1、精密制造與自動(dòng)化談生產(chǎn)11程中工件自動(dòng)識(shí)別和SPC應(yīng)用水平的提髙朱正德大眾動(dòng)力總成（上海）有隈公司（ 200333）摘S以批址生產(chǎn)模式的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品為鋼.闡述了通過(guò)工序間檢測(cè)裝置的智能化及其功能軟件的運(yùn)用.使 統(tǒng)計(jì)過(guò)穆控制（SPC）這一現(xiàn)代質(zhì)fit體系中的重更環(huán)節(jié)變得更為有效.介紹了工件自動(dòng)識(shí)別技術(shù)在現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn) 過(guò)程中的重要地位和日益廣泛的應(yīng)用關(guān)鍵詞批址生產(chǎn)過(guò)程控制技術(shù)檢測(cè)裝賈功能軟件工件識(shí)別44精密制造與自動(dòng)化44精密制造與自動(dòng)化1提高信息的采集和處理水平在批雖生產(chǎn)的汽車(chē)零部件企業(yè)中，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程 的有效監(jiān)控直接關(guān)系到制造過(guò)程的運(yùn)行質(zhì)彊和最終 產(chǎn)品的質(zhì)量。它已經(jīng)為汽車(chē)制造業(yè)熟知的欄統(tǒng)計(jì)過(guò)程

2、 控制"（SPC）在企業(yè)的應(yīng)用就是一個(gè)最好的例子統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（SPC）從根本上改變了以檢査 產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量為主的傳統(tǒng)概念.把質(zhì)量控制的重點(diǎn) 放在過(guò)程控制上通過(guò)信息采集和應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方 法.判斷.分析組成生產(chǎn)過(guò)程的工序質(zhì)量.并采取 相應(yīng)的處理措施故SPC能把產(chǎn)生質(zhì)1：的隱患解決 在未形成產(chǎn)品之前，是一種積極的質(zhì)量控制方法。眾所周知，生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)眾信息的采集除少屋 的隨機(jī)量?jī)x外，主要是通過(guò)設(shè)置于生產(chǎn)線(xiàn)上的工序 間檢測(cè)器具對(duì)工件（樣本）的測(cè)雖來(lái)完成的。但長(zhǎng) 期以來(lái)，這類(lèi)專(zhuān)用檢測(cè)器具的主體是采用直接顯示 方式的機(jī)械式檢具或氣動(dòng)、電子量?jī)x。籍此，只能 讀取即時(shí)測(cè)得值。而為了做統(tǒng)計(jì)分析和過(guò)程評(píng)估，

3、 以實(shí)施對(duì)動(dòng)態(tài)工序的監(jiān)控.還需要人工輸入數(shù)據(jù)， 再利用相關(guān)軟件進(jìn)行必須的數(shù)據(jù)處理顯然.上述 質(zhì)疑信息的釆集和處理方式難以適應(yīng)批址生產(chǎn)模式 即節(jié)拍短、效率高的特點(diǎn)和SPC目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的深化和發(fā)展，越來(lái)越多的企業(yè) 意識(shí)到，現(xiàn)代企業(yè)管理的質(zhì)量和效率極大程度上取 決于所面對(duì)信息的準(zhǔn)確性和及時(shí)性為此.無(wú)論在 企業(yè)信息化的哪一方面.都必須通過(guò)采用先進(jìn)的技 術(shù)手段，改善管理對(duì)象一息，從而提高管理的 效果.這一點(diǎn)，在生產(chǎn)過(guò)程信息化水平與質(zhì)量控制 效果之間的關(guān)系上體現(xiàn)的尤為明顯，充分體現(xiàn)了企 業(yè)界質(zhì)量意識(shí)的轉(zhuǎn)變和提升.高質(zhì)量的產(chǎn)品從根本 上講是通過(guò)制造過(guò)程完成的。在市場(chǎng)經(jīng)帀的緊逼下, 制造過(guò)程面臨更

4、高的要求.于是出現(xiàn)了智能化、網(wǎng) 絡(luò)化的監(jiān)控模式.迄今.配置在生產(chǎn)線(xiàn)旁的工序間測(cè)量臺(tái)仍然是 在線(xiàn)檢測(cè)的重要組成部分.但近幾年在一些企業(yè)中 所呈現(xiàn)的智能化模式的發(fā)展趨勢(shì)已與以往有了極大 的變化除了必不可少的專(zhuān)用駅規(guī)外，過(guò)去占主體 地位的釆用直接顯示方式的專(zhuān)用檢測(cè)器具/設(shè)備（無(wú) 論是機(jī)械型、氣動(dòng)型還是電子型）都已難覓蹤影。 所有專(zhuān)用檢測(cè)器具/設(shè)備一包括較簡(jiǎn)單的手持式 電子量規(guī)（卡規(guī)、塞規(guī)、環(huán)規(guī)等）的輸岀信號(hào)都已不 再作為顯示之用.而是進(jìn)入具有統(tǒng)計(jì)分析功能的計(jì) 算機(jī)輔助測(cè)量?jī)x,組成了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。 圖1所示是一個(gè)實(shí)例，工序間測(cè)屋臺(tái)上除一些專(zhuān)用圖1計(jì)算機(jī)鋪助測(cè)試臺(tái)量規(guī)外，所有專(zhuān)用檢具的檢測(cè)結(jié)果

5、都輸入旁側(cè)的計(jì) 算機(jī)輔助測(cè)量?jī)x但必須指出的是像圖1所示工序 間測(cè)量臺(tái).既有復(fù)雜的多參數(shù)綜合檢測(cè)設(shè)備，又有 簡(jiǎn)單的手持式電子屋規(guī)的方案只在部分企業(yè)中使 用.出于經(jīng)濟(jì)性考虎.不少企業(yè)為新進(jìn)生產(chǎn)線(xiàn)工序 測(cè)瑩臺(tái)配備的檢具中.手持式電子量規(guī)仍占有很大 比例.即工件的被測(cè)參數(shù)主要由它們采集.然后輸 入計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量?jī)x.不少計(jì)算機(jī)輔助測(cè)展儀作為 一類(lèi)有通用性很強(qiáng)的產(chǎn)品，同時(shí)具有為適應(yīng)綜合檢 測(cè)而必須具備的數(shù)據(jù)處理功能和進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控所需 具有的統(tǒng)計(jì)分析功能。后者可對(duì)某一項(xiàng)或幾項(xiàng)被測(cè) 參數(shù).通過(guò)預(yù)置的方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，給岀評(píng)價(jià)工 序運(yùn)行狀態(tài)的質(zhì)量信息V在屏幕上不但能顯示實(shí)測(cè) 值，而且能反映經(jīng)數(shù)據(jù)處理后的各種統(tǒng)計(jì)

6、量，以及 有關(guān)的曲線(xiàn).圖形.通過(guò)切換頁(yè)面可方便、迅速地 獲取不同形式的、以滿(mǎn)足操作人員或質(zhì)保人員的需 要，圖2是一個(gè)典型畫(huà)面，其中不但清晰地顯示了 兩種控制圖.還給出可由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理獲得的過(guò)程 能力指數(shù)Cp和Cpk值.為生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控提 供了依據(jù)。2狀態(tài)的判斷和分析融合了換件、軟件后的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)雖:儀.具 有數(shù)據(jù)采集和處理功能，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控起 著很大的作用。但為在更大范圍內(nèi)幫助各國(guó)的汽車(chē) 制造業(yè)實(shí)現(xiàn)選擇面更寬、針對(duì)性更強(qiáng)、功能更豐富 的質(zhì)雖管理和生產(chǎn)過(guò)程控制，徳國(guó)Q-DAS公司（數(shù) 據(jù)處理及系統(tǒng)技術(shù)公司）推出了商品化的軟件產(chǎn)品. 其核心軟件qs-STAT覆蓋、包容了世界汽車(chē)業(yè)所有

7、 相關(guān)評(píng)估方法和標(biāo)準(zhǔn).因此qsSTAT應(yīng)用軟件所具 有的測(cè)雖系統(tǒng)分析、設(shè)備能力驗(yàn)證生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控 和產(chǎn)品可靠性分析等功能能滿(mǎn)足和適應(yīng)各個(gè)汽車(chē)廠(chǎng) 的需求.如在執(zhí)行生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控（Process Capability Analgsis）時(shí)，德國(guó)大眾集團(tuán)所屬企業(yè) 可以選用VW-Kon2em 10131或Audi AG 評(píng)定標(biāo) 準(zhǔn).而美國(guó)各大汽車(chē)公司則可選用Qs9000 （或 QS9000R）標(biāo)準(zhǔn)，福特汽車(chē)公司的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Ford standard 1999也可能選用.Qs-STAT還為評(píng)定結(jié) 果的輸出提供了極其豐富的模式，用戶(hù)可以根據(jù)不 同情況、不同場(chǎng)合下的各種需要選擇一種或多種. 使實(shí)時(shí)監(jiān)控、能力驗(yàn)

8、證的結(jié)果以最清晰、完整的方 式展現(xiàn)出來(lái)。例如，它既可對(duì)某一項(xiàng)參數(shù)的監(jiān)控結(jié) 果做出不同形態(tài)的分析報(bào)告.詳細(xì)顯示相關(guān)的統(tǒng)計(jì) 信息，也可以將同一工序完成的多達(dá)幾十項(xiàng)參數(shù)的 監(jiān)控結(jié)果在一頁(yè)報(bào)告上反映，這時(shí)每一行上列出某 參數(shù)那些最重要的處理結(jié)果，像過(guò)程能力指數(shù)Cp、 Cpk 值。需指出的一點(diǎn)是，Q-DAS公司為汽車(chē)制造廠(chǎng)商 研制的統(tǒng)計(jì)分析軟件，還拓展了一些很有實(shí)用價(jià)值 的功能，刀具磨損影響的分析和判斷就是很有代表 的實(shí)例。在實(shí)際生產(chǎn)中.有時(shí)候會(huì)遇到這樣的情況. 當(dāng)釆用不可補(bǔ)償?shù)牡毒咴谳^惡劣的條件下進(jìn)行加工 如用小孔鋰刀加工缸蓋氣門(mén)導(dǎo)桿孔時(shí)，由于刀 具耐用度不足，導(dǎo)致產(chǎn)品（工件的制造質(zhì)量下降. 顯示出過(guò)

9、程能力（或設(shè)備能力驗(yàn)證）不合格。顯然, 此時(shí)的正確做法應(yīng)該對(duì)統(tǒng)計(jì)分析信息進(jìn)行具體分 析，若發(fā)現(xiàn)過(guò)大的離散性并非由設(shè)備本身造成，那 就應(yīng)該按找出的規(guī)律予以補(bǔ)償.修正.在確定設(shè)備 的機(jī)器能力符合要求的情況下，再解決刀具及相關(guān) 環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題。圖3是某汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)廠(chǎng)在缸蓋生產(chǎn)線(xiàn)驗(yàn)收中遇 到的一個(gè)實(shí)例其中的控制圖曲線(xiàn)呈明顯的下降趨 勢(shì)，致使離散性增大，所求出的機(jī)器能力指數(shù)僅為 Cm=l54.驗(yàn)收結(jié)論不合格。但利用qs-STAT軟件 的有關(guān)程序先對(duì)控制圖曲線(xiàn)做回歸分析（見(jiàn)圖4）, 然而再將該回歸線(xiàn)水平校正，之后的計(jì)算結(jié)果表明.*12圖3生產(chǎn)線(xiàn)驗(yàn)吹實(shí)例的控制曲線(xiàn)圖4 qs-STAT軟件對(duì)控制曲線(xiàn)分析處理44

10、2008年第1期（總第173期）Cm達(dá)335,滿(mǎn)足要求。然后再對(duì)刀具及相關(guān)環(huán)節(jié) 的后續(xù)處理，就有計(jì)對(duì)性了現(xiàn)今.Q-DAS軟件已 得到了包括中國(guó)汽車(chē)制造企業(yè)在內(nèi)的眾多國(guó)內(nèi)外汽 車(chē)廠(chǎng)的歡迎，事實(shí)證明.它在促進(jìn)批罐生產(chǎn)條件下 的信息化制造過(guò)程的實(shí)現(xiàn)和完善，發(fā)揮了很大的作 用。而相關(guān)的供應(yīng)商為了迎合這一趨勢(shì).更方便用 戶(hù)使用，也做了技術(shù)上的配合。如前面介紹的 MARPOSS公司的計(jì)算機(jī)測(cè)竝儀E9066S,經(jīng)其采集、 處理的數(shù)據(jù).在輸出前都可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換成Q-DAS 的數(shù)據(jù)格式。3工件自動(dòng)識(shí)別技術(shù)用于質(zhì)量追溯和混線(xiàn)生產(chǎn)工件自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的本質(zhì)是以機(jī)器視覺(jué)原理為 基礎(chǔ)的圖像檢測(cè)技術(shù)。近年來(lái).已在現(xiàn)代汽車(chē)制造

11、業(yè)得到越來(lái)越多的應(yīng)用，尤其在生產(chǎn)過(guò)程集中監(jiān)控 產(chǎn)品的質(zhì)童追溯和適應(yīng)柔性化生產(chǎn)等諸多方面發(fā)揮 了重要的作用現(xiàn)代汽車(chē)制造業(yè).尤其轎乍企業(yè)的發(fā)展方向是 采用多品種、柔性化的混線(xiàn)生產(chǎn)模式.以提高應(yīng)變 能力.適應(yīng)市場(chǎng)需求。而工件識(shí)別技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)這 種生產(chǎn)模式時(shí)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，以下的具體例子能 很清楚地說(shuō)明這點(diǎn)：為了在一條自動(dòng)線(xiàn)上同時(shí)生產(chǎn) 屬于兩種發(fā)動(dòng)機(jī)的四種不同凸輪軸，采取了在工件 指定的二檔軸頸間制作標(biāo)志的方法，標(biāo)志是事先加 工的1至4道壞帶，分別代表四種類(lèi)型的凸輪軸， 圖5是其中的兩種.在工件進(jìn)入某道工序（如凸輪 軸的最終檢測(cè)）之前，線(xiàn)上所設(shè)置的光電視覺(jué)傳感 器將通過(guò)讀取上 述標(biāo)志正確地對(duì) 工件進(jìn)行

12、識(shí)別 （圖6所示）然 后發(fā)出相應(yīng)的控 制信號(hào)，以執(zhí)行 不同的工作程 序.譬如，當(dāng)圖 5中的凸輪軸在 進(jìn)入終檢工位的 前二個(gè)工位時(shí). 綜合測(cè)量機(jī)就會(huì) 根據(jù)收到的指 令，調(diào)用不同的圖6凸輪軸檢測(cè)臺(tái)程序，以對(duì)該工 件進(jìn)行正確的檢測(cè)。為便于進(jìn)行質(zhì)量追溯和集中監(jiān)控，現(xiàn)代的汽車(chē) 制造企業(yè)開(kāi)始對(duì)整車(chē)、總成甚至毎個(gè)零部件都打上 條形碼或二維碼，利用讀數(shù)頭識(shí)別、采集。當(dāng)工件 經(jīng)過(guò)關(guān)鍵在線(xiàn)檢測(cè)工位時(shí).+0關(guān)參數(shù)的測(cè)得結(jié)果傳 送至計(jì)算機(jī)輔助測(cè)雖儀或進(jìn)而送至中央監(jiān)控室。因 此，操作人員不僅能監(jiān)控整車(chē)、總成或零部件在每 道工件中各個(gè)參數(shù)的加二質(zhì)扯.而且通過(guò)對(duì)人為設(shè) 置時(shí)段內(nèi)數(shù)據(jù)的處理結(jié)吳，能了解動(dòng)態(tài)工序的波動(dòng) 情況.及

13、時(shí)予以調(diào)整。由于每輛整車(chē)或每人總成（發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等） 都有代碼，因此，在其廉始資料中就包含了其中幾 個(gè)關(guān)鍵零部件的二維碼，一旦有需要.可方便地査 詢(xún)，進(jìn)行必要的有針對(duì)性的質(zhì)量追溯。下面是一個(gè) 很有代表性的實(shí)例.現(xiàn)代轎車(chē)裝配線(xiàn)上的檢測(cè)、控制環(huán)節(jié)很多，除 反映整車(chē)性能狀況（如：加注、電氣、前束、燈光、 制動(dòng).排放等）的諸多參數(shù)在后續(xù)“檢測(cè)線(xiàn)”上測(cè)試 外，還有數(shù)以百計(jì)的自動(dòng)、半自動(dòng)螺栓擰緊設(shè)備. 它們?cè)谑芸貭顟B(tài)下完成裝配作業(yè).同時(shí)給出表明裝 配質(zhì)量的扭矩值、轉(zhuǎn)角值。本案例中，數(shù)據(jù)的傳送過(guò)程是由各工藝及檢測(cè) 設(shè)備的控制計(jì)算機(jī)將其寫(xiě)入系統(tǒng)的上位機(jī)，再通過(guò) 光纜連接至中央監(jiān)控室的交換機(jī)，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入系統(tǒng)

14、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中。連接成的一個(gè)10兆以太星型結(jié)構(gòu) 的局域網(wǎng).有著相對(duì)的獨(dú)立性.集中監(jiān)控能完成數(shù) 據(jù)采集，實(shí)時(shí)顯示檢查空輛的車(chē)號(hào)（掃描條形碼獲 得），某一工位所有上網(wǎng)嫖栓的擰緊情況（扭矩、角 度、合格否）等等：數(shù)據(jù)處理一對(duì)每一工位的數(shù) 據(jù)按日、周.月、年等進(jìn)行Cpk值、合格率、平均 值和方差等的運(yùn)算.能通過(guò)圖形顯示及打印；數(shù)據(jù) 査詢(xún)根據(jù)整車(chē)或發(fā)動(dòng)機(jī)代碼、岀廠(chǎng)日期等查詢(xún) 所有的數(shù)據(jù)并打印等功能。該系統(tǒng)眾多其他功能不 一一贊述.無(wú)疑，信息化水平的提升和實(shí)施對(duì)監(jiān)控工序運(yùn) 行和保證產(chǎn)品制造質(zhì)量提供了重要的保證而建立 中央集控系統(tǒng)更提升了一個(gè)層次。其意義不僅在于 大大增強(qiáng)了對(duì)工藝過(guò)程的監(jiān)控力度，更重要的是使 轎車(chē)制造中的可追溯