淺談數(shù)字化檢測系統(tǒng)在生產(chǎn)線上的應(yīng)用論文
隨著數(shù)字化檢測技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及量具量儀的發(fā)展，科學(xué)有效地將三者結(jié)合起來已成為現(xiàn)代制造發(fā)展的必然趨勢和迫切要求。本文以鈦合金零件加工生產(chǎn)線在線檢測為例，從如何將數(shù)字化量具量儀在生產(chǎn)線上進(jìn)行集成、對接，如何實(shí)現(xiàn)每個(gè)工位數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，如何實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)化管理，如何使檢測過程控制等幾個(gè)方面，闡述數(shù)字化檢測技術(shù)在零件加工生產(chǎn)線上的實(shí)施方案。
需求背景
目前，很多公司計(jì)量檢驗(yàn)工作還主要是采用傳統(tǒng)手工測量的方法完成，測量結(jié)果由檢驗(yàn)人員手動(dòng)記錄測量數(shù)據(jù)。該測量、檢驗(yàn)流程具有以下缺點(diǎn)：
(1)各種計(jì)量器具分散放置在不同部門，無法對現(xiàn)場量具量儀、人員的工作效率進(jìn)行管理。
(2)受測量人員的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平限制，難以保證測量過程的一致性、穩(wěn)定性和可靠性。
(3)測量數(shù)據(jù)寫入現(xiàn)場紙質(zhì)文
件，各個(gè)質(zhì)量檢測控制點(diǎn)的檢測信息分散，不能實(shí)時(shí)匯總，必然造成數(shù)據(jù)
查詢不方便。
(4) 零件產(chǎn)品測量的結(jié)果無法快速、準(zhǔn)確地傳遞到加工和設(shè)計(jì)部門進(jìn)行分析和改進(jìn)，測量檢驗(yàn)信息不能及時(shí)進(jìn)行流通、交互，安全性差。數(shù)字化檢測系統(tǒng)技術(shù)策略
(1)在我公司現(xiàn)有的數(shù)字化管理系統(tǒng)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床加工中心(主要以斯達(dá)拉格、海天品牌為主)、激光跟蹤儀(主要以萊卡品牌為主)、三坐標(biāo)測量機(jī)(主要以�？怂箍灯放茷橹�)，以及其他量具量儀(主要以馬爾和英士品牌為主)構(gòu)成一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)字化檢測系統(tǒng)。
(2)對于生產(chǎn)現(xiàn)場使用的數(shù)顯卡尺、數(shù)顯千分尺、數(shù)顯千分表、數(shù)顯內(nèi)徑規(guī)及氣動(dòng)量儀等，通過智能測量工作站，指導(dǎo)檢驗(yàn)人員按設(shè)定的檢驗(yàn)工藝操作。數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄，能顯著減少測量人員數(shù)據(jù)記錄中的錯(cuò)誤。
(3)對測量的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，按統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變換，通過網(wǎng)絡(luò)與質(zhì)量管理系統(tǒng)存于服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中。
(4) 工程技術(shù)人員和管理人員可通過服務(wù)器或終端實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過程中的加工異常波動(dòng)，通過工藝能力指數(shù)Cp,Cpk，運(yùn)行圖、預(yù)控圖等實(shí)時(shí)曲線圖定量分析，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)警控制。
數(shù)字化檢測系統(tǒng)信息化的框架結(jié)構(gòu)
數(shù)字化檢測系統(tǒng)是以數(shù)字化量具量儀為基礎(chǔ)，集產(chǎn)品檢測工藝、檢測過程、質(zhì)量控制一體化的數(shù)字化解決方案，打通檢測數(shù)據(jù)的“數(shù)據(jù)孤島”，實(shí)現(xiàn)真正的檢測信息集成與共享。具體實(shí)現(xiàn)過程如圖1 所示，結(jié)合檢測工藝流程編輯管理、自動(dòng)測量技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，進(jìn)行數(shù)字化檢測與質(zhì)量管理系統(tǒng)開發(fā)集成。系統(tǒng)主要內(nèi)容包括：
(1)測量檢驗(yàn)編輯平臺(tái)。工程技術(shù)人員根據(jù)已有知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，自動(dòng)從CAD 文件提取幾何要素信息，自動(dòng)導(dǎo)入工件的幾何尺寸、公差、基準(zhǔn)、測量規(guī)范等信息，通過工藝人員編輯，確定測量工藝基準(zhǔn)，選擇合理的計(jì)量器具，設(shè)置測量工作站的配置，設(shè)定報(bào)表格式，最后生成測量包括工件檢驗(yàn)圖紙的工藝文件，作為檢驗(yàn)工作站的指導(dǎo)文件存入數(shù)據(jù)庫。
(2)面向生產(chǎn)線的計(jì)量儀器、檢測設(shè)備等。通過RS232 串口、USB或其他通信協(xié)議，對各種數(shù)字通用智能量儀進(jìn)行終端數(shù)據(jù)采集。對帶有微處理器的各種計(jì)量儀器、檢測設(shè)備與儀器，例如數(shù)控機(jī)床、三坐標(biāo)測量機(jī)及粗糙度測量儀等，利用其網(wǎng)絡(luò)接口，按統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對測量的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過局域網(wǎng)將檢測數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中進(jìn)一步分析和管理，并監(jiān)控生產(chǎn)線檢測狀況。
(3)通過系統(tǒng)中的SPC 軟件模塊，建立工序能力評(píng)價(jià)模型，構(gòu)造實(shí)時(shí)SPC 系統(tǒng)，對制造過程中的關(guān)鍵工藝進(jìn)行質(zhì)量控制，判斷制造工序是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，并生成對應(yīng)SPC的各種控制圖和數(shù)據(jù)報(bào)表。
(4)對于各部門的查詢，考慮到數(shù)據(jù)庫中所存儲(chǔ)信息是公司內(nèi)部共享的數(shù)據(jù)，因此需要對用戶進(jìn)行管理，依照不同權(quán)限，通過公司局域網(wǎng)，相關(guān)的技術(shù)人員和管理人員利用其終端的查詢?yōu)g覽器可以隨時(shí)查閱檢測數(shù)據(jù)，包括實(shí)時(shí)檢測數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)等。
(5)質(zhì)量溯源。對于小批量、多品種的產(chǎn)品，關(guān)鍵零部件，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量跟蹤溯源，可以根據(jù)零件編號(hào)、生產(chǎn)日期、檢驗(yàn)人員等對檢驗(yàn)記錄進(jìn)行動(dòng)態(tài)查詢。
構(gòu)建生產(chǎn)線上數(shù)字化檢測系統(tǒng)
數(shù)字化檢測系統(tǒng)包括軟件和硬件兩部分，其中軟件構(gòu)架主要由兩部分組成，即客戶端應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器程序。將測量軟件安裝在各個(gè)測量終端作為客戶端，工藝員可以通過客戶端進(jìn)行測量工藝編輯;檢測工人則可以通過客戶端得到被測零件的測量檢驗(yàn)信息，并以此為作業(yè)指導(dǎo)，對被測零件進(jìn)行測量檢驗(yàn)并保存獲得的測量數(shù)據(jù);系統(tǒng)自動(dòng)對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行SPC 分析，產(chǎn)生報(bào)表。系統(tǒng)的硬件部分主要是數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊。將數(shù)字化量儀進(jìn)行再組織，形成面向大批量產(chǎn)品的分布式測量單元。
對于測量結(jié)果的采集與傳輸，一種是串口數(shù)據(jù)采集RS232，將多個(gè)帶有RS232 接口的數(shù)字化量儀(如數(shù)顯卡尺、數(shù)顯深度尺等)，通過多串口卡或者通過RS232-USB 轉(zhuǎn)接器形成多個(gè)虛擬串口，同客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互;另一種是基GPIB( 通用接口總線) 接口的局域網(wǎng)數(shù)據(jù)采集，適于這種采集方式的數(shù)字化量儀，本身一般都帶內(nèi)置有微處理器(如粗糙度儀、測高儀器、三坐標(biāo)測量機(jī)等)，使得儀器具有數(shù)字計(jì)算、控制和數(shù)字通信能力，按IEEE488 通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)儀器與客戶端的數(shù)據(jù)傳輸與交換。現(xiàn)以某接頭零件加工生產(chǎn)線為例，它包含4 個(gè)工位。
根據(jù)接頭零件的工序檢測要求，在4 個(gè)工位上分別配置通用量具量儀，主要包括：數(shù)顯卡尺、數(shù)顯深度尺、數(shù)顯高度尺、數(shù)顯內(nèi)、外徑千分尺、粗糙度儀等，本條線的量具量儀均選用馬爾和英士兩個(gè)品牌，因這兩個(gè)品牌的量具量儀在數(shù)據(jù)傳輸過程中數(shù)據(jù)接收比較穩(wěn)定。檢測工位有自己的數(shù)據(jù)采集、分析和顯示系統(tǒng)，方便檢驗(yàn)員自行監(jiān)控。第4 個(gè)檢測工位為接頭零件加工生產(chǎn)線最后一個(gè)檢測工位，我們把它作為本條線的綜合檢測站，該站對工件所有適合現(xiàn)場測量的被測要素實(shí)施測量。
另外，在生產(chǎn)線還配一名巡檢員，主要負(fù)責(zé)監(jiān)控終端。正常情況下，所有測量尺寸位于控制圖中公差范圍之內(nèi)的'位置，如果出現(xiàn)偏離，有明顯異常走勢或尺寸落入預(yù)警區(qū)時(shí)，巡檢員及時(shí)報(bào)警，工程技術(shù)人員現(xiàn)場分析處理，及時(shí)解決產(chǎn)品在加工過程中的問題，實(shí)現(xiàn)了過程控制的質(zhì)量管理模式，降低了產(chǎn)品報(bào)廢率，提高了產(chǎn)品加工的質(zhì)量。
結(jié)束語
基于網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)字化檢測系統(tǒng)，是一種適應(yīng)加工生產(chǎn)全過程的, 包括產(chǎn)品生產(chǎn)過程測量檢驗(yàn)、最終驗(yàn)收檢驗(yàn)和零件質(zhì)量控制的完整解決方案，其具有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1)對生產(chǎn)線上的量具量儀，如數(shù)顯卡尺、數(shù)顯千分尺、三坐標(biāo)測量機(jī)及激光跟蹤儀等測量設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。
(2)在生產(chǎn)線上建立統(tǒng)一的測量原始數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，按公司的數(shù)字化制造系統(tǒng)中零件的產(chǎn)品型號(hào)、零組件號(hào)、批次號(hào)、零件編號(hào)及生產(chǎn)序號(hào)等項(xiàng)目對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理。
(3)跨部門進(jìn)行檢測數(shù)據(jù)管理和使用，實(shí)時(shí)監(jiān)控，從以前被動(dòng)成品檢驗(yàn)，變成制造過程的監(jiān)控、預(yù)警，減少零件報(bào)廢率。
(4)結(jié)合公司的CPS 信息化制造系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、制造、檢測數(shù)字一體化系統(tǒng)，縮短溯源連，提高了公司生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。
本文論述了數(shù)字化檢測系統(tǒng)在零件加工生產(chǎn)線上的具體應(yīng)用，闡述了數(shù)字化檢測流程的一些關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)采用數(shù)字化量具量儀和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的方式，對產(chǎn)品零件在加工過程中幾何尺寸進(jìn)行100%監(jiān)控，測量結(jié)果可以得到及時(shí)、有效的分析與處理。該系統(tǒng)不僅在本公司得到了成功應(yīng)用，同時(shí)也受到了系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)單位的極大關(guān)注。筆者相信，不久的將來，數(shù)字化檢測技術(shù)會(huì)以互聯(lián)網(wǎng)的方式遍布整個(gè)相關(guān)行業(yè)，如，航空、航天等。
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