車間智慧質量解決方案助力智能制造

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一、前言

制造業(yè)是立國之本、興國之器和強國之基，是建設世界強國的要素。我國制造業(yè)仍然大而不強，在基礎能力、自主創(chuàng)新能力和質量等方面與世界制造強國差距非常明顯。我國的制造業(yè)轉型升級正面臨著嚴峻挑戰(zhàn)，質量作為企業(yè)的生命線，是企業(yè)立身之本，也是企業(yè)長久發(fā)展的基石。質量為先是實現(xiàn)制造強國確立的未來發(fā)展的戰(zhàn)略指導思想。我國制造業(yè)必須提升質量意識、改變質量觀念并加強全生命周期質量管控，才能實現(xiàn)“中國速度向中國質量的轉變、中國產品向中國品牌的轉變”的戰(zhàn)略任務。本文針對智能制造產業(yè)，以質量驅動生產力為核心，以車間及自動化、信息化質量解決方案為主題，概述了先進的智慧質制解決方案的發(fā)展趨勢，以及智慧質量檢測如何助力智能制造，為制造裝上眼睛，為制造轉入智慧，為實現(xiàn)質量強國夢保駕護航。

二、制造轉型升級.質量先行

隨著改革開放的不斷深化，中國制造業(yè)規(guī)模和水平飛速發(fā)展，并成功躍升為第一制造大國。雖然中國制造業(yè)獲得了輝煌成果，但粗放式的發(fā)展也伴隨著很多問題，如基礎能力薄弱、缺乏眾多核心技術、創(chuàng)新能力不足、質量低下、大而不強及缺乏可持續(xù)發(fā)展的源泉和動力等。隨著工業(yè)4.0的興起，中國制造業(yè)面臨著轉型升級的機遇和挑戰(zhàn)。中國制造由大變強，必須以提質增效為核心，通過創(chuàng)新和質量雙輪驅動，推進信息技術與制造業(yè)深度融合，逐步實現(xiàn)智能制造。

中國制造業(yè)的轉型不是推倒重來，而是在現(xiàn)有基礎上，通過創(chuàng)新獲得自主知識產權，通過追求高質量，攀升至行業(yè)的價值鏈上層，從而提升自身競爭力和投資回報率。德國和日本是制造強國，但他們在制造業(yè)發(fā)展過程中，也都曾標以“質量低下”之名。從1870年到二十世紀初，“德國制造”低質廉價，當時全球制造業(yè)的金字招牌是英國。為了和德國制造劃清界限，英國要求所有商品必須標明出產國以區(qū)分質量。后來在德國，質量被提升至國家戰(zhàn)略，堅持質量為先，以至今天德國制造成為優(yōu)質的代名詞。日本也走了芣口德國人基本相似的一條路，從簡單的生產代工起家，開始有自己的研發(fā)、技術和產品。二十一世紀五十年代中期，日本的產品因質量低下而難以在世界上立足。二戰(zhàn)后，日本提出“質量救國”戰(zhàn)略，引發(fā)一股質量革命熱潮。在上世紀七八十年代，日本通過精益工程，進行全面質量管理不斷提升質量，不斷累積的質量優(yōu)勢使得日本制造迅速堀起，反向狙擊了諸多歐美企業(yè)。

《中國制造2025》明確提出了質量強國戰(zhàn)略。中國制造需要轉變質量觀念，質量變革具有不可估量的“隱形價值”，質量驅動生產力、質量鑄就品牌，質量產生效益。中國制造的要從“以價取勝、以量取勝”轉變?yōu)椤耙跃?、以質取勝”，要從“保障質量觀”轉變?yōu)椤耙I質量觀”，質量不再是生產流程后符合性監(jiān)督，而是通過貫穿全生命周期的質量管理理念。通過先進的質量閉環(huán)控制方案、反饋生產和穩(wěn)定生產工藝，不斷提升質量，把質量作為公司生命線和長遠核心競爭力，引導企業(yè)不斷發(fā)展壯大。

為了準確了解“質量對于公司的成功作用”，麥肯錫公司進行了一項長達14年的名為“卓越質量管理”的國際研究，研究對象為167家歐、美、日等企業(yè)，包括世界上多數頂級的汽車廠商和零部件供應商。目的是研究世界范圍內“質量”因素的重要性及從研究開發(fā)到產品生產和交貨階段質量管理的成功狀況。根據最終研究結果，總結出各企業(yè)質量管理階梯水平分為質量檢查、質量保證、預防次品和完美無缺四個等級，并對于不同質量等級的企業(yè)的銷售利潤率和增長率進行了對比分析，如表1所示。該研究項目得出如下結論：

質量上乘是公司獲得成功的最佳途徑，是長遠競爭力的根本依靠;

質量直接關系到利潤和銷售的增長;

成本降低，質量成本是其直接原因;

優(yōu)質企業(yè)犧牲資本生產率（增值與固定資產比率）以提高勞動生產率。

三、車間測量解決方案發(fā)展趨勢

智能制造是新工業(yè)革命的核心，智能制造以個性定制化、柔性化和互聯(lián)互通的信息化為重要特點，最終實現(xiàn)通過智能運維實現(xiàn)制造系統(tǒng)的價值最大化：“高質量、高效率、高效能”。智能制造的發(fā)展離不開傳感技術。測量技術作為一種傳感技術，是制造業(yè)的“物化法官”和“倍增器”，也是信息技術的基礎和源頭之一。為了順應智能制造的發(fā)展潮流，為了保證制造高質量產出、助力工藝穩(wěn)定、及時響應和反饋并服務于制造，測量技術也在不斷創(chuàng)新和變革，包括測量設備、測量手段、測量方式、測量能力和測量效率等變革。其中最主要的發(fā)展趨勢為由傳統(tǒng)的離線實驗室檢測向車間線旁檢測或在線檢測的發(fā)展，以及檢測自動化和數字化方案的普及和推廣。

以三坐標測量儀為代表的高精度真值測量，都是以在遠離車間現(xiàn)場的精密實驗室或計量室。傳統(tǒng)車間的檢測手段以量具、量儀，定性檢具和比對式測量等為主，檢測效率和的精度都較低，如圖1所示。檢測報告多以手寫紙質形式，不便于數據統(tǒng)計分析、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，從而指導制造工藝改進。目前，車間型測量機集成柔性自動化測量、非接觸式測量，3D視覺檢測、激光掃描檢測等在車間應用越來越廣泛，此檢測方法數據采集量大，測量效率和抽檢頻率大幅提高，甚至在很多車間實現(xiàn)了全檢，以確保制造質量完全可控，如圖2所示。

測量數據的數字化，通過對于大量質量數據的可視化展示，如圖3所示，質量信息可視化軟件通過統(tǒng)計分析和關聯(lián)性分析等，挖掘出有價值的信息，及時對制造進行預警或指導改進制造工藝。通過質量數據分析，一定程度上可以實現(xiàn)預測性制造。圖4所示的智能刀具補償方案，通過質量數據的收集、統(tǒng)計處理和趨勢預測分析，實現(xiàn)了對于刀具的自動補償加工，確保了高精度加工的一致性。

測量作為智能制造重要的一環(huán)，是實現(xiàn)PDCA質量閉環(huán)的一環(huán)，PDCA的基本內容如圖5所示。車間的測量技術是企業(yè)提高生產效率、降低廢品率、提升質量的重要工具，是幫助企業(yè)增強競爭力、提高企業(yè)效益的重要一環(huán)，是實現(xiàn)制造智能的發(fā)展必然要求。

四、車間現(xiàn)場測量方案及優(yōu)勢

傳統(tǒng)車間現(xiàn)場檢測及實驗室測量，測量效率較低、物流運輸周轉時間長，甚至很多情況下測量需要排隊等候，造成對于現(xiàn)場的質量反饋響應慢，成為生產工藝變動或調整過程中的一個瓶頸，影響現(xiàn)場加工進度和效率。傳統(tǒng)車間現(xiàn)場的檢測還有如下幾點問題：一是以人工手動檢測為主，檢測效率低且需要大量的人工;二是大部分工件質量都以是否合格來判斷，檢測結果人為因素影響大;三是檢測多以專用檢測設備為主，設備柔性低、維護成本高;四是檢測結果多以紙質版本為主，難以統(tǒng)計和追溯，檢測結果對于生產工藝改進和質量提升也沒有起到良好的指導作用。

隨著新工業(yè)革命浪潮的推動，以及我國制造業(yè)的轉型和升級的迫切需要，我國制造業(yè)對于質量的重視越來越高，檢測的要求也越來越高。為了解決傳統(tǒng)檢測的不足，同時適應智能制造發(fā)展的要求，測量新技術新產品不斷涌現(xiàn)，如適應車間現(xiàn)場的三坐標測量機、3D視覺檢測和激光掃描檢測等。同時，檢測作為制造的眼睛，也嵌入到了自動化生產線中，實現(xiàn)了制造和檢測一體化。由于零件配置二維碼或RFⅢ，以及視覺識別技術、自動編程和仿真技術的發(fā)展，使得檢測完全可以實現(xiàn)多品種小批量的自動化柔性檢測需求，檢測效率大幅提升，抽檢頻率提高，甚至實現(xiàn)了全檢，提高了對于制造過程的及時反饋響應，提高了設備利用率及生產效率。自動化檢測技術的應用，實現(xiàn)全面質量管控，又解放了大量的人工，節(jié)省了大量人工成本。

目前，檢測傳感器技術的發(fā)展也極大推動了檢測質量數據的數字化和信息化。通過質量數據的統(tǒng)計分析和可視化，對于生產工藝過程質量進行了透明解析，準確掌握工藝過程能力指數，如Cpk，Ppk等，并提供了工藝的動態(tài)和改進方向。

而對于質量大數據反饋制造的應用，目前有兩個主要方向：一是根據統(tǒng)計分析結果，指導機床調整刀具偏置，實現(xiàn)可持續(xù)性高質量加工。二是根據可追溯性的檢驗數據和檢測分揀，可以有效控制裝配公差的傳遞和波動，實現(xiàn)高精度的精準匹配裝配，提升了系統(tǒng)裝配精度要求。車間的檢測方案，使得制造過程質量透明化，同時質量數據的有效利用，為制造過程裝入了智慧，實現(xiàn)了質量驅動生產力。

五、結語

無論是制造強企還是制造強國，都必須以質量為中心。無論智能制造如何發(fā)展，發(fā)展的何種程度，都離不開檢測技術為基礎的信息技術支撐。檢測技術的發(fā)展，不再以判定合格與否作為目標，而是不斷走向制造車間、貼近制造過程、及時服務于制造、實時監(jiān)控并指導工藝改進并確保加工過程能力可控、制造過程質量透明化和加工質量可控?；跀底只男畔⒓夹g，以及智慧質量大數據，驅動制造向質量高端發(fā)展，推動制造變得更加智能。高質量始終是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展并永葆競爭力的源泉，也是企業(yè)豐厚回報之根基。