基于Python開(kāi)發(fā)的三坐標(biāo)測(cè)量報(bào)告分析系統(tǒng)研究

王康輝，薛飛

（上汽大眾汽車(chē)有限公司，上海 201805）

如今，汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日漸激烈，汽車(chē)制造面臨巨大的時(shí)間、成本和質(zhì)量壓力。工廠(chǎng)內(nèi)部招工難，并且缺乏專(zhuān)業(yè)技師，工廠(chǎng)又必須提高生產(chǎn)效率。因此，汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)逐步由傳統(tǒng)工廠(chǎng)向數(shù)字化工廠(chǎng)轉(zhuǎn)型。三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x作為測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)工件加工面和加工孔的參數(shù)測(cè)量工具已久，但一直沒(méi)有三坐標(biāo)測(cè)量報(bào)告分析系統(tǒng)來(lái)對(duì)測(cè)量報(bào)告進(jìn)行分析和儲(chǔ)存，以便以后工作時(shí)隨時(shí)調(diào)取。三坐標(biāo)測(cè)量報(bào)告為數(shù)控加工中心的質(zhì)量保障，加工尺寸的調(diào)整來(lái)源于測(cè)量報(bào)告中的數(shù)據(jù)。GROB雙軸加工中心在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，加工中心的2根軸是聯(lián)動(dòng)加工，也就是1套加工程序，控制2根軸的加工方向。雙軸加工中心的測(cè)量報(bào)告閱讀調(diào)整一直以來(lái)都是由人工負(fù)責(zé)，對(duì)機(jī)床操作人員的數(shù)控編程能力和經(jīng)驗(yàn)有著很高的要求。人工對(duì)雙軸加工中心進(jìn)行加工程序調(diào)整時(shí)，需要對(duì)2根軸的X、Y方向不同的坐標(biāo)系下的加工尺寸、尺寸公差等多種因素綜合考慮，若出現(xiàn)調(diào)整失誤，存在撞機(jī)、造成批量工廢等嚴(yán)重質(zhì)量事故。人工調(diào)整后的結(jié)果需要使用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行再次測(cè)量，才能獲取測(cè)量結(jié)果。若測(cè)量后，尺寸不滿(mǎn)足要求或者因尺寸超差造成工廢，則需要再進(jìn)行一次調(diào)整，否則不能有效驗(yàn)證調(diào)整值的有效性。在對(duì)三坐標(biāo)報(bào)告調(diào)整過(guò)程中的難點(diǎn)進(jìn)行分析，開(kāi)發(fā)了三坐標(biāo)測(cè)量報(bào)告分析系統(tǒng)，使用此系統(tǒng)可以更快速有效地查閱報(bào)告，可以對(duì)歷史報(bào)告進(jìn)行追溯，可視化顯示能直觀顯示加工尺寸的信息，進(jìn)行加工程序調(diào)整時(shí)，可以使用模擬調(diào)整功能，系統(tǒng)會(huì)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，給出建議調(diào)整值，輸入調(diào)整值后，可以看到調(diào)整后的尺寸變化，保證首次調(diào)整即為合格，減少技術(shù)人員在調(diào)試工作前期繁雜的人工數(shù)據(jù)篩查時(shí)間，改進(jìn)技術(shù)人員的工作方式。

1 三坐標(biāo)報(bào)告調(diào)整過(guò)程

圖1和圖2為1臺(tái)雙軸加工中心三坐標(biāo)測(cè)量報(bào)告，圖1為1#軸的測(cè)量報(bào)告，圖2為2#軸的測(cè)量報(bào)告，紅色框內(nèi)數(shù)字為尺寸的評(píng)價(jià)值是否需要調(diào)整的依據(jù)，藍(lán)色框中X_CORR、Y_CORR后面的數(shù)值為調(diào)整值，調(diào)整人員需要對(duì)比2份報(bào)告才能分析報(bào)告超差原因，進(jìn)行報(bào)告調(diào)整。

圖1 SP1測(cè)量報(bào)告

圖2 SP2測(cè)量報(bào)告

首先，調(diào)整時(shí)要對(duì)2根軸X、Y的調(diào)整值進(jìn)行離散程度分析，若離散程度過(guò)大，則無(wú)法進(jìn)行加工程序調(diào)整，需要維修進(jìn)行干預(yù)，若離散程度不高，則可以對(duì)2根軸的調(diào)整值進(jìn)行均值計(jì)算。

式中，X_CORR和Y_CORR為報(bào)告中的調(diào)整值，X、Y是調(diào)整程序需要輸入的調(diào)整值。計(jì)算出調(diào)整值后，還需要計(jì)算調(diào)整后的評(píng)價(jià)值，此值才能確定調(diào)整后結(jié)果是否合格。

在這個(gè)過(guò)程中還可能需要上一次的歷史測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行參考，才能更準(zhǔn)確地分析尺寸的超差原因。確定調(diào)整值后，修改加工參數(shù)，進(jìn)行加工送測(cè)。若此次調(diào)整不合格則需要進(jìn)一步調(diào)整，循環(huán)往復(fù)，直至合格。

2 調(diào)整過(guò)程的不可控因素

三坐標(biāo)測(cè)量報(bào)告結(jié)果為紙質(zhì)報(bào)告，需要人為去三坐標(biāo)測(cè)量室取回紙質(zhì)報(bào)告，存在獲取測(cè)量結(jié)果滯后、批量質(zhì)量事故的風(fēng)險(xiǎn)。在調(diào)整過(guò)程中，都是由人工進(jìn)行測(cè)量結(jié)果分析，考驗(yàn)人員的數(shù)控編程能力和工作經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量報(bào)告的熟悉程度。對(duì)于調(diào)整值的確定，如果是單個(gè)尺寸的調(diào)整，調(diào)整值數(shù)量少，尺寸公差唯一，調(diào)整方向容易確定，調(diào)整起來(lái)較為容易。如果存在同一坐標(biāo)系下的多個(gè)尺寸的調(diào)整，多個(gè)尺寸的存在，必然存在尺寸公差的多樣性，調(diào)整方向的多變性，調(diào)整值的確定計(jì)算量大，要考慮調(diào)整值在尺寸公差的占比情況，需要對(duì)多個(gè)尺寸的評(píng)價(jià)值進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于人工來(lái)說(shuō)計(jì)算量大、復(fù)雜。其次，對(duì)于人工計(jì)算出來(lái)的調(diào)整值，沒(méi)有辦法去確定是否合適，只有再次送測(cè)，等待測(cè)量結(jié)果才能知曉。如果調(diào)整值過(guò)小，則需要重新計(jì)算，調(diào)整送測(cè)。如果調(diào)整值過(guò)大，輕則造成工廢，重則導(dǎo)致機(jī)床撞機(jī)，損壞機(jī)床。當(dāng)然，可以采用停機(jī)的方式去送測(cè)，等待測(cè)量結(jié)果，測(cè)量結(jié)果合格后再進(jìn)行開(kāi)機(jī)加工，但是這樣必然影響整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)的節(jié)拍。所以，在整個(gè)調(diào)整過(guò)程沒(méi)有有效的手段去驗(yàn)證調(diào)整后的結(jié)果，這些不可控因素的存在造成了工件工廢或者降低生產(chǎn)節(jié)拍的隱患，甚至引起撞機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于歷史測(cè)量報(bào)告的查閱，由于三坐標(biāo)測(cè)量報(bào)告是由三坐標(biāo)測(cè)量室打印的紙質(zhì)報(bào)告，每臺(tái)機(jī)床只保留最新的測(cè)量報(bào)告。調(diào)整時(shí)，想要對(duì)照上次測(cè)量報(bào)告，則需要去三坐標(biāo)測(cè)量室再次打印，有歷史數(shù)據(jù)作為參考，能更全面的分析測(cè)量報(bào)告超差原因。至此，三坐標(biāo)測(cè)量報(bào)告的調(diào)整如何減少這些因素的影響，解決其中的難點(diǎn)、痛點(diǎn)是關(guān)鍵所在。

3 Python語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)

由于三坐標(biāo)報(bào)告為PDF格式，此格式對(duì)數(shù)據(jù)的保密性較好，從中提取數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)亂碼、數(shù)據(jù)不完整。對(duì)此，若想提取數(shù)據(jù)，則需要對(duì)其轉(zhuǎn)換格式，依托Python-PDF2docx轉(zhuǎn)換為docx格式，轉(zhuǎn)化格式后數(shù)據(jù)在docx格式中是以表格的形式存在。因此，先把數(shù)據(jù)進(jìn)行初步提取并對(duì)表格中合并單元格進(jìn)行判斷，防止重復(fù)數(shù)據(jù)出現(xiàn)，把提取的數(shù)據(jù)寫(xiě)入Excel表中，對(duì)Excel表中的數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的數(shù)據(jù)提取、清洗，并上傳至MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)。利用Python-tkinter制作GUI。第一步，登錄界面。左上角有菜單欄、版本等信息，菜單內(nèi)有轉(zhuǎn)換工具。主頁(yè)面分控制欄、分析欄和顯示欄3大模塊?？刂茩谟糜诟聰?shù)據(jù)庫(kù)，在分析欄中輸入工序號(hào)和孔號(hào)查詢(xún)信息并在顯示欄展示。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)的方式，可以實(shí)現(xiàn)線(xiàn)上查閱報(bào)告，把2根軸的測(cè)量數(shù)據(jù)集中顯示，提高報(bào)告的閱讀效率。查詢(xún)功能既可以對(duì)整份報(bào)告進(jìn)行查詢(xún)，也可以對(duì)同一坐標(biāo)系下的尺寸以及單個(gè)尺寸進(jìn)行查詢(xún)，輸入日期可以對(duì)以往的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)。現(xiàn)在，針對(duì)已經(jīng)上傳的報(bào)告，工作人員可直接利用公司內(nèi)網(wǎng)登錄系統(tǒng)，輸入關(guān)鍵詞查找相關(guān)信息，如圖3所示。

圖3 查詢(xún)整個(gè)面上孔的參數(shù)

在使用控制欄用于更新數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，可以批量對(duì)三坐標(biāo)報(bào)告進(jìn)行數(shù)據(jù)提取、清洗、上傳，從數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫(kù)，可以一鍵實(shí)現(xiàn)，盡可能簡(jiǎn)化操作步驟，提取的數(shù)據(jù)過(guò)程及其結(jié)果都會(huì)在顯示欄顯示，可以更好地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)提取并上傳數(shù)據(jù)庫(kù)

對(duì)于人工調(diào)整三坐標(biāo)測(cè)量報(bào)告上的痛點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出模擬調(diào)整功能如圖5藍(lán)色框中所示。模擬調(diào)整功能需要與查詢(xún)功能組合使用，首先對(duì)報(bào)告進(jìn)行查詢(xún)，找出需要調(diào)整的尺寸，再對(duì)需要調(diào)整的尺寸進(jìn)行精確查詢(xún)，查詢(xún)的結(jié)果會(huì)在顯示欄顯示，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，在顯示欄顯示。如圖5中紅色框中所示，count表示共有多少數(shù)據(jù)，mean表示平均值，可以作為調(diào)整值使用，std表示數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，可以反應(yīng)數(shù)據(jù)的離散程度，min表示數(shù)據(jù)的最小值，25%、75%表示數(shù)據(jù)的分位數(shù)，50%表示數(shù)據(jù)的中位數(shù)，max表示數(shù)據(jù)的最大值。查詢(xún)數(shù)據(jù)后先對(duì)數(shù)據(jù)的離散程度進(jìn)行分析，如圖5中std的數(shù)值大小。std較大時(shí)，說(shuō)明數(shù)據(jù)的離散程度大，此時(shí)的mean平均值則不能作為調(diào)整值使用，需要維修介入對(duì)機(jī)床的精度進(jìn)行調(diào)整。std較小時(shí)，說(shuō)明數(shù)據(jù)的離散程度較小，此時(shí)的mean平均值可以作為調(diào)整值使用，把X_CORR、Y_CORR的平均值分別填入圖5藍(lán)色框內(nèi)對(duì)應(yīng)的框中，點(diǎn)擊開(kāi)始計(jì)算，會(huì)在顯示欄中顯示調(diào)整后的結(jié)果，并對(duì)評(píng)價(jià)值進(jìn)行標(biāo)記。如圖5綠色框中所示，箭頭朝下說(shuō)明尺寸是往零位的方向變化，箭頭朝上說(shuō)明尺寸是往零位相反的方向變化?？梢猿浞值仳?yàn)證調(diào)整值的可行性，避免多次送測(cè)，等待測(cè)量結(jié)果，可以做到一次調(diào)整即為合格。

圖5 調(diào)整多個(gè)孔參數(shù)

使用matplotlib開(kāi)發(fā)可視化功能，在分析欄中對(duì)想要查詢(xún)的尺寸進(jìn)行查詢(xún)，在顯示欄顯示查詢(xún)結(jié)果后，可以使用圖像顯示功能，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化顯示，如圖6所示，其中藍(lán)色的圓表示該尺寸的公差范圍，藍(lán)色的點(diǎn)為公差的零位，橘色的點(diǎn)為加工尺寸的實(shí)際位置。若實(shí)際點(diǎn)在距離理論點(diǎn)一定直徑范圍的圓圈內(nèi)，則合格，相反，則需要工作人員進(jìn)一步調(diào)整。工作人員只需做簡(jiǎn)單的觀察，就能做出判斷。將問(wèn)題可視化，也利于解決決策層和執(zhí)行層之間溝通難的問(wèn)題。同時(shí)，可以對(duì)同一坐標(biāo)系，以最小公差范圍為基準(zhǔn)，如圖6中第3個(gè)圖所示，上下2條紅線(xiàn)為公差范圍，中間為坐標(biāo)系下的所有尺寸。如所有的點(diǎn)都在紅線(xiàn)內(nèi)，則為合格，可以更快地掌握加工尺寸情況。圖6中第4個(gè)圖，可以對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量報(bào)告進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)每臺(tái)機(jī)床的超差次數(shù)、合格次數(shù)、調(diào)整次數(shù)做匯總統(tǒng)計(jì)，可以形成周機(jī)床質(zhì)量報(bào)告、月度機(jī)床質(zhì)量報(bào)告、季度機(jī)床質(zhì)量報(bào)告、年度機(jī)床質(zhì)量報(bào)告，作為大數(shù)據(jù)分析機(jī)床精度趨勢(shì)的依據(jù)。

圖6 誤差的可視化顯示

對(duì)于數(shù)據(jù)的安全性，使用人員需正確輸入已授權(quán)的用戶(hù)名和密碼才能進(jìn)入系統(tǒng)，登錄后才能使用以上功能，數(shù)據(jù)庫(kù)部署在工廠(chǎng)內(nèi)部的服務(wù)器中，通過(guò)工廠(chǎng)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行查詢(xún)上傳，能有效避免數(shù)據(jù)外泄，數(shù)據(jù)安全性有保障?，F(xiàn)在報(bào)告轉(zhuǎn)換功能也已整合到軟件中，使用該功能時(shí)，需要輸入授權(quán)的口令，數(shù)據(jù)到結(jié)果整個(gè)過(guò)程形成閉環(huán)，進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)的安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以人工調(diào)整三坐標(biāo)測(cè)量報(bào)告過(guò)程中的難點(diǎn)、痛點(diǎn)作為出發(fā)點(diǎn)，介紹了三坐標(biāo)測(cè)量報(bào)告調(diào)整的流程，針對(duì)流程中報(bào)告提到的調(diào)整報(bào)告計(jì)算公式，依托Python語(yǔ)言開(kāi)發(fā)軟件代替人工計(jì)算，及時(shí)分析并調(diào)整工件生產(chǎn)參數(shù)，減少機(jī)床停機(jī)等待時(shí)間，提高生產(chǎn)質(zhì)量的同時(shí)提高生產(chǎn)節(jié)拍，提高了生產(chǎn)過(guò)程的靈活性和效率。可線(xiàn)上查詢(xún)往期報(bào)告，系統(tǒng)進(jìn)行特定信息的抓取，便于技術(shù)人員進(jìn)行信息回顧和加工參數(shù)的調(diào)整工作，盡量消除紙張浪費(fèi)和生產(chǎn)出不合格品的物料浪費(fèi)，促進(jìn)工廠(chǎng)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的進(jìn)程中更進(jìn)一步。三坐標(biāo)報(bào)告系統(tǒng)作為輔助，簡(jiǎn)化調(diào)試工作過(guò)程，減少人力消耗，是推進(jìn)工廠(chǎng)向高效化發(fā)展不可或缺的一步。