数字化制造条件下的机加检验模式研究

武素星 李国丛 王 佳 姚建华 严曦光



数字化制造条件下的机加检验模式研究

武素星 李国丛 王 佳 姚建华 严曦光

（航天长征火箭技术有限公司，北京 100076）

针对目前航天企业机加检验存在的数字化程度低、检验过程不透明、质量管理粗放的问题，提出基于数字化制造条件下的新型检验模式。新型数字化检验模式打通了从检验设计、检验执行到后期检验数据维护的数据链，实现了检验模块的精细化管理。并进一步以某壳体为例，验证了新型检验模式的可行性，为企业在新形势下的检验模式创新提供了思路。

数字化制造；机加；检验模式

1 引言

近年来，为满足航天产品对产品质量和研制周期的更高要求，部分企业已开始进行PLM、MES等数字化信息系统的建设，并数字化升级现有设备，逐步实现产品研制流程和设计制造的数字化[1]，但后续的产品检验仍采用以二维图纸及工艺卡片为依据，检验完成后人工填写表单的形式[2]。这种费时费力的质量检测方式已无法满足数字化车间对质量数据的精确性、及时性、完整性的需求[3]，也使得检验日益成为企业数字化环节的瓶颈环节，具体表现在：

a. 未采用数字化检验设计，可操作性不强。检验人员以纸质设计图纸为输入，人工解读检验要求，检验要求不明确，尺寸漏检情况时有发生。

b. 未将检验纳入排产，检验过程不透明。当前机加车间生产现场采用机群式布局，工序间衔接性差、物流环节复杂。检验人员多集中办公，远离生产现场，导致交检物流路径较长，检验进度的查询依靠纸质文件传递和口头询问方式，检验时间不受控，生产协调性无法保证。

c. 未充分利用检验数据，质量管理粗放。产品检验数据仍采用手工填写纸质文档的方式，检验数据缺乏统计工具，工作效率低下。

2 数字化制造条件下的机加检验模式

为克服现有传统机加检验模式的缺陷，满足数字化条件下对高效检验的需求，本文以“检验作为一道工序参与生产”的思想为核心，以数字化信息系统和检测设备为基础[4]，探索适应未来数字化生产模式的新型检验模式，如图1所示。

图1 新型机加检验模式

a. 检验设计：在PLM系统工艺模块的工艺流程中，检验与加工工序一样，作为一道工序参与生产。检验人员依据工艺人员输出的三维工艺模型和工艺文件对检验的要求，开展检验设计，包括检验规程、检验程序、检具及工装清单等，与工艺设计一起，共同形成数字化工艺文件，保证了检验设计的准确性和完整性。

该文件采用结构化的形式，包含全生产要素，可被MES系统自动读取并解析，有效避免了人工判读的弊端。

b. 工序级排产：车间接收生产任务后，根据工艺输出，包括三维模型、数控程序、设备要求、各工序工时信息等，结合产品生产总计划要求、设备及人员负荷情况自动排产，输出细化到工序的生产任务，包括质检任务的自动下发。

c. 机械加工：机加车间依据排产计划进行生产准备，作业人员将准备好物料送达机床，启动机床加工。

d. 检验任务执行：加工完成后，对设置检验点的工序，依据检验需求，机器人或工作人员通过物流小车将需检工件送至检验工位，通过扫描工件编码进行送达确认的同时，将该任务相关的检验程序调入检验工位，现场工作终端显示检测表单；按检测项目及要求进行检测，并提示检测位置、检具等信息。

e. 检验数据采集与生成：无论是全自动检测设备如三坐标测量仪，还是自动录入数据的数字化检具或传统检具，均可实现质检结果的自动归类和质量数据包自动生成。

检验合格后，质检数据存入系统，工件送入下一工序；检验不合格，系统进行可返修性判断，可返修的在MES系统中生成新的返修任务，重复上述流程，不可返修的直接报废。

f. 检验数据管理：信息系统以物料属性的方式实时记录各类产品质量信息后，可通过数据处理功能实时查询、质量追溯，快速定位质量问题，及时形成整改措施，防止质量问题扩大。

此外，质量管理人员能够对质量数据进行全面、及时、多维度的统计分析和数据挖掘，可在线监控产品质检数据趋势，并形成数据跟踪表，对生产状态执行情况进行总体判断并提前预知，将事后质量整改转变为主动预警。

总的来说，数字化机加车间将检验过程作为生产过程的一个工序来处理，通过数字化信息系统进行全过程检验数据采集与追溯，实现质量信息的有效利用，并基于数据统计分析进行生产全过程质量监控与追溯、质量管理改进，解决当前检验模式的效率低下和追溯困难的问题。

3 新型检验模式实践

某壳体零件（图2），自动化生产线为硬件基础，数字化信息系统为软件支撑，验证新型检验模式。

图2 某壳体零件三维模型图

图3 某壳体零件自动化生产线

该零件自动化生产线如图3所示，以零点定位系统为基础，可实现单个零件自动化物流、自动化机加、自动化清洗、自动化检测，同时辅以生产线单元管理系统，可全面满足航天产品多品种小批量结构件的自动化加工。

本次实践以该壳体工艺流程中某一工序的检验过程为例开展。

3.1 检验工序的生成

检验在工艺流程中作为一道工序，生成过程如下：

a. 工艺人员对检验工序提出检验要求，即工艺人员在PLM系统检验工序中，对工序的操作内容做出规定，给出具体检验数值，方便检验人员对检验尺寸快速定位；

图4 检验模型

b. 检验人员根据工序模型设计检验模型（图4），即检验人员得到授权后，对工序模型进行适应性修改，得出检验模型，并导入工序附件中，为编写检验程序做准备；

c. 自动或人工编写相应的检验程序，即检验人员根据检验模型，编写相应的检验程序，并填写评价标准，作为最后输出结果的评判依据。

3.2 检验工序的下发和执行

图5 三坐标检测执行

工序导入MES系统参与排产，如图5所示，通过扫描工件托盘RFID，调取检验程序，实现三坐标测量仪自动运行。

3.3 检验结果的生成

三坐标检测完成后，生成检测结果。检验合格品进入下一工序，不合格品转不合格品处理流程，一般为返工（手工新增返工任务单，重新加工）或报废（废品处理流程）。同时，在生产线控制系统中生成质量信息记录，便于检验结果的追溯。

3.4 检验数据统计分析

生产线运行一段时间后，形成各类质量数据，对比分析质量数据，快速定位质量问题，并了解后续生产趋势，做到防患于未然。

4 结束语

本文研究和探索了新型自动化生产检验模式，以某壳体为例验证新型检验模式，结果表明，新型检验模式高效可行，有效解决了传统检验模式所存在的问题和弊端。

本次研究对数字化航天企业新型检验模式的建立具有一定的借鉴意义：

a. 实现了检验与数字化工艺的高度集成。提出将检验作为一道工序存在于数字化工艺中，将工艺提出的检验要求与实际检验内容的一体化数据关联，有效保证检验内容的准确性和完整性；检验只需以工序模型为基础进行检验设计，不仅减少了检验人员的工作量，且保证了检验与加工过程的有效衔接；

b. 打通了检验工序生成、执行和反馈的全过程数据链。实现从数字化检验设计→自动化送检→检验数据反馈的全过程数据自动流转，保证检验数据的实时采集和反馈，显著提高了检验工作效率，进而实现整个生产过程的全方位实时监控以及生产计划的及时调整。

1 杜宝瑞，陈靖乐，叶柏超，等.基于MBD的数字化检测工艺系统研究与应用[J]. 制造业自动化，2015(10)：39～43

2 Polajzer B, Ritonja J, Stumber G. Decentralized PI/PD position control for active magnetic bearings[J]. Electrical Engineering, 2006, 89: 53～59

3 于艳鹏，陈琨，许艾明，等.数字化车间质量检测规划生成技术研究[J]. 现代制造工程，2017(6)：45～51

4 焦鹤. 关于PDM与CAPP一体化集成模式展望[J]. 航空制造技术，2011(1)：86～91

Research of Machining Measuring Mode Based on Digital Manufacturing System

Wu Suxing Li Guocong Wang Jia Yao Jianhua Yan Xiguang

(Aerospace Long March Launch Vehicle Technology Co., Ltd., Beijing 100076)

Aiming at solving problems of low digitization, opaque measuring process and disorganization of quality management in aerospace enterprises, this paper proposed a new measuring mode based on digital manufacturing. The new mode collected data from measuring design, measuring execution to data maintenance, then realized the fine management of measurement. Taking a shell part as an example, the feasibility of the new mode is verified, which provides new insights for enterprises’ measuring mode innovation under new situations.

digital manufacturing；machining；measuring mode

武素星（1989），工程师，机械设计自动化专业；研究方向：工艺设计。

2019-01-10