基于复杂机械产品装配过程质量门控制方法研究

张蕾

(陕西国防工业职业技术学院 机械工程学院，西安 710302)

0 引言

复杂的机械产品整体的性能主要由设计、制造、装配3个环节来共同保障，通过这3个环节来确保产品生产过程中的稳定性，其影响最大的为装配环节，装配环节能够在实现各部件功能高精度、高稳定性的基础上来保证产品的最优整体性能，复杂机械产品的装配过程会受到多种因素的制约，影响装配质量与成本，所以在产品装配的过程中，一定要考虑好装配过程上下游工序与质量控制之间的关系，制定严谨的控制方法体系对复杂机械产品装配过程质量进行控制，降低产品的质量波动，提高其稳定性与装配效率。

1 质量门控制体系架构

基于复杂机械产品装配过程的分析，本文所设计的质量门控制体系主要通过运作层、数据支撑层、系统引擎层以及应用层4个部分构成[1]。实现方法,如图1所示。

(1)运作层：质量门的运作层主要是通过数据采集平台以及交互式的信息终端，对质量门的关键装配工序接口进行开发，通过数据采集技术对实时工况进行采集与传输。根据装置的数据链结构，将数据采集的内容由单一的质量规范拓展到装配线的关键设备、操作工人和边线物料的维度，将数据传送到支撑层，并且从支撑层中获得质量门的校验规则，更好的实现质量门的控制效果，有效的降低产品再生产以及返修的成本。

(2)系统引擎层：系统的引擎层是质量门控制系统的核心层，对质量门线体以及装配过程进行细分与建模之后，会形成具体型号产品统一的装配BOM，能够映射出该型号产品的零部件配套清单以及组合装配的关系等信息，并且将这些信息当作规则引擎加载到每个质量门上，当作质量门的校验标准。

(3)数据支撑层：系统使用关系数据库对所采集到的数据进行长期存储，形成系统的分布式数据存储结构，对质量门的稳定运作起到一定的支撑作用，在数据支撑层会建立基础数据库、实时数据库以及历史数据库，实时数据库主要运用在混流装配过程的信息处理。基础数据库主要存放上层建模所形成的配置数据。

(4)应用层：应用层对该系统封装成一个可提供双向数据路由的集成接口，能够与其他信息系统进行通讯与数据共享[2]。

图1 质量门控制体系构架

2 质量门控制体系的构建

质量门控制体系的构建主要通过3步完成：设立QG校验标准、建立QG监控范围、规定QG监控策略。构建主要流程,如图2所示。

图2 质量门控制体系构建流程

2.1 质量门控制体系构成元素

2.1.1 质量门校验标准：主要涵盖了装配过程需要校验的数据内容以及校验数据的合格指标，质量门的校验标准是衡量装配质量的重要依据，装配过程一定要严格符合规定，例如产品装配要保持完整性，扭矩、转速等要在规定的范围之内。

2.1.2 质量门控制域：质量门控制域主要是指在产品的装配过程中，控制体系所监控的对象，在本文中主要指关键质量工序控制点，在监控的过程中，能够筛选出不合格产品，防止向下游工序流转。

2.2 基于复杂机械产品装配过程质量门装配过程质量影响因素

在产品生产的过程中，质量特性在不断波动，对质量特性产生影响的主要因素有：一、偶然因素。主要是指对产品质量特性的影响不大，但是会使质量特性发生微小变化的因素，这种影响因素是无法消除的。形成这种因素的原因有很多，包括原材料化学成分的微小变化、机床的固定振动、道具的磨损等。二、系统因素。系统因素是在产品生产过程中突然发生的异常现象，由这种因素所造成的影响会使产品的质量发生周期性的变化。例如：原材料种类的错误、机器设备安装故障、人员操作不当等。这些因素所引起的质量波动被称之为异常波动，对产品的最终生产质量会有较大影响，所以在装配生产的过程中，一定要对这类因素进行控制，确保产品的装配质量[3]。

3 质量门的控制参数以及校验标准影响因素

(1)操作人员：操作人员是机械产品装配过程的执行者与主导者，许多活动都要依赖人的操作。在所有影响质量门控制参数以及校验标准的因素中，人是最活跃的因素，而且不确定性非常大，所以操作人员方面影响的因素是比较难控制的。产品装配过程中的问题往往与操作员自身的质量意识、工作态度以及技术水平有直接关系，所以对操作人员的综合素质要进行控制，不断完善生产条件，贯彻制造质量计划与责任心强的操作人员、配料管理人员等是密不可分的。

(2)设备：机器设备是辅助操作人员进行高效装配的工具，专用的装配设备会提高装配的效率，装配设备一定要建立在完整的管理制度之上，有效的延长设备的使用寿命与精准度，实时关注设备的运行状态，调查机械能力，确保对装配设备进行严格管理与监控。

(3)产品原料：产品原料是产品生产的必须要素，物料的配送一定要在正确的条件下，将正确的物料准确的送到正确的地点供用户正确使用。产品装配过程所涉及的物料较为复杂，数量繁多，在物料配送中很容易出现差错，影响产品的装配。所以在复杂的装配操作之前，对物料的数量、种类等一定要严格把关、校验。实时记录零部件的装配信息，当作质量追溯的重要依据。装配完成之后，需要对装配信息进行再次确认，避免本道工序的误差流入下一道工序。

(4)工艺：制造工艺是产品制造的依据，在质量门装配过程中发生质量异常波动多数都与生产工艺及方法有关。所以，严格的规范工艺生产是保证产品质量的必要条件，也是装配过程的重要控制基础。

(5)环境：由于机械产品装配过程大多在复杂的车间环境中进行，所以车间温度、湿度、粉尘、振动等相关因素都会对操作人员、机器设备等造成一定影响，间接的影响产品装配过程中的质量特性。一般情况下，这些环境因素对设备装配的影响并不大，可以暂不考虑，但一定要控制在一定范围之内。

4 基于复杂机械产品装配过程质量门控制策略分析

质量门的控制策略主要是对整个装配资源进行全面监控，通过决策推断机理与SPC的分析与预测，确保产品在装配过程中“不制造、不接受、不传递”不合格产品，最大限度的降低后期的产品维修与返工。关于质量门的控制策略主要通过3个阶段来进行分析：质量数据感知、质量数据校验以及决策执行[4]。控制策略流程,如图3所示。

(1)质量数据感知：当托盘到位之后，会发出信号，从而触发QG感知。如果是上线工位，QG就会通过底层设备对Tag进行初始化，显示出需要加工产品的产品ID、合格状态等信息。如果是中间或下线工位，QG就会对底层设备按照质量门的校验标准进行驱动，收集好质量门监控范围的操作人员信息、设备信息、配件信息、装配工艺以及质量规范，通过对这些数据的统计分析之后，存入Tag及数据库中，作为校验阶段的有效依据。

(2)质量数据校验：质量数据的校验主要是通过对基本数据库的访问来获得已配置于该质量门的校验项目。如果校验项目给出了扭矩、密封性、专攻配精度等相关参数，则直接与实时的数据标准值比对即可，如果没有明确的界定值，则需要通过SPC进行分析，对当前制品的质量装配进行校验，考察其是否处于稳定状态，为决策执行的动态优化提供有利依据。

(3)决策执行：指令们控制的执行结果大致有通过、警告、拒绝3种，这是决策库根据质量门控制系统给出的方案，根据各工序的最终校验结果，如果结果为合格，则进行下一阶段，如果不合格，则要根据决策库中的判断机理给予警告。当显示为拒绝时，操作人员就要通知管理人员，现场解决质量问题，解决成功，继续进行装配工作，解决失败，转入返修区，并且将不合格的产品信息录入决策库用于预测与分析[5]。

5 总结

随着我国制造业领域的理论研究与生产技术的不断改进，产品的生产过程逐渐趋向精细化、复杂化，企业与客户对产品的质量提出了高要求，复杂机械产品装配过程作为产品完成与质量保证的最后一个环节，对质量的控制始终受到人们关注。本文提出了基于复杂机械产品装配过程质量门控制体系，国内外在该方面还没有更深入的研究，将员工、设备、原料、方法等因素作为质量门控制的判断标准，从质量管理理念出发，将装配过程所涉及到的影响因素都列入控制范围之中，最终实现质量门控制策略,从而实现复杂机械设备质量的在线控制。

图3 质量门控制策略流程