線圈、沖片數(shù)字化車間質(zhì)量控制平臺(tái)構(gòu)建

梁福炎，李慶明，谷麗明，林 慶，李 俊

（1.東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司，四川 德陽 618000；2.西南交通大學(xué)，四川 成都 610000）

1 概述

定子線圈、轉(zhuǎn)子線圈、定子沖片是發(fā)電機(jī)組的核心部件，長期運(yùn)行于高溫、高電壓等惡劣工況，質(zhì)量要求高、制造過程由手工作業(yè)和機(jī)械作業(yè)穿插進(jìn)行，制造工藝復(fù)雜、難度大，涉及的檢驗(yàn)內(nèi)容繁多，且分布于不同工序及不同工位，過程質(zhì)量控制困難。線圈、沖剪數(shù)字化車間就是東方電機(jī)圍繞定子線圈、轉(zhuǎn)子線圈、定子沖片這三大核心部件而打造的大型清潔高效發(fā)電設(shè)備智能制造新模式，本文介紹的是在此項(xiàng)目中由傳統(tǒng)檢驗(yàn)?zāi)Ｊ较驍?shù)字化質(zhì)量控制轉(zhuǎn)變的質(zhì)量控制平臺(tái)構(gòu)建和實(shí)現(xiàn)。

2 線圈、沖片制造質(zhì)量控制特點(diǎn)

2.1 線圈質(zhì)量控制特點(diǎn)

特點(diǎn)1:檢驗(yàn)參數(shù)類型總多，并且內(nèi)容根據(jù)不同項(xiàng)目要求不一，其中，涉及內(nèi)容包括：長度、寬度等常規(guī)幾何參數(shù)測量；升高、節(jié)距等空間幾何參數(shù)測量；常態(tài)介質(zhì)損耗角、試驗(yàn)電壓、局放值等電氣參數(shù)測量。

特點(diǎn)2：檢驗(yàn)實(shí)施地點(diǎn)分布于制造環(huán)節(jié)的各個(gè)工位，即產(chǎn)品零部件臨時(shí)存放位置，同一個(gè)檢驗(yàn)類型可能需要在多個(gè)工位執(zhí)行。

特點(diǎn)3：檢驗(yàn)所需工量器具類型總多，如游標(biāo)卡尺、外徑千分尺、公法線千分尺、表面電阻測試儀等，同一個(gè)檢驗(yàn)任務(wù)實(shí)施可能同時(shí)需要多種量具切換使用。

2.2 沖片質(zhì)量控制特點(diǎn)

特點(diǎn)1：沖片實(shí)行批量件管理，首件控制是沖片質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)。

特點(diǎn)2：沖片檢驗(yàn)主要涉及：外形尺寸控制、毛刺控制、漆膜質(zhì)量控制，主要內(nèi)容包括：外形尺寸控制：主要通過檢驗(yàn)槽尺寸及位置、孔尺寸及位置、內(nèi)外圓輪廓等關(guān)鍵尺寸，進(jìn)而保障疊片裝配后的鐵心尺寸；毛刺控制：測量精度達(dá)到微米級(jí)，且測量位置為非常規(guī)位置；漆膜質(zhì)量控制：涉及漆膜厚度、漆膜絕緣性能、固化度等方面。

3 數(shù)字化質(zhì)檢實(shí)施前檢測現(xiàn)狀

數(shù)字化質(zhì)檢實(shí)施前，相關(guān)檢驗(yàn)項(xiàng)目均通過檢驗(yàn)前人工識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)并形成檢驗(yàn)項(xiàng)，檢驗(yàn)時(shí)手動(dòng)操作、人工讀取測量儀器儀表及量具數(shù)據(jù)并配合人工記錄的方式進(jìn)行，所有質(zhì)量控制過程及質(zhì)量信息均通過人工建立質(zhì)量控制卡進(jìn)行紙質(zhì)傳遞。

質(zhì)量控制通過紙質(zhì)傳遞卡實(shí)現(xiàn)序間質(zhì)量控制，如圖1。

圖1 質(zhì)量控制卡

幾何量檢測均通過人工操作、人工讀數(shù)、人工記錄方式進(jìn)行，如圖2。

圖2 幾何量檢測

電氣參數(shù)檢測均通過人工點(diǎn)動(dòng)控制電壓、人工讀數(shù)、人工記錄方式進(jìn)行，如圖3。

圖3 電氣參數(shù)測量

此種方式存在如下弊端：

（1）檢驗(yàn)、試驗(yàn)方案不固化，檢驗(yàn)人員能力不同，質(zhì)量控制力度不一。

（2）質(zhì)量信息通過紙質(zhì)方式傳遞，不利于過程的質(zhì)量控制、信息的及時(shí)共享、追溯、統(tǒng)計(jì)和分析。

（3）檢驗(yàn)、試驗(yàn)均通過人工操作完成，容易受到人為因素影響而產(chǎn)生測量誤差，且檢驗(yàn)效率較低。

（4）檢驗(yàn)數(shù)據(jù)均通過人工記錄，增加了筆誤、漏記的風(fēng)險(xiǎn)。

4 線圈、沖片數(shù)字化檢測難點(diǎn)

實(shí)現(xiàn)線圈、沖剪數(shù)字化檢測須解決軟件平臺(tái)和硬件配套兩方面內(nèi)容。

4.1 軟件質(zhì)量控制平臺(tái)搭建方面

（1）實(shí)現(xiàn)數(shù)字化檢測的前提是檢驗(yàn)要求的數(shù)字化，而檢驗(yàn)要求是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝的基礎(chǔ)上描述每道工序所涉及的檢驗(yàn)內(nèi)容（如圖4），并且轉(zhuǎn)換成數(shù)字化的表達(dá)才能滿足檢測設(shè)備的讀取、識(shí)別及判定。

圖4 質(zhì)檢策劃圖

（2）質(zhì)量控制要求（檢驗(yàn)要求）需產(chǎn)品實(shí)際制造工序合二為一，并在軟件系統(tǒng)中進(jìn)行業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)，即質(zhì)量控制平臺(tái)與生產(chǎn)過程完全結(jié)合。

4.2 硬件配套方面

（1）根據(jù)檢測特點(diǎn)，需滿足檢測現(xiàn)場不固定，移動(dòng)式檢測和固定位置、專項(xiàng)檢測兩種方式；同時(shí)，根據(jù)檢驗(yàn)內(nèi)容需要隨時(shí)切換檢測工量具。

（2）幾何參數(shù)、電氣參數(shù)的數(shù)字化測量、自動(dòng)采集、判定，替代現(xiàn)有手工測量、紙質(zhì)記錄模式。

（3）檢測精度升級(jí)、效率提升以滿足數(shù)字化質(zhì)檢需求。

5 數(shù)字化質(zhì)量控制平臺(tái)構(gòu)建

針對(duì)產(chǎn)品差異化問題，在前端PLM系統(tǒng)中已發(fā)布具體項(xiàng)目的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工序的內(nèi)容，這兩個(gè)部分為后續(xù)生產(chǎn)的源頭數(shù)據(jù)，質(zhì)檢策劃基于上游BOM結(jié)構(gòu)實(shí)施，可解決針對(duì)具體項(xiàng)目、具體物料的產(chǎn)品差異化問題，檢驗(yàn)內(nèi)容生根于BOM結(jié)構(gòu)，解決了檢驗(yàn)要求與設(shè)計(jì)、工藝的融合要求，如圖5。

圖5 產(chǎn)品差異化的質(zhì)量控制策略

同時(shí)，針對(duì)檢驗(yàn)要求數(shù)字化問題，通過在上游BOM基礎(chǔ)上，將質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范等紙質(zhì)技術(shù)文件進(jìn)行分解（也可通過數(shù)據(jù)繼承方式實(shí)現(xiàn)），策劃各個(gè)檢驗(yàn)工序的質(zhì)量控制點(diǎn)，在各個(gè)質(zhì)量控制點(diǎn)細(xì)化具體檢驗(yàn)要素、專自檢分類、檢驗(yàn)頻次等質(zhì)量管理要求，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字化表達(dá)，形成針對(duì)具體實(shí)物的項(xiàng)目質(zhì)量控制方案，實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)要求的數(shù)字化，進(jìn)而通過方案在系統(tǒng)中的數(shù)字化執(zhí)行實(shí)現(xiàn)后續(xù)生產(chǎn)制造的質(zhì)量控制，如圖6。

圖6 數(shù)字化檢測方案驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品質(zhì)量控制

根據(jù)線圈、沖片的制造特點(diǎn)，制定線圈實(shí)施單件管理、沖片實(shí)施批量管理的控制方式，在工件首個(gè)工序起，以PN+6位年月日+6位流水號(hào)為規(guī)則，形成單個(gè)線圈、每批次沖片的實(shí)物ID，此實(shí)物ID作為該產(chǎn)品的“身份證號(hào)”，是生產(chǎn)報(bào)工、檢驗(yàn)任務(wù)等業(yè)務(wù)開展的基礎(chǔ)，用以串聯(lián)實(shí)物整個(gè)制造過程中的生產(chǎn)、質(zhì)量等信息，建立產(chǎn)品實(shí)物的追溯流程及質(zhì)量檔案。鑒于實(shí)物ID多位數(shù)值的人工可讀性較差，該實(shí)物ID以二維碼等的方式體現(xiàn)，通過掃碼方式保證了讀取的準(zhǔn)確性和效率。

根據(jù)線圈、沖片的檢驗(yàn)內(nèi)容，為實(shí)現(xiàn)與數(shù)字化質(zhì)量控制平臺(tái)配套，需對(duì)現(xiàn)有檢測模式進(jìn)行調(diào)整并與開展數(shù)字化檢測技術(shù)研究與應(yīng)用，通過三維掃描、二維影像、3D超景深等數(shù)字化幾何參數(shù)檢測技術(shù)及智能電氣試驗(yàn)、股間試驗(yàn)等自動(dòng)化、智能化電氣參數(shù)的試驗(yàn)技術(shù)研究應(yīng)用，滿足檢驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、判定結(jié)果等要求。

（3）任務(wù)類型從檢測位置劃分，需要滿足適應(yīng)非定點(diǎn)工位測量及固定位置測量的需求，考慮檢驗(yàn)的便利性，非定點(diǎn)工位測量可理解為移動(dòng)式測量，采用無線傳輸?shù)姆绞礁鼮楹侠恚豢紤]網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性及傳輸速度，固定位置測量的檢測項(xiàng)目相對(duì)固定，采用有線傳輸方式更為合適，如圖7。

圖7 MOM系統(tǒng)的功能模塊

6 線圈、沖片數(shù)字化檢測平臺(tái)的應(yīng)用分析

在MOM系統(tǒng)中，通過自檢、專檢的檢驗(yàn)人員屬性控制，首檢、抽檢、全檢的檢驗(yàn)頻次控制等措施制定（如圖8），以檢驗(yàn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)檢驗(yàn)執(zhí)行（如圖9），使得白鶴灘等項(xiàng)目定子線圈、沖片數(shù)字化質(zhì)檢策劃規(guī)范了定子線圈制造質(zhì)量控制過程。

圖8 質(zhì)檢策劃

圖9 任務(wù)執(zhí)行

7 結(jié)束語

通過以生根于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝的質(zhì)檢策劃為基礎(chǔ)形成質(zhì)量控制方案、以公司質(zhì)量控制要求為業(yè)務(wù)場景搭建軟件邏輯，系統(tǒng)構(gòu)建了線圈、沖片數(shù)字化車間數(shù)字化質(zhì)量控制平臺(tái)，并通過數(shù)字化檢測技術(shù)的應(yīng)用與系統(tǒng)集成，形成了軟硬件相結(jié)合的數(shù)字化質(zhì)量控制體系，為線圈、沖剪數(shù)字化車間制造過程的數(shù)字化質(zhì)量管理、質(zhì)量信息全流程追溯提供了保障。同時(shí)，該套數(shù)字化質(zhì)量控制平臺(tái)及配套的新檢測技術(shù)在相關(guān)行業(yè)也具有推廣和借鑒意義。