測量技術(shù)：智能工廠的重要組成部分

蔡司工業(yè)測量技術(shù)（上海）有限公司

如今的測量技術(shù)如何優(yōu)化未來的生產(chǎn)工藝？質(zhì)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(zhì)量數(shù)據(jù)越來越多，但對蔡司而言，測量實(shí)驗(yàn)室及其中的三坐標(biāo)測量機(jī)仍像以往一樣發(fā)揮著關(guān)鍵作用。由于他們的高精度，其將成為智能工廠的重要組成部分。

蔡司工業(yè)測量系統(tǒng)高級總監(jiān)Andrzej Grzesiak先生非常肯定地表達(dá)自己對未來趨勢的判斷：“測量系統(tǒng)將自然而然地引導(dǎo)生產(chǎn)工藝的發(fā)展，這一點(diǎn)是顯而易見的。我可以列舉出許多通過測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)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(xué)測頭的傳統(tǒng)三坐標(biāo)測量機(jī)，其它系統(tǒng)目前也成功地用于進(jìn)行測量作業(yè)。因此“三坐標(biāo)測量系統(tǒng)”這一術(shù)語目前已在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中予以確立。Grzesiak在報(bào)告中指出：“我認(rèn)識(shí)一些測量技術(shù)的外行，他們斷言三坐標(biāo)測量系統(tǒng)很快就會(huì)過時(shí)，但我對此卻不以為然。事實(shí)上，三坐標(biāo)測量系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中的作用日益重要，即使其它測量技術(shù)（如在線光學(xué)測量）的使用越來越多，也并不影響這一點(diǎn)。其中最大的挑戰(zhàn)在于如何將通過不同測量技術(shù)所得到的結(jié)果進(jìn)行對比。如果綜合考慮這些技術(shù)的所有相關(guān)因素，那么是可以進(jìn)行對比的，但這需要投入大量的時(shí)間和精力。而且還必須記住一點(diǎn)，新技術(shù)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(tǒng)方法（如：利用單點(diǎn)測頭來獲取多點(diǎn)復(fù)雜物體的表面信息）所獲得的信息進(jìn)行對比。而如今的軟件解決方案（如：ZEISS PiWeb）能夠?qū)崟r(shí)將測量數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，從而發(fā)揮出越來越重要的作用。Grzesiak解釋說：“三坐標(biāo)測量機(jī)（CMM）具有很高的精度，因此能夠?yàn)槠渌鼫y量過程提供‘總體計(jì)劃’。”

快速且高效

為了解釋看似很小的解決方案如何優(yōu)化整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)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(chuàng)建測量計(jì)劃的效率。它首次自動(dòng)結(jié)合了產(chǎn)品和制造信息（PMI），這種方式在CAD模型中逐漸成為標(biāo)準(zhǔn)做法，在單個(gè)測量計(jì)劃中指定尺寸、形狀和位置公差。換言之，測量技術(shù)人員只需使用工件設(shè)計(jì)中的當(dāng)前指定數(shù)值，從而節(jié)省了大量的時(shí)間和精力。質(zhì)量專家可以通過這種方式進(jìn)行缺陷分析和預(yù)防，最終降低次品率并提高生產(chǎn)效率。這種面向任務(wù)的實(shí)現(xiàn)方式，即將CMM的測量結(jié)果高效應(yīng)用于到公司的其它領(lǐng)域（如：基于數(shù)字模型的模擬）也是未來開發(fā)的另一個(gè)趨勢。

目前，工業(yè)制品的產(chǎn)品生命周期管理需要進(jìn)行虛擬規(guī)劃和產(chǎn)品檢驗(yàn)。對于三坐標(biāo)測量技術(shù)而言，這意味著在實(shí)體機(jī)器上對實(shí)際樣品進(jìn)行測量之前，先以虛擬方式進(jìn)行測量，并通過模擬進(jìn)行驗(yàn)證。而在成本壓力方面，也將大幅減少使用實(shí)體系統(tǒng)來驗(yàn)證新測量計(jì)劃的頻率。因此，越來越多的試驗(yàn)測量工作都將在虛擬機(jī)器上進(jìn)行，不僅大公司呈現(xiàn)出這種趨勢，一些中小規(guī)模的制造商也從這些技術(shù)中受益，原因在于這些技術(shù)易于使用且有利于節(jié)約成本。

測量實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字化

給測量技術(shù)人員更多的時(shí)間來分析質(zhì)量數(shù)據(jù)，他們就能確保測量實(shí)驗(yàn)室的操作環(huán)境滿足CMM制造商規(guī)定的要求。由于當(dāng)溫度和空氣濕度變化時(shí)，檢驗(yàn)和測量工具以及待測工件的性質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化，因此測量系統(tǒng)制造商規(guī)定了特定的限值。Grzesiak解釋說：“如果操作員在測量時(shí)不密切監(jiān)控環(huán)境條件，就有可能得出不準(zhǔn)確的測量結(jié)果，從而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量降低。”為了確保最佳的測量條件，蔡司推出了ZEISS TEMPAR溫度監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用9個(gè)測頭來獲取測量實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)時(shí)溫度，而且在測量和記錄溫度方面的性能優(yōu)于溫度記錄儀。分布在實(shí)驗(yàn)室各處的測頭不僅能以25mK精度的測量溫度，還可以聯(lián)網(wǎng)并自動(dòng)記錄整個(gè)測量實(shí)驗(yàn)室的溫度狀況。TEMPAR可顯示一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的溫度變化以及實(shí)驗(yàn)室中某個(gè)測頭所在位置的溫度變化。如果TEMPAR計(jì)算的數(shù)值超過規(guī)定閾值，系統(tǒng)將通過指示燈、監(jiān)視器上的彩色編碼數(shù)值，以及電子郵件向操作員或?qū)嶒?yàn)室經(jīng)理發(fā)出警告。這樣操作員就能自動(dòng)消除由于溫度變化導(dǎo)致偏離標(biāo)準(zhǔn)值的可能性。此外，系統(tǒng)還將測量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來以備未來使用，并可在需要時(shí)進(jìn)行規(guī)定時(shí)間段的統(tǒng)計(jì)評估，大幅降低結(jié)果的不確定性。當(dāng)然，也能將環(huán)境溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)絑EISS PiWeb質(zhì)量數(shù)據(jù)管理軟件，與其它數(shù)值進(jìn)行對比。

面向目標(biāo)的數(shù)據(jù)分析

“測量技術(shù)會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。必須找到一種方法評估這些數(shù)據(jù)，從而獲得可用于控制生產(chǎn)的信息。由于計(jì)算能力和系統(tǒng)智能的大幅提高，這一目標(biāo)目前可以實(shí)現(xiàn)了，”Grzesiak說。“沒有這些進(jìn)步，就沒有ZEISS PiWeb。”這款軟件是可擴(kuò)展的質(zhì)量管理IT解決方案。測量技術(shù)人員可以用它分析信息流，從而提高公司的產(chǎn)品質(zhì)量和效率。“ZEISS PiWeb可以與所有測量解決方案聯(lián)網(wǎng)，匯編通過各種機(jī)器獲得的數(shù)據(jù)，”Grzesiak說，“將這些系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，測量技術(shù)人員可以使用報(bào)告功能，以實(shí)時(shí)且跨部門的方式檢查是否滿足質(zhì)量規(guī)定。”Grzesiak很清楚蔡司的這些解決方案未來將進(jìn)一步發(fā)展：“測量技術(shù)將變得越來越智能化、網(wǎng)絡(luò)化，并將繼續(xù)降低操作員的影響，提高測量結(jié)果的可比性。”但這些技術(shù)開發(fā)還會(huì)從根本上改變測量技術(shù)人員的角色。“測量專家將從事新的、不同的任務(wù)，這將需要接受進(jìn)一步培訓(xùn)。根據(jù)我的判斷，未來的測量技術(shù)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(shù)據(jù)，而知識(shí)將來源于信息。Grzesiak可以預(yù)見到“會(huì)有質(zhì)量顧問，他們?yōu)橥昝赖纳a(chǎn)流程奠定基礎(chǔ)。他們不僅參與制造過程的規(guī)劃，還會(huì)與設(shè)計(jì)人員密切合作，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員需要這些質(zhì)量顧問的測量技術(shù)。這種轉(zhuǎn)變將需要跨部門的合作，各個(gè)團(tuán)隊(duì)的密切合作將推動(dòng)“智能工廠”的發(fā)展。” □