王康輝，薛飛

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

如今，汽車市場競爭日漸激烈，汽車制造面臨巨大的時間、成本和質(zhì)量壓力。工廠內(nèi)部招工難，并且缺乏專業(yè)技師，工廠又必須提高生產(chǎn)效率。因此，汽車生產(chǎn)廠逐步由傳統(tǒng)工廠向數(shù)字化工廠轉(zhuǎn)型。三坐標(biāo)測量儀作為測量發(fā)動機(jī)工件加工面和加工孔的參數(shù)測量工具已久，但一直沒有三坐標(biāo)測量報告分析系統(tǒng)來對測量報告進(jìn)行分析和儲存，以便以后工作時隨時調(diào)取。三坐標(biāo)測量報告為數(shù)控加工中心的質(zhì)量保障，加工尺寸的調(diào)整來源于測量報告中的數(shù)據(jù)。GROB雙軸加工中心在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，加工中心的2根軸是聯(lián)動加工，也就是1套加工程序，控制2根軸的加工方向。雙軸加工中心的測量報告閱讀調(diào)整一直以來都是由人工負(fù)責(zé)，對機(jī)床操作人員的數(shù)控編程能力和經(jīng)驗有著很高的要求。人工對雙軸加工中心進(jìn)行加工程序調(diào)整時，需要對2根軸的X、Y方向不同的坐標(biāo)系下的加工尺寸、尺寸公差等多種因素綜合考慮，若出現(xiàn)調(diào)整失誤，存在撞機(jī)、造成批量工廢等嚴(yán)重質(zhì)量事故。人工調(diào)整后的結(jié)果需要使用三坐標(biāo)測量儀進(jìn)行再次測量，才能獲取測量結(jié)果。若測量后，尺寸不滿足要求或者因尺寸超差造成工廢，則需要再進(jìn)行一次調(diào)整，否則不能有效驗證調(diào)整值的有效性。在對三坐標(biāo)報告調(diào)整過程中的難點進(jìn)行分析，開發(fā)了三坐標(biāo)測量報告分析系統(tǒng)，使用此系統(tǒng)可以更快速有效地查閱報告，可以對歷史報告進(jìn)行追溯，可視化顯示能直觀顯示加工尺寸的信息，進(jìn)行加工程序調(diào)整時，可以使用模擬調(diào)整功能，系統(tǒng)會對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，給出建議調(diào)整值，輸入調(diào)整值后，可以看到調(diào)整后的尺寸變化，保證首次調(diào)整即為合格，減少技術(shù)人員在調(diào)試工作前期繁雜的人工數(shù)據(jù)篩查時間，改進(jìn)技術(shù)人員的工作方式。

1 三坐標(biāo)報告調(diào)整過程

圖1和圖2為1臺雙軸加工中心三坐標(biāo)測量報告，圖1為1#軸的測量報告，圖2為2#軸的測量報告，紅色框內(nèi)數(shù)字為尺寸的評價值是否需要調(diào)整的依據(jù)，藍(lán)色框中X_CORR、Y_CORR后面的數(shù)值為調(diào)整值，調(diào)整人員需要對比2份報告才能分析報告超差原因，進(jìn)行報告調(diào)整。

圖1 SP1測量報告

圖2 SP2測量報告

首先，調(diào)整時要對2根軸X、Y的調(diào)整值進(jìn)行離散程度分析，若離散程度過大，則無法進(jìn)行加工程序調(diào)整，需要維修進(jìn)行干預(yù)，若離散程度不高，則可以對2根軸的調(diào)整值進(jìn)行均值計算。

式中，X_CORR和Y_CORR為報告中的調(diào)整值，X、Y是調(diào)整程序需要輸入的調(diào)整值。計算出調(diào)整值后，還需要計算調(diào)整后的評價值，此值才能確定調(diào)整后結(jié)果是否合格。

在這個過程中還可能需要上一次的歷史測量數(shù)據(jù)進(jìn)行參考，才能更準(zhǔn)確地分析尺寸的超差原因。確定調(diào)整值后，修改加工參數(shù)，進(jìn)行加工送測。若此次調(diào)整不合格則需要進(jìn)一步調(diào)整，循環(huán)往復(fù)，直至合格。

2 調(diào)整過程的不可控因素

三坐標(biāo)測量報告結(jié)果為紙質(zhì)報告，需要人為去三坐標(biāo)測量室取回紙質(zhì)報告，存在獲取測量結(jié)果滯后、批量質(zhì)量事故的風(fēng)險。在調(diào)整過程中，都是由人工進(jìn)行測量結(jié)果分析，考驗人員的數(shù)控編程能力和工作經(jīng)驗，以及對三坐標(biāo)測量報告的熟悉程度。對于調(diào)整值的確定，如果是單個尺寸的調(diào)整，調(diào)整值數(shù)量少，尺寸公差唯一，調(diào)整方向容易確定，調(diào)整起來較為容易。如果存在同一坐標(biāo)系下的多個尺寸的調(diào)整，多個尺寸的存在，必然存在尺寸公差的多樣性，調(diào)整方向的多變性，調(diào)整值的確定計算量大，要考慮調(diào)整值在尺寸公差的占比情況，需要對多個尺寸的評價值進(jìn)行計算，對于人工來說計算量大、復(fù)雜。其次，對于人工計算出來的調(diào)整值，沒有辦法去確定是否合適，只有再次送測，等待測量結(jié)果才能知曉。如果調(diào)整值過小，則需要重新計算，調(diào)整送測。如果調(diào)整值過大，輕則造成工廢，重則導(dǎo)致機(jī)床撞機(jī)，損壞機(jī)床。當(dāng)然，可以采用停機(jī)的方式去送測，等待測量結(jié)果，測量結(jié)果合格后再進(jìn)行開機(jī)加工，但是這樣必然影響整個生產(chǎn)線的節(jié)拍。所以，在整個調(diào)整過程沒有有效的手段去驗證調(diào)整后的結(jié)果，這些不可控因素的存在造成了工件工廢或者降低生產(chǎn)節(jié)拍的隱患，甚至引起撞機(jī)的風(fēng)險。

對于歷史測量報告的查閱，由于三坐標(biāo)測量報告是由三坐標(biāo)測量室打印的紙質(zhì)報告，每臺機(jī)床只保留最新的測量報告。調(diào)整時，想要對照上次測量報告，則需要去三坐標(biāo)測量室再次打印，有歷史數(shù)據(jù)作為參考，能更全面的分析測量報告超差原因。至此，三坐標(biāo)測量報告的調(diào)整如何減少這些因素的影響，解決其中的難點、痛點是關(guān)鍵所在。

3 Python語言軟件開發(fā)

由于三坐標(biāo)報告為PDF格式，此格式對數(shù)據(jù)的保密性較好，從中提取數(shù)據(jù)會出現(xiàn)數(shù)據(jù)亂碼、數(shù)據(jù)不完整。對此，若想提取數(shù)據(jù)，則需要對其轉(zhuǎn)換格式，依托Python-PDF2docx轉(zhuǎn)換為docx格式，轉(zhuǎn)化格式后數(shù)據(jù)在docx格式中是以表格的形式存在。因此，先把數(shù)據(jù)進(jìn)行初步提取并對表格中合并單元格進(jìn)行判斷，防止重復(fù)數(shù)據(jù)出現(xiàn)，把提取的數(shù)據(jù)寫入Excel表中，對Excel表中的數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的數(shù)據(jù)提取、清洗，并上傳至MySQL數(shù)據(jù)庫。利用Python-tkinter制作GUI。第一步，登錄界面。左上角有菜單欄、版本等信息，菜單內(nèi)有轉(zhuǎn)換工具。主頁面分控制欄、分析欄和顯示欄3大模塊?？刂茩谟糜诟聰?shù)據(jù)庫，在分析欄中輸入工序號和孔號查詢信息并在顯示欄展示。通過數(shù)據(jù)庫查詢的方式，可以實現(xiàn)線上查閱報告，把2根軸的測量數(shù)據(jù)集中顯示，提高報告的閱讀效率。查詢功能既可以對整份報告進(jìn)行查詢，也可以對同一坐標(biāo)系下的尺寸以及單個尺寸進(jìn)行查詢，輸入日期可以對以往的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。現(xiàn)在，針對已經(jīng)上傳的報告，工作人員可直接利用公司內(nèi)網(wǎng)登錄系統(tǒng)，輸入關(guān)鍵詞查找相關(guān)信息，如圖3所示。

圖3 查詢整個面上孔的參數(shù)

在使用控制欄用于更新數(shù)據(jù)庫時，可以批量對三坐標(biāo)報告進(jìn)行數(shù)據(jù)提取、清洗、上傳，從數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫，可以一鍵實現(xiàn)，盡可能簡化操作步驟，提取的數(shù)據(jù)過程及其結(jié)果都會在顯示欄顯示，可以更好地對數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)提取并上傳數(shù)據(jù)庫

對于人工調(diào)整三坐標(biāo)測量報告上的痛點，開發(fā)出模擬調(diào)整功能如圖5藍(lán)色框中所示。模擬調(diào)整功能需要與查詢功能組合使用，首先對報告進(jìn)行查詢，找出需要調(diào)整的尺寸，再對需要調(diào)整的尺寸進(jìn)行精確查詢，查詢的結(jié)果會在顯示欄顯示，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計，在顯示欄顯示。如圖5中紅色框中所示，count表示共有多少數(shù)據(jù)，mean表示平均值，可以作為調(diào)整值使用，std表示數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，可以反應(yīng)數(shù)據(jù)的離散程度，min表示數(shù)據(jù)的最小值，25%、75%表示數(shù)據(jù)的分位數(shù)，50%表示數(shù)據(jù)的中位數(shù)，max表示數(shù)據(jù)的最大值。查詢數(shù)據(jù)后先對數(shù)據(jù)的離散程度進(jìn)行分析，如圖5中std的數(shù)值大小。std較大時，說明數(shù)據(jù)的離散程度大，此時的mean平均值則不能作為調(diào)整值使用，需要維修介入對機(jī)床的精度進(jìn)行調(diào)整。std較小時，說明數(shù)據(jù)的離散程度較小，此時的mean平均值可以作為調(diào)整值使用，把X_CORR、Y_CORR的平均值分別填入圖5藍(lán)色框內(nèi)對應(yīng)的框中，點擊開始計算，會在顯示欄中顯示調(diào)整后的結(jié)果，并對評價值進(jìn)行標(biāo)記。如圖5綠色框中所示，箭頭朝下說明尺寸是往零位的方向變化，箭頭朝上說明尺寸是往零位相反的方向變化?？梢猿浞值仳炞C調(diào)整值的可行性，避免多次送測，等待測量結(jié)果，可以做到一次調(diào)整即為合格。

圖5 調(diào)整多個孔參數(shù)

使用matplotlib開發(fā)可視化功能，在分析欄中對想要查詢的尺寸進(jìn)行查詢，在顯示欄顯示查詢結(jié)果后，可以使用圖像顯示功能，對數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化顯示，如圖6所示，其中藍(lán)色的圓表示該尺寸的公差范圍，藍(lán)色的點為公差的零位，橘色的點為加工尺寸的實際位置。若實際點在距離理論點一定直徑范圍的圓圈內(nèi)，則合格，相反，則需要工作人員進(jìn)一步調(diào)整。工作人員只需做簡單的觀察，就能做出判斷。將問題可視化，也利于解決決策層和執(zhí)行層之間溝通難的問題。同時，可以對同一坐標(biāo)系，以最小公差范圍為基準(zhǔn)，如圖6中第3個圖所示，上下2條紅線為公差范圍，中間為坐標(biāo)系下的所有尺寸。如所有的點都在紅線內(nèi)，則為合格，可以更快地掌握加工尺寸情況。圖6中第4個圖，可以對三坐標(biāo)測量報告進(jìn)行統(tǒng)計，對每臺機(jī)床的超差次數(shù)、合格次數(shù)、調(diào)整次數(shù)做匯總統(tǒng)計，可以形成周機(jī)床質(zhì)量報告、月度機(jī)床質(zhì)量報告、季度機(jī)床質(zhì)量報告、年度機(jī)床質(zhì)量報告，作為大數(shù)據(jù)分析機(jī)床精度趨勢的依據(jù)。

圖6 誤差的可視化顯示

對于數(shù)據(jù)的安全性，使用人員需正確輸入已授權(quán)的用戶名和密碼才能進(jìn)入系統(tǒng)，登錄后才能使用以上功能，數(shù)據(jù)庫部署在工廠內(nèi)部的服務(wù)器中，通過工廠的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行查詢上傳，能有效避免數(shù)據(jù)外泄，數(shù)據(jù)安全性有保障。現(xiàn)在報告轉(zhuǎn)換功能也已整合到軟件中，使用該功能時，需要輸入授權(quán)的口令，數(shù)據(jù)到結(jié)果整個過程形成閉環(huán)，進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)的安全性。

4 結(jié)語

本文以人工調(diào)整三坐標(biāo)測量報告過程中的難點、痛點作為出發(fā)點，介紹了三坐標(biāo)測量報告調(diào)整的流程，針對流程中報告提到的調(diào)整報告計算公式，依托Python語言開發(fā)軟件代替人工計算，及時分析并調(diào)整工件生產(chǎn)參數(shù)，減少機(jī)床停機(jī)等待時間，提高生產(chǎn)質(zhì)量的同時提高生產(chǎn)節(jié)拍，提高了生產(chǎn)過程的靈活性和效率?？删€上查詢往期報告，系統(tǒng)進(jìn)行特定信息的抓取，便于技術(shù)人員進(jìn)行信息回顧和加工參數(shù)的調(diào)整工作，盡量消除紙張浪費(fèi)和生產(chǎn)出不合格品的物料浪費(fèi)，促進(jìn)工廠在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的進(jìn)程中更進(jìn)一步。三坐標(biāo)報告系統(tǒng)作為輔助，簡化調(diào)試工作過程，減少人力消耗，是推進(jìn)工廠向高效化發(fā)展不可或缺的一步。