質(zhì)量決定一切 新大眾生產(chǎn)工廠使用ZEISS AIMAX進(jìn)行在線檢測(cè)

蔡司供稿

位于波蘭弗熱希尼亞的大眾商用車(chē)生產(chǎn)工廠于2016年開(kāi)工，在幾個(gè)不同的方面具有特殊性：不僅完工時(shí)間創(chuàng)了記錄——僅僅23個(gè)月，而且它還是波蘭迄今為止最大的外國(guó)投資也是整個(gè)大眾家族最先進(jìn)的工廠。質(zhì)量經(jīng)理Werner Steinert的任務(wù)是為該生產(chǎn)工廠獲取卓越的測(cè)量技術(shù)，他決定為波蘭公司的測(cè)量技術(shù)選擇具有遠(yuǎn)見(jiàn)的方法。

一旦生產(chǎn)于2018年全面啟動(dòng)，每年將有10萬(wàn)輛Crafter和MAN TGE貨車(chē)總裝下線，這一數(shù)量是大眾商用車(chē)（VWCV）目前年銷(xiāo)售量的兩倍。第121家大眾工廠標(biāo)志著大眾公司的戰(zhàn)略發(fā)生了轉(zhuǎn)變。多年來(lái)，大眾一直委托戴姆勒為其生產(chǎn)小型貨車(chē)，但與這家總部位于斯圖加特的公司的合作協(xié)議到期時(shí)，VWCV選擇自己生產(chǎn)Crafter貨車(chē)，之所以采取這一舉措，是由于在線商業(yè)出現(xiàn)了快速增長(zhǎng)，由此帶來(lái)了更多的運(yùn)輸選擇需求。根據(jù)2013年的工廠選址分析，大眾汽車(chē)管理層決定在波蘭新建一個(gè)工廠來(lái)組裝貨車(chē)。這個(gè)1000m長(zhǎng)、400m寬的巨大工廠的建造速度證明了大眾對(duì)這個(gè)項(xiàng)目的積極性。建設(shè)僅用了23個(gè)月，比計(jì)劃提前了6個(gè)多月。這一切在進(jìn)行的同時(shí)，VWCV正在開(kāi)發(fā)新型Crafter。該公司總部位于德國(guó)沃爾夫斯堡，最終在弗熱希尼亞的工廠投資8億歐元，預(yù)計(jì)這筆投資將很快收回。Werner Steinert，弗熱希尼亞PWQ-3/1 QS-分析/測(cè)量部門(mén)負(fù)責(zé)人對(duì)此充滿信心：“我相信這家工廠有一個(gè)光明的未來(lái)?！?/p>

Crafter貨車(chē)—旨在滿足每一個(gè)需求

Steinert的樂(lè)觀有很多原因。對(duì)他來(lái)說(shuō)，除了汽車(chē)的質(zhì)量，Crafter獲得市場(chǎng)成功的一個(gè)重要因素是它擁有多種車(chē)型。VWCV利用與戴姆勒合作伙伴關(guān)系的結(jié)束，為客戶提供更多的選擇。目前，Crafter有29種不同的型號(hào)，未來(lái)將會(huì)有60個(gè)基礎(chǔ)版本。除了三種不同的驅(qū)動(dòng)器和四個(gè)可供選擇的引擎，客戶還可以挑選三種不同的長(zhǎng)度和高度。這種多樣性將確保這款貨車(chē)適合各種不同的用途 - 從救護(hù)車(chē)到送貨車(chē)。開(kāi)發(fā)人員正在確保所提供的各種型號(hào)不會(huì)影響車(chē)輛的設(shè)計(jì)。這就解釋了為什么Crafter看上去不像普通的貨車(chē)。事實(shí)上恰恰相反。對(duì)質(zhì)量保證部門(mén)主管來(lái)說(shuō)，這款商用車(chē)具有“頂尖設(shè)計(jì)”。為了展示他的意思，Steinert走過(guò)新生產(chǎn)工廠的測(cè)量實(shí)驗(yàn)室，用右手指向車(chē)輛引擎罩金屬板的“設(shè)計(jì)線”。其他設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，例如Crafter的前部，讓Steinert覺(jué)得相較于貨車(chē)，它更像是一輛汽車(chē)。設(shè)計(jì)師想把每一個(gè)細(xì)節(jié)都變得恰到好處的愿望使他們不受尺寸的限制，給這輛車(chē)帶來(lái)了流線型的設(shè)計(jì)。而且，當(dāng)然，間隙“就像我們的普通汽車(chē)一樣”，Steinert說(shuō)道。為確保不會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)和功能有任何影響，大眾在弗熱希尼亞的工廠使用領(lǐng)先的制造和質(zhì)量控制系統(tǒng)，用Steinert的話說(shuō)就是“全球獨(dú)一無(wú)二”。

可實(shí)現(xiàn)最佳質(zhì)量的光學(xué)測(cè)量方法

這位波蘭的質(zhì)量經(jīng)理確信：“沒(méi)有其他的汽車(chē)制造商像我們?cè)诟嵯Ｄ醽喌臏y(cè)量實(shí)驗(yàn)室一樣，使用如此多的光學(xué)測(cè)量方法。”即便是用測(cè)量實(shí)驗(yàn)室這個(gè)術(shù)語(yǔ)也不能詳盡地描述這個(gè)進(jìn)行測(cè)量的大廳：面積達(dá)1550m2，高14m，在這個(gè)恒溫的空間里溫度始終為20℃。測(cè)量實(shí)驗(yàn)室除了擁有多個(gè)設(shè)置位置，還有一個(gè)帶四個(gè)懸臂的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量站以及六個(gè)用光學(xué)測(cè)頭進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量站。Steinert自己幫助開(kāi)發(fā)了這種創(chuàng)新方法：“它的工作性能非常好?！本脑O(shè)計(jì)的一部分是測(cè)量實(shí)驗(yàn)室中的一個(gè)離線工作站，它配備了來(lái)自Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH的四個(gè)ZEISS AIMAX測(cè)頭，這些測(cè)頭經(jīng)設(shè)置后可以像在線工位一樣完全獨(dú)立進(jìn)行編程。這種獨(dú)立性對(duì)Steinert來(lái)說(shuō)非常重要，因?yàn)槿绻覀冃枰獌?yōu)化機(jī)器人程序或圖像處理參數(shù)，他和他的團(tuán)隊(duì)可以快速付諸行動(dòng)。

100% 檢測(cè)

為了讓Crafter每3.5min下線生產(chǎn)一次，需要采用在線測(cè)量技術(shù)與生產(chǎn)中規(guī)定的時(shí)間同步。除ZEISS AIMAX測(cè)頭非常高的基本精度，Steinert還對(duì)Carl ZEISSIndustrielle Messtechnik GmbH提供的系統(tǒng)速度印象較為深刻?！拔覀冃枰袌?chǎng)上最好的基于機(jī)器人的三維在線測(cè)量技術(shù)，”已經(jīng)在大眾工作了25年的質(zhì)量經(jīng)理說(shuō)道。大眾于2015年決定采用蔡司系統(tǒng)。除此之外，還有其他原因讓蔡司成為了正確的選擇：Steinert說(shuō)：“我們想要擁有熟練員工的合作伙伴，他們也能夠在極端的時(shí)間壓力下工作。在生產(chǎn)的前幾個(gè)星期后就已經(jīng)清楚了，在線方法是最好的選擇。所有五個(gè)工作站都完美地工作。我肯定會(huì)再次選擇蔡司?！?/p>

在波蘭進(jìn)行100%的檢測(cè)。這意味著每個(gè)車(chē)身部件——從底盤(pán)到側(cè)面板——都要通過(guò)相應(yīng)的在線測(cè)量站進(jìn)行檢測(cè)。不同車(chē)型的底盤(pán)差異最大，對(duì)82～122個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)以確保達(dá)到規(guī)定的公差規(guī)格。為了幫助整個(gè)測(cè)量過(guò)程順利進(jìn)行，底盤(pán)上的RFID芯片將選擇正確測(cè)量程序所需的信息傳輸?shù)皆诰€工作站。一旦底盤(pán)就位，軟件已經(jīng)知道應(yīng)該運(yùn)行哪個(gè)子程序來(lái)控制四個(gè)測(cè)量機(jī)器人，無(wú)需任何人為干預(yù)。程序員已經(jīng)定義了什么時(shí)候需要檢查一個(gè)特定的特性，以及應(yīng)該使用哪個(gè)ZEISS AIMAX測(cè)頭。一旦測(cè)量程序啟動(dòng)，所有四個(gè)機(jī)器人手臂都從安全位置“醒來(lái)”。發(fā)出嗡嗡聲，它們沿著長(zhǎng)達(dá)8m的車(chē)身平板行駛3min。在工件傳輸?shù)臅r(shí)間內(nèi)，安裝在機(jī)器人前段的測(cè)頭對(duì)在線工作站六個(gè)溫度補(bǔ)償桿中的一個(gè)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。碳纖維球安裝于溫度補(bǔ)償桿上。測(cè)頭定期從三個(gè)不同的位置進(jìn)行測(cè)量。采集到的數(shù)據(jù)用于不斷重新校準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)。這個(gè)過(guò)程必不可少，以確保在測(cè)量過(guò)程中獲得高測(cè)量精度。如果軟件沒(méi)有考慮機(jī)器人手臂電動(dòng)機(jī)發(fā)出的熱量，整個(gè)系統(tǒng)將受到不利影響。

一個(gè)系統(tǒng)—三種測(cè)量方法

為了確保對(duì)車(chē)身零件難以觸及的特性進(jìn)行完美的檢測(cè)，使用了運(yùn)動(dòng)范圍較大的六軸機(jī)器人。得益于AIMax測(cè)頭的緊湊設(shè)計(jì)（高度155mm，寬度134mm，長(zhǎng)度125mm），即便是車(chē)身上狹窄區(qū)域或難以觸及區(qū)域的特性，也可以輕松進(jìn)行檢測(cè)?！斑@使得ZEISS AIMAX非常適合在線檢測(cè)?！盨teinert說(shuō)。單一測(cè)頭中結(jié)合了三種測(cè)量原理（多線三角測(cè)量、灰度圖像處理以及陰影分析），對(duì)車(chē)身制造來(lái)說(shuō)是又一大優(yōu)勢(shì)。這三種測(cè)量原理使得蔡司系統(tǒng)可以測(cè)量復(fù)雜的幾何特征，如特殊的鉆孔、孔、螺紋、焊接螺母、間隙和面差?！昂附拥穆葜?，我們有很多，但只能用ZEISS AIMax進(jìn)行在線測(cè)量。數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)具有高分辨率和靈活的照明控制，可在各種情況下實(shí)現(xiàn)最佳照明，確保所評(píng)估的特征獲得理想的對(duì)比度。例如：鈑金下的螺母清晰可見(jiàn)。”已經(jīng)熟悉俄羅斯大眾工廠的蔡司系統(tǒng)的Steinert說(shuō)，“得益于采用了適應(yīng)性照明技術(shù)，可以測(cè)量不同的材料。這是一個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)。”最重要的是，能夠以閃電般的速度進(jìn)行測(cè)量。ZEISS AIMAX的典型測(cè)量時(shí)間（包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)）在每個(gè)測(cè)量位置為1.8～3.0s?！皯{借這樣的速度，我們可以在規(guī)定的周期時(shí)間內(nèi)檢查我們車(chē)身部件的許多特性，極大地幫助我們優(yōu)化了流程?！盨teinert說(shuō)。

密切關(guān)注整條生產(chǎn)線

所有車(chē)身部件都經(jīng)過(guò)檢查。Steinert說(shuō)：“這樣我們就能立即知道我們需要修改流程的地方?！痹谡{(diào)來(lái)波蘭之前，他在俄羅斯工作，負(fù)責(zé)確保在那里生產(chǎn)的汽車(chē)符合公司的要求。對(duì)于質(zhì)量保證員工來(lái)說(shuō)，監(jiān)測(cè)在線工作站非常簡(jiǎn)單。每個(gè)工作站的顯示器可以向他們展示具體特性接近超過(guò)公差的程度。Steinert說(shuō)：“一旦容差利用率達(dá)到75%，我們就開(kāi)始密切關(guān)注?！眴T工會(huì)每天或是在每個(gè)班次之后檢查數(shù)值的變化情況。不惜一切代價(jià)避免因超出容差而停止生產(chǎn)線的情況。通常，質(zhì)量保證部門(mén)的工程師可以通過(guò)檢查蔡司測(cè)頭上相機(jī)拍攝的照片，了解特定的特性，并根據(jù)需要進(jìn)行保存，從而確定公差偏差的原因。Steinert說(shuō)：“因此，我們很容易確定鉆孔中是否有膠水?！边@只是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，說(shuō)明從在線工作站獲取的數(shù)據(jù)如何幫助大眾的質(zhì)量管理人員改進(jìn)工廠的制造工藝。Steinert說(shuō)：“我們只是把照片發(fā)給負(fù)責(zé)的員工，他們優(yōu)化了膠水的應(yīng)用，這樣一來(lái)就無(wú)需對(duì)零件進(jìn)行返工?！倍非笞罡咂焚|(zhì)不僅僅局限于工廠場(chǎng)地。由于Crafter的所有部件都已經(jīng)提供，Steinert還認(rèn)為他的工作還包括優(yōu)化供應(yīng)商工廠的流程。為此，為人溫和的質(zhì)量經(jīng)理建立了第二個(gè)測(cè)量實(shí)驗(yàn)室。他經(jīng)常邀請(qǐng)他的供應(yīng)商來(lái)看這個(gè)測(cè)量實(shí)驗(yàn)室。在這里，他們就如何保持質(zhì)量規(guī)格進(jìn)行了熱烈的討論，這一切與Steinert的格言完全吻合，即：“質(zhì)量決定一切?！盨teinert使用實(shí)際部件向供應(yīng)商展示和解釋問(wèn)題，以及如何解決問(wèn)題。這就是目前的工作方式。未來(lái)，他打算利用測(cè)量廳內(nèi)的35m2的屏幕、高分辨率的體育場(chǎng)投影儀和智能眼鏡等設(shè)備，以便于他和他的供應(yīng)商能夠近距離和以三維方式檢查他們制造的部件。“由于我們進(jìn)行光學(xué)測(cè)量，我們有一個(gè)逼真的工件三維模型。我們將采用這個(gè)方法來(lái)虛擬地顯示缺陷，這種方法會(huì)讓供應(yīng)商印象更深刻?！边@位質(zhì)量經(jīng)理說(shuō)道。Steinert對(duì)于未來(lái)的發(fā)展感到非常興奮，相信這種方法“將進(jìn)一步提高所有相關(guān)人員的質(zhì)量意識(shí)”?！?/p>