中航工業(yè)昌河飛機工業(yè)集團有限責任公司 韋余雷

隨著數(shù)字化檢測技術、計算機網(wǎng)絡技術及量具量儀的發(fā)展，科學有效地將三者結(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)線上進行集成、對接，如何實現(xiàn)每個工位數(shù)據(jù)的自動采集，如何實現(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方面，闡述數(shù)字化檢測技術在零件加工生產(chǎn)線上的實施方案。

需求背景

目前，很多公司計量檢驗工作還主要是采用傳統(tǒng)手工測量的方法完成，測量結(jié)果由檢驗人員手動記錄測量數(shù)據(jù)。該測量、檢驗流程具有以下缺點：

（1）各種計量器具分散放置在不同部門，無法對現(xiàn)場量具量儀、人員的工作效率進行管理。

（2）受測量人員的經(jīng)驗和技術水平限制，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，各個質(zhì)量檢測控制點的檢測信息分散，不能實時匯總，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、準確地傳遞到加工和設計部門進行分析和改進，測量檢驗信息不能及時進行流通、交互，安全性差。

數(shù)字化檢測系統(tǒng)技術策略

（1）在我公司現(xiàn)有的數(shù)字化管理系統(tǒng)平臺的基礎上，將現(xiàn)有的數(shù)控機床加工中心（主要以斯達拉格、海天品牌為主）、激光跟蹤儀（主要以萊卡品牌為主）、三坐標測量機（主要以?？怂箍灯放茷橹鳎?，以及其他量具量儀（主要以馬爾和英士品牌為主）構(gòu)成一個基于網(wǎng)絡化的數(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)及氣動量儀等，通過智能測量工作站，指導檢驗人員按設定的檢驗工藝操作。數(shù)據(jù)實時自動記錄，能顯著減少測量人員數(shù)據(jù)記錄中的錯誤。

（3）對測量的數(shù)據(jù)文件進行轉(zhuǎn)換，按統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變換，通過網(wǎng)絡與質(zhì)量管理系統(tǒng)存于服務器的數(shù)據(jù)庫中。

（4）工程技術人員和管理人員可通過服務器或終端實時監(jiān)控生產(chǎn)過程中的加工異常波動，通過工藝能力指數(shù)Cp,Cpk，運行圖、預控圖等實時曲線圖定量分析，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量預警控制。

數(shù)字化檢測系統(tǒng)信息化的框架結(jié)構(gòu)

圖1 數(shù)字化檢測系統(tǒng)信息化框架圖

數(shù)字化檢測系統(tǒng)是以數(shù)字化量具量儀為基礎，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”，實現(xiàn)真正的檢測信息集成與共享。具體實現(xiàn)過程如圖1所示，結(jié)合檢測工藝流程編輯管理、自動測量技術及網(wǎng)絡技術，進行數(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）測量檢驗編輯平臺。工程技術人員根據(jù)已有知識與經(jīng)驗，自動從CAD文件提取幾何要素信息，自動導入工件的幾何尺寸、公差、基準、測量規(guī)范等信息，通過工藝人員編輯，確定測量工藝基準，選擇合理的計量器具，設置測量工作站的配置，設定報表格式，最后生成測量包括工件檢驗圖紙的工藝文件，作為檢驗工作站的指導文件存入數(shù)據(jù)庫。

（2）面向生產(chǎn)線的計量儀器、檢測設備等。通過RS232串口、USB或其他通信協(xié)議，對各種數(shù)字通用智能量儀進行終端數(shù)據(jù)采集。對帶有微處理器的各種計量儀器、檢測設備與儀器，例如數(shù)控機床、三坐標測量機及粗糙度測量儀等，利用其網(wǎng)絡接口，按統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對測量的數(shù)據(jù)文件進行轉(zhuǎn)換，通過局域網(wǎng)將檢測數(shù)據(jù)上傳至服務器數(shù)據(jù)庫中進一步分析和管理，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，建立工序能力評價模型，構(gòu)造實時SPC系統(tǒng)，對制造過程中的關鍵工藝進行質(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SPC的各種控制圖和數(shù)據(jù)報表。

（4）對于各部門的查詢，考慮到數(shù)據(jù)庫中所存儲信息是公司內(nèi)部共享的數(shù)據(jù)，因此需要對用戶進行管理，依照不同權(quán)限，通過公司局域網(wǎng)，相關的技術人員和管理人員利用其終端的查詢?yōu)g覽器可以隨時查閱檢測數(shù)據(jù)，包括實時檢測數(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，關鍵零部件，實現(xiàn)質(zhì)量跟蹤溯源，可以根據(jù)零件編號、生產(chǎn)日期、檢驗人員等對檢驗記錄進行動態(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，即客戶端應用程序和數(shù)據(jù)庫服務器程序。將測量軟件安裝在各個測量終端作為客戶端，工藝員可以通過客戶端進行測量工藝編輯；檢測工人則可以通過客戶端得到被測零件的測量檢驗信息，并以此為作業(yè)指導，對被測零件進行測量檢驗并保存獲得的測量數(shù)據(jù)；系統(tǒng)自動對測量數(shù)據(jù)進行SPC分析，產(chǎn)生報表。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，采用兩種方式（見圖2），一種是串口數(shù)據(jù)采集RS232，將多個帶有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)接器形成多個虛擬串口，同客戶端進行數(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、三坐標測量機等），使得儀器具有數(shù)字計算、控制和數(shù)字通信能力，按IEEE 488通信協(xié)議，實現(xiàn)儀器與客戶端的數(shù)據(jù)傳輸與交換?，F(xiàn)以某接頭零件加工生產(chǎn)線為例，它包含4個工位，網(wǎng)絡拓撲圖如圖3所示。

圖2 測量結(jié)果采集與傳輸?shù)膬煞N方式

圖3 某接頭零件生產(chǎn)線數(shù)字化檢測系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖

根據(jù)接頭零件的工序檢測要求，在4個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品牌，因這兩個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。圖示1、2、3、4檢測工位有自己的數(shù)據(jù)采集、分析和顯示系統(tǒng)，方便檢驗員自行監(jiān)控。第4個檢測工位為接頭零件加工生產(chǎn)線最后一個檢測工位，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施測量。

另外，在生產(chǎn)線還配一名巡檢員，主要負責監(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警區(qū)時，巡檢員及時報警，工程技術人員現(xiàn)場分析處理，及時解決產(chǎn)品在加工過程中的問題，實現(xiàn)了過程控制的質(zhì)量管理模式，降低了產(chǎn)品報廢率，提高了產(chǎn)品加工的質(zhì)量。

結(jié)束語

基于網(wǎng)絡化的數(shù)字化檢測系統(tǒng)，是一種適應加工生產(chǎn)全過程的, 包括產(chǎn)品生產(chǎn)過程測量檢驗、最終驗收檢驗和零件質(zhì)量控制的完整解決方案， 其具有如下優(yōu)點：

（1）對生產(chǎn)線上的量具量儀，如數(shù)顯卡尺、數(shù)顯千分尺、三坐標測量機及激光跟蹤儀等測量設備進行監(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、零組件號、批次號、零件編號及生產(chǎn)序號等項目對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行有效管理。

（3）跨部門進行檢測數(shù)據(jù)管理和使用，實時監(jiān)控，從以前被動成品檢驗，變成制造過程的監(jiān)控、預警，減少零件報廢率。

（4）結(jié)合公司的CPS信息化制造系統(tǒng)，真正實現(xiàn)了設計、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)線上的具體應用，闡述了數(shù)字化檢測流程的一些關鍵技術，系統(tǒng)采用數(shù)字化量具量儀和計算機網(wǎng)絡技術相結(jié)合的方式，對產(chǎn)品零件在加工過程中幾何尺寸進行100%監(jiān)控，測量結(jié)果可以得到及時、有效的分析與處理。該系統(tǒng)不僅在本公司得到了成功應用，同時也受到了系統(tǒng)內(nèi)相關單位的極大關注。筆者相信，不久的將來，數(shù)字化檢測技術會以互聯(lián)網(wǎng)的方式遍布整個相關行業(yè)，如，航空、航天等。