質量決定一切 新大眾生產工廠使用ZEISS AIMAX進行在線檢測

蔡司供稿

位于波蘭弗熱希尼亞的大眾商用車生產工廠于2016年開工，在幾個不同的方面具有特殊性：不僅完工時間創了記錄——僅僅23個月，而且它還是波蘭迄今為止最大的外國投資也是整個大眾家族最先進的工廠。質量經理Werner Steinert的任務是為該生產工廠獲取卓越的測量技術，他決定為波蘭公司的測量技術選擇具有遠見的方法。

一旦生產于2018年全面啟動，每年將有10萬輛Crafter和MAN TGE貨車總裝下線，這一數量是大眾商用車（VWCV）目前年銷售量的兩倍。第121家大眾工廠標志著大眾公司的戰略發生了轉變。多年來，大眾一直委托戴姆勒為其生產小型貨車，但與這家總部位于斯圖加特的公司的合作協議到期時，VWCV選擇自己生產Crafter貨車，之所以采取這一舉措，是由于在線商業出現了快速增長，由此帶來了更多的運輸選擇需求。根據2013年的工廠選址分析，大眾汽車管理層決定在波蘭新建一個工廠來組裝貨車。這個1000m長、400m寬的巨大工廠的建造速度證明了大眾對這個項目的積極性。建設僅用了23個月，比計劃提前了6個多月。這一切在進行的同時，VWCV正在開發新型Crafter。該公司總部位于德國沃爾夫斯堡，最終在弗熱希尼亞的工廠投資8億歐元，預計這筆投資將很快收回。Werner Steinert，弗熱希尼亞PWQ-3/1 QS-分析/測量部門負責人對此充滿信心：“我相信這家工廠有一個光明的未來。”

Crafter貨車—旨在滿足每一個需求

Steinert的樂觀有很多原因。對他來說，除了汽車的質量，Crafter獲得市場成功的一個重要因素是它擁有多種車型。VWCV利用與戴姆勒合作伙伴關系的結束，為客戶提供更多的選擇。目前，Crafter有29種不同的型號，未來將會有60個基礎版本。除了三種不同的驅動器和四個可供選擇的引擎，客戶還可以挑選三種不同的長度和高度。這種多樣性將確保這款貨車適合各種不同的用途 - 從救護車到送貨車。開發人員正在確保所提供的各種型號不會影響車輛的設計。這就解釋了為什么Crafter看上去不像普通的貨車。事實上恰恰相反。對質量保證部門主管來說，這款商用車具有“頂尖設計”。為了展示他的意思，Steinert走過新生產工廠的測量實驗室，用右手指向車輛引擎罩金屬板的“設計線”。其他設計細節，例如Crafter的前部，讓Steinert覺得相較于貨車，它更像是一輛汽車。設計師想把每一個細節都變得恰到好處的愿望使他們不受尺寸的限制，給這輛車帶來了流線型的設計。而且，當然，間隙“就像我們的普通汽車一樣”，Steinert說道。為確保不會對設計和功能有任何影響，大眾在弗熱希尼亞的工廠使用領先的制造和質量控制系統，用Steinert的話說就是“全球獨一無二”。

可實現最佳質量的光學測量方法

這位波蘭的質量經理確信：“沒有其他的汽車制造商像我們在弗熱希尼亞的測量實驗室一樣，使用如此多的光學測量方法。”即便是用測量實驗室這個術語也不能詳盡地描述這個進行測量的大廳：面積達1550m2，高14m，在這個恒溫的空間里溫度始終為20℃。測量實驗室除了擁有多個設置位置，還有一個帶四個懸臂的三坐標測量機的測量站以及六個用光學測頭進行測量的測量站。Steinert自己幫助開發了這種創新方法：“它的工作性能非常好。”精心設計的一部分是測量實驗室中的一個離線工作站，它配備了來自Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH的四個ZEISS AIMAX測頭，這些測頭經設置后可以像在線工位一樣完全獨立進行編程。這種獨立性對Steinert來說非常重要，因為如果我們需要優化機器人程序或圖像處理參數，他和他的團隊可以快速付諸行動。

100% 檢測

為了讓Crafter每3.5min下線生產一次，需要采用在線測量技術與生產中規定的時間同步。除ZEISS AIMAX測頭非常高的基本精度，Steinert還對Carl ZEISSIndustrielle Messtechnik GmbH提供的系統速度印象較為深刻。“我們需要市場上最好的基于機器人的三維在線測量技術，”已經在大眾工作了25年的質量經理說道。大眾于2015年決定采用蔡司系統。除此之外，還有其他原因讓蔡司成為了正確的選擇：Steinert說：“我們想要擁有熟練員工的合作伙伴，他們也能夠在極端的時間壓力下工作。在生產的前幾個星期后就已經清楚了，在線方法是最好的選擇。所有五個工作站都完美地工作。我肯定會再次選擇蔡司。”

在波蘭進行100%的檢測。這意味著每個車身部件——從底盤到側面板——都要通過相應的在線測量站進行檢測。不同車型的底盤差異最大，對82～122個測量點進行檢測以確保達到規定的公差規格。為了幫助整個測量過程順利進行，底盤上的RFID芯片將選擇正確測量程序所需的信息傳輸到在線工作站。一旦底盤就位，軟件已經知道應該運行哪個子程序來控制四個測量機器人，無需任何人為干預。程序員已經定義了什么時候需要檢查一個特定的特性，以及應該使用哪個ZEISS AIMAX測頭。一旦測量程序啟動，所有四個機器人手臂都從安全位置“醒來”。發出嗡嗡聲，它們沿著長達8m的車身平板行駛3min。在工件傳輸的時間內，安裝在機器人前段的測頭對在線工作站六個溫度補償桿中的一個進行溫度補償。碳纖維球安裝于溫度補償桿上。測頭定期從三個不同的位置進行測量。采集到的數據用于不斷重新校準測量系統。這個過程必不可少，以確保在測量過程中獲得高測量精度。如果軟件沒有考慮機器人手臂電動機發出的熱量，整個系統將受到不利影響。

一個系統—三種測量方法

為了確保對車身零件難以觸及的特性進行完美的檢測，使用了運動范圍較大的六軸機器人。得益于AIMax測頭的緊湊設計（高度155mm，寬度134mm，長度125mm），即便是車身上狹窄區域或難以觸及區域的特性，也可以輕松進行檢測。“這使得ZEISS AIMAX非常適合在線檢測。”Steinert說。單一測頭中結合了三種測量原理（多線三角測量、灰度圖像處理以及陰影分析），對車身制造來說是又一大優勢。這三種測量原理使得蔡司系統可以測量復雜的幾何特征，如特殊的鉆孔、孔、螺紋、焊接螺母、間隙和面差。“焊接的螺柱，我們有很多，但只能用ZEISS AIMax進行在線測量。數字攝像技術具有高分辨率和靈活的照明控制，可在各種情況下實現最佳照明，確保所評估的特征獲得理想的對比度。例如：鈑金下的螺母清晰可見。”已經熟悉俄羅斯大眾工廠的蔡司系統的Steinert說，“得益于采用了適應性照明技術，可以測量不同的材料。這是一個重要的優勢。”最重要的是，能夠以閃電般的速度進行測量。ZEISS AIMAX的典型測量時間（包括機器人運動）在每個測量位置為1.8～3.0s。“憑借這樣的速度，我們可以在規定的周期時間內檢查我們車身部件的許多特性，極大地幫助我們優化了流程。”Steinert說。

密切關注整條生產線

所有車身部件都經過檢查。Steinert說：“這樣我們就能立即知道我們需要修改流程的地方。”在調來波蘭之前，他在俄羅斯工作，負責確保在那里生產的汽車符合公司的要求。對于質量保證員工來說，監測在線工作站非常簡單。每個工作站的顯示器可以向他們展示具體特性接近超過公差的程度。Steinert說：“一旦容差利用率達到75%，我們就開始密切關注。”員工會每天或是在每個班次之后檢查數值的變化情況。不惜一切代價避免因超出容差而停止生產線的情況。通常，質量保證部門的工程師可以通過檢查蔡司測頭上相機拍攝的照片，了解特定的特性，并根據需要進行保存，從而確定公差偏差的原因。Steinert說：“因此，我們很容易確定鉆孔中是否有膠水。”這只是一個簡單的例子，說明從在線工作站獲取的數據如何幫助大眾的質量管理人員改進工廠的制造工藝。Steinert說：“我們只是把照片發給負責的員工，他們優化了膠水的應用，這樣一來就無需對零件進行返工。”而追求最高品質不僅僅局限于工廠場地。由于Crafter的所有部件都已經提供，Steinert還認為他的工作還包括優化供應商工廠的流程。為此，為人溫和的質量經理建立了第二個測量實驗室。他經常邀請他的供應商來看這個測量實驗室。在這里，他們就如何保持質量規格進行了熱烈的討論，這一切與Steinert的格言完全吻合，即：“質量決定一切。”Steinert使用實際部件向供應商展示和解釋問題，以及如何解決問題。這就是目前的工作方式。未來，他打算利用測量廳內的35m2的屏幕、高分辨率的體育場投影儀和智能眼鏡等設備，以便于他和他的供應商能夠近距離和以三維方式檢查他們制造的部件。“由于我們進行光學測量，我們有一個逼真的工件三維模型。我們將采用這個方法來虛擬地顯示缺陷，這種方法會讓供應商印象更深刻。”這位質量經理說道。Steinert對于未來的發展感到非常興奮，相信這種方法“將進一步提高所有相關人員的質量意識”。□