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摘要：数字化检测是企业提高检测效率与检测水平的重要手段之一，因而逐渐受到企业的重视。检测数据的获取、管理与统计分析是企业实现数字化检测的关键技术与基础，对于企业提供产品质量、快速响应市场具有重要的意义。本文基于数字化车间的建设，论证构建数据采集的数字化检测系统的可行性，对该系统的功能和用途进行探究和介绍。

关键词：数字化车间;数字化检测;数字化检测系统;

1、引言

随着“工业4.0”、“中国制造2025”等政策的制定和实施，信息技术与制造技术深度融合的数字化、智能化制造已然成为我国工业产业未来发展的主线。未来，充分发挥信息化网络在生产要素配置中的优化和集成作用，将信息数据的创新成果深度融合于制造业领域中，形成更广泛的基础设施工具，将是未来制造业发展的新形态。

针对航天领域产品多品种、小批量、高质量的特点，车间数字化以致于工厂数字化成为越来越多的军品生产企业的发展趋势。数字化车间是基于“工业4.0”的发展而建立的重要环节，而且智能制造的生产组织模型的产物就是数字化车间，数字化车间是基于信息互通以及生产设备网络互联的基础上，通过在制造信息系统中对这些信息进行利用，生产模式的效率得到提升，实现自动化和定制化的过程。

通过当今社会发达的信息技术，融入更多的先进的思想理念到工厂管理当中，形成基于物联网的数字化车间和数字化工厂的管理体系，其中也涵盖了多种数字化检测技术，在一定程度上提高了零件检测的工作效率。随着计算机、微电子等技术的迅猛发展，检测技术的水平和检测仪器的能力得到了不断的提升。数字化检测技术实现了检测过程中检测数据的动态读取、实时处理、保存、共享以及远程访问与操作等功能，极大地提高了检测精度和检测速度，降低了工人的劳动强度。因此，数字化检测技术在国内外很多行业得到了广泛的作用。

对军工制造业而言，型号产品质量要求高，测量数据量大，复查统计工作繁琐，采用数字化检测技术对生产全过程进行检查、监测，对确保生产安全、保证产品质量、提高产品合格率、降低能耗和原材料消耗、提高企业的劳动生产率和经济效益有很大意义。

2、研究背景

随着目前军品市场的竞争加剧，军工制造型企业目前面临着生产任务重、研制周期短、产品品种多、成本和质量要求高等难题，如何提高生产效率和保证产品质量成为企业发展的第一要素。因此，各军工制造型企业都在开展数字化车间的建设，目的是提高生产效率与自动化制造水平，降低企业成本，提高企业利润。

在我国数字化车间的相关标准中规定，将与制造操作有关的功能分为五层：第一层是实际的物理过程，即基础制造生产过程;第二层是检测和执行物理过程的功能;第三层是监控和控制物流过程中的功能;第四层是管理生产预期最终产品的工作流的功能;第五层是管理制造组织约为相关活动的功能。根据数字化车间的规划，建设数控机械加工单元等属于第一层功能，推进数字化检测系统属于第二层功能，实施智能仓储和智能物流属于第三层功能，建立智能管控系统属于第四层功能，通过ERP-SAP传递制造管理信息属于第五层功能。

ERP-SAP属于制造型企业生产任务的顶层计划系统，智能管控系统属于车间级生产管理系统，而数字化检测系统是基于车间生产现场底层数据的数据采集和分析系统，三个系统是相互传递的关系。本文主要围绕上述的第二层功能，通过分析目前军工制造型企业的普遍产品检测现状，研究数字化检测技术的应用前景，对数字化检测系统的使用流程进行介绍。

3、数字化检测的必要性

军工制造型企业生产的产品种类繁多，尤其是复杂结构产品，生产过程涉及工序多，产生大量的质量数据。这些数据检测阶段不同，要求的公差范围、测量方法也不同。通过在数字化检测系统进行规划，不仅可以预防检测过程的低层次问题，还能提高质量数据信息化管理效能。

对企业来说，数字化检测最直接的好处是可以大幅提高数据的效率，尤其是配合目前被广泛使用的数字化量具以及数据传输技术的情况下。不仅如此，数字化检测有助于帮助企业实现质量信息的共享，消除质量信息孤岛，实现快速响应的质量控制。此外，数字化可以很大程度上避免测量数据的错漏甚至是人为制作假数据等。最重要的一点是，数字化测量为企业“数据驱动的持续改善”提供了很大的价值创造空间，有了数字化的测量数据，企业就可以利用各种数据分析方法，从数据中挖掘更大的价值。

现阶段，各企业正逐步开展信息化工作。数字化检测系统通过产品全寿命周期链条上的数据资源，将生产全过程的质量数据进行收集、转换、分析，实现数字化和共享化。数字化检测系统对军工企业的质量管理十分有必要，不仅可以实时动态处理数据并得到数据结果，实时评估值生产质量，还能根据不同产品特性，直接利用系统编辑测量需求，便于进行数据管理。通过实时测量，对比分析判读结果是否符合要求，可以直接上传处理，减轻了检验员的作业负担，避免了手工抄写及检验效率。

4、系统流程梳理

数字化检测系统的建设目标是：建设一套基于Web端的产品数字化检测系统。通过数字化检测平台服务器，将生产现场使用的量具及三坐标测量仪等设备连接，构成一个基于Web的数字化检测系统。

总体流程是，工艺员通过自定义电子检测规程输入检测参数及表单属性要求，指导操作者、检验员按设定的检验工艺进行自检、巡检和成检，使用带数据接口的计量器具/仪器开展产品测量，实时的对数据进行判读、自动记录及统计分析。进入系统后，按照工号、图号及工序号区分，查找对应程序。以产品编号作为该数据表单的唯一性。在产品加工完成后，对每台产品测量的所有数据文件进行转换，统一形成每台产品的数据库信息，并存于服务器的数据库中。

5.1 业务流程

数字化检测系统的核心业务流程主要体现为三个过程，分别是程序编制、检验过程和数据利用，如图1所示。

5.1.1 程序编制

通过对产品进行分析，按照产品加工工艺方法的要求，基于图纸编制测量程序，形成检测计划表，实现检测程序的输入。检测程序的输入要明确在哪一道工序进行哪项参数的检测，并明确检测这项参数所需要检测计量器具或检测仪器。根据检测程序，编制检测记录表，实现记录表相关信息。主要包括：工号、图号、产品名称、检测要求、合格结论及加工测试设备、人员、时间等信息。

5.1.2 检验过程

1）计量器具的匹配

根据产品检测计划，配备相关检测用计量器具和检测仪器，对于一般精度的测量要求，配备带有数据传输功能的计量器具，对于高精度的及形位公差等需要使用专用或通用测量仪器的，使用带有数据传输功能的三坐标测量仪等设备进行测量。

2）数据的读取判定

在生产线的各个生产终端位置建立数字化检测站，检测站配备相应的检测用计量器具或计量仪器，将产品的检测计划与生产计划结合，在生产过程中可随时对产品进行检测，按照确定的检测计划及检测要求对相关参数进行检测，检测结果按照检测要求进行自动判定，实时完成检测记录。

5.1.3 数据利用

检测数据上传到服务器后，通过数据库对检测数据进行实时监控。根据产品型号、批次号等规则形成产品质量报表，共用智能管控系统的展示面板对产品质量趋势、质量分析报告等进行展示。生产过程完成，检测过程同时完成，相关实测数据、是否合格、计量器具仪器信息等质量记录一并形成，根据需要可以对每一项测试参数进行统计分析，可按需进行下载或打印。

5.2 用户职能

参与整个数字化检测系统的用户可划分为：工艺员、检验员、计量员、操作者、系统管理员。用户流程图如图2所示。

用户的描述如下：

工艺员：明确每种产品的工号、图号、名称、每项技术要求、检测要求，编制检测计划;

检验员/计量员：按照检测计划地要求对产品的每项检测要求进行检测，实测数据直接倒入检测系统中;

操作者：按照工艺文件及检测计划要求对产品进行自检，检测结果符合要求后提交检验员/计量员进行巡检或成检;

系统管理员：负责系统的维护及权限设置、系统用户管理，数据的查询。

质量技术人员：负责收集每个批次产品的质量数据采集信息，利用数据统计过程分析，查找生产薄弱环节。

6、系统架构

通过构建质量核心基础平台，完成测量设备、测量业务、测量资源等自动、统一调配，如图3所示。

数字化检测系统是以数字化量具量仪为基础，集产品检测工艺、检测过程、质量控制于一体化的数字化系统工具，打通了检测数据的“数据孤岛”，实现了真正的质量数据集成与共享。

利用数字化网络技术，信息自动化技术，将现有的设计、制造与生产管理系统，采用物联网技术将各个检测设备连接起来，实现CAD/CAM/CAT系统的数据信息整合，实现产品的检测设计、检测执行、检测评价和质量管理的自动化，积累制造信息的大数据，为企业构架基于信息系统的高效反应和决策体系，为以后结合AI技术，对各个制造单元乃至整个系统智能化升级做好大数据的基础。

7、关键点控制

7.1 量具测量程序

系统将二维图纸或三维图纸导入解析软件进行自动解析，并可以手动调整解析出来的内容，形成电子化现场检验记录单，图纸解析和解析内容如图5和图6所示。

7.2 任务领用

检验任务在各个工位领用。操作员或检验员输入当前工件的图号、工序号。系统会自动根据零件图号、工序号匹配当前有效的检验程序。操作员或检验员输入工件批次号、序列号，系统记录检验数据与件号的关联。

7.3 量具测量引导

对于量具客户端，系统提供基于二维的图形化引导。辅助操作员或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。

7.4 数据采集

测量数据记录始终是困扰检测人员的问题。对于检测人员来说，检验完成确保合格是检验人员的职责。而检验数据又是重要的历史凭证，并且对以后的工艺改进、设计改进具有反馈作用。记录数据也成了检验员的重要工作。而量具、数字化检测设备的数据摘抄，尤其是数字化测量设备摘抄工作，既有笔误的风险，又有繁重的工作量。这是信息化工作急迫需要解决的问题。

系统提供对测量设备的数据采集功能。数字化测量设备、带数据线的量具量仪检测数据都可以自动采集，普通量仪量具可以通过键盘输入的形式采集检测数据，实现检测数据与检验母本一一对应，结构化存储。

对于现场测量，系统支持多种检测方案：1）无法数字通讯量具，系统支持手动录入测量数据到数据库;2）数字量具量仪与电脑，软件系统连接，检测数据自动上传至测数据库;3）自动化数字化检测设备方案，现场操作点击操作，简单、快捷、高效，测量结果自动上传至数据库。

7.4.1 量具直连采集

数字化量具执行终端模块，可以通过接口直接从量具接口转接器获取测量及测试数据。系统支持有线、无线、蓝牙连接的量具，但由于军工企业保密的要求，只能使用有线量具。所收集的数据可保存在文档或储存在中央数据库中，随后即可对保存或归档的数据进行可视化，以用于定量或定性评估。

7.4.2 自动设备采集

三坐标、粗糙度仪、比对仪等先行转换为中间TEXT格式，系统自动读取TEXT中的检测数据进入数据库。

三坐标采用AQDEF标准协议直接采集数据进入数据库。

7.5 质量数据监控

系统提供了测量数值确认环节。对于数字化检测设备和数字量具检测，尤其是数字化检测设备，有时测量数据出现超差是由于工件不清洁或工装问题造成的，由于系统自动采集、自动上传数据，很容易将有偏差的数据传递到系统中永久保存。因此，有必要设置人工环节来确认检测数据是否合理。数字化检测系统提供操作质量信息管理功能：

1）人工数据录入和通过一系列接口的量具联接，在数据库中可视化、评估和储存数据。

2）数字化测量设备提供的AQDEF或TEXT文件形式的数据，单次的测量都会被评估和可视化，符合要求的测量将传输到数据库中。

3）过程数据将在设备附近被展示，使得能够快速的进行干预，数据也被传输到数据库。

4）数据库中的内容以警报形式被监控，在中心数据库里这些警报可以显示，操作工有机会去解除警报。

7.6 报告报表输出、大数据统计分析

所有测量数据可以在网页端查询与导出，在web端查询零件测量数据。

7.6.1测量数据查询

1）通过批次、件号查询零件的历史检验数据

2）通过图号、工序号编号查询

7.6.2 测量结果统计信息展示

1）以仪表盘方式显示所有测量结果的统计信息，包括测量总数、合格数量、不合格数量的比率信息;

2）可通过设备进行筛选查看展示结果;

3）可通过设置时间进行筛选查看展示结果。

可根据用户要求定制化开发数据导出功能，形成可存档报告，进行流转。

系统内置报表引擎，可以按照用户要求定制化开发“问题TOP5”、“问题TOP10”等类型的报表。

质量大数据分析各模块能够充分地、有效地、实时地反映生产、控制生产、指导生产、提高生产，达到以下要求：

1）针对生产过程，提供先进过程分析理论及评定方法，分析生产过程变差原因，减小过程变差，从而提高生产效率。包括：能进行预警、报警，发出异常信息警示等方式，提供典型的分析方法的技术支持。

2）通过对质量数据的可视化及更好的人机交互，提高检验人员及相关操作人员的工作效率。包括：进行单机监控、全局监控，实现质量数据的实时提供给相关人员。

3）实现质量数据的带有事件识别的集中储存、管理及分析，建立强大的数据库，提供数据源，便于进行不同目的的过滤、筛选、分析。

4）对测量系统分析、设备验收、过程能力的评定，提供各种不同目的统计分析评价策略。

5）提供从自动数据录入、可视化、统计分析、数据管理、数据显示、数据分布模型的自动选择、评定及质量信息的归档全面解决方案。

8、结论

检验检测是制造过程中不可分割的重要组成部分。它是伴随每个产品、每道工序、每个特征和参数的质量。数字化检测系统将提供“产品设计、制造、改进、更新全过程的质量控制和信息管理”的整体解决方案，并提供灵活的、可扩充的平台，为进一步提升企业质量控制规划提供决策依据，助力企业质量的持续改进。

参考文献

1智慧制造数字化测量管理系统[J] 王贞，科技纵览;

2基于物联网的数字化工厂中质量管理信息采集[J]  利剑清，信息工程 ;

3数字化工厂技术在航天产品制造工艺中的应用[J]  杨修伟等，电子世界;

4数字化车间数据采集与应用分析[J]  康龙，互联网+应用