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现代汽车制造业中的检测技术及其应用前景展望(1)
来源:|[www.MyCIMT.cn] 作者:cimt 浏览次数:0
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    1.检测技术与制造业信息化
    汽车工业是现代制造业中最有代表性又最具活力的产业之一,它又是典型的以批量生产为特征的行业。随着市场竞争的日益激烈和产品更新换代速度的加快,制造业信息化的步伐也逐渐加快。但制造业信息化是一项系统工程,其范畴涉及产品开发、生产过程、物流营销等企业运行中的方方面面,真正实现将引起企业管理组织模式的重大转变,因此在我国这必然是一个渐进的过程。
    据统计,在批量生产的条件下,产品开发的成本仅占总成本的5%左右,而产品制造过程对总成本的影响却高达70%,正因为如此,相对而言,生产过程信息化起步较早,发展也很快,对企业的降本增效、增强在市场中的竞争能力发挥了很大的作用。
    生产过程信息化实质上是检测技术、计算机技术和网络技术的融合和综合应用,而作为信息采集和处理的主要手段,检测技术又是基础。在这样的背景下,为适应现代汽车制造业的发展需要,检测技术的地位和作用的日显重要。
    2.智能化、网络化监控方式
    检测技术在制造过程中的应用,有一个演化过程。从早期的最终检验、单一判别,在经历了强化工序间检测以提前发现质量隐患后,又发展到近期的通过较完善的在线检测、统计分析,实施对动态工序的监控。充分体现了企业界质量意识的转变和提升,即高质量的产品从根本上讲是通过制造过程完成的。但在商品经济的紧逼下,制造过程面临更高的要求,于是出现了智能化、网络化的监控模式。以下是一些典型实例。
    2.1 发动机机加工线工序间检测的智能化模式
    迄今,配置在生产线旁的工序间测量台仍然是在线检测的重要组成部分,但所呈现的智能化模式的发展趋势已与以往有了极大的变化。除了必不可少的专用量规外,过去占主体地位的采用直接显示方式的专用检测器具/设备(无论是机械型、气动型还是电子型)都已难觅综影。所有专用检测器具/设备——包括较简单的手持式电子量规(卡规、塞规、环规等)的输出信号都已不再作为显示之用,而是进入具有统计分析功能的计算机辅助测量仪,组成了生产现场的实时监控系统。工序间测量台上除一些专用量规外,所有专用检具的检测结果都输入旁侧的计算机辅助测量仪。计算机辅助测量仪作为一类有很强通用性的产品,同时具有为适应综合检测而必须具备的数据处理功能和进行实时监控所需具有的统计分析功能。后者可对某一项或几项被测参数,通过预置的方式进行统计分析,给出评价工序运行状态的质量信息。在屏幕上不但能显示实测值,而且能反映经数据处理后的各种统计量,以及有关的曲线、图形。通过切换画面不但可方便、迅速地获取丰富的信息,更能利用数据网络把信息送至车间,甚至企业的质量控制中心。
    为在更大范围内帮助各国的汽车制造业实现选择面更宽、功能更丰富的质量管理、生产过程控制,德国Q-DAS公司(数据处理及系统技术公司)推出了商品化软件,它除了具备对生产过程的监控、统计分析能力外,还拥有对测量系统、制造设备和产品的评价功能。Q-DAS软件现已得到了包括中国汽车制造企业在内的众多国外汽车厂的欢迎,事实证明,它在促进批量生产条件下的信息化制造过程的实现和完善,发挥了很大的作用。
    为便于进行质量追溯,现代发动机工厂开始对每个零件都打上二维码,可利用读数头识别、采集。工件经过关键在线检测工位,相关参数的测得结果传送至计算机辅助测量仪或进而送至中央监控室。因此,操作人员通过数据采集不仅能监控零部件的加工质量,而且通过对人为设置时段内数据的处理结果,能了解动态工序的波动情况,及时予以调整。由于每一台发动机也有代码,因此,在其原始资料中就包含了其中几个关键零件的二维码,一旦有需要,可方便地查询,进行必要的质量追溯。
    2.2 整(轿)车装配线集中监控
    现代轿车装配线上的检测、控制环节很多,除反映整车性能状况(如:加注,电气、前束、灯光、制动、排放等)的诸多参数在后续“检测线”上测试外,还有数以百计的自动、半自动螺栓拧紧设备,它们在受控状态下完成装配作业,同时可给出表明装配质量的扭矩值、转角值。
    本案例中,数据的传送过程是由各工艺及检测设备的控制计算机将其写入系统的上位机,再通过光缆连接至中央监控室的交换机,将数据写入系统数据库服务器中。连接成的一个10兆以太星型结构的局域网,有着相对的独立性。集中监控能完成数据采集,实时显示检查车辆的车号(扫描条形码获得),某一工位所有上网螺栓的拧紧情况(扭矩、角度、合格否)等等;数据处理——对每一工位的数据按日、周、月、年等进行CPK、合格率、平均值和方差等的运算,能通过图形显示及打印;数据查询——根据整车或发电机代码、出厂日期等查询所有的数据并打印等功能。该系统众多其他功能不一一赘述。
    无疑,完善的在线检测手段对监控工序运行和产品制造质量提供了重要的保证,但建立中央集控系统更提升了一个层次。其意义不仅在于大大增强了对工艺过程的监控力度,更重要的是使轿车制造中的可追溯性得以实现。在即将推行的ISO/TS16949汽车质量认证中,特别强调了“标识和可追溯性”,事实上,今天的市场和消费者也鲜明地对此提出了要求。以上案例则正好做了回答。
    3.与现代汽车制造业提出的适用性、柔性的需求相适应的新技术、新产品大量涌现
    近年,与现代汽车制造业的态势相适应的检测新技术不断涌现,它们的共同特点就是以服务现场为前提,可靠、高效,而且能满足复杂、多变的生产需求。
    3.1 坐标测量机(CMM)的应用水平不断提高
    无论在整车生产还是在零部件生产过程中,坐标测量机的使用范围和应用水平都在不断提高。在现代化的整车厂,CMM已成为覆盖件与车身生产中在线检测的主体,有的还连入生产线成为工艺过程的一个组成部分。在机加工生产线,CMM用于在线检测也越来越多,尤其在发动机、变速箱等总成厂中,对用于车间现场(包括生产测量室)的CMM,在确保精度指标的同时,更强调其高速度、很好的柔性、很强的数据处理和适应现场环境的能力,尤其是由软件提供的丰富的功能。但必须指出的一点是,制造厂商在注意机型和软件开发、改进的同时,对CMM辅助设施也一样关注。事实证明,后者对发挥坐标测量机的效能关系极大。著名的德国Leiti公司今年研制的一体化工件输送、装夹、定位系统就是典型的事例,输送小车、滑台、专用夹具成为一体,与测量机的工作台能实现无缝对接,准确的夹具上装夹、定位的工件由滑台送入CMM,即可实现测量。大大节省了辅助时间,提高了功效。测量机器人Sirio688效率很高,但装夹工件的辅助时间过长,尤其在变换不同工件时耗时更多,极大地抵消了它的高效率,而通过采用上述装置,就彻底地改变了这种情况。
    3.2 关节式测量仪的价值得到了体现
    关节式测量仪又称便携式坐标测量机,它为麻烦的现场测量提供了一条便利的途径,自几年首次进入国内汽车行业后,其使用价值渐为用户所认识。由于构件材料一般选用航空铝合金或高强化碳素纤维,故重量很轻,携带方便。相比早期产品,这类测量仪在所配测头和应用软件上已有很大进展。现在,除了可配硬测头外,还可配触发式和扫描式探头,测力减小后,被测对象范围扩展到材质较软的一些工件。而测量软件的发展则使这类检测设备也拥有了完善的、丰富的功能,如可在CAD机制下运行、通过预先编程来简化重复性测量工作、检测时在屏幕上直接显示图形特征、SPC统计分析、基本扫描功能等等。在某些产品中,它们的测量软件能与固定式坐标测量机兼容。应用实例:操作工分别利用便携式坐标测量机对位于生产现场的大型夹具与一种车身覆盖件进行测量。
    为扩大工作范围以适应对大型工件的检测,臂式测量仪一般采用“蛙跳”的方式,或另配导轨支架。美国Cimcore公司则在不久前开发了Gridlok技术,其原理是在较大区域分布一些圆锥定位体,通过激光测量仪确定它们的位置并将其坐标值储存。仪器只要在工作之前先测一下附近三个座,确定此时自身的位置,即可进行正常的检测。在软件的支持下,只要在分布定位座的区域里,就能进行准确的测量和获得完整的图形报告。
    3.3 粗糙度、圆度、圆柱度等都是评价工件制造质量的重要指标
    近年来,发展最快的是适用于车间现场直接监控产品表面状态的便携式、以及那些针对性较强的专用测量仪器。有的便携式粗糙度测量仪的驱动器、放大显示器可合二为一地使用,也可在测孔和某些特殊场合下分离。在与专用控制器相联后,还能做各种统计处理,并将结果打印和以曲线形式表达。它不但能检测多种参数,而且可方便地通过编码开关任意设定四种常用标准之一,即JIS、ISO、DIN和ANSI。仪器内藏的可充式电池可保证连续工作7小时。
    采用半径法测量方式的便携型圆度仪,以一个由电机驱动回转的电子塞规为核心,按用户需要可在塞规上配置1~6个测头,即最多能同时测6个截面,能在生产现场对圆度、圆柱度等参数实施精密、快速测量。仪器的主轴回转精度达0.5μm,在无需做任何调整的情况下,被测孔径允许有±1mm的变动,在很方便地更换测杆后,可增大到8mm。这台便携式仪器效率很高,工作节拍小于30s,且具备很强的测量能力和数据处理、统计分析功能。类似地,采取光学方法检测缸孔网纹角的高效专用仪器也已成功地用于生产。
    为实施监控发动机关键零部件的制造质量,越来越多的生产线配备了高性能的曲轴、凸轮轴综合检验机,可满足与曲轴主轴颈、连杆轴颈相关的各项参数及对凸轮升程规律、相位角、键槽(或定位孔)与第一凸轮夹角等重要参数的现场监测。但长期以来,其粗糙度测量还是以便携式仪器为主。为提高效率和检测质量,一种由美国Adcole公司新开发的曲轴、凸轮轴高性能粗糙度测量仪已成功用于生产。这种卧式全自动量仪拥有三组探头,当被测工件是曲轴时,能在几分钟内完成全部主轴颈、连杆轴颈和左、右止推面的粗糙度检测,实施的测量方式可由预先设置的程序确定。(未完待续)
    (摘自《工具技术》作者:大众动力总成(上海)有限公司 朱正德)

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