透明化工厂的先进理念在企业的应用实践

作者：上海大众动力总成有限公司 朱正德

欢迎访问e展厅 展厅 3 输送设备/机器人展厅 输送机, 螺旋输送机, 管链输送机, 输送带, 斗式提升机, ... “透明化工厂”是德国大众汽车公司近年提出的一种先进理念，其本质是借助正确、合理的途径，通过提升企业的信息化水平，以进一步完善企业的运行管理状态。虽然多年来类似统计过程控制(SPC）的智能化、信息化方法已较成熟，且在汽车行业已得到较多应用，但为了应对当代企业生产模式的演变，就必须对传统的SPC予以细化和拓展。文章阐述了相应的新需求、新变化产生的原由和解决的途径，并以一个有代表性的制造质量信息分析系统为例，介绍了当代网络化过程监控的特点、组成和功能。 过程监控系统面临生产模式转变形成的新需求 随着汽车消费市场对产品影响的不断扩大和产品必须最大程度地满足用户日趋个性化的需求，导致了现今汽车行业、包括动力总成在内的诸多企业生产模式的趋向性变化，主要体现在以下几方面： * 在生产线的规划、布置和设备的选型上，越来越多地体现了顺应了多品种、柔性化的生产需求； * 执行“绿色制造”的自觉性大大提高，如注重采用微量润滑切削等更加节能和环保的工艺措施； * 在线检测出现了配置在工序间检具智能化、简约化和柔性化的趋势； * 为适应生产模式的演变对制造质量监控的新需求，企业更关注完善、提升生产过程信息化水平。 生产过程信息化是企业信息化的重要组成，而且相对而言，统计过程控制(SPC），作为其中的重要组成部分，又是在以发动机厂为代表的现代企业中最为常用、也是较成熟的一种实时控制方法。但事实表明，面对制造工艺的变化趋势，传统SPC模式已难以满足对制造质量监控的需求了。为此就必须提升已长期沿用的这种方法的功能。以曲轴线为例，多年以来，其中的轴颈磨削工序主要由专用的多砂轮切入式磨床组成，基本组合包括用于主轴颈和用于连杆轴颈（分别加工1、4档和2、3档）的设备各一台。但自本世纪初起，具有砂轮随动、跟踪功能的CNC磨床逐渐占据了曲轴轴颈磨加工的主导地位，可方便地应用于不同类型工件的加工，即具有很好的柔性，而由于采取了一次装夹即能完成全部主轴颈、连杆颈的磨削，还改善了精度。相应地，其生产线的工艺方案和平面布置则选择了能够扩充产能的鱼骨形，如在近年刚建成的曲轴二线中的磨削工序区域里，最多就留有8台相同机床的空间（实际配备了6台）。类似的情况也体现在箱体类零件的加工，如缸盖就经历了由组合机床\专机、加工中心组成的混合线向全部由加工中心组成的柔性线的过渡，在平面布置上也由传统的直线型“串行”转变为鱼骨型“并行”（图1b）。图2红圈内是同样的一道以铣、镗为主的工序，类似于曲轴一线，较早的缸盖一线（见图1a）由顺序排列的3台机床组成，而新建成二线则包含了相同的7台双轴加工中心（留有了8台的空间）。相比之下，新线的生产能力从之前只能加工相近的三种型号扩大到了差异很大的八个品种，并在拥有更好柔性的同时，还易于根据需要扩展已有的生产能力。 过程实时监控系统此时面临的问题是：分别由以上两相应工序流出，经抽样后送到生产线旁检具进行测量的任何一个工件都可能存在着18种和14种不同的加工状态。显然，如果在线检具不加区分“一如既往”般地进行测量，并按传统做法对所有实测值一併做数据处理，那就失去意义了。此时，若要真正达到对过程是否处于稳定的受控状态进行分析、判断，就必须把抽样、测量细化到上述10多种工况中的具体一种，只有在识别了确切的某一工况后进行有针对性的数据处理才有意义。为此，就必须事先通过对那些相关的、提供质量信息的检测设备进行统一的数据格式的设置，从而使得那些用于评价的质量数据中，除了测量值外还包括工件批次号、机床、动力头（夹具）、检具及生产线等信息。当然，根据不同的具体情况所设置的内容会有差别，但数据格式的模式是相同的，然后就会得到如图2那样的反映某道工序过程运行状况的分析图。不同于传统的SPC，此图含有多条曲线，每条对应一种具体情况，如一台机床甚至更细化到其某个动力头，或零件的某个部位等。 系统经细化后，对于原来无法确切、有针对性记录的一些异常现象也将能清晰地识别，并可根据分析、判断的结果及时采取相应措施，如上述那个缸盖的镗、铣工序，若在镗刀加工气门导管孔时出现了刀具磨损，事实上也只有具体到某台机床的某个动力头，才能实施有针对性的处理（见图3），而若不采用数据格式设置的方式，就无法有效地、及时地进行调整。 在线检测简约化与柔性化趋势进一步提升、拓展了制造质量信息分析系统的功能和水平 现今，不少主流汽车发动机企业工序间的在线检具出现了简约化和柔性化趋势，这主要是由企业生产模式的多元化、及制造技术及相应工艺装备性能的提高所决定的。有鉴于此，配置于现场在线检具的数量逐渐减少，抽检频次也不断降低。并且，因多数形位公差类参数已渐渐转向现场坐标测量机或生产测量室检测，从而导致由专用检具承担的被检参数数量的减少，其结构也趋于简化。如二条曲轴生产线磨削工序所配置检具的情况对比就充分说明了这点。按既定检测工艺，在前者红圈内的3台磨床旁，各配有一台相似的专用检具，均利用回转测量方式，不但能测尺寸参数，还能检圆度、凸度、锥度、跳动等形位公差，属半自动动态多参数综合检具。而新线则采用了完全不同的检测工艺，在轴颈磨削工序结束后，仅仅配置了一台为所有磨床服务、由多个手持式单参数检具组成的检测台，而且被测对象只是各档主轴颈和连杆颈的尺寸参数，不但测量截面从原来的三个变成了一个，工作方式也由动态改为静态，至于所有相关的形位公差类参数都由车间测量室的高精度轴类检测仪完成。同样的情况在图1所示的箱体类零件、乃至连杆生产线也有反映。当然，无论哪类在线检具都已实现了智能化，即配备的数据处理系统具有进行各种统计分析的完善功能。众所周知，实施统计过程控制（SPC）的基础和出发点是抽样和统计分析，因此以下二种情况一般被排除在外： 那些采取100%检测的工作单元，如那些设置在重要零件生产线末端的最终测量设备； 诸如各种测量室、实验室那类相对独立的检测机构，其产生的数据均不纳入采集、分析的范畴。 显然，按这样的采样和数据处理原则，由上述方式配置的在线检具所采集的数据是很不充分的，完全不足以反映生产过程的运行状态，更不可能进行有效的监控。此外，近年来随着汽车召回制度在国内的实行，企业对产品质量的跟踪和追溯越来越重视，并采取了不少有针对性的措施，给关键零件打二维码即是其中之一，其中包含了批次、型号、毛胚厂、模具号等诸多信息。而在大众汽车系统等很多企业，由于打码一般都置于工件的终检工位之后，因此在二维码中还将包含一些经由终检获得的信息，如在曲轴上所打的二维码中就含有了所获知的轴颈分组结果，何况终检设备可提供工件在某种状态下完整的测量数据，不但对零件自身的评价必不可少，在企业用于对产品质量的跟踪和追溯时也十分有价值。 “上海大众动力总成”参照德国大众“透明化工厂”的理念，于2012年在新建成的二期项目实施了制造质量数据联网试点，它以经过完善和细化的过程监控（SPC）系统为基础，再予以进一步的拓展和不断优化，形成了富有特色的产品制造质量信息的数据网络。作为一个代表性案例，该系统覆盖了若干条生产线和一个生产测量室，包含了多种类型的现场质量信息（见图4）： 1）位于生产线末端进行100%测量的终检； 2）位于车间测量室里的高精度检测仪器； 3）其它来自工序间在线检具，图中未显示。 从图可见，所有输出的制造质量信息乃是通过数据上传软件经服务器进入数据库。 通过预先设定的时间频次，q-das软件将会自动将各个检测工位的测量数据上传到中央数据库。质量工程师们无需去现场观测，而是可 图4 经拓展后的制造质量信息数据分析系统示意以坐在办公室内通过网络调用中央质量数据库的数据，来进行即时的数据分析和处理。 即时监控及面向全厂的自动报告系统 由于所建立的系统采用了（德）Q_DAS公司qs-STAT统计分析软件的企业版，因此除了把服务器安放在位于车间的生产测量室，将其作为运行和监控中心外，还在企业内那些相关的职能部门、专业人员处设置了监控终端。利用前面介绍的具备了经细化、可识别的数据处理分析系统后，就使各部门的专业人员，包括其上一级车间、质保部的负责人，乃至厂领导，都可方便地按自身需求对生产过程的各个环节进行观察、监控，并在必要的时候及时做出处理。大致步骤为：上述相关专业人员藉助qs-STAT软件，利用质量数据库，通过采取比较、过滤等方式，对从生产线乃至装配线所获得的质量及工艺信息进行数据处理后，即能实现对过程的全面监测、评价，并寻找各个工序中的问题点。至于倒底是以何种方式来完成这个过程则要根据具体情况。一般情况下，由生产线和质保等现场人员负责日常监控，采用的是有针对性的即时监测。除了由现场操作工通过检测台上的控制箱随时观测外，还可通过设置在现场的系统终端有选择性地进行监测。至于利用M-QIS自动报告系统，通过电子文档发给企业相关部门职能人员的日报、周报和月报等三种定制报告，根据实际需求可设计或表达成多种形式。 全线实施零件数据载体、即电子芯片技术 客观地说，如果要实现真正意义上的对产品的精确追溯，企业还得“软硬兼施”。在建成了上述拓展了功能的制造质量信息分析网络系统的基础上，今已在部分主流企业实施的全（生产）线零件数据载体、即电子芯片技术，大大地提升了企业生产过程的信息化水平，代表了一个方向。实施零件数据载体技术时，第一步是在每条生产线的（起始）上料工位给每个流转的零件加装一个电子芯片。电子芯片类似一个螺拴，操作工利用扭矩板手将其固定在工件的某个确定位置，从图4可见，它被装在缸体一侧下方。凡实施这项技术的生产线，在每道工序的各个环节都设置了读数头，当工件进到其中之一、如加工中心的某个位置时，该机床的编号、乃至哪个动力头等相关信息就均贮存在电子芯片中了。而除了与加工过程有关的信息外，被抽检零件在各个检测工位的测量信息，包括对所有通过工件进行100%检测的密封测试设备产生的泄漏检测结果都能存储在芯片内。当零件完成全部加工，抵达终点时，芯片内的信息会写入一专用的生产线数据管理器，之后芯片内容被清空，操作人员将把电子芯片重复利用于生产线起始工位。有了前面所介绍的关键零件上的二维码，借助这一零件数据载体技术，就能实现真正意义上的精确追溯了。(end)

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