測量技術：智能工廠的重要組成部分

蔡司供稿

高精度的測量系統是智能工廠的重要組成部分，你怎么認為？

如今的測量技術如何優化未來的生產工藝？質量工程師未來將扮演怎樣的角色？雖然在線或線邊獲得的質量數據越來越多，但對蔡司而言，測量試驗室及其中的三坐標測量機仍像以往一樣發揮著關鍵作用。由于它們的高精度，將成為智能工廠的重要組成部分。

蔡司工業測量系統高級總監Andrzej Grzesiak先生非常肯定地表達自己對未來趨勢的判斷：“測量系統將自然而然地引導生產工藝的發展，這一點是顯而易見的。我可以列舉出許多通過測量技術實現生產工藝突破的蔡司客戶，這些客戶都希望將次品率降低至零。”

目前有許多測量解決方案可供選擇，除了帶接觸式測頭和光學測頭的傳統三坐標測量機，其他系統目前也成功地用于進行測量作業。因此“三坐標測量系統”這一術語目前已在相關標準中予以確立。Grzesiak在報告中指出：“我認識一些測量技術的外行，他們斷言三坐標測量系統很快就會過時，但我對此卻不以為然。事實上，三坐標測量系統在生產過程中的作用日益重要，即使其他測量技術（如在線光學測量）的使用越來越多，也并不影響這一點。其中最大的挑戰在于如何將通過不同測量技術所得到的結果進行對比。如果綜合考慮這些技術的所有相關因素，那么是可以進行對比的，但這需要投入大量的時間和精力。而且還必須記住一點，新技術使制造商獲得了不同類型的信息，但這些信息并非馬上就能與采用傳統方法（如：利用單點測頭來獲取多點復雜物體的表面信息）所獲得的信息進行對比。而如今的軟件解決方案（如：ZEISS PiWeb）能夠實時將測量數據進行關聯并實現數據的可視化，從而發揮出越來越重要的作用。Grzesiak解釋說：“三坐標測量機（CMM）具有很高的精度，因此能夠為其他測量過程提供‘總體計劃’。”

快速且高效

為了解釋看似很小的解決方案如何優化整個產品開發過程中的測量工作，Grzesiak提到了ZEISS CALYPSO PMI：這款軟件可顯著提高創建測量計劃的效率。它首次自動結合了產品和制造信息（PMI），這種方式在CAD模型中逐漸成為標準做法，在單個測量計劃中指定尺寸、形狀和位置公差。換言之，測量技術人員只需使用工件設計中的當前指定數值，從而節省了大量的時間和精力。質量專家可以通過這種方式進行缺陷分析和預防，最終降低次品率并提高生產效率。這種面向任務的實現方式，即將CMM的測量結果高效應用于到公司的其他領域（如：基于數字模型的模擬）也是未來開發的另一個趨勢。

目前，工業制品的產品生命周期管理需要進行虛擬規劃和產品檢驗。對于三坐標測量技術而言，這意味著在實體機器上對實際樣品進行測量之前，先以虛擬方式進行測量，并通過模擬進行驗證。而在成本壓力方面，也將大幅減少使用實體系統來驗證新測量計劃的頻率。因此，越來越多的試驗測量工作都將在虛擬機器上進行，不僅大公司呈現出這種趨勢，一些中小規模的制造商也從這些技術中受益，原因在于這些技術易于使用且有利于節約成本。

測量實驗室的數字化

給測量技術人員更多的時間來分析質量數據，他們就能確保測量試驗室的操作環境滿足CMM制造商規定的要求。由于當溫度和空氣濕度變化時，檢驗和測量工具以及待測工件的性質也會發生變化，因此測量系統制造商規定了特定的限值。Grzesiak解釋說：“如果操作員在測量時不密切監控環境條件，就有可能得出不準確的測量結果，從而導致產品質量降低。”為了確保最佳的測量條件，蔡司推出了ZEISS TEMPAR溫度監控系統。該系統利用九個測頭來獲取測量實驗室中的實時溫度，而且在測量和記錄溫度方面的性能優于溫度記錄儀。分布在實驗室各處的測頭不僅能以25mK精度的測量溫度，還可以聯網并自動記錄整個測量實驗室的溫度狀況。TEMPAR可顯示一個時間段內的溫度變化以及實驗室中某個測頭所在位置的溫度變化。如果TEMPAR計算的數值超過規定閾值，系統將通過指示燈、監視器上的彩色編碼數值以及電子郵件向操作員或實驗室經理發出警告。這樣操作員就能自動消除由于溫度變化導致偏離標準值的可能性。此外，系統還將測量的數據存儲起來以備未來使用，并可在需要時進行規定時間段的統計評估，大幅降低結果的不確定性。當然，也能將環境溫度數據傳輸到ZEISS PiWeb質量數據管理軟件，與其他數值進行對比。

面向目標的數據分析

“測量技術會產生大量的數據。必須找到一種方法評估這些數據，從而獲得可用于控制生產的信息。由于計算能力和系統智能的大幅提高，這一目標目前可以實現了。”Grzesiak說，“沒有這些進步，就沒有ZEISS PiWeb。”這款軟件是可擴展的質量管理IT解決方案。測量技術人員可以用它分析信息流，從而提高公司的產品質量和效率。“ZEISS PiWeb可以與所有測量解決方案聯網，匯編通過各種機器獲得的數據，”Grzesiak說，“將這些系統聯網，測量技術人員可以使用報告功能以實時且跨部門的方式檢查是否滿足質量規定。”Grzesiak很清楚蔡司的這些解決方案未來將進一步發展：“測量技術將變得越來越智能化、網絡化，并將繼續降低操作員的影響，提高測量結果的可比性。”但這些技術開發還會從根本上改變測量技術人員的角色。“測量專家將從事新的、不同的任務，這將需要接受進一步培訓。根據我的判斷，未來的測量技術人員將更多扮演分析師和決策者的角色。”Grzesiak說。信息將來源于數據，而知識將來源于信息。Grzesiak可以預見到，質量顧問為完美的生產流程奠定基礎。他們不僅參與制造過程的規劃，還會與設計人員密切合作，因為設計人員需要這些質量顧問的測量技術。這種轉變將需要跨部門的合作，各個團隊的密切合作將推動“智能工廠”的發展。□