提高零部件的制造过程质量是汽车企业的固本之举
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2012年3月2-3日,第十六届全国汽车检测年会在南京召开,多数论文和报告都不约而同地紧扣一个主题:全方位提高产品的制造过程质量乃是汽车企业的固本之举。

——第十六届全国汽车检测技术年会扫描

2012年3月2-3日,第十六届全国汽车检测年会在南京召开,来自全国汽车制造业的众多整车厂、总成厂和零部件厂,以及仪器设备供货厂商、大专院校和科研院所的200余名代表出席了本次年会,与会人数创历届之最。从在会上交流的近40篇论文和技术报告来看,虽然涉及诸多领域,但一个显著的特点是,多数论文和报告都不约而同地紧扣一个主题:全方位提高产品的制造过程质量乃是汽车企业的固本之举。如今,具备为市场提供广受欢迎、具有竞争力的产品的能力已成为企业的首要任务。而高品质的产品既离不开由研发和设计所决定的自身“素质”,更取决于构成产品的零部件的形成过程。正如现代质量理念所表述的:产品质量是设计和制造出来的,而不是检验出来的。

信息化生产和数字化制造的应用水平显著提高

在本届年会上,知名统计分析软件开发商Q-DAS公司(德国)和南汽名爵发动机厂分别介绍了两家企业通过密切配合,在企业网络化数据环境下实现SPC(统计过程控制)运行的成功经验。该项目由于目标明确,加上组织得当,在经过一年多努力后,最终取得了很好的效果。MES(制造执行系统)的推广应用(尤其是在汽车制造业)很大程度上是由传统的大批量生产方式逐渐向中小批量混线生产方式转变所促成的。在国外,MES已获得日益广泛的应用。近年来,国内也有越来越多的企业开始推行这一系统,并取得了良好效果。上海交大和上汽采埃孚转向系统公司在会上介绍了MES在转向器装配线上的应用,这是国内汽车行业应用这种先进管理系统的一个成功案例,也是校企合作的一个范例。MES是一种介于企业上层计划管理与底层工业控制之间、面向车间的信息管理系统,通过贯彻始终的数据(生产运行数据、集成原料和产品的存储数据、设备状态信息等)采集,并将它们进行合并、汇总、规范、比较、分析等综合处理,一方面为生产计划提供了依据,另一方面也能为ERP(企业资源规划)提供及时、可靠、准确的生产经营决策参考信息。
神龙汽车公司在会上介绍了数字化工厂技术在整车生产企业的应用实践。该技术通过生产过程仿真,模拟产品的制造、装配、质量控制和检测等各个阶段的功能,降低了从产品设计到产品制造转化过程中的不确定性,可在数字空间中提前解决实际生产中可能出现的问题,进而利用计算机技术优化实际生产过程以及整个生产系统的性能。例如,在工艺验证领域,该技术包括对人机工程、机器人、3D设备/工装/夹具、生产线等资源进行定义,并将其加入“数字化工厂”工程模块中,构建虚拟的生产环境,对工厂作业流程进行仿真,并进行相关分析。以其中的白车身(焊装)为例,该技术可生成、管理和优化整个工艺流程,提供焊点自动分配、焊枪自动选择、机器人可达性分析、机器人离线编程、生成无干涉焊接路线等,还能提供完整的白车身制造工程的规划、设计、管理、项目跟踪的团队协同制造环境,增强主机厂与生产线供应商的协作,保证信息及时更新、交流和共享。

光学量仪逐渐进入多个制造领域的主流在线检具行列

目前,汽车制造业正面临多品种混线生产的现实。在这种情况下,光学测量仪器的优势逐渐显现。本届年会上,德国Hommel公司和意大利Marposs公司在专题报告中分别介绍了各自的代表性产品。其光学量仪的工作原理具有相似之处(均为红外光源与光学CCD成像技术相结合),但又各具特色。
作为国内很有影响力的一家高科技量仪生产企业,天准公司在非接触影像测量领域卓有成效的研发工作给与会代表留下了深刻印象。他们在本次年会上介绍的高精度[可达(2.0+L /200)µm]、高稳定性的影像测量仪在检测一些批量大、精度高、形状较复杂的小型零件时体现出明显的优越性。天准公司代表在会上介绍的小模数齿轮、发动机气门等检测案例都很有特色。
香港力丰公司在会上介绍了来自芬兰Mapvision公司的汽车焊接件在线自动检测系统。这是一种近几年才出现,但已在国外不少主流汽车厂获得应用,并显示出鲜明特色的新颖技术,它将摄像测量、机器视觉、三维数模等技术完美地结合在一起,实现了对复杂焊接件的高效率、高精度现场检测。在所介绍的一个检测实例中,测量工作区内围绕被测工件设置了大约30台摄影机,用于采集被测点的图像,在工件被移出后,即可据此计算出检测结果。该实例显示出,被测工件从生产线上流入检测工位,直至测量完毕生成报告的整个过程均实现了全自动化,检测效率很高,一般在几十秒钟内即可完成对一个复杂工件的整个检测过程,并得出其合格与否的结论。因此,利用该技术可实现对工件的100%全检。
挪威Metronor公司和加拿大Creaform公司以前都曾在汽车检测年会上宣讲过其研制的先进检测技术和产品,且每次都能给与会代表带来新的惊喜,本次年会也不例外。Metronor公司介绍了集大尺寸测量与扫描于一身的NaviScan测量系统。该系统由Duo(双相机)光笔测量仪、StereoScan白光扫描头及其定位装置NaviTarget组成。其工作原理为:由Duo光笔测量仪的相机对NaviScan上多个LED光靶的空间坐标进行测量,完成对扫描头的跟踪定位。通过相机的多次拍照,可获得一个“扫描块”,然后通过对光笔测量仪的定位,将多个“扫描块”无缝“缝合”起来,统一在相机坐标系下,实现精确的扫描测量。该系统不仅可用于各种零部件的扫描测量,而且还能方便地用于整车检测。
以开发手持式激光检测仪器著称的Creaform公司在会上介绍了新推出的Handyscan 3D手持式激光扫描检测仪。与已获得广泛应用的成熟产品“手持式光笔(Handy Probe)”相比,Handyscan 3D具有更多优越性。该检测仪通过内置的AICON影像测量定位,实现了高精度的动态测量。它对工件没有特别的装夹要求,很适合对其进行正反两面的扫描测量,且无需对正反两面的点进行人工拼接。它采用两个或三个高分辨率CCD系统和一个十字交叉激光束发射器,扫描速度快且清晰度高,景深可达30cm,操作十分方便。
此外,日本尼康公司介绍的用工业CT对铸件制造过程中的缺陷进行实时探测、奥地利Alicona公司介绍的根据自动变焦三维形貌测量技术研制的三维形貌测量仪在激光造型新工艺中的应用、中国无锡迈日公司和意大利Marposs公司各自介绍的具有很强互换性的模块化检测装置、日本Olympus公司介绍的光学数码显微镜在精密小型零件检测中的应用等内容都引起了与会代表的极大兴趣。

智能化、通用化和柔性化已成为企业检测工艺规划的发展方向

在本次年会的大会和分组会上,大众动力总成(上海)公司、神龙汽车(襄樊基地)等主流企业都分别在所做的主题报告中阐释了一个重要主题:现代汽车制造业已逐渐将智能化、通用化和柔性化作为企业检测工艺规划的一个发展方向。如前所述,在线检测的智能化实际上已成为企业信息化的重要一环。另一方面,企业为了应对市场和社会的快速发展和不断变化,就必须更多采用多品种混线生产方式,这就要求不断提高生产线的柔性化程度,而在线检测作为制造工艺的组成部分,走通用化、柔性化的道路也是一种必然趋势。
显然,将三坐标测量机(CMM)引入生产现场是这种需求的主体。而且,虽然同样是将CMM置于车间现场,但可以采用两种不同的形式,一种是将CMM作为工位检测仪器配备在加工设备附近;另一种是将其置于生产测量室中。客观而言,单纯从技术角度来讲,两者执行的检测任务并无太大区别,只是同为企业质量监控体系的重要组成部分,生产测量室的设立在时间上比CMM进入车间现场更早,主要取决于CMM技术水平的发展以及被测产品、加工工艺演变的需求程度。以曲轴、凸轮轴等轴类零件的检测为例,高效率、高性能的轴类测量仪虽然也是不少主流汽车生产企业的一种选择,并被配置在生产测量室内,但如今的CMM不仅在硬件和软件上已具备了相应的检测功能,而且通用性和经济性更好。同样,在应对缸体主轴承孔和缸孔的圆度、圆柱度和位置度检测需求时,昂贵的大型圆度仪虽然具有很高的测量精度,但同样存在通用性、经济性较差,且不具备位置度检测功能的问题。而采用扩展了功能的CMM,则可以圆满地解决这个问题。甚至面对缸盖气门座圈锥面那些涉及圆度、位置度、宽度等检测难度很大的参数时,CMM也能利用多层扫描测量、高斯过滤等方法,相当轻松地予以解决。
同样作为产品现场质量监控体系的组成要素,三坐标测量机自身的技术发展水平以及外部的产品、工艺需求演变,决定了其进入车间现场的时间晚于生产测量室,而且在设置形式上,也逐渐从以前置于相对隔绝的小屋(机罩)内的封闭式演变为更简便的半开放式,当然,这也得益于生产现场环境条件的改善。在国内,如大众动力总成(上海)公司这样的主流企业也采用了这种半开放式设置方案。不久前刚在一条新建生产线旁边配置了Global型三坐标测量机。而在几年前的老生产线旁边,还是以一台多参数综合检具为主体的检测工位。美国法如公司在本次年会上介绍的FARO EDGE关节臂检测装置(也称为便携式坐标测量机)重量轻、体积小、集成度高,能实现测量中的无缝连接,被称为新一代智能集成式测量工具,最适合在车间现场对零件或工装进行即时检测。

功能性测试的受重视程度和技术水平显著提高

近年来,对汽车制造过程中功能性测试的重视程度以及相应的技术水平有了显著提高,对提高产品质量发挥了很大作用。例如,蔡司公司在本次年会上介绍的新型颗粒度分析系统为清洁度这项质量指标的全方位定量评估提供了完善的解决途径。该系统在技术上有诸多创新和突破,如:①在显微镜下进行滤(膜)纸残留物测定这一传统工作时,首次实现了通过图像拼接来精确获取毫米级大颗粒残留物的清晰图像,无需多次测量即可完成相关评估,从而解决了所有定义范围内颗粒度尺寸的快速、精确分析;②可完成油品污染度(清洁度)分析,即检测油中污染杂质颗粒的尺寸、数量及分布,检测润滑油中污染颗粒的数量和污染等级。这对于精密液压系统、透平系统等的可靠运行具有重要意义;③可与蔡司电镜进行联动,实现显微(光)镜和电镜原位观察分析,即使用专业样品夹持器和专业Axio Vision软件,在完成光镜观察后,记忆光镜的观察区域,在电镜下快速、准确地找到同一区域,实现光镜和电镜联动工作,对颗粒进行准确的能谱定性分析。
统计表明,汽车零部件的失效80%是由疲劳造成的,而失效总是发生在残余(拉)应力最大的部位(称为“危险部位”)。为了降低危险部位工作(拉)应力带来的风险,一方面可通过喷丸、滚压等工艺,在零件危险部位产生压应力来提高其疲劳强度;另一方面,必须具备检测残余应力的能力。在本次年会上,美国爱派克公司介绍了采用X衍射原理来检测残余应力的Proto残余应力测试仪,这是当今世界上唯一能满足各项相关标准(如ASTME 915-10、EN15305-2008、SAE J784a等)的高效专业测试仪器。它选用新一代的PSSD X射线光纤基固态检测器件,具有很高的精度、灵敏度和可靠性,探测速度也很快。由于该仪器是基于不假定剪切应力为零的完整应力方程,因此每一次测量后可同时显示正应力和剪切应力,从而减少了探测的系统误差。
Proto应力测试仪的应用实例:被测件是发动机中的曲轴,其危险部位是轴颈拐角处的圆角。通常采用滚压等强化工艺来改善该部位的疲劳强度状况。但是,鉴于在滚轮高接触应力的作用下,曲轴圆角处的材料会发生剧烈变化,并在工作区域附近形成复杂的残余应力场,为了验证该处的实际应力状况,确保零件经过滚压强化后具有足够的压应力(疲劳强度),对该区域进行应力测试的重要性不言而喻。
本文作者:大众动力总成(上海)有限公司 朱正德
原载:《工具展望》
上载于:2014-5-14 15:09:27

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