在傳統概念裡， 檢測僅僅被認為是一種判斷產品合格與否的手段， 但隨著現今製造業向智慧化轉型、處於大資料時代背景下的測量功能已發生了演化、拓展。 本文以汽車製造企業為例， 從測量功能的拓展對產品品質監控水準的提升， 和利用多種手段採集資料中提取的資訊， 作為企業智慧化製造的重要環節等多個方面， 闡述了大資料時代測量功能的演變對現代企業的深刻影響。
“十二五”期間， 我國製造業的資訊化工程得到了快速發展， 而近年來大資料的出現更有力地助推了國內製造業水準的提高。
圖1 高性能曲軸磨床所配隨機主動量儀
傳統測量功能的拓展提升了產品品質的監控水準
圖2 發動機曲軸加工的高性能磨床隨機主動量儀
就以測量資料來講， 為了能滿足產品品質的要求、降低製造成本、適應對汽車節能減排的強制性規定， 半個多世紀以來發生了很大的變化。 從早期的只設置最終檢驗、以對產品的實物品質進行評介， 擴展到：①上世紀50年代出現的隨機量儀可在加工過程中控制零件品質， 稱為in-process；②離線設置在工序間的檢測器具（稱為post-process）， 保證產品的製造品質提供了有效手段。 這些線上檢測設備， 多年來的單一控制線性尺寸參數的模式已突破， 在融入了多種數位控制技術後， 已經具備了邊加工、邊對工件圓度進行即時監測的功能。 圖1所示即為國內自行研製成功的配在發動機曲軸加工的高性能磨床的一款隨機主動量儀， 可同時完成對工件所有主軸頸、連杆頸的直徑、圓度的監測。
圖3 車間工序間檢測設備
以上所述還只涉及檢測的“作業”層面的變化和發展， 事實上， 自上世紀80年代起， 基於休哈特理論的統計程序控制（SPC）在以汽車製造業為代表的批量生產工廠已獲得了成功的、越來越普遍的應用。 尤其是在融入了q-DAS公司性能優異、豐富的統計分析軟體後， 利用所採集的大量資料， 挖掘其背後隱藏的資訊。 如加工趨勢、切削刀具的磨損規律等。 圖4就是刀具磨損的一個案例，從圖中可清楚地看出，即使批量方式生產的工件均還處於合格的範圍，但是其變化的趨勢表明，為了確保產品的品質，極需提前發出更換刀具的預警。此類性能的實施將明顯提高對生產過程的監控水準。可見“測量”早已跨越了多年前的“產品實物品質檢驗”時期，在經歷了“生產過程即時監控”等階段後，已真正成為現代企業中品質體系的重要環節，更是成為進入智慧化製造時代的不可或缺的手段。
資料內涵的演變推進企業資訊化水準
一般來說，生產型企業中涉及到的資料包括二大塊，其一是那些被稱為傳統性的資料，如與企業基本狀況相關的資訊和類似於生產計畫，及銷售、原料（半成品）、產品庫存等企業管理方面的資料；其二則是由感測器件採集的資訊，包含各種測量資料，以及用於即時反映製造過程狀態的資訊，其中既有與工序相關的、又有即時反映設備運行狀態等。近年來，製造的方式已逐漸從產品零部件規模化生產，經歷了按市場的實際需求轉為中、小批量的生產方式，並最後會發展成基於社會上個人需求的定制化生產模式。據此在生產之前就務必要預先確定( ERP系統 )，並將包括部件生產所需的全部資訊事先存於虛擬實境中（PLM或PDM系統），至於所有其他相關的部件也要在虛擬環境中進行規劃，這些部件均有自己的“名稱”和“地址”，具備各自的身份資訊。因此，這些部件“知道”什麼時候，那條生產線或那個工藝工程需要它們，通過這種方式，它們才得以協商確定各自在數位化工廠中的運動路徑。然後再認真地解決在製造過程中和作業完成後，工件的識別問題，期間，控制系統還會即時調用生產設備自身和相應的加工資訊（MES系統）。此外，在生產過程中以及在該零部件完成後，還設置了用於拮取、採集與產品製造品質相關資訊的數量、種類眾多的檢測、感測器件。
圖4 對工件在加工過程中刀具磨損的監控
事實上，現今所採集到資料的職能已遠遠超出了評判產品的“窄義”用途，無論從資訊採集的角度還是在當今企業中所能發揮到的作用，“廣義”資料已成為智慧化工廠現代管理體系的基礎。譬如，為了提升生產過程中相關資訊的存儲、記錄和傳輸水準，自上世紀90年代以來，自動識別在經歷了條碼、二維碼技術後，又進入了基於FRID射頻技術的電子資料晶片系統，通過射頻信號自動識別目標物件並獲取相關資料，識別過程無需人工干預，可適用於各種現場環境。系統由電子資料晶片、讀寫裝置及控制管理軟體組成，晶片是附著在零件上標識目標物件的一種資料載體，通常以螺紋緊固方式安裝在被加工的工件上，圖5即為一實例。讀寫裝置是可以將資訊讀取、寫入電子資料晶片中的一種裝置，當後者進入到工作磁場後，便能接受到讀寫裝置發出的射頻信號，憑藉感應電流所獲得的能量發送出存儲在晶片中的資訊。同樣，由讀寫裝置發出的射頻信號中帶有載波，能夠將資訊寫入電子資料晶片中。控制管理軟體的功能是將電子資料晶片、讀寫裝置、機床設備及伺服器等連接成一個系統，實現並具備了包括對產品的精確追溯在內的，與生產過程中的資料讀寫、傳輸、控制和統計分析等相關的各項功能。顯然，這些都將大大提升生產企業的整體資訊化水準。
圖5 工件在上料時安裝電子晶片
數位化測量管理體系平臺的建立及其意義
首先，汽車製造企業都需遵循汽車行業品質體系標準，即“ISO16496”或“TS16949”品質體系，在TS16949中，APQP、FMEA、MSA、PPAP、SPC並稱為五大核心工具（見圖6），貫穿整個產品自研發起、至批量生產直到最終產品交付的全過程。而之前，5大核心工具的使用流程和表格太多，以至於企業在貫穿整個品質體系流程時，花費了巨大的人力、物力，可是在FMEA分析環節所獲得的回饋資訊卻遠遠不夠。
圖6 在“TS16949”品質體系中五大核心工具
為此，知名的測量技術公司海克斯康及其合作夥伴IQS公司將品質體系轉化為數位化體系平臺MMS，見圖6。在該數位化平臺上，可完成品質體系中各種流程的跟蹤執行，並將上百種品質系統的管理圖表，變成數位化格式來管理、執行。品質體系中的FMEA、MSA、SPC都離不開資料作為支撐，未來的品質系統應該包含以下關鍵技術：①體系流程自動化與系統管理；②測量與感測器網路；③網路化通訊基礎構架；④自動化或線上測量系統；⑤嵌入式邏輯軟體；⑥統計大資料和資料即時監控。基於以上這些特點，海克斯康將該系統定義為MMS系統，即測量管理系統。這是從企業未來發展的構架出發，通過MMS系統將使用者的ERP、PLM、MES系統進行對接，形成完成的PLM鏈條，以及符合產品品質體系流程的PACD數位化軟體管理平臺。目前MMS系統大致可分為8個模組單元（見圖7）。
圖7 MMS 系統大致可分為8 個模組單元
通過配置以上模組，使用者就可以實現：①進行定時、即時的資料監控，即可獲取豐富的品質資訊對週期資料的匯總；②通過全面的資料分析，可完成對SPC的過程能力分析，以及完成動態問題點的導入，以及品質成本的監控記錄，FMEA動態改善等；③建立完整的尺寸製造鏈監控管理。打破了供應的黑匣子生產，使供應商的管理透明、可控、高效；④實現了對設備狀態/資源狀態（包括測量設備）運行狀態、週期維護管理提醒、檢驗週期及系統組態和應用功能配置等要素的遠端監控。
圖8 未來制造型企業品質管制系統的構想
通過網路化的連接，能在網路上應用、查看、監控、執行檢測設備、以及相應的資料資訊，從真正意義上實現了使品質控制系統進入工業4.0時代。所以，能適應未來制造型企業品質管制系統的需求，為此而打造資料鏈品質監管與智慧資料服務平臺，是極其重要的。鑒於該系統乃是以檢測設備及其感測器所採集的產品品質的大資料為基礎，故必須打通不同設備和不同軟體之間的各個環節，通過統計分析等眾多專業的資料處理方式、快速回饋加工、以實現企業運轉過程中的高效決策，同時，也為未來的創新提供了真實而強有力的依據。
-End-
圖4就是刀具磨損的一個案例，從圖中可清楚地看出，即使批量方式生產的工件均還處於合格的範圍，但是其變化的趨勢表明，為了確保產品的品質，極需提前發出更換刀具的預警。此類性能的實施將明顯提高對生產過程的監控水準。可見“測量”早已跨越了多年前的“產品實物品質檢驗”時期，在經歷了“生產過程即時監控”等階段後，已真正成為現代企業中品質體系的重要環節，更是成為進入智慧化製造時代的不可或缺的手段。資料內涵的演變推進企業資訊化水準
一般來說，生產型企業中涉及到的資料包括二大塊，其一是那些被稱為傳統性的資料，如與企業基本狀況相關的資訊和類似於生產計畫，及銷售、原料（半成品）、產品庫存等企業管理方面的資料；其二則是由感測器件採集的資訊，包含各種測量資料，以及用於即時反映製造過程狀態的資訊，其中既有與工序相關的、又有即時反映設備運行狀態等。近年來，製造的方式已逐漸從產品零部件規模化生產，經歷了按市場的實際需求轉為中、小批量的生產方式，並最後會發展成基於社會上個人需求的定制化生產模式。據此在生產之前就務必要預先確定( ERP系統 )，並將包括部件生產所需的全部資訊事先存於虛擬實境中（PLM或PDM系統），至於所有其他相關的部件也要在虛擬環境中進行規劃，這些部件均有自己的“名稱”和“地址”，具備各自的身份資訊。因此，這些部件“知道”什麼時候，那條生產線或那個工藝工程需要它們，通過這種方式，它們才得以協商確定各自在數位化工廠中的運動路徑。然後再認真地解決在製造過程中和作業完成後，工件的識別問題，期間，控制系統還會即時調用生產設備自身和相應的加工資訊（MES系統）。此外，在生產過程中以及在該零部件完成後，還設置了用於拮取、採集與產品製造品質相關資訊的數量、種類眾多的檢測、感測器件。
圖4 對工件在加工過程中刀具磨損的監控
事實上，現今所採集到資料的職能已遠遠超出了評判產品的“窄義”用途，無論從資訊採集的角度還是在當今企業中所能發揮到的作用，“廣義”資料已成為智慧化工廠現代管理體系的基礎。譬如，為了提升生產過程中相關資訊的存儲、記錄和傳輸水準，自上世紀90年代以來，自動識別在經歷了條碼、二維碼技術後，又進入了基於FRID射頻技術的電子資料晶片系統，通過射頻信號自動識別目標物件並獲取相關資料，識別過程無需人工干預，可適用於各種現場環境。系統由電子資料晶片、讀寫裝置及控制管理軟體組成，晶片是附著在零件上標識目標物件的一種資料載體，通常以螺紋緊固方式安裝在被加工的工件上，圖5即為一實例。讀寫裝置是可以將資訊讀取、寫入電子資料晶片中的一種裝置，當後者進入到工作磁場後，便能接受到讀寫裝置發出的射頻信號，憑藉感應電流所獲得的能量發送出存儲在晶片中的資訊。同樣，由讀寫裝置發出的射頻信號中帶有載波，能夠將資訊寫入電子資料晶片中。控制管理軟體的功能是將電子資料晶片、讀寫裝置、機床設備及伺服器等連接成一個系統，實現並具備了包括對產品的精確追溯在內的，與生產過程中的資料讀寫、傳輸、控制和統計分析等相關的各項功能。顯然，這些都將大大提升生產企業的整體資訊化水準。
圖5 工件在上料時安裝電子晶片
數位化測量管理體系平臺的建立及其意義
首先，汽車製造企業都需遵循汽車行業品質體系標準，即“ISO16496”或“TS16949”品質體系，在TS16949中，APQP、FMEA、MSA、PPAP、SPC並稱為五大核心工具（見圖6），貫穿整個產品自研發起、至批量生產直到最終產品交付的全過程。而之前，5大核心工具的使用流程和表格太多，以至於企業在貫穿整個品質體系流程時，花費了巨大的人力、物力，可是在FMEA分析環節所獲得的回饋資訊卻遠遠不夠。
圖6 在“TS16949”品質體系中五大核心工具
為此，知名的測量技術公司海克斯康及其合作夥伴IQS公司將品質體系轉化為數位化體系平臺MMS，見圖6。在該數位化平臺上，可完成品質體系中各種流程的跟蹤執行，並將上百種品質系統的管理圖表，變成數位化格式來管理、執行。品質體系中的FMEA、MSA、SPC都離不開資料作為支撐，未來的品質系統應該包含以下關鍵技術：①體系流程自動化與系統管理；②測量與感測器網路；③網路化通訊基礎構架；④自動化或線上測量系統；⑤嵌入式邏輯軟體；⑥統計大資料和資料即時監控。基於以上這些特點，海克斯康將該系統定義為MMS系統，即測量管理系統。這是從企業未來發展的構架出發，通過MMS系統將使用者的ERP、PLM、MES系統進行對接，形成完成的PLM鏈條，以及符合產品品質體系流程的PACD數位化軟體管理平臺。目前MMS系統大致可分為8個模組單元（見圖7）。
圖7 MMS 系統大致可分為8 個模組單元
通過配置以上模組，使用者就可以實現：①進行定時、即時的資料監控，即可獲取豐富的品質資訊對週期資料的匯總；②通過全面的資料分析，可完成對SPC的過程能力分析，以及完成動態問題點的導入，以及品質成本的監控記錄，FMEA動態改善等；③建立完整的尺寸製造鏈監控管理。打破了供應的黑匣子生產，使供應商的管理透明、可控、高效；④實現了對設備狀態/資源狀態（包括測量設備）運行狀態、週期維護管理提醒、檢驗週期及系統組態和應用功能配置等要素的遠端監控。
圖8 未來制造型企業品質管制系統的構想
通過網路化的連接，能在網路上應用、查看、監控、執行檢測設備、以及相應的資料資訊，從真正意義上實現了使品質控制系統進入工業4.0時代。所以，能適應未來制造型企業品質管制系統的需求，為此而打造資料鏈品質監管與智慧資料服務平臺，是極其重要的。鑒於該系統乃是以檢測設備及其感測器所採集的產品品質的大資料為基礎，故必須打通不同設備和不同軟體之間的各個環節，通過統計分析等眾多專業的資料處理方式、快速回饋加工、以實現企業運轉過程中的高效決策，同時，也為未來的創新提供了真實而強有力的依據。
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