序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的質(zhì)量控制系統(tǒng)的應(yīng)用樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。

引言

隨著《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》的印發(fā)，加快產(chǎn)品高質(zhì)量發(fā)展，推進(jìn)智能制造，加速構(gòu)建以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的知識驅(qū)動型智能制造系統(tǒng)，已成為我國制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢。汽車制造業(yè)作為制造業(yè)實(shí)體經(jīng)濟(jì)的中流砥柱，在推動我國向現(xiàn)代化制造強(qiáng)國邁進(jìn)中占有舉足輕重的地位，自主創(chuàng)新和質(zhì)量控制仍然是制約汽車制造業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)[1]。裝配過程作為汽車整個制造過程中至關(guān)重要的一環(huán)，裝配質(zhì)量在很大程度上決定了整車品質(zhì)的好壞。而變速箱作為汽車的核心組成部分之一，如何提高其裝配過程的質(zhì)量，是汽車制造行業(yè)非常關(guān)心的問題。隨著計算機(jī)技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)數(shù)據(jù)的采集技術(shù)和工業(yè)數(shù)據(jù)的利用率得到了空前的發(fā)展，使得利用大量的工業(yè)數(shù)據(jù)對變速箱裝配過程質(zhì)量進(jìn)行在線實(shí)時預(yù)測的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)[2]。變速箱在裝配過程中，控制其裝配過程質(zhì)量具有較高的穩(wěn)定性與一致性是十分重要的[3]，同時對裝配過程進(jìn)行科學(xué)有效的質(zhì)量管控，對提高生產(chǎn)效率、降低企業(yè)制造過程成本具有極為重要的意義。楊成赫等[4]提出了一種復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品裝配過程質(zhì)量在線控制的概念，主要是解決復(fù)雜機(jī)械精密產(chǎn)品在裝配過程中出現(xiàn)的裝配質(zhì)量問題，最終開發(fā)出裝配過程質(zhì)量在線控制系統(tǒng)，并驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性。劉明周等[5]在對再制造產(chǎn)品裝配過程特點(diǎn)及其裝配過程質(zhì)量問題進(jìn)行分析之后，提出一種動態(tài)工序質(zhì)量控制模式，然后開發(fā)設(shè)計了一套動態(tài)工序質(zhì)量系統(tǒng)，并對其有效性和可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。張彥如等[6]為了使變速箱裝配的質(zhì)量得到提升，在對變速箱的裝配工藝進(jìn)行分析之后，構(gòu)建了變速箱裝配質(zhì)量動態(tài)控制與預(yù)測系統(tǒng)，在實(shí)際車間中進(jìn)行了系統(tǒng)的應(yīng)用，并得到了良好的應(yīng)用反饋。劉明周等[7]為了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品在裝配過程中質(zhì)量控制點(diǎn)公差帶的在線優(yōu)化，構(gòu)建了基于最短路徑的模型。王宏穎等[8]針對機(jī)械產(chǎn)品裝配質(zhì)量難以全局控制、裝配線集成存在困難等問題，研究開發(fā)了面向裝配過程的在線質(zhì)量控制系統(tǒng)。

1質(zhì)量控制系統(tǒng)設(shè)計

1.1質(zhì)量控制業(yè)務(wù)流程

質(zhì)量控制業(yè)務(wù)流程如圖1所示，在變速箱裝配過程中，首先對基礎(chǔ)信息進(jìn)行配置（如對各個工位、產(chǎn)線進(jìn)行配置），其次對需要采集的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行配置（包括產(chǎn)品的質(zhì)量項(xiàng)及作業(yè)指導(dǎo)書等），然后布置現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集程序，用來實(shí)時采集數(shù)據(jù)信息。一方面將采集到的各種質(zhì)量數(shù)據(jù)用于看板管理，實(shí)時地把現(xiàn)場的質(zhì)量數(shù)據(jù)和裝配過程進(jìn)行圖表化展示；另一方面把采集到的實(shí)時數(shù)據(jù)應(yīng)用于質(zhì)量檢測模塊，通過質(zhì)量檢測模塊里面的各種算法對變速箱的裝配過程質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測，當(dāng)預(yù)測可能出現(xiàn)變速箱裝配過程質(zhì)量問題時，把預(yù)測結(jié)果輸入質(zhì)量控制模塊，通過質(zhì)量控制模塊中知識圖譜技術(shù)給出合理的控制方法與決策方案。

1.2系統(tǒng)功能需求

變速箱制造企業(yè)需要在裝配過程中保持較高的合格率及裝配過程的一致性和穩(wěn)定性。在變速箱裝配過程中要滿足企業(yè)的上述需求，就離不開變速箱裝配過程質(zhì)量控制系統(tǒng)的支持。通過對變速箱制造企業(yè)業(yè)務(wù)需求的分析，其對質(zhì)量控制系統(tǒng)的功能需求如下：1）實(shí)時性。為了實(shí)現(xiàn)變速箱裝配過程的在線控制，系統(tǒng)需要準(zhǔn)確、實(shí)時、有效地采集變速箱裝配過程中產(chǎn)生的過程數(shù)據(jù)，這是實(shí)現(xiàn)對過程質(zhì)量數(shù)據(jù)分析的前提。2）靈活性。變速箱裝配線往往會生產(chǎn)多種型號的產(chǎn)品，不同型號的產(chǎn)品在實(shí)際裝配過程中有不同的裝配工藝與質(zhì)量檢測項(xiàng)，為高效地應(yīng)對裝配現(xiàn)場不斷發(fā)生的變化，對變速箱裝配過程質(zhì)量控制系統(tǒng)的靈活性提出了更高的要求。3）開放性。企業(yè)中有眾多系統(tǒng)，變速箱裝配過程質(zhì)量控制系統(tǒng)只是其中的一個，需要與其他系統(tǒng)進(jìn)行信息交互與數(shù)據(jù)傳輸，因此需要保證系統(tǒng)具有較好的開放性。4）穩(wěn)定性。要為變速箱裝配過程質(zhì)量保駕護(hù)航，就需要系統(tǒng)有較強(qiáng)的抗干擾能力，對安裝環(huán)境的要求不要較高，同時需要系統(tǒng)在外界環(huán)境發(fā)生細(xì)微變化時仍可以穩(wěn)定運(yùn)行。5）可視化。變速箱裝配過程中操作人員需要根據(jù)可視化的操作流程和工藝要求進(jìn)行工作，同時需要可視化的檢測項(xiàng)來對關(guān)重件進(jìn)行檢查，當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)裝配質(zhì)量問題時能提供可視化的解決方案；管理人員需要可視化的界面來快速地了解現(xiàn)場出現(xiàn)的問題、現(xiàn)場的工作進(jìn)度和各個設(shè)備的工作狀態(tài)。

1.3系統(tǒng)功能設(shè)計

結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況及業(yè)務(wù)需求，變速箱裝配過程質(zhì)量控制系統(tǒng)整體功能結(jié)構(gòu)規(guī)劃共分為以下幾個模塊：1）基礎(chǔ)信息管理。主要是對工廠實(shí)際運(yùn)行中基礎(chǔ)資源信息進(jìn)行增、刪、改、查、數(shù)據(jù)的導(dǎo)入或?qū)С龅染S護(hù)，主要包括人員、產(chǎn)線、工位、地址等多個模塊。2）產(chǎn)品質(zhì)量項(xiàng)管理模塊。主要是對各種過程參數(shù)管理及對數(shù)據(jù)采集內(nèi)容配置，質(zhì)量數(shù)據(jù)管理包括變速箱基本信息管理、產(chǎn)品關(guān)重件管理、產(chǎn)品質(zhì)量項(xiàng)管理及標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書。3）數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集模塊是整個裝配過程控制系統(tǒng)的核心，可通過在上層配置需要采集的質(zhì)量檢測項(xiàng)的相關(guān)信息，并通過在現(xiàn)場工控機(jī)布置數(shù)據(jù)采集程序?qū)崿F(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)采集。4）質(zhì)量預(yù)測模塊。主要功能是實(shí)現(xiàn)對變速箱裝配過程質(zhì)量是否合格及不合格類型的預(yù)測，質(zhì)量預(yù)測模塊是以變速箱裝配過程中產(chǎn)生的大量工業(yè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。通過質(zhì)量預(yù)測功能，對正在進(jìn)行裝配的變速箱進(jìn)行預(yù)測，得到預(yù)測的結(jié)果，為后面進(jìn)行變速箱裝配的事前控制提供依據(jù)。5）質(zhì)量控制模塊。變速箱裝配過程質(zhì)量控制模塊是該系統(tǒng)非常重要的模塊，其主要功能是基于質(zhì)量預(yù)測結(jié)果對出現(xiàn)裝配質(zhì)量異常結(jié)果給出相應(yīng)的方法推薦。6）看板管理?？窗骞芾聿捎脠D表化方式動態(tài)地顯示生產(chǎn)過程中生產(chǎn)計劃、產(chǎn)品、設(shè)備的實(shí)時狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常時快速響應(yīng)。

2制造執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1系統(tǒng)硬件架構(gòu)

系統(tǒng)硬件架構(gòu)可將服務(wù)器、交換機(jī)等多種信息設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起，為整個控制系統(tǒng)提供硬件基礎(chǔ)。整個系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖3所示。車間現(xiàn)場依據(jù)不同產(chǎn)線功能劃分為多個區(qū)域，單個區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)信號由二級交換機(jī)控制，區(qū)域PLC監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)并控制現(xiàn)場RFID讀寫器及信號燈的操作，現(xiàn)場工控機(jī)通過二級交換機(jī)與之相連，實(shí)現(xiàn)實(shí)時信息交換；同時部分區(qū)域二級交換機(jī)上連接著無線路由器，在車間提供無線信號，工業(yè)PAD通過無線連接進(jìn)行相關(guān)流程的記錄。多個二級交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)信號最后通過核心交換機(jī)匯總到一起，核心交換機(jī)通過給二級交換機(jī)劃分不同網(wǎng)段，使不同區(qū)域間的網(wǎng)絡(luò)信號互不干擾；同時，核心交換機(jī)與多個服務(wù)器相連，將現(xiàn)場信息及時存儲到對應(yīng)服務(wù)器內(nèi)，并通過服務(wù)器對現(xiàn)場信息進(jìn)行集成控制。

2.2系統(tǒng)軟件構(gòu)架

在系統(tǒng)開發(fā)之前需要對其架構(gòu)進(jìn)行謹(jǐn)慎的規(guī)劃，需要對系統(tǒng)主要的功能需求、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)、業(yè)務(wù)背景等信息進(jìn)行全方位的考慮，從而使得開發(fā)出的系統(tǒng)在解決變速箱裝配過程質(zhì)量問題時有更強(qiáng)的針對性。結(jié)合變速箱廠實(shí)際情況，本文采用瀏覽器/服務(wù)器（B/S）和客戶端/服務(wù)器（C/S）模式相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)整體架構(gòu)。在整體上主要包括信息接口層、人機(jī)交互層、數(shù)據(jù)采集層、質(zhì)量控制層，系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖4所示。

2.3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

基于上述對系統(tǒng)的設(shè)計，以安徽某變速箱裝配車間為例，在結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況及分析質(zhì)量控制需求后，本文采用C#語言，基于.Net平臺和SQLServer2014數(shù)據(jù)庫及VisualStudio2015開發(fā)工具對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。在變速箱裝配過程中，該系統(tǒng)對變速箱裝配車間進(jìn)行了基礎(chǔ)信息建模，地址基本信息配置如圖5所示，產(chǎn)品質(zhì)量項(xiàng)管理如圖6所示。當(dāng)上層系統(tǒng)中信息配置完成之后，便需通過裝配現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)采集。圖7所示為OPC信息配置界面，當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備的工作狀態(tài)發(fā)生變化時，OPC服務(wù)器、PLC和OPC客戶端三者之間可以通過實(shí)時通信進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。在數(shù)據(jù)采集完成之后，系統(tǒng)會對采集到的變速箱裝配過程質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，然后基于選擇出的變速箱裝配過程關(guān)鍵質(zhì)量特性的樣本數(shù)據(jù)，使用Adam算法獲取最優(yōu)參數(shù)，通過構(gòu)建完成的變速箱裝配過程質(zhì)量預(yù)測模型對最新采集到的關(guān)鍵質(zhì)量特性樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，輸出模型預(yù)測結(jié)果，質(zhì)量預(yù)測的界面如圖8所示。當(dāng)預(yù)測出變速箱質(zhì)量異常時，系統(tǒng)會把預(yù)測結(jié)果輸入到知識圖譜，然后點(diǎn)擊不合格品，處置措施欄中會給出該質(zhì)量問題的具體原因、應(yīng)急方案及該質(zhì)量問題的具體處理措施，在知識圖譜里面可以清晰地看出與該問題相關(guān)的因素和處理措施，給相關(guān)人員提供了可視化界面，有較強(qiáng)的可解釋性，同時可以實(shí)現(xiàn)對后面變速箱裝配過程的事前控制，質(zhì)量控制界面如圖9所示。

3結(jié)語

為解決變速箱制造企業(yè)的裝配過程質(zhì)量數(shù)據(jù)利用率低和裝配過程質(zhì)量控制難的問題，設(shè)計并開發(fā)了變速箱裝配過程質(zhì)量控制系統(tǒng)，本文詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)的功能模塊、系統(tǒng)硬件框架和系統(tǒng)軟件框架，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)信息配置、產(chǎn)品質(zhì)量項(xiàng)管理、數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量預(yù)測、質(zhì)量控制和看板管理等各個功能，并在生產(chǎn)過程中驗(yàn)證了該系統(tǒng)的有效性和可行性。

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作者：王贊贊 單位：合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院