劉楨 羅云澤 劉娜

1. 中航西安飛機工業(yè)集團股份有限公司 陜西 西安 710089；2. 寶雞市質(zhì)量技術檢驗檢測中心 陜西 寶雞 721000

引言

計量技術和方法融入飛機的生產(chǎn)、制造、試飛等過程，不僅是飛機產(chǎn)品質(zhì)量安全的強有力保障，也對飛機制造技術的不斷創(chuàng)新和進步具有積極的推動作用。在包括飛機制造的眾多行業(yè)領域，溫度測試是產(chǎn)業(yè)計量中一個非常重要的環(huán)節(jié)，通過接觸式測溫或非接觸式測溫完成測試。溫度均勻性反映的是熱處理設備爐膛有效加熱區(qū)內(nèi)各個測試點的溫度相對于控制設定溫度的偏離程度，通過溫度均勻性可劃分設備等級，體現(xiàn)了設備溫度控制能力，是保障熱工藝設備綜合性能最重要的環(huán)節(jié)，也是高溫測量中測試條件最復雜、成本消耗最高、工作量最大的部分[1]?；跓峒庸ぴO備在飛機制造過程的重要性，利用先進的智能化技術，將設備計量管控、熱加工質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)存儲統(tǒng)計、自動監(jiān)測等關鍵環(huán)節(jié)，通過硬件物理互聯(lián)和軟件信息互聯(lián)建立溫度均勻性測試智能檢測系統(tǒng)，提升熱加工過程的產(chǎn)品質(zhì)量。

1 溫度均勻性測試

對于高溫測量，在測試期間，所有參數(shù)都應反映生產(chǎn)時設備的正常工作狀態(tài)。在實際工作中，根據(jù)計量檢測及量值溯源的基本方法，以及相關工藝要求和熱工藝設備的測試、質(zhì)量控制方面的實踐發(fā)現(xiàn)：溫度均勻性測試工作需要在滿足設備技術指標溯源要求的前提下，盡量反映被測設備的實際工作條件，同時需要對不同的設備進行有效的測試和評價，以實施高質(zhì)量、高效率、低成本的高溫測量。通過上述測試工作，可對各種用于材料儲存、環(huán)境試驗、高溫加工的試驗設備的溫度場性能進行檢測和設備鑒定。

圖1 表面處理槽及其測試圖

2 溫度均勻性測試智能檢測系統(tǒng)構(gòu)成

溫度均勻性測試智能檢測系統(tǒng)主要劃分為安全層、交互層、接口服務層、SCADA服務層、基礎支撐層、車間設備層。通過系統(tǒng)連接，將熱加工設備的數(shù)據(jù)信息給終端用戶，并將信息傳輸至公司內(nèi)部的辦公網(wǎng)絡中，通過接口與計量信息系統(tǒng)對接，達到數(shù)據(jù)實時記錄更新，用戶時刻可以關注到設備的最新狀態(tài)。

圖2 系統(tǒng)邏輯視圖

溫度均勻性測試智能檢測系統(tǒng)的安全層主要為園區(qū)網(wǎng)與工控網(wǎng)網(wǎng)絡隔離用的工業(yè)網(wǎng)閘，在本系統(tǒng)中主要作用為傳達園區(qū)網(wǎng)對工控網(wǎng)的接口調(diào)用，將接口參數(shù)傳遞給工控網(wǎng)的接口服務，并且利用自帶的數(shù)據(jù)同步功能，將需要回傳給園區(qū)網(wǎng)的數(shù)據(jù)，直接從工控網(wǎng)的基支撐層同步回園區(qū)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心。

SCADA服務層是工控網(wǎng)的核心，主要負責工控網(wǎng)相關業(yè)務的運行。從數(shù)據(jù)中心獲取生產(chǎn)任務開始生產(chǎn)任務，并將生產(chǎn)實績、計量等數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)中心，反饋給園區(qū)網(wǎng)；為處在交互層的各終端提供業(yè)務支撐；控制車間設備層，下達信號或收集設備數(shù)據(jù)。主要功能為設備數(shù)據(jù)采集、設備參數(shù)設定、數(shù)據(jù)展示服務、數(shù)據(jù)存儲、報警功能、生產(chǎn)任務管理、TUS文件上傳[2]?；A支撐層主要為數(shù)據(jù)中心，存儲與園區(qū)網(wǎng)相互通信的數(shù)據(jù)。

3 溫度均勻性測試智能檢測系統(tǒng)主要功能模塊

3.1 設備計量管理模塊的研究

設備計量管理模塊是系統(tǒng)的重要組成部分，其目的是為了進行設備全生命周期的管控任務。系統(tǒng)能實現(xiàn)設備校驗周期管理，具備預警功能，實時狀態(tài)管理，能夠自動檢測或提取設備實時運轉(zhuǎn)狀態(tài)，上傳MES系統(tǒng)，并推送至各信息終端，部分設備實現(xiàn)一定的遠程機械控制功能。具備硬件故障報警、質(zhì)量過程超差報警、安全報警等功能，記錄報警信息生成日志，統(tǒng)計設備故障周期信息。

3.2 熱加工質(zhì)量控制模塊研究

設備的計量管理是質(zhì)量控制的基礎，設備的實時監(jiān)控是質(zhì)量控制的關鍵，加工過程的人員操作管理是質(zhì)量控制的保障，加工零件質(zhì)量檢驗系統(tǒng)是質(zhì)量控制的最終屏障，歷史數(shù)據(jù)查詢是質(zhì)量追溯的關鍵手段。

系統(tǒng)具備生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集及記錄功能，可視化曲線自動轉(zhuǎn)化功能，生產(chǎn)過程質(zhì)量數(shù)據(jù)（或可視化曲線）在線提取、在線發(fā)起、在線檢驗、在線封閉功能。實現(xiàn)封閉質(zhì)量數(shù)據(jù)的上傳，對接質(zhì)量管理系統(tǒng)和MES系統(tǒng)實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)封閉。本系統(tǒng)還將加工后的產(chǎn)品硬度值數(shù)據(jù)進行保存，將質(zhì)量問題處理登記，自動生成質(zhì)檢臺賬，自動統(tǒng)計質(zhì)檢數(shù)據(jù)（包括合格數(shù)、一次交檢合格數(shù)、合格率、一次交檢合格率、返修數(shù)、返修率、報廢數(shù)、報廢率、廢品原因記錄等），最終生成詳細的質(zhì)量統(tǒng)計曲線顯示。

3.3 數(shù)據(jù)存儲統(tǒng)計模塊研究

數(shù)據(jù)存儲統(tǒng)計模塊實質(zhì)為歷史數(shù)據(jù)庫，主要包括人員操作信息，工藝文件，設備加工過程數(shù)據(jù)，零件加工流程數(shù)據(jù)，其功能是完整的保存數(shù)據(jù)，用于查詢數(shù)據(jù)追溯產(chǎn)品質(zhì)量，統(tǒng)計設備使用狀況，進行產(chǎn)能分析和資源調(diào)配。為滿足示范平臺的歷史數(shù)據(jù)采集、存儲、查詢等要求，需采用專業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫+關系數(shù)據(jù)庫模式來構(gòu)架數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。歷史數(shù)據(jù)庫支持對歷史數(shù)據(jù)歸檔文件的管理，包括創(chuàng)建、復制、刪除、備份的功能。數(shù)據(jù)庫平臺提供面向過程數(shù)據(jù)存儲或者優(yōu)化存儲的手段，并提供數(shù)據(jù)壓縮方法以及用戶可對壓縮能力選擇的途徑。本系統(tǒng)借助計算機和數(shù)據(jù)庫科學地保存和管理大量復雜的數(shù)據(jù)，使用戶能方便地利用這些寶貴的信息資源，能永久存儲生產(chǎn)信息、合理分配存儲區(qū)域、有效完成信息共享的優(yōu)點。

3.4 TUS自動檢測模塊研究

系統(tǒng)配備便攜式TUS自動檢測模塊，以便實現(xiàn)和執(zhí)行HB5354及GJB509B、AMS2750E等標準中加熱爐有效加熱區(qū)定期檢測的規(guī)定[3]。TUS自動檢測模塊測量精度優(yōu)于±0.1%，可現(xiàn)場動畫顯示爐內(nèi)溫場各點差值，自動獲取均溫區(qū)，并打印校驗報告及均溫區(qū)示意圖，校驗結(jié)果可通過網(wǎng)絡傳遞至服務器，作為設備管理的原始依據(jù)。

熱加工設備預留TUS檢測模塊硬件接口（RJ45）。設備到達檢測周期時，示范平臺提醒用戶接入檢測設備，系統(tǒng)按預先設定的檢測方案自動完成爐溫均勻性檢測并自動生成檢測報告上傳MES系統(tǒng)；檢測參數(shù)設定：設定設備類型、檢定標準、測量點位置、熱電偶修正值、測量時間、測量溫度點等；檢測報告生成：根據(jù)檢測結(jié)果及檢定標準自動輸出檢測報告、檢測證書等。

4 與計量數(shù)字化系統(tǒng)融合

本系統(tǒng)與計量保障數(shù)字化系統(tǒng)進行融合，目的是對熱加工設備的運行數(shù)據(jù)和校準數(shù)據(jù)進行匹配和對比，以保證生產(chǎn)現(xiàn)場計量器具的工作特性，為關鍵熱加工工序提供計量保障，主要包括兩個方面：與車間級計量保障數(shù)字化系統(tǒng)集成，獲取時效爐、淬火爐、硝鹽槽等熱加工設備的關鍵計量參數(shù)，并對這些關鍵計量參數(shù)進行實時監(jiān)控和分析，基于工作狀態(tài)感知數(shù)據(jù)做出設備運行的預警識別。

本系統(tǒng)通過Web Service接口，接收車間級計量保障數(shù)字化系統(tǒng)傳送的查詢請求，返回相關設備的校準數(shù)據(jù)，車間級計量保障數(shù)字化系統(tǒng)通過熱加工設備計量參數(shù)的實際運行數(shù)據(jù)和校準數(shù)據(jù)對比，完成對熱加工設備計量狀態(tài)的健康監(jiān)測。

5 結(jié)束語

本論文通過溫度均勻性測試智能檢測系統(tǒng)研究，實現(xiàn)了熱加工設備計量管理、設備集中管控、質(zhì)量控制功能的統(tǒng)一集成管理，直接對熱加工設備關鍵參數(shù)和特殊計量，對熱加工設備的自動化、信息化計量，對關鍵環(huán)節(jié)、關鍵參數(shù)的在線、植入式計量，對原材料進廠、半成品加工、成品出廠中的計量，起到基礎支撐作用，進一步加強對設備的質(zhì)量控制，并于計量數(shù)字化系統(tǒng)融合將設備、方法、規(guī)范、人員保障有機融合，后期通過系統(tǒng)的能力開發(fā)，可實現(xiàn)熱加工設備計量數(shù)字化平臺的研發(fā)。