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試談審核機械加工智能化生產的幾個問題

北京世標認證中心有限公司南京分公司    顧振國

智能制造技術是傳統(tǒng)制造技術和現(xiàn)代信息技術結合的產物，機械加工智能化是當前制造業(yè)智能化的主要方面之一，隨著我國科學技術的迅速發(fā)展，數(shù)據化、信息化、物聯(lián)網技術和人工智能技術等在機械行業(yè)的應用發(fā)展不斷壯大，在提高產品質量、降低成本和可持續(xù)發(fā)展方面取得了優(yōu)異成績。對此，機械行業(yè)的質量管理體系（以下簡稱QMS）也迎來了新任務、新要求，本文以機械加工企業(yè)為例，對其智能化生產過程的QMS審核方面的幾個問題作一探討，請審核界批評指正。

1、智能化加工設備的審核

   機械行業(yè)柔性制造單元的智能化機械加工設備主要包括數(shù)控加工機床、工業(yè)機器人、傳感器和自動化控制系統(tǒng)等。其中數(shù)控加工機床（如五軸加工中心、四軸加工中心等）具有數(shù)據采集功能、監(jiān)控功能、分析功能和自適應柔性功能等；機器人如搬運機器人、人機協(xié)作機器人等，能從事精度和重復性高的作業(yè)，使用協(xié)同性專家系統(tǒng)；智能傳感器如加速度傳感器、壓力傳感器、光照傳感器等，它是一種檢測裝置，能感受被測量信息，按規(guī)律將感知到的信息轉換成電信號或其他所需信息輸出。以上這些設備的應用均具有實現(xiàn)高速、高精度的零件加工和裝配功能。

  在智能化機械加工企業(yè)QMS審核中，對數(shù)控加工機床的審核，首先可結合現(xiàn)場的機械零件加工，審核加工零件的編程控制，包括編程軟件的應用；加工路徑優(yōu)化；加工參數(shù)、刀具補償及補償參數(shù)的準確性；考慮各軸的配合關系和各軸偏移以及實際加工前使用仿真軟件的程序驗證等，其次，可結合現(xiàn)場的加工零件關注五軸加工中心等利用UG和Vericut軟件機床系統(tǒng)建模的仿真優(yōu)化加工。構建虛擬加工平臺進行加工過程仿真優(yōu)化以及現(xiàn)場的數(shù)控加工和驗證、提高應用水平和應用質量的效果，再其次可追溯一下五軸加工中心加工的精度檢測，包括幾何精度、定位精度和自動補償以及兩軸聯(lián)動工作精度等機床動態(tài)精度，還有所用的激光干涉儀、球態(tài)儀等儀器的檢定。

機器人是智能制造的主要支撐設施，對工業(yè)機器人的審核要區(qū)分機器人的應用狀態(tài)（分為示教、運行和維修三大狀態(tài)），除了了解常規(guī)的示教活動外，其中主要關注運行狀態(tài)中機器人的自動化集成效果，實現(xiàn)生產過程的自動智能化，它是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的重要組成部分。

審核機器人自動化集成的質量控制，一是關注機器人運行中的穩(wěn)定性和精度，其安裝調試階段是否能確保各項參數(shù)和功能正常，并進行了合理校準和調整；二是關注是否采取措施優(yōu)化了機器人的編程和控制系統(tǒng)，如在編程中是否考慮了機器人的運動軌跡、速度和力量等參數(shù)，力求機器人動作準確等優(yōu)化措施；三是機器人自動化集成中要實施質量控制和優(yōu)化策略的軟硬件結合（如硬件方面，選擇適合的感知設備和傳感器，軟件方面開發(fā)應用了優(yōu)化機器人控制系統(tǒng)和智能算法，重點是關注它的質量效果）。

其他如對自動化機械加工生產線上應用的傳感器，審核中也應關注其穩(wěn)定性、線性度、抗干擾性、零漂和重復性、再現(xiàn)性等功能要求的實現(xiàn)與維護等，這里不再詳述。

2、智能化機械加工過程的審核

    機械加工過程仿真與智能優(yōu)化主要包括機床系統(tǒng)建模、切削過程仿真、加工過程優(yōu)化和加工質量預測幾個方面，首先檢查智能化機械加工過程工藝管理，通過企業(yè)的PDM管理系統(tǒng)（產品數(shù)據管理）關注生產過程工藝卡的三維工藝設計、工藝更改等證據，通過PDM平臺上PBOM工藝結構樹檢查所進行的零件工藝設計、工藝數(shù)據管理和發(fā)布的工藝文件，傳遞到MES（公司生產信息管理系統(tǒng)），進而傳遞到車間執(zhí)行層的管理平臺（工藝管理、品質管理），審核員可現(xiàn)場查看工藝設計、工藝參數(shù)受控、工藝更改等信息證據。

   其次，審核進行檢查現(xiàn)場智能加工過程的質量控制，例如審核員可現(xiàn)場抽查智能加工生產線上的五軸數(shù)控加工中心，查驗其基于UG和Vericut軟件的五軸加工設計仿真優(yōu)化工作和產品的加工，審核可首先關注構建的五軸數(shù)控加工仿真平臺、建立機床模型、設置機床系統(tǒng)參數(shù)、配置機床控制系統(tǒng)和優(yōu)化刀具庫等實現(xiàn)仿真加工過程以及進行NC程序優(yōu)化，目的是提高數(shù)控程序的準確率，檢查解決實體加工是否存在欠切、過切等工藝問題。審核還應關注仿真采用的算法模型是否與實體場景相匹配，虛擬過程的輸出是否正確適合？進行了哪些仿真優(yōu)化？是否有相應的風險分析和控制措施；在上述分析優(yōu)化結果后進行現(xiàn)場的實體加工。審核還應關注通過實驗設計分析優(yōu)化等手段確定各加工參數(shù)的最優(yōu)取值的加工過程，是否取得實效。

3、智能裝配過程的審核

   智能裝配生產線的信息化建設通過MES、整合物聯(lián)網系統(tǒng)、PDM等形成橫向信息集成，實現(xiàn)智能化生產線；智能裝配生產線的硬件主要由裝配機器人、智能傳感器、柔性工裝和智能裝配裝備等組成。

審核智能裝配生產線，首先應了解裝配生產線的總體布局，了解生產線和信息化的集成，例如信息化建設和設備、物料管理和調度、智能裝配設備、產品和裝配物料的操作定位以及與信息系統(tǒng)（MES、ERP等）的集成等。

保證裝配過程中的精確定位是裝配過程的關鍵技術，也是保證產品裝配質量和裝配效率的重要因素，審核中應予以重點關注，它包括了裝配物料的操作定位、裝配工夾具的定位和裝配機器人的操作定位等關鍵定位過程控制?，F(xiàn)以裝配機器人精確定位，保證精度為例，審核中應了解關注機器人機械系統(tǒng)的靜態(tài)運動精度、機電系統(tǒng)高頻響應特性和外部跟蹤信號的動態(tài)特性的質量控制，以及過程風險的識別和控制等。

如果裝配過程不是離線編程，而是將機器人的控制器與圖形仿真系統(tǒng)聯(lián)結（實施了基于數(shù)字技術和智能技術的裝配工藝設計），即可以離線對機器人裝配作業(yè)進行動畫仿真，仿真驗證裝配工藝程序的正確性，為機器人編程創(chuàng)造直觀視覺結果，審核可關注采用的算法模型是否和實際場景適配，是否有相應的風險控制等。

另外，在智能裝配生產線的硬件中建議還要關注智能裝配裝備的運作，它是一種新型的應用硬件設備，目前在若干行業(yè)已經應用。它的功能是可根據現(xiàn)場目標特征，可自動確定目標的外形特征和準確位置，進一步利用其自動執(zhí)行裝置完成裝配生產任務，對裝配質量實施有效控制，提升裝配質量的穩(wěn)定性、可靠性和生產效率，審核中對智能裝配裝備的質量保證功能的實現(xiàn)應予以檢查關注，必要時關注專用智能裝配工藝裝備的設計制造技術的實際運用方面的情況。

4、自動化生產線產品質量在線檢測裝置的審核

   自動化生產線產品質量檢驗的審核，應關注、檢查自動化生產線上產品質量在線檢測裝置的應用和校準。應用3D檢測系統(tǒng)的自動化在線檢測是由過去的單一檢測設備轉變?yōu)榧筛鞣N功能的自動化在線檢測，它由3D數(shù)字化檢測軟件和三相掃描儀等組成，它在使用中具有整體偏差、截面偏差和總偏差三種分析方式，具有在線批量掃描檢測能力。另外，審核還應關注一些大尺寸零件的幾何尺寸的在線測量，如航空航天、船舶制造、風電生產等行業(yè)采用的機器視覺，幾何測量方法的在線測量系統(tǒng)的現(xiàn)場應用。這些在線檢測裝置的檢定校準一般是由生產廠定期進行校準，審核中予以關注。