提高零部件的制造過程質(zhì)量是汽車企業(yè)的固本之舉
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——第十六屆全國汽車檢測技術(shù)年會掃描
2012年3月2－3日，第十六屆全國汽車檢測年會在南京召開，來自全國汽車制造業(yè)的眾多整車廠、總成廠和零部件廠，以及儀器設(shè)備供貨廠商、大專院校和科研院所的200余名代表出席了本次年會，與會人數(shù)創(chuàng)歷屆之最。從在會上交流的近40篇論文和技術(shù)報告來看，雖然涉及諸多領(lǐng)域，但一個顯著的特點是，多數(shù)論文和報告都不約而同地緊扣一個主題：全方位提高產(chǎn)品的制造過程質(zhì)量乃是汽車企業(yè)的固本之舉。如今，具備為市場提供廣受歡迎、具有競爭力的產(chǎn)品的能力已成為企業(yè)的首要任務(wù)。而高品質(zhì)的產(chǎn)品既離不開由研發(fā)和設(shè)計所決定的自身“素質(zhì)”，更取決于構(gòu)成產(chǎn)品的零部件的形成過程。正如現(xiàn)代質(zhì)量理念所表述的：產(chǎn)品質(zhì)量是設(shè)計和制造出來的，而不是檢驗出來的。
信息化生產(chǎn)和數(shù)字化制造的應(yīng)用水平顯著提高
在本屆年會上，知名統(tǒng)計分析軟件開發(fā)商Q-DAS公司（德國）和南汽名爵發(fā)動機廠分別介紹了兩家企業(yè)通過密切配合，在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)環(huán)境下實現(xiàn)SPC（統(tǒng)計過程控制）運行的成功經(jīng)驗。該項目由于目標(biāo)明確，加上組織得當(dāng)，在經(jīng)過一年多努力后，最終取得了很好的效果。MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）的推廣應(yīng)用（尤其是在汽車制造業(yè)）很大程度上是由傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式逐漸向中小批量混線生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變所促成的。在國外，MES已獲得日益廣泛的應(yīng)用。近年來，國內(nèi)也有越來越多的企業(yè)開始推行這一系統(tǒng)，并取得了良好效果。上海交大和上汽采埃孚轉(zhuǎn)向系統(tǒng)公司在會上介紹了MES在轉(zhuǎn)向器裝配線上的應(yīng)用，這是國內(nèi)汽車行業(yè)應(yīng)用這種先進管理系統(tǒng)的一個成功案例，也是校企合作的一個范例。MES是一種介于企業(yè)上層計劃管理與底層工業(yè)控制之間、面向車間的信息管理系統(tǒng)，通過貫徹始終的數(shù)據(jù)（生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)、集成原料和產(chǎn)品的存儲數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)信息等）采集，并將它們進行合并、匯總、規(guī)范、比較、分析等綜合處理，一方面為生產(chǎn)計劃提供了依據(jù)，另一方面也能為ERP（企業(yè)資源規(guī)劃）提供及時、可靠、準(zhǔn)確的生產(chǎn)經(jīng)營決策參考信息。
神龍汽車公司在會上介紹了數(shù)字化工廠技術(shù)在整車生產(chǎn)企業(yè)的應(yīng)用實踐。該技術(shù)通過生產(chǎn)過程仿真，模擬產(chǎn)品的制造、裝配、質(zhì)量控制和檢測等各個階段的功能，降低了從產(chǎn)品設(shè)計到產(chǎn)品制造轉(zhuǎn)化過程中的不確定性，可在數(shù)字空間中提前解決實際生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問題，進而利用計算機技術(shù)優(yōu)化實際生產(chǎn)過程以及整個生產(chǎn)系統(tǒng)的性能。例如，在工藝驗證領(lǐng)域，該技術(shù)包括對人機工程、機器人、3D設(shè)備/工裝/夾具、生產(chǎn)線等資源進行定義，并將其加入“數(shù)字化工廠”工程模塊中，構(gòu)建虛擬的生產(chǎn)環(huán)境，對工廠作業(yè)流程進行仿真，并進行相關(guān)分析。以其中的白車身（焊裝）為例，該技術(shù)可生成、管理和優(yōu)化整個工藝流程，提供焊點自動分配、焊槍自動選擇、機器人可達性分析、機器人離線編程、生成無干涉焊接路線等，還能提供完整的白車身制造工程的規(guī)劃、設(shè)計、管理、項目跟蹤的團隊協(xié)同制造環(huán)境，增強主機廠與生產(chǎn)線供應(yīng)商的協(xié)作，保證信息及時更新、交流和共享。
光學(xué)量儀逐漸進入多個制造領(lǐng)域的主流在線檢具行列
目前，汽車制造業(yè)正面臨多品種混線生產(chǎn)的現(xiàn)實。在這種情況下，光學(xué)測量儀器的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)。本屆年會上，德國Hommel公司和意大利Marposs公司在專題報告中分別介紹了各自的代表性產(chǎn)品。其光學(xué)量儀的工作原理具有相似之處（均為紅外光源與光學(xué)CCD成像技術(shù)相結(jié)合），但又各具特色。
作為國內(nèi)很有影響力的一家高科技量儀生產(chǎn)企業(yè)，天準(zhǔn)公司在非接觸影像測量領(lǐng)域卓有成效的研發(fā)工作給與會代表留下了深刻印象。他們在本次年會上介紹的高精度[可達（2.0+L /200）μm]、高穩(wěn)定性的影像測量儀在檢測一些批量大、精度高、形狀較復(fù)雜的小型零件時體現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。天準(zhǔn)公司代表在會上介紹的小模數(shù)齒輪、發(fā)動機氣門等檢測案例都很有特色。
香港力豐公司在會上介紹了來自芬蘭Mapvision公司的汽車焊接件在線自動檢測系統(tǒng)。這是一種近幾年才出現(xiàn)，但已在國外不少主流汽車廠獲得應(yīng)用，并顯示出鮮明特色的新穎技術(shù)，它將攝像測量、機器視覺、三維數(shù)模等技術(shù)完美地結(jié)合在一起，實現(xiàn)了對復(fù)雜焊接件的高效率、高精度現(xiàn)場檢測。在所介紹的一個檢測實例中，測量工作區(qū)內(nèi)圍繞被測工件設(shè)置了大約30臺攝影機，用于采集被測點的圖像，在工件被移出后，即可據(jù)此計算出檢測結(jié)果。該實例顯示出，被測工件從生產(chǎn)線上流入檢測工位，直至測量完畢生成報告的整個過程均實現(xiàn)了全自動化，檢測效率很高，一般在幾十秒鐘內(nèi)即可完成對一個復(fù)雜工件的整個檢測過程，并得出其合格與否的結(jié)論。因此，利用該技術(shù)可實現(xiàn)對工件的100%全檢。
挪威Metronor公司和加拿大Creaform公司以前都曾在汽車檢測年會上宣講過其研制的先進檢測技術(shù)和產(chǎn)品，且每次都能給與會代表帶來新的驚喜，本次年會也不例外。Metronor公司介紹了集大尺寸測量與掃描于一身的NaviScan測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)由Duo（雙相機）光筆測量儀、StereoScan白光掃描頭及其定位裝置NaviTarget組成。其工作原理為：由Duo光筆測量儀的相機對NaviScan上多個LED光靶的空間坐標(biāo)進行測量，完成對掃描頭的跟蹤定位。通過相機的多次拍照，可獲得一個“掃描塊”，然后通過對光筆測量儀的定位，將多個“掃描塊”無縫“縫合”起來，統(tǒng)一在相機坐標(biāo)系下，實現(xiàn)精確的掃描測量。該系統(tǒng)不僅可用于各種零部件的掃描測量，而且還能方便地用于整車檢測。
以開發(fā)手持式激光檢測儀器著稱的Creaform公司在會上介紹了新推出的Handyscan 3D手持式激光掃描檢測儀。與已獲得廣泛應(yīng)用的成熟產(chǎn)品“手持式光筆（Handy Probe）”相比，Handyscan 3D具有更多優(yōu)越性。該檢測儀通過內(nèi)置的AICON影像測量定位，實現(xiàn)了高精度的動態(tài)測量。它對工件沒有特別的裝夾要求，很適合對其進行正反兩面的掃描測量，且無需對正反兩面的點進行人工拼接。它采用兩個或三個高分辨率CCD系統(tǒng)和一個十字交叉激光束發(fā)射器，掃描速度快且清晰度高，景深可達30cm，操作十分方便。
此外，日本尼康公司介紹的用工業(yè)CT對鑄件制造過程中的缺陷進行實時探測、奧地利Alicona公司介紹的根據(jù)自動變焦三維形貌測量技術(shù)研制的三維形貌測量儀在激光造型新工藝中的應(yīng)用、中國無錫邁日公司和意大利Marposs公司各自介紹的具有很強互換性的模塊化檢測裝置、日本Olympus公司介紹的光學(xué)數(shù)碼顯微鏡在精密小型零件檢測中的應(yīng)用等內(nèi)容都引起了與會代表的極大興趣。
智能化、通用化和柔性化已成為企業(yè)檢測工藝規(guī)劃的發(fā)展方向
在本次年會的大會和分組會上，大眾動力總成（上海）公司、神龍汽車（襄樊基地）等主流企業(yè)都分別在所做的主題報告中闡釋了一個重要主題：現(xiàn)代汽車制造業(yè)已逐漸將智能化、通用化和柔性化作為企業(yè)檢測工藝規(guī)劃的一個發(fā)展方向。如前所述，在線檢測的智能化實際上已成為企業(yè)信息化的重要一環(huán)。另一方面，企業(yè)為了應(yīng)對市場和社會的快速發(fā)展和不斷變化，就必須更多采用多品種混線生產(chǎn)方式，這就要求不斷提高生產(chǎn)線的柔性化程度，而在線檢測作為制造工藝的組成部分，走通用化、柔性化的道路也是一種必然趨勢。
顯然，將三坐標(biāo)測量機（CMM）引入生產(chǎn)現(xiàn)場是這種需求的主體。而且，雖然同樣是將CMM置于車間現(xiàn)場，但可以采用兩種不同的形式，一種是將CMM作為工位檢測儀器配備在加工設(shè)備附近；另一種是將其置于生產(chǎn)測量室中。客觀而言，單純從技術(shù)角度來講，兩者執(zhí)行的檢測任務(wù)并無太大區(qū)別，只是同為企業(yè)質(zhì)量監(jiān)控體系的重要組成部分，生產(chǎn)測量室的設(shè)立在時間上比CMM進入車間現(xiàn)場更早，主要取決于CMM技術(shù)水平的發(fā)展以及被測產(chǎn)品、加工工藝演變的需求程度。以曲軸、凸輪軸等軸類零件的檢測為例，高效率、高性能的軸類測量儀雖然也是不少主流汽車生產(chǎn)企業(yè)的一種選擇，并被配置在生產(chǎn)測量室內(nèi)，但如今的CMM不僅在硬件和軟件上已具備了相應(yīng)的檢測功能，而且通用性和經(jīng)濟性更好。同樣，在應(yīng)對缸體主軸承孔和缸孔的圓度、圓柱度和位置度檢測需求時，昂貴的大型圓度儀雖然具有很高的測量精度，但同樣存在通用性、經(jīng)濟性較差，且不具備位置度檢測功能的問題。而采用擴展了功能的CMM，則可以圓滿地解決這個問題。甚至面對缸蓋氣門座圈錐面那些涉及圓度、位置度、寬度等檢測難度很大的參數(shù)時，CMM也能利用多層掃描測量、高斯過濾等方法，相當(dāng)輕松地予以解決。
同樣作為產(chǎn)品現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)控體系的組成要素，三坐標(biāo)測量機自身的技術(shù)發(fā)展水平以及外部的產(chǎn)品、工藝需求演變，決定了其進入車間現(xiàn)場的時間晚于生產(chǎn)測量室，而且在設(shè)置形式上，也逐漸從以前置于相對隔絕的小屋（機罩）內(nèi)的封閉式演變?yōu)楦啽愕陌腴_放式，當(dāng)然，這也得益于生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境條件的改善。在國內(nèi)，如大眾動力總成（上海）公司這樣的主流企業(yè)也采用了這種半開放式設(shè)置方案。不久前剛在一條新建生產(chǎn)線旁邊配置了Global型三坐標(biāo)測量機。而在幾年前的老生產(chǎn)線旁邊，還是以一臺多參數(shù)綜合檢具為主體的檢測工位。美國法如公司在本次年會上介紹的FARO EDGE關(guān)節(jié)臂檢測裝置（也稱為便攜式坐標(biāo)測量機）重量輕、體積小、集成度高，能實現(xiàn)測量中的無縫連接，被稱為新一代智能集成式測量工具，最適合在車間現(xiàn)場對零件或工裝進行即時檢測。
功能性測試的受重視程度和技術(shù)水平顯著提高
近年來，對汽車制造過程中功能性測試的重視程度以及相應(yīng)的技術(shù)水平有了顯著提高，對提高產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)揮了很大作用。例如，蔡司公司在本次年會上介紹的新型顆粒度分析系統(tǒng)為清潔度這項質(zhì)量指標(biāo)的全方位定量評估提供了完善的解決途徑。該系統(tǒng)在技術(shù)上有諸多創(chuàng)新和突破，如：①在顯微鏡下進行濾（膜）紙殘留物測定這一傳統(tǒng)工作時，首次實現(xiàn)了通過圖像拼接來精確獲取毫米級大顆粒殘留物的清晰圖像，無需多次測量即可完成相關(guān)評估，從而解決了所有定義范圍內(nèi)顆粒度尺寸的快速、精確分析；②可完成油品污染度（清潔度）分析，即檢測油中污染雜質(zhì)顆粒的尺寸、數(shù)量及分布，檢測潤滑油中污染顆粒的數(shù)量和污染等級。這對于精密液壓系統(tǒng)、透平系統(tǒng)等的可靠運行具有重要意義；③可與蔡司電鏡進行聯(lián)動，實現(xiàn)顯微（光）鏡和電鏡原位觀察分析，即使用專業(yè)樣品夾持器和專業(yè)Axio Vision軟件，在完成光鏡觀察后，記憶光鏡的觀察區(qū)域，在電鏡下快速、準(zhǔn)確地找到同一區(qū)域，實現(xiàn)光鏡和電鏡聯(lián)動工作，對顆粒進行準(zhǔn)確的能譜定性分析。
統(tǒng)計表明，汽車零部件的失效80%是由疲勞造成的，而失效總是發(fā)生在殘余（拉）應(yīng)力最大的部位（稱為“危險部位”）。為了降低危險部位工作（拉）應(yīng)力帶來的風(fēng)險，一方面可通過噴丸、滾壓等工藝，在零件危險部位產(chǎn)生壓應(yīng)力來提高其疲勞強度；另一方面，必須具備檢測殘余應(yīng)力的能力。在本次年會上，美國愛派克公司介紹了采用X衍射原理來檢測殘余應(yīng)力的Proto殘余應(yīng)力測試儀，這是當(dāng)今世界上唯一能滿足各項相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如ASTME 915-10、EN15305-2008、SAE J784a等）的高效專業(yè)測試儀器。它選用新一代的PSSD X射線光纖基固態(tài)檢測器件，具有很高的精度、靈敏度和可靠性，探測速度也很快。由于該儀器是基于不假定剪切應(yīng)力為零的完整應(yīng)力方程，因此每一次測量后可同時顯示正應(yīng)力和剪切應(yīng)力，從而減少了探測的系統(tǒng)誤差。
Proto應(yīng)力測試儀的應(yīng)用實例：被測件是發(fā)動機中的曲軸，其危險部位是軸頸拐角處的圓角。通常采用滾壓等強化工藝來改善該部位的疲勞強度狀況。但是，鑒于在滾輪高接觸應(yīng)力的作用下，曲軸圓角處的材料會發(fā)生劇烈變化，并在工作區(qū)域附近形成復(fù)雜的殘余應(yīng)力場，為了驗證該處的實際應(yīng)力狀況，確保零件經(jīng)過滾壓強化后具有足夠的壓應(yīng)力（疲勞強度），對該區(qū)域進行應(yīng)力測試的重要性不言而喻。
