基于復雜機械產品裝配過程質量門控制方法研究

張蕾

(陜西國防工業職業技術學院 機械工程學院，西安 710302)

0 引言

復雜的機械產品整體的性能主要由設計、制造、裝配3個環節來共同保障，通過這3個環節來確保產品生產過程中的穩定性，其影響最大的為裝配環節，裝配環節能夠在實現各部件功能高精度、高穩定性的基礎上來保證產品的最優整體性能，復雜機械產品的裝配過程會受到多種因素的制約，影響裝配質量與成本，所以在產品裝配的過程中，一定要考慮好裝配過程上下游工序與質量控制之間的關系，制定嚴謹的控制方法體系對復雜機械產品裝配過程質量進行控制，降低產品的質量波動，提高其穩定性與裝配效率。

1 質量門控制體系架構

基于復雜機械產品裝配過程的分析，本文所設計的質量門控制體系主要通過運作層、數據支撐層、系統引擎層以及應用層4個部分構成[1]。實現方法,如圖1所示。

(1)運作層：質量門的運作層主要是通過數據采集平臺以及交互式的信息終端，對質量門的關鍵裝配工序接口進行開發，通過數據采集技術對實時工況進行采集與傳輸。根據裝置的數據鏈結構，將數據采集的內容由單一的質量規范拓展到裝配線的關鍵設備、操作工人和邊線物料的維度，將數據傳送到支撐層，并且從支撐層中獲得質量門的校驗規則，更好的實現質量門的控制效果，有效的降低產品再生產以及返修的成本。

(2)系統引擎層：系統的引擎層是質量門控制系統的核心層，對質量門線體以及裝配過程進行細分與建模之后，會形成具體型號產品統一的裝配BOM，能夠映射出該型號產品的零部件配套清單以及組合裝配的關系等信息，并且將這些信息當作規則引擎加載到每個質量門上，當作質量門的校驗標準。

(3)數據支撐層：系統使用關系數據庫對所采集到的數據進行長期存儲，形成系統的分布式數據存儲結構，對質量門的穩定運作起到一定的支撐作用，在數據支撐層會建立基礎數據庫、實時數據庫以及歷史數據庫，實時數據庫主要運用在混流裝配過程的信息處理。基礎數據庫主要存放上層建模所形成的配置數據。

(4)應用層：應用層對該系統封裝成一個可提供雙向數據路由的集成接口，能夠與其他信息系統進行通訊與數據共享[2]。

圖1 質量門控制體系構架

2 質量門控制體系的構建

質量門控制體系的構建主要通過3步完成：設立QG校驗標準、建立QG監控范圍、規定QG監控策略。構建主要流程,如圖2所示。

圖2 質量門控制體系構建流程

2.1 質量門控制體系構成元素

2.1.1 質量門校驗標準：主要涵蓋了裝配過程需要校驗的數據內容以及校驗數據的合格指標，質量門的校驗標準是衡量裝配質量的重要依據，裝配過程一定要嚴格符合規定，例如產品裝配要保持完整性，扭矩、轉速等要在規定的范圍之內。

2.1.2 質量門控制域：質量門控制域主要是指在產品的裝配過程中，控制體系所監控的對象，在本文中主要指關鍵質量工序控制點，在監控的過程中，能夠篩選出不合格產品，防止向下游工序流轉。

2.2 基于復雜機械產品裝配過程質量門裝配過程質量影響因素

在產品生產的過程中，質量特性在不斷波動，對質量特性產生影響的主要因素有：一、偶然因素。主要是指對產品質量特性的影響不大，但是會使質量特性發生微小變化的因素，這種影響因素是無法消除的。形成這種因素的原因有很多，包括原材料化學成分的微小變化、機床的固定振動、道具的磨損等。二、系統因素。系統因素是在產品生產過程中突然發生的異常現象，由這種因素所造成的影響會使產品的質量發生周期性的變化。例如：原材料種類的錯誤、機器設備安裝故障、人員操作不當等。這些因素所引起的質量波動被稱之為異常波動，對產品的最終生產質量會有較大影響，所以在裝配生產的過程中，一定要對這類因素進行控制，確保產品的裝配質量[3]。

3 質量門的控制參數以及校驗標準影響因素

(1)操作人員：操作人員是機械產品裝配過程的執行者與主導者，許多活動都要依賴人的操作。在所有影響質量門控制參數以及校驗標準的因素中，人是最活躍的因素，而且不確定性非常大，所以操作人員方面影響的因素是比較難控制的。產品裝配過程中的問題往往與操作員自身的質量意識、工作態度以及技術水平有直接關系，所以對操作人員的綜合素質要進行控制，不斷完善生產條件，貫徹制造質量計劃與責任心強的操作人員、配料管理人員等是密不可分的。

(2)設備：機器設備是輔助操作人員進行高效裝配的工具，專用的裝配設備會提高裝配的效率，裝配設備一定要建立在完整的管理制度之上，有效的延長設備的使用壽命與精準度，實時關注設備的運行狀態，調查機械能力，確保對裝配設備進行嚴格管理與監控。

(3)產品原料：產品原料是產品生產的必須要素，物料的配送一定要在正確的條件下，將正確的物料準確的送到正確的地點供用戶正確使用。產品裝配過程所涉及的物料較為復雜，數量繁多，在物料配送中很容易出現差錯，影響產品的裝配。所以在復雜的裝配操作之前，對物料的數量、種類等一定要嚴格把關、校驗。實時記錄零部件的裝配信息，當作質量追溯的重要依據。裝配完成之后，需要對裝配信息進行再次確認，避免本道工序的誤差流入下一道工序。

(4)工藝：制造工藝是產品制造的依據，在質量門裝配過程中發生質量異常波動多數都與生產工藝及方法有關。所以，嚴格的規范工藝生產是保證產品質量的必要條件，也是裝配過程的重要控制基礎。

(5)環境：由于機械產品裝配過程大多在復雜的車間環境中進行，所以車間溫度、濕度、粉塵、振動等相關因素都會對操作人員、機器設備等造成一定影響，間接的影響產品裝配過程中的質量特性。一般情況下，這些環境因素對設備裝配的影響并不大，可以暫不考慮，但一定要控制在一定范圍之內。

4 基于復雜機械產品裝配過程質量門控制策略分析

質量門的控制策略主要是對整個裝配資源進行全面監控，通過決策推斷機理與SPC的分析與預測，確保產品在裝配過程中“不制造、不接受、不傳遞”不合格產品，最大限度的降低后期的產品維修與返工。關于質量門的控制策略主要通過3個階段來進行分析：質量數據感知、質量數據校驗以及決策執行[4]。控制策略流程,如圖3所示。

(1)質量數據感知：當托盤到位之后，會發出信號，從而觸發QG感知。如果是上線工位，QG就會通過底層設備對Tag進行初始化，顯示出需要加工產品的產品ID、合格狀態等信息。如果是中間或下線工位，QG就會對底層設備按照質量門的校驗標準進行驅動，收集好質量門監控范圍的操作人員信息、設備信息、配件信息、裝配工藝以及質量規范，通過對這些數據的統計分析之后，存入Tag及數據庫中，作為校驗階段的有效依據。

(2)質量數據校驗：質量數據的校驗主要是通過對基本數據庫的訪問來獲得已配置于該質量門的校驗項目。如果校驗項目給出了扭矩、密封性、專攻配精度等相關參數，則直接與實時的數據標準值比對即可，如果沒有明確的界定值，則需要通過SPC進行分析，對當前制品的質量裝配進行校驗，考察其是否處于穩定狀態，為決策執行的動態優化提供有利依據。

(3)決策執行：指令們控制的執行結果大致有通過、警告、拒絕3種，這是決策庫根據質量門控制系統給出的方案，根據各工序的最終校驗結果，如果結果為合格，則進行下一階段，如果不合格，則要根據決策庫中的判斷機理給予警告。當顯示為拒絕時，操作人員就要通知管理人員，現場解決質量問題，解決成功，繼續進行裝配工作，解決失敗，轉入返修區，并且將不合格的產品信息錄入決策庫用于預測與分析[5]。

5 總結

隨著我國制造業領域的理論研究與生產技術的不斷改進，產品的生產過程逐漸趨向精細化、復雜化，企業與客戶對產品的質量提出了高要求，復雜機械產品裝配過程作為產品完成與質量保證的最后一個環節，對質量的控制始終受到人們關注。本文提出了基于復雜機械產品裝配過程質量門控制體系，國內外在該方面還沒有更深入的研究，將員工、設備、原料、方法等因素作為質量門控制的判斷標準，從質量管理理念出發，將裝配過程所涉及到的影響因素都列入控制范圍之中，最終實現質量門控制策略,從而實現復雜機械設備質量的在線控制。

圖3 質量門控制策略流程