试谈审核机械加工智能化生产的几个问题

北京世标认证中心有限公司南京分公司    顾振国

智能制造技术是传统制造技术和现代信息技术结合的产物，机械加工智能化是当前制造业智能化的主要方面之一，随着我国科学技术的迅速发展，数据化、信息化、物联网技术和人工智能技术等在机械行业的应用发展不断壮大，在提高产品质量、降低成本和可持续发展方面取得了优异成绩。对此，机械行业的质量管理体系（以下简称QMS）也迎来了新任务、新要求，本文以机械加工企业为例，对其智能化生产过程的QMS审核方面的几个问题作一探讨，请审核界批评指正。

1、智能化加工设备的审核

   机械行业柔性制造单元的智能化机械加工设备主要包括数控加工机床、工业机器人、传感器和自动化控制系统等。其中数控加工机床（如五轴加工中心、四轴加工中心等）具有数据采集功能、监控功能、分析功能和自适应柔性功能等；机器人如搬运机器人、人机协作机器人等，能从事精度和重复性高的作业，使用协同性专家系统；智能传感器如加速度传感器、压力传感器、光照传感器等，它是一种检测装置，能感受被测量信息，按规律将感知到的信息转换成电信号或其他所需信息输出。以上这些设备的应用均具有实现高速、高精度的零件加工和装配功能。

  在智能化机械加工企业QMS审核中，对数控加工机床的审核，首先可结合现场的机械零件加工，审核加工零件的编程控制，包括编程软件的应用；加工路径优化；加工参数、刀具补偿及补偿参数的准确性；考虑各轴的配合关系和各轴偏移以及实际加工前使用仿真软件的程序验证等，其次，可结合现场的加工零件关注五轴加工中心等利用UG和Vericut软件机床系统建模的仿真优化加工。构建虚拟加工平台进行加工过程仿真优化以及现场的数控加工和验证、提高应用水平和应用质量的效果，再其次可追溯一下五轴加工中心加工的精度检测，包括几何精度、定位精度和自动补偿以及两轴联动工作精度等机床动态精度，还有所用的激光干涉仪、球态仪等仪器的检定。

机器人是智能制造的主要支撑设施，对工业机器人的审核要区分机器人的应用状态（分为示教、运行和维修三大状态），除了了解常规的示教活动外，其中主要关注运行状态中机器人的自动化集成效果，实现生产过程的自动智能化，它是现代制造业发展的重要组成部分。

审核机器人自动化集成的质量控制，一是关注机器人运行中的稳定性和精度，其安装调试阶段是否能确保各项参数和功能正常，并进行了合理校准和调整；二是关注是否采取措施优化了机器人的编程和控制系统，如在编程中是否考虑了机器人的运动轨迹、速度和力量等参数，力求机器人动作准确等优化措施；三是机器人自动化集成中要实施质量控制和优化策略的软硬件结合（如硬件方面，选择适合的感知设备和传感器，软件方面开发应用了优化机器人控制系统和智能算法，重点是关注它的质量效果）。

其他如对自动化机械加工生产线上应用的传感器，审核中也应关注其稳定性、线性度、抗干扰性、零漂和重复性、再现性等功能要求的实现与维护等，这里不再详述。

2、智能化机械加工过程的审核

    机械加工过程仿真与智能优化主要包括机床系统建模、切削过程仿真、加工过程优化和加工质量预测几个方面，首先检查智能化机械加工过程工艺管理，通过企业的PDM管理系统（产品数据管理）关注生产过程工艺卡的三维工艺设计、工艺更改等证据，通过PDM平台上PBOM工艺结构树检查所进行的零件工艺设计、工艺数据管理和发布的工艺文件，传递到MES（公司生产信息管理系统），进而传递到车间执行层的管理平台（工艺管理、品质管理），审核员可现场查看工艺设计、工艺参数受控、工艺更改等信息证据。

   其次，审核进行检查现场智能加工过程的质量控制，例如审核员可现场抽查智能加工生产线上的五轴数控加工中心，查验其基于UG和Vericut软件的五轴加工设计仿真优化工作和产品的加工，审核可首先关注构建的五轴数控加工仿真平台、建立机床模型、设置机床系统参数、配置机床控制系统和优化刀具库等实现仿真加工过程以及进行NC程序优化，目的是提高数控程序的准确率，检查解决实体加工是否存在欠切、过切等工艺问题。审核还应关注仿真采用的算法模型是否与实体场景相匹配，虚拟过程的输出是否正确适合？进行了哪些仿真优化？是否有相应的风险分析和控制措施；在上述分析优化结果后进行现场的实体加工。审核还应关注通过实验设计分析优化等手段确定各加工参数的最优取值的加工过程，是否取得实效。

3、智能装配过程的审核

   智能装配生产线的信息化建设通过MES、整合物联网系统、PDM等形成横向信息集成，实现智能化生产线；智能装配生产线的硬件主要由装配机器人、智能传感器、柔性工装和智能装配装备等组成。

审核智能装配生产线，首先应了解装配生产线的总体布局，了解生产线和信息化的集成，例如信息化建设和设备、物料管理和调度、智能装配设备、产品和装配物料的操作定位以及与信息系统（MES、ERP等）的集成等。

保证装配过程中的精确定位是装配过程的关键技术，也是保证产品装配质量和装配效率的重要因素，审核中应予以重点关注，它包括了装配物料的操作定位、装配工夹具的定位和装配机器人的操作定位等关键定位过程控制。现以装配机器人精确定位，保证精度为例，审核中应了解关注机器人机械系统的静态运动精度、机电系统高频响应特性和外部跟踪信号的动态特性的质量控制，以及过程风险的识别和控制等。

如果装配过程不是离线编程，而是将机器人的控制器与图形仿真系统联结（实施了基于数字技术和智能技术的装配工艺设计），即可以离线对机器人装配作业进行动画仿真，仿真验证装配工艺程序的正确性，为机器人编程创造直观视觉结果，审核可关注采用的算法模型是否和实际场景适配，是否有相应的风险控制等。

另外，在智能装配生产线的硬件中建议还要关注智能装配装备的运作，它是一种新型的应用硬件设备，目前在若干行业已经应用。它的功能是可根据现场目标特征，可自动确定目标的外形特征和准确位置，进一步利用其自动执行装置完成装配生产任务，对装配质量实施有效控制，提升装配质量的稳定性、可靠性和生产效率，审核中对智能装配装备的质量保证功能的实现应予以检查关注，必要时关注专用智能装配工艺装备的设计制造技术的实际运用方面的情况。

4、自动化生产线产品质量在线检测装置的审核

   自动化生产线产品质量检验的审核，应关注、检查自动化生产线上产品质量在线检测装置的应用和校准。应用3D检测系统的自动化在线检测是由过去的单一检测设备转变为集成各种功能的自动化在线检测，它由3D数字化检测软件和三相扫描仪等组成，它在使用中具有整体偏差、截面偏差和总偏差三种分析方式，具有在线批量扫描检测能力。另外，审核还应关注一些大尺寸零件的几何尺寸的在线测量，如航空航天、船舶制造、风电生产等行业采用的机器视觉，几何测量方法的在线测量系统的现场应用。这些在线检测装置的检定校准一般是由生产厂定期进行校准，审核中予以关注。