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試談審核機(jī)械加工智能化生產(chǎn)的幾個(gè)問題

北京世標(biāo)認(rèn)證中心有限公司南京分公司    顧振國

智能制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，機(jī)械加工智能化是當(dāng)前制造業(yè)智能化的主要方面之一，隨著我國科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)化、信息化、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能技術(shù)等在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用發(fā)展不斷壯大，在提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和可持續(xù)發(fā)展方面取得了優(yōu)異成績(jī)。對(duì)此，機(jī)械行業(yè)的質(zhì)量管理體系（以下簡(jiǎn)稱QMS）也迎來了新任務(wù)、新要求，本文以機(jī)械加工企業(yè)為例，對(duì)其智能化生產(chǎn)過程的QMS審核方面的幾個(gè)問題作一探討，請(qǐng)審核界批評(píng)指正。

1、智能化加工設(shè)備的審核

   機(jī)械行業(yè)柔性制造單元的智能化機(jī)械加工設(shè)備主要包括數(shù)控加工機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、傳感器和自動(dòng)化控制系統(tǒng)等。其中數(shù)控加工機(jī)床（如五軸加工中心、四軸加工中心等）具有數(shù)據(jù)采集功能、監(jiān)控功能、分析功能和自適應(yīng)柔性功能等；機(jī)器人如搬運(yùn)機(jī)器人、人機(jī)協(xié)作機(jī)器人等，能從事精度和重復(fù)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(cè)裝置，能感受被測(cè)量信息，按規(guī)律將感知到的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或其他所需信息輸出。以上這些設(shè)備的應(yīng)用均具有實(shí)現(xiàn)高速、高精度的零件加工和裝配功能。

  在智能化機(jī)械加工企業(yè)QMS審核中，對(duì)數(shù)控加工機(jī)床的審核，首先可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械零件加工，審核加工零件的編程控制，包括編程軟件的應(yīng)用；加工路徑優(yōu)化；加工參數(shù)、刀具補(bǔ)償及補(bǔ)償參數(shù)的準(zhǔn)確性；考慮各軸的配合關(guān)系和各軸偏移以及實(shí)際加工前使用仿真軟件的程序驗(yàn)證等，其次，可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的加工零件關(guān)注五軸加工中心等利用UG和Vericut軟件機(jī)床系統(tǒng)建模的仿真優(yōu)化加工。構(gòu)建虛擬加工平臺(tái)進(jìn)行加工過程仿真優(yōu)化以及現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)控加工和驗(yàn)證、提高應(yīng)用水平和應(yīng)用質(zhì)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(cè)，包括幾何精度、定位精度和自動(dòng)補(bǔ)償以及兩軸聯(lián)動(dòng)工作精度等機(jī)床動(dòng)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(jī)器人是智能制造的主要支撐設(shè)施，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的審核要區(qū)分機(jī)器人的應(yīng)用狀態(tài)（分為示教、運(yùn)行和維修三大狀態(tài)），除了了解常規(guī)的示教活動(dòng)外，其中主要關(guān)注運(yùn)行狀態(tài)中機(jī)器人的自動(dòng)化集成效果，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)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(jī)器人自動(dòng)化集成的質(zhì)量控制，一是關(guān)注機(jī)器人運(yùn)行中的穩(wěn)定性和精度，其安裝調(diào)試階段是否能確保各項(xiàng)參數(shù)和功能正常，并進(jìn)行了合理校準(zhǔn)和調(diào)整；二是關(guān)注是否采取措施優(yōu)化了機(jī)器人的編程和控制系統(tǒng)，如在編程中是否考慮了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度和力量等參數(shù)，力求機(jī)器人動(dòng)作準(zhǔn)確等優(yōu)化措施；三是機(jī)器人自動(dòng)化集成中要實(shí)施質(zhì)量控制和優(yōu)化策略的軟硬件結(jié)合（如硬件方面，選擇適合的感知設(shè)備和傳感器，軟件方面開發(fā)應(yīng)用了優(yōu)化機(jī)器人控制系統(tǒng)和智能算法，重點(diǎn)是關(guān)注它的質(zhì)量效果）。

其他如對(duì)自動(dòng)化機(jī)械加工生產(chǎn)線上應(yīng)用的傳感器，審核中也應(yīng)關(guān)注其穩(wěn)定性、線性度、抗干擾性、零漂和重復(fù)性、再現(xiàn)性等功能要求的實(shí)現(xiàn)與維護(hù)等，這里不再詳述。

2、智能化機(jī)械加工過程的審核

    機(jī)械加工過程仿真與智能優(yōu)化主要包括機(jī)床系統(tǒng)建模、切削過程仿真、加工過程優(yōu)化和加工質(zhì)量預(yù)測(cè)幾個(gè)方面，首先檢查智能化機(jī)械加工過程工藝管理，通過企業(yè)的PDM管理系統(tǒng)（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）關(guān)注生產(chǎn)過程工藝卡的三維工藝設(shè)計(jì)、工藝更改等證據(jù)，通過PDM平臺(tái)上PBOM工藝結(jié)構(gòu)樹檢查所進(jìn)行的零件工藝設(shè)計(jì)、工藝數(shù)據(jù)管理和發(fā)布的工藝文件，傳遞到MES（公司生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)），進(jìn)而傳遞到車間執(zhí)行層的管理平臺(tái)（工藝管理、品質(zhì)管理），審核員可現(xiàn)場(chǎng)查看工藝設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)受控、工藝更改等信息證據(jù)。

   其次，審核進(jìn)行檢查現(xiàn)場(chǎng)智能加工過程的質(zhì)量控制，例如審核員可現(xiàn)場(chǎng)抽查智能加工生產(chǎn)線上的五軸數(shù)控加工中心，查驗(yàn)其基于UG和Vericut軟件的五軸加工設(shè)計(jì)仿真優(yōu)化工作和產(chǎn)品的加工，審核可首先關(guān)注構(gòu)建的五軸數(shù)控加工仿真平臺(tái)、建立機(jī)床模型、設(shè)置機(jī)床系統(tǒng)參數(shù)、配置機(jī)床控制系統(tǒng)和優(yōu)化刀具庫等實(shí)現(xiàn)仿真加工過程以及進(jìn)行NC程序優(yōu)化，目的是提高數(shù)控程序的準(zhǔn)確率，檢查解決實(shí)體加工是否存在欠切、過切等工藝問題。審核還應(yīng)關(guān)注仿真采用的算法模型是否與實(shí)體場(chǎng)景相匹配，虛擬過程的輸出是否正確適合？進(jìn)行了哪些仿真優(yōu)化？是否有相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)分析和控制措施；在上述分析優(yōu)化結(jié)果后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)體加工。審核還應(yīng)關(guān)注通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(shí)效。

3、智能裝配過程的審核

   智能裝配生產(chǎn)線的信息化建設(shè)通過MES、整合物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、PDM等形成橫向信息集成，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)線；智能裝配生產(chǎn)線的硬件主要由裝配機(jī)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(chǎn)線，首先應(yīng)了解裝配生產(chǎn)線的總體布局，了解生產(chǎn)線和信息化的集成，例如信息化建設(shè)和設(shè)備、物料管理和調(diào)度、智能裝配設(shè)備、產(chǎn)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(guān)鍵技術(shù)，也是保證產(chǎn)品裝配質(zhì)量和裝配效率的重要因素，審核中應(yīng)予以重點(diǎn)關(guān)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(jī)器人的操作定位等關(guān)鍵定位過程控制?，F(xiàn)以裝配機(jī)器人精確定位，保證精度為例，審核中應(yīng)了解關(guān)注機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的靜態(tài)運(yùn)動(dòng)精度、機(jī)電系統(tǒng)高頻響應(yīng)特性和外部跟蹤信號(hào)的動(dòng)態(tài)特性的質(zhì)量控制，以及過程風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別和控制等。

如果裝配過程不是離線編程，而是將機(jī)器人的控制器與圖形仿真系統(tǒng)聯(lián)結(jié)（實(shí)施了基于數(shù)字技術(shù)和智能技術(shù)的裝配工藝設(shè)計(jì)），即可以離線對(duì)機(jī)器人裝配作業(yè)進(jìn)行動(dòng)畫仿真，仿真驗(yàn)證裝配工藝程序的正確性，為機(jī)器人編程創(chuàng)造直觀視覺結(jié)果，審核可關(guān)注采用的算法模型是否和實(shí)際場(chǎng)景適配，是否有相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制等。

另外，在智能裝配生產(chǎn)線的硬件中建議還要關(guān)注智能裝配裝備的運(yùn)作，它是一種新型的應(yīng)用硬件設(shè)備，目前在若干行業(yè)已經(jīng)應(yīng)用。它的功能是可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)目標(biāo)特征，可自動(dòng)確定目標(biāo)的外形特征和準(zhǔn)確位置，進(jìn)一步利用其自動(dòng)執(zhí)行裝置完成裝配生產(chǎn)任務(wù)，對(duì)裝配質(zhì)量實(shí)施有效控制，提升裝配質(zhì)量的穩(wěn)定性、可靠性和生產(chǎn)效率，審核中對(duì)智能裝配裝備的質(zhì)量保證功能的實(shí)現(xiàn)應(yīng)予以檢查關(guān)注，必要時(shí)關(guān)注專用智能裝配工藝裝備的設(shè)計(jì)制造技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用方面的情況。

4、自動(dòng)化生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量在線檢測(cè)裝置的審核

   自動(dòng)化生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)的審核，應(yīng)關(guān)注、檢查自動(dòng)化生產(chǎn)線上產(chǎn)品質(zhì)量在線檢測(cè)裝置的應(yīng)用和校準(zhǔn)。應(yīng)用3D檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化在線檢測(cè)是由過去的單一檢測(cè)設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)榧筛鞣N功能的自動(dòng)化在線檢測(cè)，它由3D數(shù)字化檢測(cè)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(cè)能力。另外，審核還應(yīng)關(guān)注一些大尺寸零件的幾何尺寸的在線測(cè)量，如航空航天、船舶制造、風(fēng)電生產(chǎn)等行業(yè)采用的機(jī)器視覺，幾何測(cè)量方法的在線測(cè)量系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。這些在線檢測(cè)裝置的檢定校準(zhǔn)一般是由生產(chǎn)廠定期進(jìn)行校準(zhǔn)，審核中予以關(guān)注。