基于信息化教學(xué)的機(jī)械零件SPC智能測(cè)量系統(tǒng)研究

摘 要：《公差與測(cè)量》這門課程具有一定的難度，而目前測(cè)量已經(jīng)成為制造業(yè)生產(chǎn)過程中的非常關(guān)鍵一環(huán)，如何讓職業(yè)院校學(xué)生具備零部件檢測(cè)方面的知識(shí)和能力，不僅“會(huì)做”還要“勝任”，“會(huì)做”與“勝任”的差距是現(xiàn)在基礎(chǔ)技能薄弱的要點(diǎn)，本文進(jìn)行了基于信息化教學(xué)的機(jī)械零件SPC智能測(cè)量系統(tǒng)研究，使學(xué)生能“勝任”零部件檢測(cè)崗位。

關(guān)鍵詞：信息化教學(xué);SPC; 零件測(cè)量

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.199

智能制造已成為當(dāng)今世界制造業(yè)發(fā)展的前進(jìn)方向， 培養(yǎng)一批生產(chǎn)技能、技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)管理、團(tuán)結(jié)向上的優(yōu)秀智能制造技能人才， 是中國(guó)制造的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

隨著《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》的出臺(tái)， 職業(yè)教育帶來了新機(jī)遇，同時(shí)也帶來了新挑戰(zhàn)?！豆钆c測(cè)量》這門課程具有一定的難度，而目前測(cè)量已經(jīng)成為制造業(yè)生產(chǎn)過程中的非常關(guān)鍵一環(huán)[1]，如何讓職業(yè)院校學(xué)生具備零部件檢測(cè)方面的知識(shí)和能力，不僅“會(huì)做”還要“勝任”，本文進(jìn)行了基于信息化教學(xué)的機(jī)械零件SPC智能測(cè)量系統(tǒng)研究。

1 引言

總結(jié)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用的數(shù)顯千分尺、數(shù)顯卡尺、數(shù)顯千分表等，制定案例標(biāo)準(zhǔn)和效率標(biāo)準(zhǔn)。初次培訓(xùn)使用數(shù)顯千分尺測(cè)量：（1）使用前校正，30S內(nèi);偏差量識(shí)別0.001mm以內(nèi);（2）300S以內(nèi)完成5個(gè)不同尺寸的內(nèi)徑測(cè)量。方法正確、偏差0.03mm以內(nèi)。外徑千分尺測(cè)量：（1）使用前現(xiàn)正，30S內(nèi);（2）50S以內(nèi)測(cè)量5個(gè)不同直徑的尺寸的工件，誤差不超過0.020mm。外螺紋測(cè)量：（1）120s正確測(cè)量5個(gè)不同規(guī)格外螺紋，準(zhǔn)確識(shí)別有效徑不良品（無加工傷、無異常牙型）;（2）100s內(nèi)正確測(cè)量5個(gè)外螺紋有效長(zhǎng)度。準(zhǔn)確度0.1mm以內(nèi)。 “會(huì)做”即為合格，作業(yè)效率、精度偏低，目標(biāo)值達(dá)成低;“會(huì)做”與“勝任”的差距是現(xiàn)在基礎(chǔ)技能薄弱的要點(diǎn)，應(yīng)用SPC技術(shù)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)測(cè)量過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估和監(jiān)測(cè)， 分析建立測(cè)量能力評(píng)價(jià)模型，使學(xué)生保持可接受且穩(wěn)定的水平[2]。

根據(jù)對(duì)技能訓(xùn)練教學(xué)需求對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行分析，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為以下7個(gè)模塊：（1）數(shù)據(jù)采集：利用數(shù)字卡尺和與圖像處理系統(tǒng)的接口采集傳輸?shù)较到y(tǒng)里來的數(shù)據(jù)。（2）輸入測(cè)量數(shù)據(jù)：從控制的測(cè)量過程中收集含有尺寸特征的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)。（3）儲(chǔ)存數(shù)據(jù) ：將采集到的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)文件中，需要時(shí)可隨時(shí)提取。（4）編輯數(shù)據(jù)：對(duì)數(shù)據(jù)文件里的數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行增、減、改的編輯。（5）數(shù)據(jù)處理 ：根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的數(shù)據(jù)算法完成數(shù)據(jù)處理。（6）檢驗(yàn)判斷：在處理數(shù)據(jù)的過程中，計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)原則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和判斷，并把判斷結(jié)果以某種特定方式予以輸出。（7）結(jié)果輸出：輸出實(shí)驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)文件[3]。

2 數(shù)據(jù)采集方式

數(shù)據(jù)的采集是質(zhì)量控制中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，收集的數(shù)據(jù)要盡量反映客觀事實(shí)，必須做到完整、準(zhǔn)確和可靠。測(cè)得的數(shù)據(jù)要能反映當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)條件下產(chǎn)品的質(zhì)量信息，所以數(shù)據(jù)的采集要能夠?qū)崿F(xiàn)在線采集，并且能夠處理多種方法采集到的數(shù)據(jù)才算理想。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括軟件和硬件兩部分，我院機(jī)械零件測(cè)量實(shí)訓(xùn)中心，配置的數(shù)字游標(biāo)卡尺和數(shù)字千分尺測(cè)量數(shù)據(jù)，然后發(fā)出一個(gè)信號(hào)，通過傳感器將信號(hào)傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。數(shù)據(jù)采集模塊，通過串行端口，將數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)緩存里，再由賦值語句將數(shù)據(jù)賦到文本框中，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到記事本中。

設(shè)置各通道的測(cè)量工具，這樣便于分辨所采集的數(shù)據(jù)。在這里設(shè)置了測(cè)量工具之后，所有的用此工具測(cè)量的數(shù)據(jù)就會(huì)與其它數(shù)據(jù)區(qū)分開。如圖1所示。

接收數(shù)據(jù)：由于傳感器中有6個(gè)傳輸通道，為了分辨從不同的通道傳輸進(jìn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，以便于對(duì)不同的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行分析處理。在圖2示的圖表示的窗體之前還有一個(gè)定義測(cè)量工具的窗體，以便于用戶分辨數(shù)據(jù)。

3 SPC測(cè)量質(zhì)量控制系統(tǒng)

SPC就是統(tǒng)計(jì)過程控制，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程中的各個(gè)階段進(jìn)行監(jiān)控，從而達(dá)到保證產(chǎn)品質(zhì)量的目的，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量控制和質(zhì)量管理。SPC常用的方法，主要包括魚骨圖、排列圖、直方圖、散布圖、調(diào)查表、分層法和控制圖，是控制產(chǎn)品質(zhì)量的十分有效的方法。

控制圖分為控制用控制圖分析用控和制圖兩類，根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)的原理，控制圖可用于判斷生產(chǎn)過程是否異常，而使生產(chǎn)過程達(dá)到統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)。選擇控制圖如同選擇一切管理方法一樣，必須貫徹三個(gè)原則，即科學(xué)、經(jīng)濟(jì)和簡(jiǎn)化。由于現(xiàn)代管理，特別是控制圖的應(yīng)用屬于群眾性管理，要保證做到廣泛而持久，除了其他許多條件之外，所選擇的控制圖是否工人易于工人理解、易于掌握和易于應(yīng)用也是一個(gè)前提條件。

這樣一步一步的將質(zhì)量控制工具糅合使用，在不同的測(cè)量狀況下運(yùn)用不同的質(zhì)量控制工具，使整個(gè)測(cè)量過程的質(zhì)量控制都處于有據(jù)可依的狀態(tài)下，及時(shí)的控制測(cè)量情況，從而提高測(cè)量的質(zhì)量控制水平。

在數(shù)據(jù)保存完畢之后，控制圖按鍵會(huì)變?yōu)榭捎?，點(diǎn)擊按鍵會(huì)彈出對(duì)話框，進(jìn)行選擇后就會(huì)出現(xiàn)控制圖，并且還有分析和警告功能。當(dāng)由控制點(diǎn)超出控制界線時(shí)，就會(huì)彈出一個(gè)警告窗口提示用戶生產(chǎn)過程異常。在窗體下方還有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，指出數(shù)據(jù)具有的缺陷。如圖3所示。

直方圖：直方圖又被稱為柱狀圖，用直方圖可以很直觀地看出產(chǎn)品質(zhì)量特征的分布狀態(tài)，對(duì)于測(cè)量數(shù)據(jù)中心值或分布狀況一目了然，很容易就可以判斷其總體質(zhì)量分布狀況，如圖4所示。在制作直方圖時(shí)，牽涉到一些統(tǒng)計(jì)學(xué)的概念，首先要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，因此如何合理的分組是關(guān)鍵問題。

表1 是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的一個(gè)缸孔的數(shù)據(jù)。該孔的質(zhì)量特性值：80.95 0.02 mm ? 測(cè)量精度：0.001 mm。

從圖5可以看出，測(cè)量的數(shù)據(jù)值都落在公差范圍內(nèi)，而且直方圖沒有出現(xiàn)異常的形狀。

從圖6我們可以看出第5組的Xbar值數(shù)據(jù)超出控制界限，而且均值和極差都有長(zhǎng)鏈的缺陷，應(yīng)該檢查測(cè)量工序。

4 結(jié)束語

機(jī)械零件SPC智能測(cè)量系統(tǒng)這次實(shí)際的應(yīng)用，能夠及時(shí)地將學(xué)生測(cè)量的零件質(zhì)量數(shù)據(jù)時(shí)事反饋給測(cè)量學(xué)生，讓學(xué)生能更好接觸的達(dá)到技能“勝任”， 同時(shí)在技能訓(xùn)練過程中提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、消化所學(xué)理論知識(shí)，體現(xiàn)了SPC質(zhì)量管理系統(tǒng)的便利，增加學(xué)生質(zhì)量管理意識(shí)。另外系統(tǒng)的應(yīng)用也可以有效增加教師課堂授課效果， 提升教學(xué)效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]《公差配合與測(cè)量技術(shù)》課程教學(xué)改革思考——基于高技能應(yīng)用型的人才培養(yǎng)模式[J].南方農(nóng)機(jī)，2018，89（28）：218.

[2]陳國(guó)華，貝金蘭.質(zhì)量管理學(xué)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2018.

[3]王桂英，韓東.汽車發(fā)動(dòng)及裝配線的SPC質(zhì)量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2016，37（02）：178-179.

基金項(xiàng)目：河北省教育科學(xué)研究 “十三五”規(guī)劃課題-服務(wù)高技能人才培養(yǎng)的智能制造協(xié)同創(chuàng)新中心的構(gòu)建與實(shí)踐研究，項(xiàng)目編號(hào)：1703219

作者簡(jiǎn)介：王志剛（1979-），男，河北邢臺(tái)人，碩士，講師，從事機(jī)電一體化的教學(xué)和科研工作。