基于飛機制造過程的溫度均勻性測試智能檢測系統研究

劉楨 羅云澤 劉娜

1. 中航西安飛機工業集團股份有限公司 陜西 西安 710089；2. 寶雞市質量技術檢驗檢測中心 陜西 寶雞 721000

引言

計量技術和方法融入飛機的生產、制造、試飛等過程，不僅是飛機產品質量安全的強有力保障，也對飛機制造技術的不斷創新和進步具有積極的推動作用。在包括飛機制造的眾多行業領域，溫度測試是產業計量中一個非常重要的環節，通過接觸式測溫或非接觸式測溫完成測試。溫度均勻性反映的是熱處理設備爐膛有效加熱區內各個測試點的溫度相對于控制設定溫度的偏離程度，通過溫度均勻性可劃分設備等級，體現了設備溫度控制能力，是保障熱工藝設備綜合性能最重要的環節，也是高溫測量中測試條件最復雜、成本消耗最高、工作量最大的部分[1]?；跓峒庸ぴO備在飛機制造過程的重要性，利用先進的智能化技術，將設備計量管控、熱加工質量控制、數據存儲統計、自動監測等關鍵環節，通過硬件物理互聯和軟件信息互聯建立溫度均勻性測試智能檢測系統，提升熱加工過程的產品質量。

1 溫度均勻性測試

對于高溫測量，在測試期間，所有參數都應反映生產時設備的正常工作狀態。在實際工作中，根據計量檢測及量值溯源的基本方法，以及相關工藝要求和熱工藝設備的測試、質量控制方面的實踐發現：溫度均勻性測試工作需要在滿足設備技術指標溯源要求的前提下，盡量反映被測設備的實際工作條件，同時需要對不同的設備進行有效的測試和評價，以實施高質量、高效率、低成本的高溫測量。通過上述測試工作，可對各種用于材料儲存、環境試驗、高溫加工的試驗設備的溫度場性能進行檢測和設備鑒定。

圖1 表面處理槽及其測試圖

2 溫度均勻性測試智能檢測系統構成

溫度均勻性測試智能檢測系統主要劃分為安全層、交互層、接口服務層、SCADA服務層、基礎支撐層、車間設備層。通過系統連接，將熱加工設備的數據信息給終端用戶，并將信息傳輸至公司內部的辦公網絡中，通過接口與計量信息系統對接，達到數據實時記錄更新，用戶時刻可以關注到設備的最新狀態。

圖2 系統邏輯視圖

溫度均勻性測試智能檢測系統的安全層主要為園區網與工控網網絡隔離用的工業網閘，在本系統中主要作用為傳達園區網對工控網的接口調用，將接口參數傳遞給工控網的接口服務，并且利用自帶的數據同步功能，將需要回傳給園區網的數據，直接從工控網的基支撐層同步回園區網數據中心。

SCADA服務層是工控網的核心，主要負責工控網相關業務的運行。從數據中心獲取生產任務開始生產任務，并將生產實績、計量等數據寫入數據中心，反饋給園區網；為處在交互層的各終端提供業務支撐；控制車間設備層，下達信號或收集設備數據。主要功能為設備數據采集、設備參數設定、數據展示服務、數據存儲、報警功能、生產任務管理、TUS文件上傳[2]。基礎支撐層主要為數據中心，存儲與園區網相互通信的數據。

3 溫度均勻性測試智能檢測系統主要功能模塊

3.1 設備計量管理模塊的研究

設備計量管理模塊是系統的重要組成部分，其目的是為了進行設備全生命周期的管控任務。系統能實現設備校驗周期管理，具備預警功能，實時狀態管理，能夠自動檢測或提取設備實時運轉狀態，上傳MES系統，并推送至各信息終端，部分設備實現一定的遠程機械控制功能。具備硬件故障報警、質量過程超差報警、安全報警等功能，記錄報警信息生成日志，統計設備故障周期信息。

3.2 熱加工質量控制模塊研究

設備的計量管理是質量控制的基礎，設備的實時監控是質量控制的關鍵，加工過程的人員操作管理是質量控制的保障，加工零件質量檢驗系統是質量控制的最終屏障，歷史數據查詢是質量追溯的關鍵手段。

系統具備生產過程數據采集及記錄功能，可視化曲線自動轉化功能，生產過程質量數據（或可視化曲線）在線提取、在線發起、在線檢驗、在線封閉功能。實現封閉質量數據的上傳，對接質量管理系統和MES系統實現雙向數據封閉。本系統還將加工后的產品硬度值數據進行保存，將質量問題處理登記，自動生成質檢臺賬，自動統計質檢數據（包括合格數、一次交檢合格數、合格率、一次交檢合格率、返修數、返修率、報廢數、報廢率、廢品原因記錄等），最終生成詳細的質量統計曲線顯示。

3.3 數據存儲統計模塊研究

數據存儲統計模塊實質為歷史數據庫，主要包括人員操作信息，工藝文件，設備加工過程數據，零件加工流程數據，其功能是完整的保存數據，用于查詢數據追溯產品質量，統計設備使用狀況，進行產能分析和資源調配。為滿足示范平臺的歷史數據采集、存儲、查詢等要求，需采用專業歷史數據庫+關系數據庫模式來構架數據庫管理系統。歷史數據庫支持對歷史數據歸檔文件的管理，包括創建、復制、刪除、備份的功能。數據庫平臺提供面向過程數據存儲或者優化存儲的手段，并提供數據壓縮方法以及用戶可對壓縮能力選擇的途徑。本系統借助計算機和數據庫科學地保存和管理大量復雜的數據，使用戶能方便地利用這些寶貴的信息資源，能永久存儲生產信息、合理分配存儲區域、有效完成信息共享的優點。

3.4 TUS自動檢測模塊研究

系統配備便攜式TUS自動檢測模塊，以便實現和執行HB5354及GJB509B、AMS2750E等標準中加熱爐有效加熱區定期檢測的規定[3]。TUS自動檢測模塊測量精度優于±0.1%，可現場動畫顯示爐內溫場各點差值，自動獲取均溫區，并打印校驗報告及均溫區示意圖，校驗結果可通過網絡傳遞至服務器，作為設備管理的原始依據。

熱加工設備預留TUS檢測模塊硬件接口（RJ45）。設備到達檢測周期時，示范平臺提醒用戶接入檢測設備，系統按預先設定的檢測方案自動完成爐溫均勻性檢測并自動生成檢測報告上傳MES系統；檢測參數設定：設定設備類型、檢定標準、測量點位置、熱電偶修正值、測量時間、測量溫度點等；檢測報告生成：根據檢測結果及檢定標準自動輸出檢測報告、檢測證書等。

4 與計量數字化系統融合

本系統與計量保障數字化系統進行融合，目的是對熱加工設備的運行數據和校準數據進行匹配和對比，以保證生產現場計量器具的工作特性，為關鍵熱加工工序提供計量保障，主要包括兩個方面：與車間級計量保障數字化系統集成，獲取時效爐、淬火爐、硝鹽槽等熱加工設備的關鍵計量參數，并對這些關鍵計量參數進行實時監控和分析，基于工作狀態感知數據做出設備運行的預警識別。

本系統通過Web Service接口，接收車間級計量保障數字化系統傳送的查詢請求，返回相關設備的校準數據，車間級計量保障數字化系統通過熱加工設備計量參數的實際運行數據和校準數據對比，完成對熱加工設備計量狀態的健康監測。

5 結束語

本論文通過溫度均勻性測試智能檢測系統研究，實現了熱加工設備計量管理、設備集中管控、質量控制功能的統一集成管理，直接對熱加工設備關鍵參數和特殊計量，對熱加工設備的自動化、信息化計量，對關鍵環節、關鍵參數的在線、植入式計量，對原材料進廠、半成品加工、成品出廠中的計量，起到基礎支撐作用，進一步加強對設備的質量控制，并于計量數字化系統融合將設備、方法、規范、人員保障有機融合，后期通過系統的能力開發，可實現熱加工設備計量數字化平臺的研發。