韓撲塄 靳亞峰 吳 偉

(東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司，四川618000)

1 研究背景

在汽輪機(jī)運(yùn)行過程中，動(dòng)靜葉片在高溫高壓狀態(tài)下運(yùn)行，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，直接影響機(jī)組的安全性及經(jīng)濟(jì)性，是汽輪機(jī)的心臟，而葉片又作為批量制造部件，每臺機(jī)組需要裝配動(dòng)靜葉片上千件，為更好地追溯葉片從毛坯到成品全過程的質(zhì)量信息，葉片標(biāo)識在葉片制造各階段顯得尤為重要，有必要對葉片標(biāo)識技術(shù)進(jìn)行分析和研究。

葉片作為汽輪機(jī)的核心部件產(chǎn)品，從最初發(fā)展至今，產(chǎn)品的開發(fā)、制造已經(jīng)系列化、規(guī)范化，然而目前在產(chǎn)品標(biāo)識方面，各生產(chǎn)階段均按照自身制定的規(guī)則執(zhí)行，不易識別，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)多采用手工臺賬的方式，不易查詢、追溯，未建立統(tǒng)一的標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)可操作性程度不一。因此，有必要對公司葉片產(chǎn)品標(biāo)識進(jìn)行系統(tǒng)研究。

2 葉片標(biāo)識國內(nèi)外水平及發(fā)展趨勢

國外著名的發(fā)電設(shè)備制造廠商(GE、三菱、西門子等)等都對標(biāo)識有明確的要求，但通過對國內(nèi)外汽輪機(jī)及其他企業(yè)標(biāo)識現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)較多企業(yè)產(chǎn)品品種較為單一，管理相對簡單容易；均未實(shí)現(xiàn)單個(gè)零件可追溯，僅能追溯到批次，關(guān)鍵零件可追溯到單件；大多數(shù)企業(yè)沒有專門的標(biāo)識管理系統(tǒng)，采用紙質(zhì)文件、電子賬本等方式管理，沒有實(shí)現(xiàn)標(biāo)識的打印、輸出和調(diào)用的自動(dòng)化管理；葉片的標(biāo)識方法主要為氣動(dòng)刻印、電刻筆、標(biāo)簽紙及激光刻印。研究發(fā)現(xiàn)，將二維碼刻印在金屬零件上為今后標(biāo)識管理發(fā)展的趨勢。

根據(jù)上述信息，對激光設(shè)備、二維碼的應(yīng)用以及DPM(零部件直接標(biāo)識)識別技術(shù)做了進(jìn)一步了解，也確定了金屬激光標(biāo)刻技術(shù)應(yīng)用于汽輪機(jī)葉片零部件的標(biāo)識過程的可行性，但尚無成套可直接應(yīng)用的設(shè)備實(shí)施標(biāo)識及相應(yīng)的標(biāo)識管理系統(tǒng)。

3 葉片產(chǎn)品標(biāo)識與追溯研究的意義

葉片產(chǎn)品的可追溯性是指通過產(chǎn)品標(biāo)識能夠查詢到產(chǎn)品的真實(shí)信息，例如原材料供應(yīng)廠商、復(fù)驗(yàn)號信息等，是產(chǎn)品質(zhì)量保證的關(guān)鍵因素。當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)問題時(shí)，能夠快速查詢出所需信息，保證及時(shí)正確的處理問題。要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可追溯性，必須規(guī)范產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、裝配、檢測等系列過程的標(biāo)識[1]。

建立葉片產(chǎn)品零部件可追溯性的必備條件[2]：唯一識別信息和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺。唯一識別信息相當(dāng)于零部件的身份代碼，需永久標(biāo)識于相應(yīng)零部件上，在產(chǎn)品服役期內(nèi)不能擦除或脫落；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺用于存儲(chǔ)該產(chǎn)品全生命周期過程中需要記錄的信息，在數(shù)據(jù)錄入過程中需保證信息的真實(shí)性。

4 汽輪機(jī)葉片標(biāo)識管理的現(xiàn)狀

葉片現(xiàn)行標(biāo)識管理流程如圖1所示，計(jì)劃員根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)編制標(biāo)識號，同時(shí)建立電子臺帳(Excel表格)，下達(dá)任務(wù)時(shí)將標(biāo)識號填入工票，操作者根據(jù)工票上的標(biāo)識號刻印標(biāo)識。材料復(fù)驗(yàn)號、熱處理爐號等信息均采用手工臺帳的方式管理。電子臺賬基本上為虛擬臺賬，標(biāo)識內(nèi)容與實(shí)物不能保證真實(shí)對應(yīng)；標(biāo)識內(nèi)容無法快速識讀，需人工識別，標(biāo)識損壞后無法識別。

圖1 葉片標(biāo)識管理現(xiàn)狀流程圖Figure 1 Flow chart of current statusof blade identification management

5 葉片標(biāo)識方案設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)研究

5.1 葉片標(biāo)識方案設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)葉片產(chǎn)品的成品和毛坯均按單件管理，做到實(shí)物與標(biāo)識的一一對應(yīng)，經(jīng)過大量的試驗(yàn)及驗(yàn)證，最終確定的產(chǎn)品各階段的具體標(biāo)識內(nèi)容和標(biāo)識方法如表1所示。其中“物料號+ERP任務(wù)號+流水號”為零部件的唯一身份識別信息，“物料號+ERP任務(wù)號+流水號+材料代號+工藝碼”統(tǒng)稱為“明碼”，將明碼刻印在零件上是為了便于現(xiàn)場區(qū)分管理。二維碼內(nèi)容為唯一身份識別信息，將二維碼刻印在零件上便于零部件的出入庫掃描和信息查詢。毛坯標(biāo)識采用粘貼身份標(biāo)簽及超強(qiáng)粘性標(biāo)簽紙的方式，中間工序標(biāo)識采用粘貼可移性合成標(biāo)簽紙的方式，完工零部件標(biāo)識采用激光刻印方式。

表1 零部件各階段標(biāo)識內(nèi)容及標(biāo)識方法Table 1 Contents and methods of marking parts at each stage

為方便信息查詢追溯，在公司SAP環(huán)境下建立了零部件標(biāo)識管理平臺。為了減少出錯(cuò)率，提高工作效率，保證使用零部件的正確性，出入庫及總裝管理時(shí)采用二維碼掃描槍讀取標(biāo)識并顯示零部件信息于PDA上，通過PDA將信息反饋給零部件標(biāo)識管理平臺，完成出入庫操作。

5.2 葉片標(biāo)識方案流程設(shè)計(jì)

標(biāo)識方案的工作流程如圖2所示。毛坯階段，毛坯分廠通過掃描槍在工票上掃描讀取零部件的任務(wù)號或直接輸入毛坯任務(wù)號，從零部件標(biāo)識管理平臺上獲取零部件的標(biāo)識信息，并打印在標(biāo)簽紙上，將標(biāo)簽紙粘貼在實(shí)物毛坯上隨工票一起流轉(zhuǎn)，入庫；加工分廠領(lǐng)料時(shí)，毛坯庫管使用掃描槍和PDA，通過出入庫管理模塊完成發(fā)料；加工分廠在普通標(biāo)簽打印模塊輸入任務(wù)號，打印其自身標(biāo)簽紙，隨工票下發(fā)，操作者根據(jù)標(biāo)簽紙內(nèi)容完成標(biāo)識轉(zhuǎn)換、移植[3]，完工后操作者通過掃描零部件上標(biāo)簽紙二維碼，從零部件標(biāo)識管理平臺獲取零部件的標(biāo)識信息，通過激光標(biāo)識機(jī)刻印出實(shí)物最終標(biāo)識。整個(gè)標(biāo)識過程實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)化管理，避免了人為誤操作可能。

5.3 葉片標(biāo)識方案實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)

為滿足標(biāo)識方案的設(shè)計(jì)要求，首先需要建立標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)體系，為了統(tǒng)一葉片制造各階段的標(biāo)識內(nèi)容和標(biāo)識方法，需建立統(tǒng)一的標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)體系，對葉片制造各階段的行為進(jìn)行規(guī)范明確，同時(shí)需考慮與除葉片外的產(chǎn)品標(biāo)識的接口問題。其次實(shí)施DPM二維碼刻印及識別，葉片類產(chǎn)品涉及多種材料，加之金屬上刻印的二維碼不易識別，需對金屬二維碼刻印工藝進(jìn)行研究，增加讀取的容易度，確定合理的打標(biāo)參數(shù)，滿足生產(chǎn)需求；確定不同材料的打標(biāo)參數(shù)，將其固化至打標(biāo)軟件中。第三，標(biāo)識設(shè)備定制及標(biāo)簽紙選型，葉片類產(chǎn)品涉及多種結(jié)構(gòu)，對于大件產(chǎn)品打標(biāo)機(jī)需進(jìn)行定制，需考慮設(shè)備操作的方便性及便攜性；毛坯及加工過程中間工序標(biāo)識用標(biāo)簽紙需根據(jù)各自的使用特點(diǎn)進(jìn)行選型。第四，標(biāo)識管理平臺建立，在公司SAP系統(tǒng)環(huán)境下建立標(biāo)識管理平臺，用于記錄并查詢零部件的標(biāo)識信息、標(biāo)識號信息的自動(dòng)生成、零部件的出入庫及裝配管理以及生產(chǎn)過程中各個(gè)流程的標(biāo)識控制。

6 激光標(biāo)記DPM二維碼及識別技術(shù)研究

DPM二維碼可采用針式刻印、激光刻印、噴碼或化學(xué)蝕刻的方式刻印，其中針式刻印易產(chǎn)生應(yīng)力，對零部件精加工表面有影響，加之激光刻印的諸多優(yōu)點(diǎn)，所以葉片標(biāo)識采用激光刻印DPM二維碼。

6.1 激光標(biāo)記DPM二維碼研究

6.1.1 二維碼的選擇

二維碼有許多種，如Data Matrix、Aztec、Maxi Code、QR Code等。目前國際上用的較多的是Data Matrix碼。Data Matrix是一種矩陣式二維條碼，能夠在較小的條碼標(biāo)簽上存入更多的內(nèi)容，其最小尺寸為目前所有條碼中最小的，特別適用于小零件的標(biāo)識，以及直接印刷在實(shí)體上。由于Data Matrix只需要讀取資料的20%即可精確辨讀，因此很適合應(yīng)用在條碼容易受損的場所。

6.1.2 激光標(biāo)記DPM二維碼工藝

為了提高激光標(biāo)記DPM二維碼的易讀取性，同激光設(shè)備供應(yīng)商一起研究了一種特殊的打標(biāo)工藝。在金屬表面刻印時(shí)，通過特殊處理，先在金屬表面形成亞光層，然后在亞光層表面刻印二維碼，刻印完成后，再經(jīng)過特殊處理，來增加二維碼的對比度，如圖3所示。試驗(yàn)證明此工藝對于反光金屬表面標(biāo)記非常有效。此外，還可以自動(dòng)根據(jù)材質(zhì)選用對應(yīng)的打標(biāo)工藝，或手動(dòng)選擇對應(yīng)的打標(biāo)工藝。

6.2 激光標(biāo)記DPM二維碼識別

通過與國內(nèi)幾家標(biāo)識設(shè)備制造商合作，進(jìn)行了激光標(biāo)記DPM二維碼識別試驗(yàn)，二維碼內(nèi)容包括中文、英文及阿拉伯?dāng)?shù)字。試驗(yàn)內(nèi)容包括直接讀取、用砂紙砂后讀取以及將刻有二維碼的零件在高溫、腐蝕的環(huán)境下放置一段時(shí)間后讀取。

7 標(biāo)識設(shè)備及讀取設(shè)備定制及選型

由于葉片產(chǎn)品種類繁多，結(jié)構(gòu)各異，通用的激光標(biāo)識設(shè)備無法滿足某些產(chǎn)品的特殊要求，需要對葉片產(chǎn)品進(jìn)行綜合考慮，來定制適用的標(biāo)識設(shè)備。

7.1 激光標(biāo)識設(shè)備定制

7.1.1 激光器的選擇

目前使用激光器分為固體激光器和氣體激光器兩種。金屬標(biāo)記采用固體激光器。固體激光器有燈泵浦YAG激光器、半導(dǎo)體泵浦YAG激光器以及光纖激光器等。其中，光纖激光器具備光束質(zhì)量好、體積小巧、便攜性好、適用于惡劣環(huán)境等特點(diǎn)[4]，因此決定使用光纖激光器。

7.1.2 身份激光標(biāo)記機(jī)

身份激光標(biāo)記機(jī)用于在身份標(biāo)簽紙上進(jìn)行刻印，主要用于毛坯標(biāo)識管理。該類標(biāo)記機(jī)是在原有標(biāo)準(zhǔn)臺式機(jī)的基礎(chǔ)上增加了走紙機(jī)構(gòu)、切紙機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)刻印的自動(dòng)化。

7.1.3 固定式及便攜式激光標(biāo)記機(jī)

固定式和便攜式激光標(biāo)記機(jī)專用于金屬零部件標(biāo)識，其中，固定式激光標(biāo)記機(jī)用于小件標(biāo)識，便攜式激光標(biāo)記機(jī)用于大中型零部件標(biāo)識。固定式激光標(biāo)記機(jī)定制了臺式和立式兩種，立式標(biāo)記機(jī)配備了重型二維工作臺，用于長度為500mm以下的零件標(biāo)識。

便攜式激光標(biāo)記機(jī)主要用于體積較大的大中型零部件標(biāo)識。便攜式激光標(biāo)記機(jī)定制了助力臂式和手提式兩種。

7.2 二維碼識別設(shè)備及PDA

由于生產(chǎn)現(xiàn)場計(jì)算機(jī)數(shù)量有限，工件數(shù)量多、質(zhì)量重，為了便于出入庫掃描以及裝配掃描操作，需采用無線移動(dòng)式掃描設(shè)備進(jìn)行掃描，同時(shí)將掃描后的信息顯示于PDA上，方便查看和辨認(rèn)掃描內(nèi)容。

7.2.1 二維碼識別設(shè)備選型

目前，用于DPM二維碼閱讀的條碼掃描設(shè)備屬于行業(yè)內(nèi)的高端產(chǎn)品。隨著基于圖像的二維碼掃描技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，二維碼的閱讀需要通過機(jī)器視覺成像來進(jìn)行解碼，因此對于反光金屬閱讀比較困難。條碼掃描設(shè)備的性能與其內(nèi)置的識別軟件有很大關(guān)系。

M公司提供業(yè)內(nèi)應(yīng)用范圍最廣的高性能工業(yè)手持式閱讀器，在DPM應(yīng)用方面擁有卓越的性能，堅(jiān)固耐用，其特點(diǎn)有：(1)功能強(qiáng)大的解碼軟件可以提供工業(yè)應(yīng)用最可靠的讀??；(2)先進(jìn)的成像系統(tǒng)，所有DM讀碼器均可最佳化地照亮許多表面上的標(biāo)識，具備可調(diào)的透鏡焦距、高像素圖像傳感器以及高速拍攝能力，可在任何表面上以任何速度讀取任何標(biāo)識；(3)易用性，各種型號都配備有直觀的用戶界面，對快速設(shè)置與易用性進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。綜上所述，選用了CD系列讀碼器。

7.2.2 PDA選型

由于CD系列讀碼器自身無顯示屏，考慮采用掌上電腦作為顯示信息和臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)載體，即PDA。PDA通過無線藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)與CD讀碼器的連接，同時(shí)還需要通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的連接，因此PDA需具備雙無線功能，最終選擇了掌上電腦。

7.3 制造階段標(biāo)簽紙選型

7.3.1 身份激光標(biāo)簽紙

身份激光標(biāo)簽紙目前主要應(yīng)用于汽車行業(yè)，其具備耐候性、不助燃、耐腐蝕、耐久性、耐磨性、短時(shí)耐溫達(dá)270℃等特點(diǎn)，具備防篡改功能，當(dāng)企圖移走標(biāo)簽時(shí)，標(biāo)簽將被破壞。該標(biāo)簽紙需使用激光標(biāo)記機(jī)打印?？紤]到分廠毛坯的放置環(huán)境及狀態(tài)，決定采用身份激光標(biāo)簽紙作為部分毛坯的標(biāo)識載體。

7.3.2 可移性合成標(biāo)簽紙

可移性合成標(biāo)簽紙粘貼方便牢固，不影響被粘貼物本身的美觀，容易移除，甚至可以多次揭下粘貼，多次重復(fù)剝離而不留任何痕跡，使用普通標(biāo)簽打印機(jī)打印。鑒于可移性合成標(biāo)簽紙的上述特點(diǎn)，機(jī)械加工中間工序的標(biāo)識可采用可移性合成標(biāo)簽紙。

8 葉片制造各階段標(biāo)識的方法及應(yīng)用效果

8.1 葉片制造各階段標(biāo)識應(yīng)用實(shí)例

通過上述標(biāo)識技術(shù)方案的研究及應(yīng)用，葉片制造各階段的標(biāo)識方法及內(nèi)容實(shí)例應(yīng)用見表2。

8.2 葉片標(biāo)識金屬二維碼應(yīng)用效果

8.2.1 標(biāo)識應(yīng)用及效果

葉片各階段標(biāo)識的應(yīng)用見圖4。

8.2.2 葉片全流程追溯體系

通過葉片各個(gè)階段的標(biāo)識管理，且基于SAP系統(tǒng)的標(biāo)識管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了通過SAP及OA協(xié)同辦公系統(tǒng)對葉片各階段質(zhì)量信息的逆向和正向查詢，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)識的完全可追溯機(jī)制，通過葉片毛坯狀態(tài)的質(zhì)量證明書信息可以追溯裝在轉(zhuǎn)子上的具體葉片標(biāo)識，同時(shí)相反也實(shí)現(xiàn)了從轉(zhuǎn)子上隨機(jī)葉片信息實(shí)現(xiàn)制造各階段及毛坯信息的追溯，并且實(shí)現(xiàn)了批量化制造的單件標(biāo)識管理。從而為公司推進(jìn)所有產(chǎn)品質(zhì)量閉環(huán)控制及全景追溯機(jī)制奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

9 結(jié)語

通過對汽輪機(jī)葉片制造各階段的標(biāo)識技術(shù)及方法的研究，提出了葉片產(chǎn)品標(biāo)識方案的總體目標(biāo)，分析了葉片標(biāo)識方案的運(yùn)行流程及關(guān)鍵技術(shù)，建立了葉片標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)體系，確定出葉片制造各階段標(biāo)識的方法、內(nèi)容。根據(jù)葉片產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，定制了不同種類的激光設(shè)備，選型確定了標(biāo)識用標(biāo)簽紙、二維碼識別設(shè)備及PDA類型。在公司SAP-OA系統(tǒng)環(huán)境下建立了標(biāo)識管理平臺，實(shí)現(xiàn)了對產(chǎn)品信息的查詢、追溯，出入庫管理以及裝配管理等功能。通過葉片測頻、稱重、裝配等檢驗(yàn)環(huán)節(jié)的試運(yùn)行，對毛坯階段標(biāo)識管理、出入庫管理、機(jī)械加工過程標(biāo)識管理以及成品標(biāo)識管理分別進(jìn)行跟蹤驗(yàn)證，證明了金屬二維碼標(biāo)識的可行性。完全實(shí)現(xiàn)了葉片制造各階段標(biāo)識的全流程閉環(huán)管控，做到了標(biāo)識的唯一和追溯性，大大提升工作效率，并且降低檢查的勞動(dòng)強(qiáng)度。該標(biāo)識技術(shù)經(jīng)過大量試驗(yàn)確定，實(shí)用度高，效率高，錯(cuò)誤率低，具有獨(dú)特的創(chuàng)新性和推廣價(jià)值。