數(shù)字化檢測系統(tǒng)（DDES） 應(yīng)用研究

袁世軍

（中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司， 重慶 400037）

引言

隨著現(xiàn)代化制造技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化量值傳遞的技術(shù)正逐步替代傳統(tǒng)的模擬量傳遞模式[1]?！吨袊圃?025》規(guī)劃了我國工業(yè)化三步走的發(fā)展戰(zhàn)略，它正在引導(dǎo)中國快速步入工業(yè)4.0時代。隨著《中國制造2025》的實(shí)施，未來十年，我國工業(yè)整體信息化水平將大幅提升，工業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化將取得明顯進(jìn)展，工業(yè)數(shù)字化系統(tǒng)也將得到廣泛應(yīng)用。

數(shù)字加工設(shè)備在加工制造環(huán)節(jié)的普遍應(yīng)用，極大地提高了生產(chǎn)加工效率，但產(chǎn)品檢測和測試環(huán)節(jié)的作業(yè)方式并沒有與生產(chǎn)加工手段的巨大提升相適應(yīng)，因此在生產(chǎn)流程中，檢測環(huán)節(jié)經(jīng)常成為效率的瓶頸，尤其是那些檢測參數(shù)多而復(fù)雜的工件往往在檢測車間堆積等待，大大降低了整體生產(chǎn)效率。另外，目前相對于設(shè)計(jì)、工藝和生產(chǎn)的數(shù)字化程度來說，檢測環(huán)節(jié)的數(shù)字化程度較低，使得檢測環(huán)節(jié)成為企業(yè)數(shù)字化工廠推進(jìn)的一塊短板。

檢驗(yàn)技術(shù)/工藝人員為編制檢驗(yàn)計(jì)劃需手動解析數(shù)據(jù)和標(biāo)注參數(shù)，耗時巨大；檢驗(yàn)人員需要對照測量工藝卡片，手動測量，或者記錄測量結(jié)果，效率低下；受測量人員的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平限制，難以保證測量過程的一致性和穩(wěn)定性，實(shí)時性、可靠性與客觀性差；質(zhì)量文件依然停留在文本檔案的水平上，各個質(zhì)量檢測控制點(diǎn)的檢測信息分散，以紙質(zhì)或電子文件分散管理，不能實(shí)時匯總，必然造成數(shù)據(jù)查詢不方便。對于企業(yè)建立有效的、閉環(huán)的數(shù)字化制造系統(tǒng)無法提供足夠支持。企業(yè)產(chǎn)品檢測環(huán)節(jié)缺乏一個能夠整合各種設(shè)備、優(yōu)化各種檢測系統(tǒng)和兼容各種量具量儀的數(shù)字化檢測平臺，各個檢測工位基本上還是處于相對分散、孤立的狀態(tài)，沒有實(shí)現(xiàn)檢測信息的互聯(lián)溝通，未能形成一個系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化的檢測體系，導(dǎo)致了各種現(xiàn)有數(shù)字化設(shè)備都成為信息孤島，不僅使這些先進(jìn)的數(shù)字化儀器的實(shí)際使用價值大打折扣，同時也使得檢驗(yàn)過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)沒有成為可以利用的信息資源，檢驗(yàn)信息不能及時進(jìn)行流通、交互，安全性差。

數(shù)字化制造要求從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝方法、制造和檢驗(yàn)全面采用三維數(shù)字化技術(shù)。以三維產(chǎn)品模型為基礎(chǔ)，集成了尺寸標(biāo)注、工差要求、加工制造要求、檢驗(yàn)要求等特征信息，為使得產(chǎn)品檢驗(yàn)?zāi)軌蚺c設(shè)計(jì)、工藝和制造良好銜接，保證產(chǎn)品研制進(jìn)度和工作質(zhì)量，其要求檢驗(yàn)部門建立起產(chǎn)品檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)體系，優(yōu)先使用數(shù)字化的測量手段進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)收。

MES中的質(zhì)量檢驗(yàn)是面向生產(chǎn)制造過程的，所以檢驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)必然和生產(chǎn)制造工藝、制造任務(wù)、相關(guān)的資源設(shè)備密切相關(guān)[2]。

因此，數(shù)字化檢測系統(tǒng)（DDES）就應(yīng)運(yùn)而生了，從MES、CAPP、PDM/PLM等系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)資源，該系統(tǒng)能快速編制檢驗(yàn)工藝規(guī)程，改變紙上數(shù)據(jù)形式，有效利用過程數(shù)據(jù)，從而真正實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的決策及完善企業(yè)信息化建設(shè)。

1 數(shù)字化檢測系統(tǒng)概述

DDES與 MES、CAPP、PDM/PLM等系統(tǒng)銜接，以嵌入的形式幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化的閉環(huán)。MES作為一種面向車間層的生產(chǎn)管理和優(yōu)化運(yùn)行管理軟件，擁有制造過程所有的靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)，能形成巨大的制造數(shù)據(jù)集合[3]。MES系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對檢驗(yàn)資源的管理、檢驗(yàn)任務(wù)的管理、檢驗(yàn)實(shí)例數(shù)據(jù)的管理、質(zhì)量審理活動的管理，從而推動制造型企業(yè)生產(chǎn)檢驗(yàn)的自動化和信息化管理[4]。常見的嵌入式系統(tǒng)關(guān)聯(lián)舉例如圖1所示。

圖1 嵌入式系統(tǒng)關(guān)聯(lián)舉例

數(shù)字化檢測系統(tǒng)包括檢驗(yàn)工藝規(guī)程編制和測量與采集兩大子系統(tǒng)。其中檢驗(yàn)工藝規(guī)程編制的原理是利用基于數(shù)模設(shè)計(jì)軟件的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)已標(biāo)注數(shù)模的自動解析，配合尺寸序號自動標(biāo)注等功能，以達(dá)到快速編制檢驗(yàn)工藝規(guī)程的目的。測量與采集系統(tǒng)的原理是利用檢測設(shè)備與量具的數(shù)據(jù)接口或其他輸入方式，實(shí)時采集檢測數(shù)據(jù)并上傳，然后通過系統(tǒng)銜接進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，從而實(shí)現(xiàn)檢測過程的數(shù)字化。

2 系統(tǒng)構(gòu)架

數(shù)字化檢測系統(tǒng)采用C/S、B/S混合架構(gòu)，涉及AUTOCAD平臺的相關(guān)模塊，如數(shù)模解析模塊、圖形化引導(dǎo)測量模塊、數(shù)據(jù)采集模塊采用C/S架構(gòu)，以提高數(shù)據(jù)的安全性；其他模塊如查詢統(tǒng)計(jì)分析模塊采用B/S架構(gòu)，以方便異地查詢相關(guān)數(shù)據(jù)，其主要網(wǎng)絡(luò)硬件由通訊接口轉(zhuǎn)換器、交換機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB服務(wù)器、固定檢測終端、移動檢測終端、輸出看板等構(gòu)成。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

3 執(zhí)行工作流

以企業(yè)已建設(shè)CAPP系統(tǒng)、MES系統(tǒng)為例，本系統(tǒng)與其形成了完整的工作流，其中包括檢驗(yàn)工藝規(guī)程編制任務(wù)、數(shù)模解析、檢驗(yàn)工藝規(guī)程編制、檢測執(zhí)行、數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)分析、輸出顯示等環(huán)節(jié)，其整體工作流如圖3所示。

圖3 數(shù)字化檢測系統(tǒng)工作流

3.1 檢驗(yàn)工藝規(guī)程編制

首先，從CAPP系統(tǒng)中進(jìn)行檢驗(yàn)工藝規(guī)程編制任務(wù)推送，編制人員從CAPP系統(tǒng)接收任務(wù)后，直接在CAPP系統(tǒng)界面一鍵打開DDES檢驗(yàn)工藝規(guī)程編制系統(tǒng)，然后系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)內(nèi)容自動下載產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)模，然后進(jìn)行數(shù)模解析，編制檢驗(yàn)工藝規(guī)程；編制完成后導(dǎo)出檢驗(yàn)規(guī)劃并提交至CAPP系統(tǒng)進(jìn)行審核及分發(fā)；同時，已標(biāo)注數(shù)模及分發(fā)的檢驗(yàn)規(guī)劃將保存于數(shù)字化檢測系統(tǒng)服務(wù)器中。

3.2 檢驗(yàn)與執(zhí)行

3.2.1 零件掃碼識別

數(shù)字化檢測系統(tǒng)終端帶有條碼與二維碼掃描槍，帶有條碼的產(chǎn)品可直接掃碼，同時支持手工輸入流水號，系統(tǒng)自動依據(jù)條碼編號原則調(diào)出對應(yīng)工序的已標(biāo)序數(shù)模和檢驗(yàn)工藝規(guī)程，檢驗(yàn)操作員依其執(zhí)行檢測任務(wù)。

3.2.2 數(shù)據(jù)采集及自動判別

將帶有數(shù)字化接口且已在系統(tǒng)中注冊的量具連接到采集終端，執(zhí)行檢測任務(wù)時，檢測結(jié)果將自動采集到系統(tǒng)中，同時，系統(tǒng)支持手工輸入檢驗(yàn)結(jié)果。系統(tǒng)對所采集或輸入的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合檢驗(yàn)規(guī)劃的公差范圍進(jìn)行自動判定，判定提示顯示在軟件界面中。

3.2.3 系統(tǒng)接口

數(shù)據(jù)采集模塊是針對檢測過程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分自動采集和手動輸入。數(shù)字化檢測系統(tǒng)支持自動采集和手動采集共存模式。針對不同檢測設(shè)備，分三種方式設(shè)計(jì)：一是基于通訊接口，如RS232串口和RS485串口等，自動采集。二是基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)文件數(shù)據(jù)交換，完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與采集；第三種就是沒有通訊接口，這種情況下就需要通過電腦終端手工輸入檢測結(jié)果。數(shù)據(jù)自動采集示意圖如下頁圖4所示。

圖4 前兩種數(shù)據(jù)自動采集方式示意圖

結(jié)合實(shí)際情況，數(shù)據(jù)采集有以下三種方式：

一是直接采集，主要針對數(shù)字化或經(jīng)數(shù)字化改造的測量設(shè)備（含無線和有線兩類）。例如對無線數(shù)顯百分尺通過無線接收棒和無線發(fā)射模塊完成無線傳輸，支持1個無線接收棒可以連8個數(shù)顯百分尺；而數(shù)顯千分尺通過HUB有線1帶8進(jìn)行有線傳輸。

二是視覺采集，主要針對部分暫時無法獲得通訊協(xié)議可編程式測量儀器。采用數(shù)字圖像識別技術(shù)（即人工視覺）和精確的數(shù)字化控制技術(shù)，使檢定工作實(shí)現(xiàn)了全過程的自動化。從而使人們永遠(yuǎn)地告別了傳統(tǒng)的人工肉眼讀表過程，不僅極大地減輕了人工勞動的強(qiáng)度，而且100%地避免了肉眼讀表所帶來的人為誤差。

三是利用通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換后再采集，主要針對有數(shù)據(jù)接口但不能直接聯(lián)網(wǎng)的測量設(shè)備，系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)換通訊協(xié)議后即可直接進(jìn)行有線采集。

3.2.4 數(shù)據(jù)管理

系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理分為數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析、報表輸出、記錄更改、工時統(tǒng)計(jì)與績效考核、不合格處理等功能，并提供外部系統(tǒng)接口，以供企業(yè)相關(guān)系統(tǒng)直接讀取本系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

通過以上流程，數(shù)字化檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與MES/CAPP的數(shù)據(jù)共享，完成閉環(huán)的檢測任務(wù)，提高企業(yè)檢驗(yàn)工藝規(guī)程編制效率，降低人為錯誤，幫助企業(yè)實(shí)時有效地利用過程數(shù)據(jù)以及實(shí)現(xiàn)無紙化作業(yè)。

本文論述了數(shù)字化檢測系統(tǒng)（DDES）基本原理及具體的運(yùn)用，數(shù)字化檢測系統(tǒng)避免了傳統(tǒng)的產(chǎn)品檢測只注重結(jié)論而不保留過程數(shù)據(jù)造成企業(yè)信息資源的巨大浪費(fèi)。數(shù)字化檢測系統(tǒng)的建設(shè)將完整保留產(chǎn)品檢測過程所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，可根據(jù)需要隨時進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，真正實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的“統(tǒng)計(jì)過程質(zhì)量控制（SPC）”方法?？缙脚_連接CAPP系統(tǒng)、MES系統(tǒng)，推動企業(yè)數(shù)字化生產(chǎn)和信息化管理，提高了資源利用度及企業(yè)管理水平。