John Blanchard并不期待它會(huì)很快地成為市場的主導(dǎo)。他說，“無線射頻識別技術(shù)（RFID）需要一段長時(shí)間才能得到普及，因?yàn)槠渲杏泻芏嗷A(chǔ)設(shè)備方面的問題。大多數(shù)人還不具備這些基礎(chǔ)設(shè)備以處理這龐大的數(shù)據(jù)量。在產(chǎn)品對產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，該技術(shù)會(huì)逐漸成熟?！? Pepperl+Funchs公司（位于俄亥俄州Twinsberg市）的智能系統(tǒng)經(jīng)理Helge Hornis說，當(dāng)無線射頻識別技術(shù)（RFID）被應(yīng)用于工廠自動(dòng)化，標(biāo)簽的耐用性是一項(xiàng)絕對的要求。“這些標(biāo)簽要能夠持續(xù)使用多年。與標(biāo)簽相關(guān)的一個(gè)錯(cuò)誤就可能導(dǎo)致極高的經(jīng)濟(jì)損失。舉個(gè)例子，在某一汽車?yán)锓胖靡粋€(gè)錯(cuò)誤的發(fā)動(dòng)機(jī)只會(huì)增加廢品?！?nbsp;Pepperl+Funchs公司為工廠自動(dòng)化應(yīng)用提供傳感器系統(tǒng)（包括無線射頻識別技術(shù)（RFID）），并且為不同的應(yīng)用領(lǐng)域提供超過10款帶有不同存儲(chǔ)能力的各樣標(biāo)簽。 Hornis說，從為工藝步驟攜帶配方到后勤改善，無線射頻識別技術(shù)（RFID）在工廠設(shè)置中都有一個(gè)廣泛的應(yīng)用范圍?！八w整個(gè)頻譜，這是不會(huì)改變的。這是該技術(shù)的使命所在?！? 無線射頻識別技術(shù)（RFID）的一個(gè)關(guān)鍵價(jià)值是對經(jīng)過生產(chǎn)線的某一特定產(chǎn)品進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測和記錄。Hornis補(bǔ)充說，“在多步驟制造過程中的每一個(gè)階段，價(jià)值附加到產(chǎn)品上。但是，（例如）如果在第五個(gè)步驟有一個(gè)錯(cuò)誤，那么你就不想增添更多的價(jià)值到該產(chǎn)品上了。無論是被加工還是作為一件廢品通過，標(biāo)簽都可以關(guān)聯(lián)一個(gè)“好/壞”信號?！? 機(jī)器視覺 機(jī)器視覺技術(shù)問世已久，而且許多工業(yè)行業(yè)常用它來進(jìn)行人類可讀數(shù)據(jù)（如日期、地段代碼和藥品標(biāo)簽上的過期日期）的光學(xué)字符驗(yàn)證。但是，美國食品與藥物管理局（FDA）新的條碼法規(guī)要求更高的標(biāo)準(zhǔn)，驅(qū)使制藥及食品和飲料業(yè)采用更精良的解決方案以應(yīng)付新的標(biāo)準(zhǔn)。 Cognex公司（位于馬薩諸塞州Natick 市）的視覺傳感器業(yè)務(wù)部發(fā)言人Bryan Boatner指出，機(jī)器視覺系統(tǒng)基本上是一些“可以看見東西的電腦”。這些電腦通過分析圖像來在視覺上監(jiān)控生產(chǎn)線上某特定點(diǎn)所發(fā)生的事情以指導(dǎo)生產(chǎn)。例如，機(jī)器視覺通常被應(yīng)用去驗(yàn)證標(biāo)簽存在和歪斜、密封蓋存在和位置、包裝的完整性和印刷存在，另外還服務(wù)于印刷質(zhì)量檢驗(yàn)、日期和地段碼驗(yàn)證、安全密封存在、填補(bǔ)水平檢測、包裝顏色和形狀分類，并且去計(jì)算周期。 Boatner說，“我們看到包裝作業(yè)在兩個(gè)方面應(yīng)用機(jī)器視覺。第一個(gè)方面是為在單一生產(chǎn)線的不同站點(diǎn)檢測和拒絕不良產(chǎn)品；另一方面涉及在多生產(chǎn)線上服務(wù)于過程控制和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)視覺傳感器。以太網(wǎng)提供高水平的計(jì)算系統(tǒng)接入到車間數(shù)據(jù)。通過連接事業(yè)級網(wǎng)絡(luò)和生產(chǎn)控制及設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，以太網(wǎng)允許智能控制設(shè)備共享執(zhí)行任務(wù)（如自動(dòng)化生產(chǎn)線轉(zhuǎn)換）時(shí)所需要的信息?！? 提供機(jī)器視覺和條碼系統(tǒng)的Sick公司（位于Minneapolis）的包裝市場經(jīng)理Mark Langridge說，有幾個(gè)主要的趨勢推動(dòng)機(jī)器視覺在包裝行業(yè)的應(yīng)用。首先是工廠自動(dòng)化的總體提升。Sick公司的工業(yè)傳感器產(chǎn)品經(jīng)理Wayne Meyer補(bǔ)充說，另一個(gè)主要趨勢是工人的安全。傳感器被安裝在人們可能會(huì)被機(jī)器傷害的地方。經(jīng)過編程設(shè)計(jì)，如果傳感器的視野被某些東西（如人的肢體）阻礙時(shí)，它們將關(guān)閉機(jī)器。 Boatner指出，機(jī)器視覺技術(shù)日益被用來讀取條碼和二維矩陣碼，而網(wǎng)絡(luò)是可追蹤應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵因素。 舉例來說，汽車車身零件是從板材沖壓而成，但軋鋼是不連續(xù)的。 它通常是由數(shù)塊鋼材焊接在一起。 焊縫降低了鋼材的質(zhì)量，另外，它在壓榨機(jī)上附加很大壓力，甚至可以損毀壓榨機(jī)。 因此，汽車制造商要避免沖壓含有焊縫的鋼材。 機(jī)器視覺的應(yīng)用將不斷檢查鋼材以查找焊縫。 當(dāng)機(jī)器視覺發(fā)現(xiàn)焊縫，經(jīng)燒剪，帶有焊縫的部分將被剪下并拆毀。 Radix Control公司（一家位于加拿大安大略O(shè)ldcastle的進(jìn)程改善公司）的視覺部經(jīng)理Mike Muldoon說，“大家在一兩年前就開始實(shí)施二維系統(tǒng)，現(xiàn)在我們開始看到它們以不同的方式被應(yīng)用。我們開始看到它們利用這些數(shù)據(jù)。” 另一個(gè)為延長生產(chǎn)線帶來價(jià)值的典型應(yīng)用是在裝瓶線上安裝攝像頭。當(dāng)裝瓶經(jīng)過時(shí)，攝像頭捕捉到每個(gè)裝瓶的圖像并且針對一系列可接受參數(shù)（如填充水平、蓋封、標(biāo)簽存在和歪斜）進(jìn)行測量。如果發(fā)現(xiàn)任何一個(gè)參數(shù)不合乎規(guī)范，一個(gè)信號會(huì)被發(fā)送到包裝線的下一步以疏導(dǎo)壞瓶到次品回收箱。此外，廢瓶的圖像會(huì)被存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中以供分析。 Boatner說，“工程師可以通過觀察圖像來進(jìn)行根源分析。他們并不需要為了統(tǒng)計(jì)出哪個(gè)次品來自哪條包裝線而親臨次品回收箱?！? 條碼 通過使用條碼系統(tǒng)，每一特定產(chǎn)品的各方面信息都被編碼成一種機(jī)器可讀圖案，然后在安全數(shù)據(jù)庫中充當(dāng)一個(gè)全面診斷檢查的指針。 寶潔公司（Procter & Gamble）在愛荷華州愛荷華市的工廠生產(chǎn)護(hù)發(fā)產(chǎn)品和漱口水。他們使用由Videojet技術(shù)公司研發(fā)的（位于伊里諾斯州Wood Dale市）一種混合了大型和小型條碼打印機(jī)的條碼系統(tǒng)去為運(yùn)送進(jìn)來的裝瓶和紙盒標(biāo)注。 寶潔公司的工藝工程師Casey Waechter說，“每天，我們使用條碼打印機(jī)在裝瓶上加注編碼。我們就在裝瓶上獲得數(shù)據(jù)，從而在整個(gè)流向消費(fèi)者的分銷網(wǎng)絡(luò)可追蹤到裝瓶的去向?！? “條碼關(guān)聯(lián)到精確的生產(chǎn)運(yùn)作（從由什么進(jìn)入到該產(chǎn)品，到誰在加工該產(chǎn)品、產(chǎn)品在哪被產(chǎn)出以及那天所發(fā)生的所有事件）。所有各方面的信息都記錄在條碼中?！? Waechter接著說，一般來說，產(chǎn)品可追溯性的未來將依靠一套混合技術(shù)?！斑@些技術(shù)將并行運(yùn)行。即使無線射頻識別技術(shù)（RFID）變得更加主流化，但分銷渠道的細(xì)小部分還需條碼技術(shù)的支持?！? 條碼系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是對視線有所要求。如果你看不見條碼，那么你就不能讀取條碼。這就增加了由被涂污條碼或其他方面不可讀條碼造成的挑戰(zhàn)。 在機(jī)器水平上的加工和離散制造作業(yè)中，確實(shí)帶有許多用以測量產(chǎn)品和制造過程中各個(gè)方面信息的不同傳感設(shè)備。工業(yè)傳感器可靠地分類、計(jì)算、檢查、測量、確認(rèn)和驗(yàn)證產(chǎn)品的位置、大小和整體形狀。 Lucinao說，其中一些傳感器提供回溯到加工過程的信息，但絕大多數(shù)傳感器不會(huì)。在大多數(shù)情況下，根本不需要對它們檢測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤，因此取而代之的是傳感器只發(fā)送一個(gè)簡單的“接收/拒絕”信號。 汽車零部件供應(yīng)商Freudenberg-NOK（位于密西根州普利茅斯市）的分區(qū)質(zhì)量主任Lyndon Smith提出，“智能傳感器可以為全自動(dòng)化生產(chǎn)工廠創(chuàng)造生產(chǎn)效率的最終水平。智能傳感器確保您在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)、在適當(dāng)?shù)牡胤教嵘较鄳?yīng)的生產(chǎn)效率。” |
