車間智慧質量解決方案助力智能制造

海克斯康

一、前言

制造業是立國之本、興國之器和強國之基，是建設世界強國的要素。我國制造業仍然大而不強，在基礎能力、自主創新能力和質量等方面與世界制造強國差距非常明顯。我國的制造業轉型升級正面臨著嚴峻挑戰，質量作為企業的生命線，是企業立身之本，也是企業長久發展的基石。質量為先是實現制造強國確立的未來發展的戰略指導思想。我國制造業必須提升質量意識、改變質量觀念并加強全生命周期質量管控，才能實現“中國速度向中國質量的轉變、中國產品向中國品牌的轉變”的戰略任務。本文針對智能制造產業，以質量驅動生產力為核心，以車間及自動化、信息化質量解決方案為主題，概述了先進的智慧質制解決方案的發展趨勢，以及智慧質量檢測如何助力智能制造，為制造裝上眼睛，為制造轉入智慧，為實現質量強國夢保駕護航。

二、制造轉型升級.質量先行

隨著改革開放的不斷深化，中國制造業規模和水平飛速發展，并成功躍升為第一制造大國。雖然中國制造業獲得了輝煌成果，但粗放式的發展也伴隨著很多問題，如基礎能力薄弱、缺乏眾多核心技術、創新能力不足、質量低下、大而不強及缺乏可持續發展的源泉和動力等。隨著工業4.0的興起，中國制造業面臨著轉型升級的機遇和挑戰。中國制造由大變強，必須以提質增效為核心，通過創新和質量雙輪驅動，推進信息技術與制造業深度融合，逐步實現智能制造。

中國制造業的轉型不是推倒重來，而是在現有基礎上，通過創新獲得自主知識產權，通過追求高質量，攀升至行業的價值鏈上層，從而提升自身競爭力和投資回報率。德國和日本是制造強國，但他們在制造業發展過程中，也都曾標以“質量低下”之名。從1870年到二十世紀初，“德國制造”低質廉價，當時全球制造業的金字招牌是英國。為了和德國制造劃清界限，英國要求所有商品必須標明出產國以區分質量。后來在德國，質量被提升至國家戰略，堅持質量為先，以至今天德國制造成為優質的代名詞。日本也走了芣口德國人基本相似的一條路，從簡單的生產代工起家，開始有自己的研發、技術和產品。二十一世紀五十年代中期，日本的產品因質量低下而難以在世界上立足。二戰后，日本提出“質量救國”戰略，引發一股質量革命熱潮。在上世紀七八十年代，日本通過精益工程，進行全面質量管理不斷提升質量，不斷累積的質量優勢使得日本制造迅速堀起，反向狙擊了諸多歐美企業。

《中國制造2025》明確提出了質量強國戰略。中國制造需要轉變質量觀念，質量變革具有不可估量的“隱形價值”，質量驅動生產力、質量鑄就品牌，質量產生效益。中國制造的要從“以價取勝、以量取勝”轉變為“以精取勝、以質取勝”，要從“保障質量觀”轉變為“引領質量觀”，質量不再是生產流程后符合性監督，而是通過貫穿全生命周期的質量管理理念。通過先進的質量閉環控制方案、反饋生產和穩定生產工藝，不斷提升質量，把質量作為公司生命線和長遠核心競爭力，引導企業不斷發展壯大。

為了準確了解“質量對于公司的成功作用”，麥肯錫公司進行了一項長達14年的名為“卓越質量管理”的國際研究，研究對象為167家歐、美、日等企業，包括世界上多數頂級的汽車廠商和零部件供應商。目的是研究世界范圍內“質量”因素的重要性及從研究開發到產品生產和交貨階段質量管理的成功狀況。根據最終研究結果，總結出各企業質量管理階梯水平分為質量檢查、質量保證、預防次品和完美無缺四個等級，并對于不同質量等級的企業的銷售利潤率和增長率進行了對比分析，如表1所示。該研究項目得出如下結論：

質量上乘是公司獲得成功的最佳途徑，是長遠競爭力的根本依靠;

質量直接關系到利潤和銷售的增長;

成本降低，質量成本是其直接原因;

優質企業犧牲資本生產率（增值與固定資產比率）以提高勞動生產率。

三、車間測量解決方案發展趨勢

智能制造是新工業革命的核心，智能制造以個性定制化、柔性化和互聯互通的信息化為重要特點，最終實現通過智能運維實現制造系統的價值最大化：“高質量、高效率、高效能”。智能制造的發展離不開傳感技術。測量技術作為一種傳感技術，是制造業的“物化法官”和“倍增器”，也是信息技術的基礎和源頭之一。為了順應智能制造的發展潮流，為了保證制造高質量產出、助力工藝穩定、及時響應和反饋并服務于制造，測量技術也在不斷創新和變革，包括測量設備、測量手段、測量方式、測量能力和測量效率等變革。其中最主要的發展趨勢為由傳統的離線實驗室檢測向車間線旁檢測或在線檢測的發展，以及檢測自動化和數字化方案的普及和推廣。

以三坐標測量儀為代表的高精度真值測量，都是以在遠離車間現場的精密實驗室或計量室。傳統車間的檢測手段以量具、量儀，定性檢具和比對式測量等為主，檢測效率和的精度都較低，如圖1所示。檢測報告多以手寫紙質形式，不便于數據統計分析、發現問題和解決問題，從而指導制造工藝改進。目前，車間型測量機集成柔性自動化測量、非接觸式測量，3D視覺檢測、激光掃描檢測等在車間應用越來越廣泛，此檢測方法數據采集量大，測量效率和抽檢頻率大幅提高，甚至在很多車間實現了全檢，以確保制造質量完全可控，如圖2所示。

測量數據的數字化，通過對于大量質量數據的可視化展示，如圖3所示，質量信息可視化軟件通過統計分析和關聯性分析等，挖掘出有價值的信息，及時對制造進行預警或指導改進制造工藝。通過質量數據分析，一定程度上可以實現預測性制造。圖4所示的智能刀具補償方案，通過質量數據的收集、統計處理和趨勢預測分析，實現了對于刀具的自動補償加工，確保了高精度加工的一致性。

測量作為智能制造重要的一環，是實現PDCA質量閉環的一環，PDCA的基本內容如圖5所示。車間的測量技術是企業提高生產效率、降低廢品率、提升質量的重要工具，是幫助企業增強競爭力、提高企業效益的重要一環，是實現制造智能的發展必然要求。

四、車間現場測量方案及優勢

傳統車間現場檢測及實驗室測量，測量效率較低、物流運輸周轉時間長，甚至很多情況下測量需要排隊等候，造成對于現場的質量反饋響應慢，成為生產工藝變動或調整過程中的一個瓶頸，影響現場加工進度和效率。傳統車間現場的檢測還有如下幾點問題：一是以人工手動檢測為主，檢測效率低且需要大量的人工;二是大部分工件質量都以是否合格來判斷，檢測結果人為因素影響大;三是檢測多以專用檢測設備為主，設備柔性低、維護成本高;四是檢測結果多以紙質版本為主，難以統計和追溯，檢測結果對于生產工藝改進和質量提升也沒有起到良好的指導作用。

隨著新工業革命浪潮的推動，以及我國制造業的轉型和升級的迫切需要，我國制造業對于質量的重視越來越高，檢測的要求也越來越高。為了解決傳統檢測的不足，同時適應智能制造發展的要求，測量新技術新產品不斷涌現，如適應車間現場的三坐標測量機、3D視覺檢測和激光掃描檢測等。同時，檢測作為制造的眼睛，也嵌入到了自動化生產線中，實現了制造和檢測一體化。由于零件配置二維碼或RFⅢ，以及視覺識別技術、自動編程和仿真技術的發展，使得檢測完全可以實現多品種小批量的自動化柔性檢測需求，檢測效率大幅提升，抽檢頻率提高，甚至實現了全檢，提高了對于制造過程的及時反饋響應，提高了設備利用率及生產效率。自動化檢測技術的應用，實現全面質量管控，又解放了大量的人工，節省了大量人工成本。

目前，檢測傳感器技術的發展也極大推動了檢測質量數據的數字化和信息化。通過質量數據的統計分析和可視化，對于生產工藝過程質量進行了透明解析，準確掌握工藝過程能力指數，如Cpk，Ppk等，并提供了工藝的動態和改進方向。

而對于質量大數據反饋制造的應用，目前有兩個主要方向：一是根據統計分析結果，指導機床調整刀具偏置，實現可持續性高質量加工。二是根據可追溯性的檢驗數據和檢測分揀，可以有效控制裝配公差的傳遞和波動，實現高精度的精準匹配裝配，提升了系統裝配精度要求。車間的檢測方案，使得制造過程質量透明化，同時質量數據的有效利用，為制造過程裝入了智慧，實現了質量驅動生產力。

五、結語

無論是制造強企還是制造強國，都必須以質量為中心。無論智能制造如何發展，發展的何種程度，都離不開檢測技術為基礎的信息技術支撐。檢測技術的發展，不再以判定合格與否作為目標，而是不斷走向制造車間、貼近制造過程、及時服務于制造、實時監控并指導工藝改進并確保加工過程能力可控、制造過程質量透明化和加工質量可控。基于數字化的信息技術，以及智慧質量大數據，驅動制造向質量高端發展，推動制造變得更加智能。高質量始終是企業可持續發展并永葆競爭力的源泉，也是企業豐厚回報之根基。