CC BY
1
Средства идентификации и прослеживаемости продукции, представленные на российском рынке для производства труб большого
диаметра
Д.А. Шеремет, В.А. Носенко, А.А. Силаев ВПИ (филиал) ВолгГТУ
Аннотация: В статье рассмотрены способы идентификации в промышленности и оборудование, представленное на российском рынке, для маркировки и идентификации объектов. Целью статьи является анализ доступного на российском рынке оборудования, и установок для маркировки и идентификации стальных прямошовных труб на производстве. Представлено сравнение методов по бальной системе оценки для маркировки и идентификации стальных прямошовных труб на производстве. В качестве способов идентификации представлены и рассмотрены технологии маркировки штрих-кодов с использованием этикеток, лазерной маркировки и RFID-меток. Ключевые слова: Штрихкодирование, лазерная маркировка, RFID-метка, стальная прямошовная труба, термопринтер этикеток, автоматизированная система идентификации.
Введение
В настоящее время в условиях запрета ввоза большого количества импортных товаров, становится актуальной тема импортозамещения и обеспечения производства отечественным оборудованием и технологиями. Сказанное в полной мере относится к направлению идентификации и прослеживаемости, где необходимо рассмотреть возможность установки и работы систем идентификации и прослеживаемости на базе отечественного оборудования.
Автоматизированная система идентификации и прослеживаемости -это специализированный аппаратный комплекс, включающий в себя человеко-машинный интерфейс, оборудование, обеспечивающее маркировку и считываемость информации, а также операционную систему обработки данных. В данной работе будет рассматриваться аппаратная часть, состоящая из оборудования нанесения и считывания информации об объекте.
Целью статьи является обозрение и анализ представленного на российском рынке оборудования для маркировки и считывания информации об объекте в условиях промышленного производства.
Радиочастотная идентификация Для маркировки объектов в современном мире применяется множество различных технологий, которые рассчитаны под конкретные задачи [1]. Одним из перспективных способов идентификации в современном мире становится радиочастотная идентификация, обладающая рядом преимуществ, а именно - считывание информации на расстоянии, возможность перезаписи, отсутствие необходимости в прямой видимости, возможность обнаружения нескольких сотен меток единовременно. Несмотря на высокую себестоимость, применение технологии Я^ГО может сократить расходы предприятия, так как уменьшаются трудозатраты на инвентаризацию, возникает необходимость в количестве сотрудников охраны
[2]. В числе недостатков необходимо отметить невозможность считывания обычной КРГО-метки, прикрепленной к металлической поверхности. Поверхность из металла будет вызывать вихревые токи вокруг считывателя КРГО, соответственно, снижая эффективность электромагнитного поля метки
[3]. Данные вихревые токи вызывают собственные магнитные поля, которые перпендикулярны поверхности металла, данные поля делают недействительной зону считывателя [4]. Поэтому, для считывания на металлических объектах необходимо применять специальные КРГО-метки для работы на металлических поверхностях, обычно они включают в себя ферритовую подложку, которая исключает прямое взаимодействие микросхемы чипа и металлической поверхности, тем самым предотвращает появление электромагнитных помех [5, 6]. Также данные метки имеют
высокую частоту, составляющую несколько сотен мегагерц, что также позволяет им работать на длинные дистанции [7, 8].
В настоящее время на отечественном рынке множество компаний предлагают свою продукцию для обеспечения предприятий системой идентификации на базе RFID-меток. Рассмотрим наиболее популярные из них.
1) Продукция компании Mikron. Если рассматривать отечественных производителей радиочастотных меток, можно выделить компанию Микрон (Mikron). В данной компании представлены множество различных RFID-меток, и считывателей для использования на производстве. На рис. 1 представлена корпусированная UHF метка M-TAG3D с чипом UCode 8 от компании Mikron.
Рис. 1 - Метка M-TAG3D от компании Mikron Данный тип меток применяется для маркировки различных материалов, в частности металлических поверхностей. Крепление осуществляется различными способами: использование клеевых составов, болтов, стяжек и т.д. Дальность считывания на металле составляет до 16 метров, а рабочая частота 860 - 960 МГц.
2) Продукция компании РСТ-Инвент. В числе отечественных разработчиков можно отметить компанию РСТ-Инвент. В ней представлено обилие разнообразных программно-аппаратных комплексов для систем КРГО-идентификации, включая отечественное программное обеспечение, мобильные и стационарные считыватели, КРГО-метки с антеннами. Для маркировки металлических поверхностей можно выделить метку TargetTag, представленную на рис. 2.
Рис. 2. - Метка TargetTag от компании РСТ-Инвент Данный тип меток создан для маркировки металлических объектов. Метка работает в диапазонах частот 865 - 870 МГц, дальность считывания составляет до 6 метров. Данная метка прикрепляется к поверхности с помощью клеевого слоя. Необходимо выделить отличительную особенность, эта метка имеет небольшую толщину и может приклеиваться к изогнутым поверхностям.
Штрихкодирование на бирках и этикетках
В современное время метод штрихкодирования на бирках и этикетках набрал наибольшую популярность из-за низкой стоимости материалов как самих этикеток, так и считывателей, а также скорости создания этикеток их нанесения и считываемости. Штрихкодирование — это нанесение на сам товар или на этикетку специального машиночитаемого штрихового кода, который содержит данные о продукции [9]. Используют как одномерные, так и двумерные штрих-коды. Для создания этикеток со штрих-кодами используют специальные принтеры. Разделяют несколько видов принтеров этикеток:
1) Термотрансферные принтеры этикеток. Суть термотрансфер-ной технологии печати заключается в том, что материал наносится на бумагу путем расплавления слоя ленты таким образом, чтобы он оставался приклеенным к материалу, на который наносится отпечаток. Для печати на таких принтерах необходимо использовать специальную ленту - риббон, которая наносится непосредственно на этикетку. Основными преимуществами таких принтеров является: высокая четкость изображений, многоцветная печать, применение печати на этикетках, подверженных перепаду температур и воздействию агрессивных веществ.
В качестве аппарата для такой печати можно выделить продукцию компании Proton, а именно - принтер этикеток TTP-4308 (рис. 3).
Данный принтер обладает скоростью печати в 203 мм/секунду, интерфейсами подключения USB, Ethernet, RS-232 и возможностью печати различных типов штрих-кодов. Способен печатать различные штрих-коды и 2D коды.
Рис. 3 - Принтер этикеток TTP-4308 компании Proton 2) Термопринтеры этикеток. В данной технологии способ создания рисунка основан на воздействии высокой температуры на термочувствительный слой этикетки из бумаги. При соприкосновении нагретой печатающей головки с поверхностью, верхний слой этикетки темнеет, создавая необходимый рисунок [10]. Преимущества такого вида
печати заключается в отсутствие необходимости покупки картриджей и риббонов, как в случае с термотрансферной печатью [11].
В качестве аппарата для такой печати можно выделить продукцию компании Атол, так как данная отечественная компания представляет линейку принтеров с термопечатью, а также множество готовых решений для идентификации продукции на производстве. Печать осуществляется без использования красителя и сокращаются расходы на обслуживание оборудования рис. 4.
Присутствует возможность печати не только текстов, но и линейные, двухмерные, кодов и графиков.
В металлургической промышленности часто применяют лазерную маркировку объектов, так как остальные решения, в виде этикеток и каплеструйных маркираторов часто оказываются не столь эффективными из-за наличия механических воздействий, которые могут повредить этикетку и стереть краску. Стоимость метода лазерного маркирования ниже, чем обслуживание систем каплеструйных принтеров и установка специальных роботизированных систем для нанесения этикеток, а также лазерная маркировка значительно эффективнее и надежнее для стального производства. При проходе лазерного луча по поверхности материала объекта и под действием излучения происходит частичный нагрев поверхности с некоторым оплавлением и испарением вещества поверхности,
Рис. 4 - Термопринтер этикеток Атол ВР41 компании Атол
Лазерные маркираторы
это приводит к формированию видимого изображения [12]. Очень важной характеристикой лазера является диаметр луча. Высокое качество данного метода нанесения маркировки получается благодаря бесконтактному способу обработки, который исключает механические и термические повреждения [13]. Среди отечественных компаний по производству лазерных маркираторов стоит выделить компанию Индастриал Тулз (Tools Industrial).
Продукция компании Tools Industrial. Данная компания занимается разработкой, производством и поставкой лазерных, ударно-точечных, маркираторов по металлу, а также каплеструйных маркираторов. Среди их каталога можно выделить встраиваемый лазерный маркиратор волоконный серии МЛС-Fly В рис. 5.
Рис. 5 - Лазерный маркиратор МЛС-Fly B компании Tools Industrial Данное оборудование подходит для маркировки металлических материалов и сплавов, пластиков, резины и т.д. Установка может встраиваться в линию производства и наносить любую численно-буквенную информацию, а также коды типа QR, DataMatrix, EAN [14].
Сравнение метода маркировки для применения на производстве стальных прямошовных труб В основные этапы производственного процесса прямошовных стальных труб входят:
1) Фрезеровка фасок листового металлопроката.
2) Формование листа в форму трубы с помощью листогибочной машины.
М Инженерный вестник Дона, №4 (2024) ¡vdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2024/9168
3) Первичная сварка трубы, а также последующая сварка внутреннего и наружного шва.
4) Экспандирование трубы, то есть, пластическая деформации стенок для придания нормативных геометрических параметров.
5) Испытание сварного шва трубы водой под высоким давление.
По мере прохождения всех ступеней производства, на трубу воздействуют множество негативных факторов, из чего возникают требования к маркировке [15]. Рассмотрим балльную оценку представленных методов для применения на прямошовном производстве.
Таблица № 1
Балльная оценка соответствия требованиям методов маркировки
стальных прямошовных труб
Метод маркировки Стойкость к механическим воздействиям Возможность нанесения на неподготовленную поверхность Считываемость независимо от освещенности Итог
Я^ГО 0 2 2 4
Этикетками штрих-кодом 0 0 1 1
Лазерная маркировка 2 2 1 5
Полностью соответствует требованиям - 2, частично соответствует требованиям - 1, не соответствует требованиям - 0.
Выводы
1. Отмечено, что основными характеристиками в производстве прямошовных труб, которыми должна обладать маркировка, являются стойкость к механическим воздействиям и воздействиям окружающей среды, возможность нанесения на необработанную поверхность,
возможность считывания под разным освещением, углами, температурой, влажностью и т.д. 2. Из данного сравнения больше всего для систем идентификации подходят системы на базе лазерной маркировки, так как метки радиочастотной идентификации повреждаются, если метку устанавливать снаружи стальной трубы, а если устанавливать внутри вероятность считывания существенно падает из-за процессов отражения радиочастотных сигналов о стенки металла и возникновения коллизии.
Литература
1. Носенко, В.А., Силаев, А.А., Мотцулев, М.Г., Ефремкин, С.И. Исследование современных цифровых технологий идентификации и прослеживаемости продукции // Инновации в машиностроении. Бийск: Издательство Алтайского государственного технического университета, 2020. С. 148-154.
2. Вековцева Т.А., Шанина Т.В. Технология RFID и будущее производство радиочастотной этикетки // Международный научно-исследовательский журнал. 2017. №3. С. 57.
3. Зелевич Е.П., Черников К.В. Анализ влияния свойств объектов на функционирование систем радиочастотной идентификации // T-Comm -Телекоммуникации и Транспорт. 2009. №2. С. 46-48.
4. Колмаков В.О., Беляев Р.В., Митрофанов Д.Н. Возможности применения RFID-технологий для диагностики защитных устройств и изоляторов // Транспорт Урала. 2013. №2. С. 72-76.
5. Kovavisaruch La-or, Laochan Putchapun. The study of deploying RFID into the steel industry. PICMET 2009 Proceedings, August 2-6, Portland, Oregon USA. pp. 3391-3397.
6. Duroc Yvan. From Identification to Sensing: RFID Is One of the Key Technologies in the IoT Field // Sensors, 2022, №22. URL: mdpi.com/1424-8220/22/19/7523
7. Макаров А.В., Фирсов А.В. Использование технологий RFID и QR-кодирования с целью защиты от контрафакта продукции текстильных предприятий // Инженерный вестник Дона. 2015. №3. URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/n3y2015/3179
8. Веремеенко Е.Г. Применение системы радиочастотной идентификации (RFID) для автоматизации работы автомобильного транспорта в порту // Инженерный вестник Дона. 2013. №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2116
9. Галиновский П.В. Штрихкодирование в автоматизации производства // Управление информационными ресурсами. Минск: Академия управления при Президенте Республики Беларусь, 2018. С. 350-353.
10. Гермашева Е.Р. Следствие ведет физика: Принтер этикеток // Сборник материалов IV Межрегиональной студенческой научно-практической конференции. Элиста: Калмыцкий филиал ФГБОУ ИВО «Московский государственный гуманитарно-экономический университет», 2022. С. 5154.
11. Алехин В.А. Термопринтеры для автоматизированных информационных систем // Актуальные вопросы современной техники и технологии. Липецк: Гравис, 2012. С. 10-18.
12. Фомин А.В., Глущенко А.И., Полещенко Д.А., Зорин И.С. Идентификация маркировки стальных заготовок в СПЦ-1 АО "Оскольский электрометаллургический комбинат им. А.А. Угарова" на основе нейросетевого подхода // Управление большими системами: сборник трудов. 2022. №95. С. 62-78.
13. Кончус Д.А., Сивенков А.В., Пряхин Е.И. Особенности лазерной маркировки металлических изделий // Информационно-технологический вестник. 2020. №1. С. 157-164.
14. Разина Е.А., Коренивский Н.В. Технология маркировки материалов при помощи лазерного оборудования // Сборник материалов III Всероссийской научно-практической конференции. - М.: Общество с ограниченной ответственностью "ОнтоПринт", 2022. С. 136-139.
15. Шеремет Д.А., Носенко В.А., Силаев А.А. Методы идентификации и маркировки при производстве стальных труб // Цифровая трансформация социальных и экономических систем. 2023. №1. С. 414-423.
References
1. Nosenko, V.A., Silaev, A.A., Motczulev, M.G., Efremkin, S.I. Innovacii v mashinostroenii. Bijsk: Izdatefstvo Altajskogo gosudarstvennogo texnicheskogo universiteta, 2020. pp. 148-154.
2. Vekovceva T.A., Shanina T.V. Mezhdunarodny'j nauchno-issledovatefskij zhurnal. 2017. №3. pp. 57.
3. Zelevich E.P., Chernikov K.V. T-Comm - Telekommunikacii i Transport. 2009. №2. pp. 46-48.
4. Kolmakov V.O., Belyaev R.V., Mitrofanov D.N. Transport Urala. 2013. №2. pp. 72-76.
5. Kovavisaruch La-or, Laochan Putchapun. The study of deploying RFID into the steel industry. PICMET 2009 Proceedings, August 2-6, Portland, Oregon USA. pp. 3391-3397.
6. Duroc Yvan. Sensors, 2022, №22. URL: mdpi.com/1424-8220/22/19/7523
7. Makarov A.V., Firsov A.V. Inzhenerny'j vestnik Dona. 2015. №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2015/3179
8. Veremeenko E.G. Inzhenernyj vestnik Dona. 2013. №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2116
9. Galinovskij P.V. Upravlenie informacionny'mi resursami. Minsk: Akademiya upravleniya pri Prezidente Respubliki Belarus', 2018. pp. 350353.
10.Germasheva E.R. Sbornik materialov IV Mezhregional'noj studencheskoj nauchno-prakticheskoj konferencii. E'lista: Kalmy'czkij filial FGBOU IVO «Moskovskij gosudarstvennyj gumanitarno-e'konomicheskij universitet», 2022. pp. 51-54.
11.Alexin V.A. Aktual'nye voprosy' sovremennoj texniki i texnologii. Lipeczk: Gravis, 2012. pp. 10-18.
12.Fomin A.V., Glushhenko A.I., Poleshhenko D.A., Zorin I.S. Upravlenie bol'shimi sistemami: sbornik trudov. 2022. №95. pp. 62-78.
13.Konchus D.A., Sivenkov A.V., Pryaxin E.I. Informacionno-texnologicheskij vestnik. 2020. №1. pp. 157-164.
14.Razina E.A., Korenivskij N.V. Sbornik materialov III Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii. M.: Obshhestvo s ogranichennoj otvetstvennosfyu "OntoPrint", 2022. pp. 136-139.
15.Sheremet D.A., Nosenko V.A., Silaev A.A. Cifrovaya transformaciya sociaTny'x i e'konomicheskix sistem. 2023. №1. pp. 414-423.
Дата поступления: 10.03.2024 Дата публикации: 18.04.2024
