海克斯康

一、前言

制造業(yè)是立國(guó)之本、興國(guó)之器和強(qiáng)國(guó)之基，是建設(shè)世界強(qiáng)國(guó)的要素。我國(guó)制造業(yè)仍然大而不強(qiáng)，在基礎(chǔ)能力、自主創(chuàng)新能力和質(zhì)量等方面與世界制造強(qiáng)國(guó)差距非常明顯。我國(guó)的制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)正面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，質(zhì)量作為企業(yè)的生命線，是企業(yè)立身之本，也是企業(yè)長(zhǎng)久發(fā)展的基石。質(zhì)量為先是實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)確立的未來發(fā)展的戰(zhàn)略指導(dǎo)思想。我國(guó)制造業(yè)必須提升質(zhì)量意識(shí)、改變質(zhì)量觀念并加強(qiáng)全生命周期質(zhì)量管控，才能實(shí)現(xiàn)“中國(guó)速度向中國(guó)質(zhì)量的轉(zhuǎn)變、中國(guó)產(chǎn)品向中國(guó)品牌的轉(zhuǎn)變”的戰(zhàn)略任務(wù)。本文針對(duì)智能制造產(chǎn)業(yè)，以質(zhì)量驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)力為核心，以車間及自動(dòng)化、信息化質(zhì)量解決方案為主題，概述了先進(jìn)的智慧質(zhì)制解決方案的發(fā)展趨勢(shì)，以及智慧質(zhì)量檢測(cè)如何助力智能制造，為制造裝上眼睛，為制造轉(zhuǎn)入智慧，為實(shí)現(xiàn)質(zhì)量強(qiáng)國(guó)夢(mèng)保駕護(hù)航。

二、制造轉(zhuǎn)型升級(jí).質(zhì)量先行

隨著改革開放的不斷深化，中國(guó)制造業(yè)規(guī)模和水平飛速發(fā)展，并成功躍升為第一制造大國(guó)。雖然中國(guó)制造業(yè)獲得了輝煌成果，但粗放式的發(fā)展也伴隨著很多問題，如基礎(chǔ)能力薄弱、缺乏眾多核心技術(shù)、創(chuàng)新能力不足、質(zhì)量低下、大而不強(qiáng)及缺乏可持續(xù)發(fā)展的源泉和動(dòng)力等。隨著工業(yè)4.0的興起，中國(guó)制造業(yè)面臨著轉(zhuǎn)型升級(jí)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。中國(guó)制造由大變強(qiáng)，必須以提質(zhì)增效為核心，通過創(chuàng)新和質(zhì)量雙輪驅(qū)動(dòng)，推進(jìn)信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，逐步實(shí)現(xiàn)智能制造。

中國(guó)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型不是推倒重來，而是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，通過創(chuàng)新獲得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，通過追求高質(zhì)量，攀升至行業(yè)的價(jià)值鏈上層，從而提升自身競(jìng)爭(zhēng)力和投資回報(bào)率。德國(guó)和日本是制造強(qiáng)國(guó)，但他們?cè)谥圃鞓I(yè)發(fā)展過程中，也都曾標(biāo)以“質(zhì)量低下”之名。從1870年到二十世紀(jì)初，“德國(guó)制造”低質(zhì)廉價(jià)，當(dāng)時(shí)全球制造業(yè)的金字招牌是英國(guó)。為了和德國(guó)制造劃清界限，英國(guó)要求所有商品必須標(biāo)明出產(chǎn)國(guó)以區(qū)分質(zhì)量。后來在德國(guó)，質(zhì)量被提升至國(guó)家戰(zhàn)略，堅(jiān)持質(zhì)量為先，以至今天德國(guó)制造成為優(yōu)質(zhì)的代名詞。日本也走了芣口德國(guó)人基本相似的一條路，從簡(jiǎn)單的生產(chǎn)代工起家，開始有自己的研發(fā)、技術(shù)和產(chǎn)品。二十一世紀(jì)五十年代中期，日本的產(chǎn)品因質(zhì)量低下而難以在世界上立足。二戰(zhàn)后，日本提出“質(zhì)量救國(guó)”戰(zhàn)略，引發(fā)一股質(zhì)量革命熱潮。在上世紀(jì)七八十年代，日本通過精益工程，進(jìn)行全面質(zhì)量管理不斷提升質(zhì)量，不斷累積的質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)使得日本制造迅速堀起，反向狙擊了諸多歐美企業(yè)。

《中國(guó)制造2025》明確提出了質(zhì)量強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略。中國(guó)制造需要轉(zhuǎn)變質(zhì)量觀念，質(zhì)量變革具有不可估量的“隱形價(jià)值”，質(zhì)量驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)力、質(zhì)量鑄就品牌，質(zhì)量產(chǎn)生效益。中國(guó)制造的要從“以價(jià)取勝、以量取勝”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙跃?、以質(zhì)取勝”，要從“保障質(zhì)量觀”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙I(lǐng)質(zhì)量觀”，質(zhì)量不再是生產(chǎn)流程后符合性監(jiān)督，而是通過貫穿全生命周期的質(zhì)量管理理念。通過先進(jìn)的質(zhì)量閉環(huán)控制方案、反饋生產(chǎn)和穩(wěn)定生產(chǎn)工藝，不斷提升質(zhì)量，把質(zhì)量作為公司生命線和長(zhǎng)遠(yuǎn)核心競(jìng)爭(zhēng)力，引導(dǎo)企業(yè)不斷發(fā)展壯大。

為了準(zhǔn)確了解“質(zhì)量對(duì)于公司的成功作用”，麥肯錫公司進(jìn)行了一項(xiàng)長(zhǎng)達(dá)14年的名為“卓越質(zhì)量管理”的國(guó)際研究，研究對(duì)象為167家歐、美、日等企業(yè)，包括世界上多數(shù)頂級(jí)的汽車廠商和零部件供應(yīng)商。目的是研究世界范圍內(nèi)“質(zhì)量”因素的重要性及從研究開發(fā)到產(chǎn)品生產(chǎn)和交貨階段質(zhì)量管理的成功狀況。根據(jù)最終研究結(jié)果，總結(jié)出各企業(yè)質(zhì)量管理階梯水平分為質(zhì)量檢查、質(zhì)量保證、預(yù)防次品和完美無缺四個(gè)等級(jí)，并對(duì)于不同質(zhì)量等級(jí)的企業(yè)的銷售利潤(rùn)率和增長(zhǎng)率進(jìn)行了對(duì)比分析，如表1所示。該研究項(xiàng)目得出如下結(jié)論：

質(zhì)量上乘是公司獲得成功的最佳途徑，是長(zhǎng)遠(yuǎn)競(jìng)爭(zhēng)力的根本依靠;

質(zhì)量直接關(guān)系到利潤(rùn)和銷售的增長(zhǎng);

成本降低，質(zhì)量成本是其直接原因;

優(yōu)質(zhì)企業(yè)犧牲資本生產(chǎn)率（增值與固定資產(chǎn)比率）以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

三、車間測(cè)量解決方案發(fā)展趨勢(shì)

智能制造是新工業(yè)革命的核心，智能制造以個(gè)性定制化、柔性化和互聯(lián)互通的信息化為重要特點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)通過智能運(yùn)維實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)的價(jià)值最大化：“高質(zhì)量、高效率、高效能”。智能制造的發(fā)展離不開傳感技術(shù)。測(cè)量技術(shù)作為一種傳感技術(shù)，是制造業(yè)的“物化法官”和“倍增器”，也是信息技術(shù)的基礎(chǔ)和源頭之一。為了順應(yīng)智能制造的發(fā)展潮流，為了保證制造高質(zhì)量產(chǎn)出、助力工藝穩(wěn)定、及時(shí)響應(yīng)和反饋并服務(wù)于制造，測(cè)量技術(shù)也在不斷創(chuàng)新和變革，包括測(cè)量設(shè)備、測(cè)量手段、測(cè)量方式、測(cè)量能力和測(cè)量效率等變革。其中最主要的發(fā)展趨勢(shì)為由傳統(tǒng)的離線實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)向車間線旁檢測(cè)或在線檢測(cè)的發(fā)展，以及檢測(cè)自動(dòng)化和數(shù)字化方案的普及和推廣。

以三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x為代表的高精度真值測(cè)量，都是以在遠(yuǎn)離車間現(xiàn)場(chǎng)的精密實(shí)驗(yàn)室或計(jì)量室。傳統(tǒng)車間的檢測(cè)手段以量具、量?jī)x，定性檢具和比對(duì)式測(cè)量等為主，檢測(cè)效率和的精度都較低，如圖1所示。檢測(cè)報(bào)告多以手寫紙質(zhì)形式，不便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，從而指導(dǎo)制造工藝改進(jìn)。目前，車間型測(cè)量機(jī)集成柔性自動(dòng)化測(cè)量、非接觸式測(cè)量，3D視覺檢測(cè)、激光掃描檢測(cè)等在車間應(yīng)用越來越廣泛，此檢測(cè)方法數(shù)據(jù)采集量大，測(cè)量效率和抽檢頻率大幅提高，甚至在很多車間實(shí)現(xiàn)了全檢，以確保制造質(zhì)量完全可控，如圖2所示。

測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)字化，通過對(duì)于大量質(zhì)量數(shù)據(jù)的可視化展示，如圖3所示，質(zhì)量信息可視化軟件通過統(tǒng)計(jì)分析和關(guān)聯(lián)性分析等，挖掘出有價(jià)值的信息，及時(shí)對(duì)制造進(jìn)行預(yù)警或指導(dǎo)改進(jìn)制造工藝。通過質(zhì)量數(shù)據(jù)分析，一定程度上可以實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性制造。圖4所示的智能刀具補(bǔ)償方案，通過質(zhì)量數(shù)據(jù)的收集、統(tǒng)計(jì)處理和趨勢(shì)預(yù)測(cè)分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于刀具的自動(dòng)補(bǔ)償加工，確保了高精度加工的一致性。

測(cè)量作為智能制造重要的一環(huán)，是實(shí)現(xiàn)PDCA質(zhì)量閉環(huán)的一環(huán)，PDCA的基本內(nèi)容如圖5所示。車間的測(cè)量技術(shù)是企業(yè)提高生產(chǎn)效率、降低廢品率、提升質(zhì)量的重要工具，是幫助企業(yè)增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力、提高企業(yè)效益的重要一環(huán)，是實(shí)現(xiàn)制造智能的發(fā)展必然要求。

四、車間現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方案及優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)車間現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及實(shí)驗(yàn)室測(cè)量，測(cè)量效率較低、物流運(yùn)輸周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，甚至很多情況下測(cè)量需要排隊(duì)等候，造成對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量反饋響應(yīng)慢，成為生產(chǎn)工藝變動(dòng)或調(diào)整過程中的一個(gè)瓶頸，影響現(xiàn)場(chǎng)加工進(jìn)度和效率。傳統(tǒng)車間現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)還有如下幾點(diǎn)問題：一是以人工手動(dòng)檢測(cè)為主，檢測(cè)效率低且需要大量的人工;二是大部分工件質(zhì)量都以是否合格來判斷，檢測(cè)結(jié)果人為因素影響大;三是檢測(cè)多以專用檢測(cè)設(shè)備為主，設(shè)備柔性低、維護(hù)成本高;四是檢測(cè)結(jié)果多以紙質(zhì)版本為主，難以統(tǒng)計(jì)和追溯，檢測(cè)結(jié)果對(duì)于生產(chǎn)工藝改進(jìn)和質(zhì)量提升也沒有起到良好的指導(dǎo)作用。

隨著新工業(yè)革命浪潮的推動(dòng)，以及我國(guó)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型和升級(jí)的迫切需要，我國(guó)制造業(yè)對(duì)于質(zhì)量的重視越來越高，檢測(cè)的要求也越來越高。為了解決傳統(tǒng)檢測(cè)的不足，同時(shí)適應(yīng)智能制造發(fā)展的要求，測(cè)量新技術(shù)新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，如適應(yīng)車間現(xiàn)場(chǎng)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、3D視覺檢測(cè)和激光掃描檢測(cè)等。同時(shí)，檢測(cè)作為制造的眼睛，也嵌入到了自動(dòng)化生產(chǎn)線中，實(shí)現(xiàn)了制造和檢測(cè)一體化。由于零件配置二維碼或RFⅢ，以及視覺識(shí)別技術(shù)、自動(dòng)編程和仿真技術(shù)的發(fā)展，使得檢測(cè)完全可以實(shí)現(xiàn)多品種小批量的自動(dòng)化柔性檢測(cè)需求，檢測(cè)效率大幅提升，抽檢頻率提高，甚至實(shí)現(xiàn)了全檢，提高了對(duì)于制造過程的及時(shí)反饋響應(yīng)，提高了設(shè)備利用率及生產(chǎn)效率。自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)全面質(zhì)量管控，又解放了大量的人工，節(jié)省了大量人工成本。

目前，檢測(cè)傳感器技術(shù)的發(fā)展也極大推動(dòng)了檢測(cè)質(zhì)量數(shù)據(jù)的數(shù)字化和信息化。通過質(zhì)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和可視化，對(duì)于生產(chǎn)工藝過程質(zhì)量進(jìn)行了透明解析，準(zhǔn)確掌握工藝過程能力指數(shù)，如Cpk，Ppk等，并提供了工藝的動(dòng)態(tài)和改進(jìn)方向。

而對(duì)于質(zhì)量大數(shù)據(jù)反饋制造的應(yīng)用，目前有兩個(gè)主要方向：一是根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，指導(dǎo)機(jī)床調(diào)整刀具偏置，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性高質(zhì)量加工。二是根據(jù)可追溯性的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)和檢測(cè)分揀，可以有效控制裝配公差的傳遞和波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高精度的精準(zhǔn)匹配裝配，提升了系統(tǒng)裝配精度要求。車間的檢測(cè)方案，使得制造過程質(zhì)量透明化，同時(shí)質(zhì)量數(shù)據(jù)的有效利用，為制造過程裝入了智慧，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)力。

五、結(jié)語

無論是制造強(qiáng)企還是制造強(qiáng)國(guó)，都必須以質(zhì)量為中心。無論智能制造如何發(fā)展，發(fā)展的何種程度，都離不開檢測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)支撐。檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，不再以判定合格與否作為目標(biāo)，而是不斷走向制造車間、貼近制造過程、及時(shí)服務(wù)于制造、實(shí)時(shí)監(jiān)控并指導(dǎo)工藝改進(jìn)并確保加工過程能力可控、制造過程質(zhì)量透明化和加工質(zhì)量可控。基于數(shù)字化的信息技術(shù)，以及智慧質(zhì)量大數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)制造向質(zhì)量高端發(fā)展，推動(dòng)制造變得更加智能。高質(zhì)量始終是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展并永葆競(jìng)爭(zhēng)力的源泉，也是企業(yè)豐厚回報(bào)之根基。