基于航空产品的数字化检测技术研究与应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 45 基于航空产品的数字化检测技术研究与应用 龚丽君 中国航发成都发动机有限公司，四川 成都 610503 摘要：摘要：航空发动机零部件检测方面基本沿用传统人工方式，借助通用测具、专用测具进行一般零件的尺寸检测，产品检测技术手段落后，检测数据仍以人工填写、纸制记录、传递和管理，面临人工检测效率低、人为错误隐患大、检测信息无法准确传递的难题，检测程序、数据均以纸质归档保存，缺少统一的信息化检测管理平台和数据库，不利于产品检测数据的分析、继承、传递。本项目通过技术方案设计、系统模块构建、功能测试优化，完成了数字化检测系统平台搭建，实现了从检验计划编制、任务信息化、检验执行管理、检验数据采集和查询等各个业务环节的信息化管理，完成产品（零件）、人员、设备管理等主体功能、完成检验计划手动创建、图纸解析功能、检验计划分组功能以及任务开工、完工等操作、图形引导功能。实现了与 MES 系统量检具数据的集成、与 QIMS 系统的不合格接口调试、与 CMM 测量程序的集成对接,电子印章管理功能以及检验可视化看板/报表管理，搭建统一的测量管理系统，将传统的纸质管理方式升级为信息化管理方式。关键词：关键词：数字化检测；系统集成；检测数据采集与分析；信息化 中图分类号：中图分类号：TP311 0 引言 航空发动机制造业是应用数字化制造技术最为密集的行业之一，集成了大量的机电软一体化关键工艺装备，尽管多年来航空发动机制造业已经有了良好的基础，但面对高科技和高投入的新型产品，仍显得储备不足，快速研制能力、批量生产和变批量生产快速转换能力薄弱，致使航空发动机研制周期过长，难以满足部队更新武器装备和发展民航运输的迫切需求，与世界发达国家还存在不小的差距。现有传统的检验检测技术、检验检测流程模式显然已不能满足发展需求。随着数字化检测技术、计算机网络技术及计量测仪器的发展，科学有效地将三者结合起来已成为现代制造发展的必然趋势和迫切需求。开展数字化检测系统的建设使得检测不仅能继承上游设计、工艺的数据，提高数据复用，同时通过对检测数据的处理、统计分析也能及时的对设计、工艺进行反馈，形成产品研制的闭环管理，提高研制水平。随着国家“中国制造 2025”战略的不断推进以及公司在智能工厂建设方面探索的不断深入，数字化检测系统的建设已是迫在眉睫、水到渠成。1 研究目标 通过数字化检测系统建设，将产品检测工艺、检测设备和仪器以及相关规程集成为一个整体，从而实现产品检测规划、检测执行、检测评价和质量管理的自动化、网络化。实现试点型号/产品的数字化检测技术应用，应用技术模块包括：检验数据自动采集技术、产品数据统计分析技术应用数字化检测系统，快速形成高效实用的数字化，网络化产品检测和质量管理体系，实时动态过程控制产品质量，有效提升公司的数字化和质量控制水平。2 研究内容及实施途径 2.1 技术要点（1）统一通过数字化检测网络数据库进行管理，检测数据通过局域网传递、流动，取消纸质数据记录。（2）通过数字量具的使用，实现实测数据的自动采集，并自动生成检验记录单（包括自动生成电子检验印章，检验结果超差与否的自动识别判定，并自动出具“合格”结论），减少人工记录数据，提高效率，减少人为误差和干预。（3）业务过程集成，实现数字化检测系统与 PLM系统、MES 系统（包括计量管理系统）、CMM 测量程序管理系统、质量管理系统集成。（4）产品检测数据长期海量保存在数据库，进行数据查询与分析，搭建追溯体系。中国科技期刊数据库 工业 A 46 2.2 实施范围 以机匣零件为主要对象，涉及机加工序及成品检验工序检验、零组件检测、数据分析等相关业务。2.3 总体业务功能 总体业务功能主要包括：检测设备的连接、检验计划编制、检验任务管理、检验数据采集及分析、数据可视化报告和系统集成等几大业务功能层图 1。图 1 业务功能图 2.4 功能开发及应用实施 2.4.1 检验计划 检验计划是进行检验信息化建设的重要、关键步骤。检验计划来源于工艺图纸，航空发动机广泛使用二维图纸、PDF 图纸，试点使用三维图纸。同时，二维图纸、PDF 图纸多来源于上游设计单位，图纸规范性无法保证。这要求图纸解析工具具有鲁棒性、可迭代性。图纸解析工具可以将图纸中的基本尺寸、上下公差、检验说明等信息进行解析，并形成检验列表，检验计划生成流程图如图 2 所示。图 2 检验计划生成流程图（1）针对二维、三维、PDF，图形解析模块具有通用性。但从实践来看，解析出的内容仍需要人工进行调整，不能达到 100%。解析的程度与工艺图纸的标准程度和数据结构化相关。针对工艺信息解析后生成后的检验计划信息列表右侧表格中的数据。检验计划需要支撑现场检验规则，将规则以信息流的形式下发到检验客户端。因此，检验计划与现场检验要求紧密相关。系统规划了关键的功能点如下：编辑界面上，提供完整的检验内容，包含定性与定量，及多种检验方式的选择，包含手动录入，数显量具，各类量仪（如曲轴轴向间隙，测功器），三坐标等。可以提供次数编辑和公式编辑，以应对需要多次采集尺寸，并且需要计算结果的特征。如均值、极差、最大最小、范围值、加减乘除等。可根据质量控制趋势，设定抽检或免检方案。为特征设置数据修约规则，配置修约规则。提供多个工序中特性值传递的关联，成检记录从工序检验记录提取检测值。支持首件鉴定。首件鉴定特性的检验计划标识，针对检验计划中需要在首件鉴定中需要检验的，需要提供第二种检验方法，来满足业务需求。编制检验计划中配备特殊字符库，支持各类特殊字符的输入，如型位公差、基准符号等。编制检验计划过程中，编制界面上可以支持大于等于号、小于等于号及有效范围内的数字判定。支持首件三俭（自检，互俭和专检）、巡检、工序专项检验格式。通过检验计划对检验要素、检验方法、检验器具、检验数据处理规则、抽检规则等，现场检验操作的所有步骤予以规定，大大提高了检验过程的规范性，也减少了检验员现场检测的工作量。（2）基于公司工艺规程文件的格式和现状（部分工艺规范文件不具备直接解析条件）,我们采用 Excel表格导入的方式进行，按照特定的表格属性要素将所有检验要素形成检验计划，再将其导入到系统检验计划管理中，形成检验特性表。2.4.2 检验任务（1）检验任务具有多层级特性，一般将检验任务为批次任务、单件任务、工序任务、工位任务等。众多的任务类型满足了实际检验过程中的各种业务逻辑。从总体上归纳，一类为逻辑任务，一类为执行任务。逻辑任务是用于构建任务体系，管理和查询任务状态，具有多层级、多分枝等特点。执行任务是指传递到执行中国科技期刊数据库 工业 A 47 客户端，如测量机、量具量仪客户端的实际被执行的任务。根据业务配置逻辑任务支持业务过程，通过可执行任务关联工位、设备。任务的分类如下图 3 所示，检验任务生成及下发流程如图 4 所示。图 3 任务分类示意图 图 4 检验任务生成及下发流程图（2）在领取检验任务后，系统根据工位自动调用量具客户端或测量机检测客户端。对于量具检验工位，基于二维、三维的图形化引导，辅助检验员完成检测操作，其检测要素与图纸动态关联，当前检测特征检测要求会以气泡图或标签的形式高亮显示（在没有引导功能的前提下采用手工提取的方式）。对于三坐标检验工位，直接选用系统中所分配的检测进行任务领取。（3）当检验任务无法从系统直接获取或者根据工艺内容有临时任务增加或调整时，可在数字化检测系统通过零件号、订单号、批次、工序、生产数量、检验数量等信息自主手工创建检验任务或创建临时超越单检验任务等。2.4.3 检测数据采集（1）检验人员使用数字化检测系统数据采集终端电脑，登录系统根据零件号/批次号查询对应任务，进行执行，打开数据采集界面。（2）通过带数据传输量检具的检测数据，通过点击量具发送按钮自动采集到数据采集记录表格中，系统自动跳转到下一尺寸。（3）通过手动量检具检验的数据，首先记录到纸质记录单中或通过工业平板电脑输入，再手动将相关检测数据填写到每个尺寸对应的数据记录表格中或通过数据线导入到系统中。（4）当多人执行同一检测任务，每个数据采集终端保存数据时，系统自动进行判断相关尺寸数据是否已存在。（5）数字化检测系统通过接口接收到测量机程序管理系统发送的数据，根据零件、工序、零件序列号信息匹配对应的三坐标检验任务信息；根据发送数据中的尺寸编号信息，自动填写对应的检测数据。数据录入超差时，系统自动判断，给出不同颜色进行提醒（绿表示合格、红表示超差），保证数据采集的准确性。（数据传输如图 5）图 5 检测数据传输图 2.4.4 数据统计分析（1）实时数据处理与评价，可进行检测数据实时监控、基于实时数据的SPC统计分析和超差报警功能。（2）根据收集数据运用 QDAS 软件形成 SPC 控制图，图中能直观显示出控制限和设计公差等信息。可根据不同的分布模型选择不同的 SPC 控制图，控制界限可自动生成也可手动设置。（3）根据收集数据运用 QDAS 软件进行测量系统分析和能力指数计算，能够对测量系统的偏倚、线性、稳定性、重复性、再现性、分辨率（NDC）、Cg、Cgk、GR&R等进行分析。（如图 7）2.4.5 可视化看板和报告管理（1）检验报告自动汇总 通过根据报告格式要求，定制各种输出报告模板，将零件检测数据自动填写到报告模板中，将自检、互检、中国科技期刊数据库 工业 A 48 巡检、专检、三坐标检验数据自动合并显示后形成报告。产品检验记录报告（表 1）（2）检验信息综合看板 通过数据看板实时展示检验相关各种检验信息指标（检验合格率趋势图、检验任务趋势统计展示、待处理零件数量统计、系统运行零件状态），定时自动刷新，展示最新数据。图 7 SPC 和 MSA 数据统计分析示意图 3 结论 通过对航空产品数字化检测技术的研究和试点应用，掌握了数字化检测技术的核心和关键要点，通过蓝图技术方案设计、系统模块构建、功能测试优化，完成了数字化检测系统平台搭建，完成了机匣零件的数字化检测试点运行工作，实现了从检验计划编制、任务信息化、检验执行管理、检验数据采集和查询等各个业务环节的信息化管理，完成产品（零件）、人员、设备管理等主体功能、完成检验计划手动创建、图纸解析功能、检验计划分组功能以及任务开工、完 s 工等操作。实现了与 MES 系统量检具数据的集成、与 QIMS 系统的不合格接口调试、与 CMM 测量程序的集成对接,电子印章管理功能以及检验可视化看板/报表管理，搭建统一的测量管理系统，将传统的纸质管理方式升级为信息化管理方式。参考文献 1龚立雄.制造企业 SPC 质量信息系统设计研究J.组合机床与自动化加工技术,2014(6):157-161.2尹胜山,唐利萍,崔牧龙.军工产品生产过程中的首件检验研究J.科技与创新,2020(13):142-143.表 1 产品检验记录报告 密级 公开 产品检验记录表 FINAL INSPECTION FORM FOR PRODUCT Q/4BG35.01-011/1 版次 02 零件号 KH30162 零件名称 机匣组件 检验工序号和工序版次 120 Part No.Part name Inspection process NO&Rev(1)批次号：221101-461 炉号/材料/提交日期 2023-01-31 Batch No.Heat No.Material Date 序号 图纸要求 实际尺寸 测具编号 结论 检验员 Ser.No.Drawing requirement Actual dimension Implement NO.Conclusion Inspector I 外观检查 1 目视检查零件表面不得有碰、划伤等缺陷。按目视数据卡RRVT1C-027 进行。/目视 合格 FJ1-31 2 检查零件所有加工部位，所有未标注尖边应无毛刺并倒棱0.1-0.5（01019），并检查棱边应无毛刺/目视 倒角卡尺 合格 FJ1-31 3 检查零件上的孔：1.检查螺纹孔，不允许有毛刺、铁屑等其他污物。2.检查径向孔和端面孔，孔内不允许有毛刺、铁屑等其他污物。/聚光手电筒+目视 合格 FJ1-31 4 检查零件表面及内腔，不允许有残留锈迹、斑点铁屑等污物/聚光手电筒+目视 合格 FJ1-31