機(jī)械產(chǎn)品再制造裝配過(guò)程動(dòng)態(tài)工序質(zhì)量控制系統(tǒng)

李鐵，任志強(qiáng)

（洛陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471000）

再制造是將廢舊的產(chǎn)品重新制造成品質(zhì)如新產(chǎn)品一樣的制造過(guò)程，相比于材料回收模式來(lái)說(shuō)，再制造這種生產(chǎn)模式生產(chǎn)效率更高，還可以對(duì)資源進(jìn)行更加充分的利用。對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品再制造裝配過(guò)程方面，無(wú)論是裝配工藝還是零件自身的質(zhì)量情況都會(huì)對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生影響，因此需要對(duì)再制造裝配過(guò)程每一個(gè)工序質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，加強(qiáng)工況信息的控制力度，才能為裝配質(zhì)量的穩(wěn)定性與有效性提供保障。

1 再制造裝配過(guò)程動(dòng)態(tài)工序質(zhì)量控制系統(tǒng)使用的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 利用RFID 技術(shù)對(duì)質(zhì)量信息全面感知

將動(dòng)態(tài)工序質(zhì)量控制基礎(chǔ)原理作為前提，若想實(shí)現(xiàn)裝配過(guò)程的質(zhì)量在線優(yōu)化功能，需要獲取準(zhǔn)確的待裝配零部件的相關(guān)質(zhì)量參數(shù)與信息，同時(shí)還包括機(jī)械產(chǎn)品前序工序的裝配積累誤差、關(guān)鍵裝配質(zhì)量等相關(guān)參數(shù)，因此構(gòu)建完善的數(shù)據(jù)獲取平臺(tái)可以對(duì)再制造裝配過(guò)程的實(shí)時(shí)運(yùn)行質(zhì)量進(jìn)行全面感知。我國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)水平不斷提升，RFID 技術(shù)作為其中的重要組成部分，其可以對(duì)各類信息進(jìn)行感知與采集，被廣泛應(yīng)用在制造業(yè)、物流等相關(guān)行業(yè)中。但對(duì)于再制造行業(yè)來(lái)說(shuō)，其在我國(guó)還處于發(fā)展初期，沒(méi)有充分發(fā)揮信息化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還由于再制造工藝與制造工藝二者之間的差異較大，RFID 技術(shù)沒(méi)有被廣泛應(yīng)用在再制造行業(yè)中，也沒(méi)有設(shè)定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。因此本文將以RFID 技術(shù)作為基礎(chǔ)，將其應(yīng)用在機(jī)械產(chǎn)品再制造裝配動(dòng)態(tài)工序質(zhì)量控制系統(tǒng)中，使用該技術(shù)對(duì)關(guān)鍵零部件的質(zhì)量信息進(jìn)行感知，從而增強(qiáng)工序質(zhì)量在線優(yōu)化功能的準(zhǔn)確性。

為了確保裝配過(guò)程中信息可以高效、流暢地共享與流動(dòng)，要對(duì)RFID 標(biāo)簽的信息存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與形式進(jìn)行全面設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)RFID 技術(shù)應(yīng)用框架與標(biāo)簽存儲(chǔ)空間分配時(shí)，包含預(yù)置數(shù)據(jù)與柔性數(shù)據(jù)兩種類型。對(duì)于預(yù)置數(shù)據(jù)方面，其主要表達(dá)加工初期對(duì)待加工對(duì)象RFID 標(biāo)簽的初始化信息。對(duì)于柔性數(shù)據(jù)方面，其主要表達(dá)加工過(guò)程中，工況的動(dòng)態(tài)化信息。再制造件的預(yù)置書包含工件標(biāo)識(shí)、加工工藝等相關(guān)信息；柔性數(shù)據(jù)包含每一項(xiàng)工序在完成加工之后的關(guān)鍵質(zhì)量特征數(shù)據(jù)，還可以將特征數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)對(duì)其公差進(jìn)行確定。再制造產(chǎn)品的預(yù)置數(shù)據(jù)與再制造件較為相同，都會(huì)包括再制品的唯一表示與目前生產(chǎn)計(jì)劃對(duì)應(yīng)的調(diào)度方案、裝配工序等相關(guān)信息。而柔性數(shù)據(jù)會(huì)在裝配過(guò)程中對(duì)再制造產(chǎn)品的前序工序裝配積累誤差、裝配關(guān)鍵質(zhì)量特征等相關(guān)信息。

1.2 對(duì)動(dòng)態(tài)工序質(zhì)量提供在線優(yōu)化功能

機(jī)械產(chǎn)品再制造質(zhì)量控制點(diǎn)會(huì)分布在每一道再制造裝配過(guò)程的加工工序中，其含有動(dòng)態(tài)、非線性等關(guān)系，本文構(gòu)建了再制造質(zhì)量空間點(diǎn)公差分配模型，同時(shí)利用優(yōu)化算法對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，從而可以對(duì)再制造裝配過(guò)程的誤差累積的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償與裝配質(zhì)量進(jìn)行主動(dòng)、高效控制。

將上述理論作為基礎(chǔ)，本文在機(jī)械產(chǎn)品再制造裝配過(guò)程動(dòng)態(tài)工序質(zhì)量控制系統(tǒng)在線優(yōu)化專家模塊，該模塊中包含穩(wěn)態(tài)模式下的供需質(zhì)量在線優(yōu)化、故障模式中的質(zhì)量評(píng)價(jià)與控制，為以下幾部分：第一，信息融合模塊。在該模塊中，會(huì)將再制造零件質(zhì)量數(shù)據(jù)、裝配工藝質(zhì)量數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)等相關(guān)特征信息進(jìn)行獲取與處理，從而獲得目前工序質(zhì)量狀態(tài)的復(fù)合表示方式，也可以將其視作為推理機(jī)的輸入功能。第二，再制造質(zhì)量知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。在該數(shù)據(jù)庫(kù)中包含模糊存儲(chǔ)規(guī)則下的定性專家經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)知識(shí)，還會(huì)利用參數(shù)的限定方法，對(duì)知識(shí)進(jìn)行定量，包含規(guī)則庫(kù)與案例數(shù)據(jù)庫(kù)，在線優(yōu)化模塊會(huì)對(duì)再制造裝配過(guò)程進(jìn)行在線優(yōu)化，還會(huì)將相應(yīng)的理論模型作為基礎(chǔ)，利用針對(duì)性較高的優(yōu)化算法將其轉(zhuǎn)換為知識(shí)規(guī)則從而存儲(chǔ)在知識(shí)庫(kù)當(dāng)中。第三，推理機(jī)采用的主要規(guī)則為模糊生產(chǎn)方式，會(huì)將目前再制品的相關(guān)信息互相結(jié)合，從而制定與其匹配的策略，之后在配置基礎(chǔ)質(zhì)量信息或?qū)＜乙?guī)則數(shù)據(jù)庫(kù)等相關(guān)信息的過(guò)程中，對(duì)目前的生產(chǎn)作業(yè)活動(dòng)提供技術(shù)幫助與支持。第四，知識(shí)的學(xué)習(xí)模塊。工藝類型的相關(guān)信息會(huì)利用主動(dòng)輸入的方式將知識(shí)學(xué)習(xí)，對(duì)裝配過(guò)程異常情況診斷的識(shí)別信息類型會(huì)利用自學(xué)習(xí)的方式獲取信息。

在機(jī)械產(chǎn)品再制造的實(shí)際裝配過(guò)程中，會(huì)將信息融合模塊獲取的相關(guān)信息作為基礎(chǔ)，其中包含再制造零件的質(zhì)量信息、裝配過(guò)程工藝質(zhì)量信息等。之后對(duì)目前工序的獨(dú)立性進(jìn)行判斷，如當(dāng)前的工序?yàn)楠?dú)立性工序，推理機(jī)就會(huì)從靜態(tài)的質(zhì)量配置信息模塊中對(duì)質(zhì)量規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)并匹配，對(duì)目前工序的運(yùn)行規(guī)范進(jìn)行指導(dǎo)。若目前工序不具備獨(dú)立性，推理機(jī)就會(huì)將知識(shí)庫(kù)中的相關(guān)信息進(jìn)行檢索，檢索出與其對(duì)應(yīng)的知識(shí)規(guī)則，利用優(yōu)化算法獲取目前工序質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)的對(duì)應(yīng)裝配參數(shù)，從而裝配質(zhì)量進(jìn)行在線優(yōu)化。最后將計(jì)算完成的結(jié)果發(fā)送到生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的再制造裝配過(guò)程進(jìn)行指導(dǎo)與優(yōu)化。

2 應(yīng)用實(shí)例分析

在本文設(shè)計(jì)的針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品再制造裝配過(guò)程動(dòng)態(tài)工序質(zhì)量控制框架前提下，將Java2 平臺(tái)企業(yè)版作為基礎(chǔ)，對(duì)系統(tǒng)的原型進(jìn)行了設(shè)計(jì)與開發(fā)，之后對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。本文使用了A 重載發(fā)動(dòng)機(jī)再制造企業(yè)設(shè)計(jì)與開發(fā)制造的質(zhì)量管理系統(tǒng)當(dāng)做實(shí)際應(yīng)用案例分析，其包含多種類型的再制造發(fā)動(dòng)機(jī)，主要采用了斯太爾系列的發(fā)動(dòng)機(jī)，其具備品種多樣、生產(chǎn)批量與規(guī)模小的特點(diǎn)。與此同時(shí)，由于再制造零部件的種類與數(shù)量較多，被廣泛分布在較多數(shù)量的車間中，對(duì)工序質(zhì)量的實(shí)時(shí)控制工作提出了更高的要求。因此，利用本文設(shè)計(jì)的針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品再制造裝配過(guò)程動(dòng)態(tài)工序質(zhì)量控制系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)，對(duì)該企業(yè)的再制造生產(chǎn)質(zhì)量管理動(dòng)態(tài)工序質(zhì)量控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面設(shè)計(jì)。

以B 企業(yè)A 型重載發(fā)動(dòng)機(jī)再制造裝配過(guò)程為實(shí)際應(yīng)用案例，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品再制造工序質(zhì)量實(shí)施控制與跟蹤過(guò)程進(jìn)行了闡述與分析。該工序質(zhì)量控制系統(tǒng)首先要將每一個(gè)再制造工序的質(zhì)量規(guī)范與工藝控制參數(shù)作為基礎(chǔ)，定義了再制造產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)采樣規(guī)定、關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)質(zhì)量控制要點(diǎn)、工藝生產(chǎn)路線等多方面的信息，構(gòu)建了供系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)信息庫(kù)。在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行再裝配的過(guò)程中，會(huì)將裝配計(jì)劃中的要求與規(guī)定作為基礎(chǔ)，對(duì)產(chǎn)品的ID、批次、狀態(tài)等相關(guān)信息制作了明確標(biāo)簽，從而對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程更好地控制與跟蹤。在對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制的過(guò)程中，再制造動(dòng)態(tài)工序質(zhì)量控制系統(tǒng)的在線優(yōu)化模塊利用RFID 技術(shù)對(duì)目前工位的待裝零部件質(zhì)量參數(shù)、再制造產(chǎn)品信息等相關(guān)信息進(jìn)行獲取并分析，之后對(duì)其正確診斷。這些信息可以被在線優(yōu)化模塊的推理機(jī)輸入到系統(tǒng)中，利用模糊推理的方式明確關(guān)鍵生產(chǎn)工序與質(zhì)量控制的要點(diǎn)，從而使生產(chǎn)方案不斷優(yōu)化與完善，還可以利用可視化在線指導(dǎo)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)員工進(jìn)行正確、高效的生產(chǎn)操作指導(dǎo)。在完成機(jī)械產(chǎn)品再制造裝配后，自動(dòng)化設(shè)備會(huì)為RFID 部分發(fā)送相關(guān)質(zhì)量信息、狀態(tài)信息等，RFID 會(huì)對(duì)信息讀寫并分析，之后制定相應(yīng)標(biāo)簽，然后利用通信中間件發(fā)送信息到信息庫(kù)，從而使信息被高效利用。與此同時(shí)，對(duì)于裝配工位的關(guān)鍵點(diǎn)部分，獲取關(guān)鍵零部件的相關(guān)信息過(guò)程十分重要，例如軸瓦分組信息、連桿分組信息等，若沒(méi)有對(duì)這類信息進(jìn)行收集，就會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配過(guò)程形成阻礙。將手持式RFID 讀寫器裝設(shè)在了關(guān)鍵的裝配工位，系統(tǒng)會(huì)獲取零部件的ID 信息，對(duì)信息庫(kù)對(duì)應(yīng)信息進(jìn)行檢索，之后將相關(guān)信息發(fā)送到裝配操作人員或加工設(shè)備中，從而將關(guān)鍵零部件信息與發(fā)動(dòng)機(jī)的ID 互相綁定，還會(huì)將歷史數(shù)據(jù)傳送到信息庫(kù)中進(jìn)行保存，從而對(duì)后期的質(zhì)量分析與跟蹤提供保障。該系統(tǒng)利用上述流程可以使再制造發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行閉環(huán)式的裝配，不僅可以確保發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量高效、穩(wěn)定，還可以對(duì)再制造的全過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制與信息源追溯。

3 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)了一種針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品再制造裝配過(guò)程動(dòng)態(tài)工序質(zhì)量控制系統(tǒng)，通過(guò)引入知識(shí)規(guī)則，增強(qiáng)該系統(tǒng)的自組織能力與協(xié)調(diào)能力，可以將實(shí)際的裝配質(zhì)量工況信息作為基礎(chǔ)，對(duì)當(dāng)前再制造產(chǎn)品的裝配作業(yè)活動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)性的質(zhì)量控制與調(diào)整，從而為整機(jī)裝配的精度與質(zhì)量提供保障。為了對(duì)裝配過(guò)程的質(zhì)量工況信息進(jìn)行獲取與分析，利用RFID 技術(shù)與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)形成數(shù)據(jù)獲取平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量工況信息的動(dòng)態(tài)控制與管理。