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智能传感器促进新产品质量的提升

智能传感器促进新产品质量的提升

来源:automationworld 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. 从无线射频识别、条码到机器视觉,集成化智能传感系统帮助包装厂商对产品和生产流程进行严格的标签跟踪。 现在,顾客比以往任何时候都要求更高的产品质量,改进质量控制和提供全面跟踪和追查能力的技术对生产和包装作业变得极为重要,特别是在今天生产设施高度自动化的环境中。 位于这一趋势前列的是智能传感系统(如机器视觉、无线射频识别技术( RFID )和条码系统),它记录并跟踪关于批量产品或个别产品的关键信息。在过去,来自于生产线的关于每个产品的大量真实数据往往被忽视甚至于丢弃,这是因为系统是由人工操作的,没有一个人可以通过一个有效的方式去将这些数据变成有用的信息。但是情况已经不是这样了。 现在,这些传感器被连接到网络中(通常是连接到以太网),其监控环境的数据被采集起来,而这些传感器可以在未来的任何时候被访问以便于产品召回工作。 ARC咨询服务公司(位于马萨诸塞州Dedham市)的研究室主任Craig Resnick称,“不同产品上被追踪到的数据都会有所不同,但基本上,这些信息都记录着产品的各个方面。例如,该产品里面包含着什么呢?产品被生产时的成份(包括过敏源、全部实时质量和安全性方面的信息)是什么?还有生产线上所有关于性能的信息,这些都应当被记录跟踪。” Resnick指出,这方面的信息对一家公司的生产和包装作业都是十分重要的,特别是在如制药、食品和饮料生产及汽车制造这样被高度监管的企业中。Luciano包装技术公司的主管Larry Luciano同意上述观点,并补充说,美国食品及药物管理局(FDA)执行更严格的标准,如要求在24小时内做出危机反应的《生物恐怖主义法案》,促使药品业及食品和饮料业的客户越发地要求有一个能可靠地提供生产记录的系统。 Luciano说,“对这样一个系统的需求量很大。跟我倾谈过的每个业内人员真的需要这种能力。”Luciano包装公司(位于新泽西州的Somerville市)是一家小型的定制包装线设计公司,在机器视觉和条码系统方面做了大量的工作。 Lucinao还说,“这些技术在每个包装上附上独特的标识。然后,将关键生产信息存放在一个与这些标识相连的安全数据库中,使得产品在通向消费者的各级分销中有迹可寻。在你担心伪造发生的行业(如制药业和汽车制造业),你都需要许多控制,落实到每一处。这是必要的。” 无线射频识别技术(RFID) 无线射频识别技术(RFID)建立在带有存储设备的标签的基础上,这些标签携带着存储在安全数据库里的产品数据或指向相同数据的指针,与条码系统中所使用方法的十分相似。标签放置在产品上或纸盒里,可被阅读扫描器在一定距离内读取,获取的数据可用来确认大量的重要内容,包括地点、目录、产品历史以及是否部分有损坏。 无线射频识别技术(RFID)被零售商(如沃尔玛)和美国国防部(DoD)有力地推行来服务于后勤应用。但是ARC分析师John Blanchard并不期待它会很快地成为市场的主导。他说,“无线射频识别技术(RFID)需要一段长时间才能得到普及,因为其中有很多基础设备方面的问题。大多数人还不具备这些基础设备以处理这庞大的数据量。在产品对产品的基础上,该技术会逐渐成熟。” Pepperl+Funchs公司(位于俄亥俄州Twinsberg市)的智能系统经理Helge Hornis说,当无线射频识别技术(RFID)被应用于工厂自动化,标签的耐用性是一项绝对的要求。“这些标签要能够持续使用多年。与标签相关的一个错误就可能导致极高的经济损失。举个例子,在某一汽车里放置一个错误的发动机只会增加废品。” Pepperl+Funchs公司为工厂自动化应用提供传感器系统(包括无线射频识别技术(RFID)),并且为不同的应用领域提供超过10款带有不同存储能力的各样标签。 Hornis说,从为工艺步骤携带配方到后勤改善,无线射频识别技术(RFID)在工厂设置中都有一个广泛的应用范围。“它涵盖整个频谱,这是不会改变的。这是该技术的使命所在。” 无线射频识别技术(RFID)的一个关键价值是对经过生产线的某一特定产品进行持续监测和记录。Hornis补充说,“在多步骤制造过程中的每一个阶段,价值附加到产品上。但是,(例如)如果在第五个步骤有一个错误,那么你就不想增添更多的价值到该产品上了。无论是被加工还是作为一件废品通过,标签都可以关联一个“好/坏”信号。” 机器视觉 机器视觉技术问世已久,而且许多工业行业常用它来进行人类可读数据(如日期、地段代码和药品标签上的过期日期)的光学字符验证。但是,美国食品与药物管理局(FDA)新的条码法规要求更高的标准,驱使制药及食品和饮料业采用更精良的解决方案以应付新的标准。 Cognex公司(位于马萨诸塞州Natick 市)的视觉传感器业务部发言人Bryan Boatner指出,机器视觉系统基本上是一些“可以看见东西的电脑”。这些电脑通过分析图像来在视觉上监控生产线上某特定点所发生的事情以指导生产。例如,机器视觉通常被应用去验证标签存在和歪斜、密封盖存在和位置、包装的完整性和印刷存在,另外还服务于印刷质量检验、日期和地段码验证、安全密封存在、填补水平检测、包装颜色和形状分类,并且去计算周期。 Boatner说,“我们看到包装作业在两个方面应用机器视觉。第一个方面是为在单一生产线的不同站点检测和拒绝不良产品;另一方面涉及在多生产线上服务于过程控制和优化的网络视觉传感器。以太网提供高水平的计算系统接入到车间数据。通过连接事业级网络和生产控制及设备网络,以太网允许智能控制设备共享执行任务(如自动化生产线转换)时所需要的信息。” 提供机器视觉和条码系统的Sick公司(位于Minneapolis)的包装市场经理Mark Langridge说,有几个主要的趋势推动机器视觉在包装行业的应用。首先是工厂自动化的总体提升。Sick公司的工业传感器产品经理Wayne Meyer补充说,另一个主要趋势是工人的安全。传感器被安装在人们可能会被机器伤害的地方。经过编程设计,如果传感器的视野被某些东西(如人的肢体)阻碍时,将停止机器。 Boatner指出,机器视觉技术日益被用来读取条码和二维矩阵码,而网络是可追踪应用的一个关键因素。 举例来说,汽车车身零件是从板材冲压而成,但轧钢是不连续的。它通常是由数块钢材焊接在一起。焊缝降低了钢材的质量,另外,它在挤压机上附加很大压力,甚至可以损毁挤压机。因此汽车制造商要避免冲压含有焊缝的钢材。机器视觉将不断检查钢材以查找焊缝。当机器视觉发现焊缝,经烧剪,带有焊缝的部分将被剪下并拆除。 Radix Control公司(一家位于加拿大安大略Oldcastle的进程改善公司)的视觉部经理Mike Muldoon说,“大家在一两年前就开始实施二维系统,现在我们开始看到它们以不同的方式被应用。我们开始看到它们利用这些数据。” 另一个为延长生产线带来价值的典型应用是在装瓶线上安装摄像头。当装瓶经过时,摄像头捕捉到每个装瓶的图像并且针对一系列可接受参数(如填充水平、盖封、标签存在和歪斜)进行测量。如果发现任何一个参数不合乎规范,一个信号会被发送到包装线的下一步以疏导坏瓶到次品回收箱。此外,废瓶的图像会被存储到数据库中以供分析。 Boatner说,“工程师可以通过观察图像来进行根源分析。他们并不需要为了统计出哪个次品来自哪条包装线而亲临次品回收箱。” 条码 通过使用条码系统,每一特定产品的各方面信息都被编码成一种机器可读图案,然后在安全数据库中充当一个全面诊断检查的指针。 宝洁公司(Procter & Gamble)在爱荷华州爱荷华市的工厂生产护发产品和漱口水。他们使用由Videojet技术公司研发的(位于伊里诺斯州Wood Dale市)一种混合了大型和小型条码打印机的条码系统去为运送进来的装瓶和纸盒标注。 宝洁公司的工艺工程师Casey Waechter说:“每天,我们使用条码打印机在瓶上标注编码。我们从瓶上获得数据,从而在整个流向消费者的分销网络中都可追踪装瓶的去向。” “条码关系到精确的生产运行(从由什么进入该产品,到谁在加工该产品、产品在哪被生产以及那天所发生的所有事件)。所有各方面的信息都记录在条码中。” Waechter接着说,一般来说,产品可追溯性的未来将依靠一套混合技术。“这些技术将并行运行。即使无线射频识别技术(RFID)变得更加主流化,但分销渠道的细小部分还需条码技术的支持。” 条码系统的主要缺点是对视线有所要求。如果你看不见条码,那么你就不能读取条码。这就增加了由被涂污条码或其他方面不可读条码造成的挑战。 在机械加工和离散制造业中,确实带有许多用以测量产品和制造过程中各个方面信息的不同传感设备。工业传感器可靠地分类、计算、检查、测量、确认和验证产品的位置、大小和外形。 Lucinao说,其中一些传感器提供回溯到加工过程的信息,但绝大多数传感器不会。在大多数情况下,根本不需要对它们检测到的数据进行跟踪,因此取而代之的是传感器只发送一个简单的“接收/拒绝”信号。 汽车零部件供应商Freudenberg-NOK(位于密西根州普利茅斯市)的分区质量主任Lyndon Smith提出,“智能传感器可以为全自动化生产工厂创造生产效率的最高水平。智能传感器确保在适当的时机、在适当的
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