導語

數字化檢測是數字化制造的關鍵技術之一，是實現自適應、智能化制造的前提條件。數字化檢測技術能提高航空發動機零部件制造、裝配試車全過程質量數據的收集、傳遞、分析、反饋能力，提升產品質量控制能力，為故障分析定位、工藝優化、裝配過程容差分配、零件優選、性能調整提供及時有效、完整準確的有源數據，促進航空發動機性能迭代提升、可靠性不斷增長。

航空發動機所有零組件的生產過程須具備可追溯性，各種質量記錄要求在發動機全生命周期內長久保存。當前，航空發動機生產過程的產品檢驗依然保持著傳統的手工操作、紙質記錄方式，近年來隨著航空工業和信息化產業的高速發展，這種方式的缺點越發凸顯，難以滿足未來高性能航空發動機和智能制造的發展需求。航空發動機數字化檢測系統是根據產品實際檢驗業務流程和產品特點，隨著企業數字化轉型發展戰略，結合中國制造2025和兩化融合等應運而生的。

傳統檢驗模式存在的主要問題

傳統檢驗模式是航空發動機制造過程的瓶頸環節，制約企業提質增效，主要體現在以下幾個方面。

第一，手動量具、專用測具是完成檢測任務的主力手段，少量先進檢測設備只用于部分精密特性檢測，自動化程度低。隨著生產節拍的加快，檢測效率低下成為制約生產流速的瓶頸環節。

數字化檢測應用場景

第二，產品檢驗記錄依靠手工填寫、紙質傳遞和存檔，記錄的填寫、整理、歸檔工作量大，占檢驗人員工作量的40%～60%，嚴重擠占了檢驗人員用于控制產品質量的時間。

第三，手工填寫、轉抄檢驗記錄極易出錯，須下游檢驗員反復核對仍難以杜絕人為差錯，工作質量不高。

第四，產品檢驗記錄要求長久保存（與產品同壽），逐年累積的海量檢驗記錄難以有效保管，成為影響產品質量可追溯性的嚴重問題。

第五，紙質記錄查閱不便，質量復查需要耗費大量的人力和時間，海量檢驗數據無法有效利用，不能給產品質量控制、質量改進提供決策支撐。

數字化檢測系統構建

數字化檢測系統（digital measurement system）以采集發動機零組件制造過程檢測數據為核心任務，是檢驗業務管理的信息化平臺，是完善數字化車間作業管理能力、產品全生命周期質量管理能力的關鍵環節，是提升檢驗工作效率和質量的有效途徑，對發動機制造過程中的生產管理、質量控制、工藝改進、設計優化均有積極促進作用。

數字化檢測應用場景分析

數字化檢測包括檢驗規劃、檢驗任務、檢驗數據采集以及檢測數據應用。

檢驗規劃是產品檢測的前提和技術依據，是規范檢驗行為，準確貫徹設計、工藝要求，實現數字化檢測過程的基礎。通過解析產品數據管理（PDM）系統的產品模型、設計圖樣和工藝文件，識別并提取檢驗要素，按質量體系和檢驗工作要求細化后形成檢驗規劃。在編制檢驗規劃和執行檢驗過程中應能夠實現圖形化引導，檢驗規劃應能夠綁定測量程序，隨檢驗任務推送到測量終端。需要對檢驗規劃進行會簽、審批、發布和版本管理。

檢驗對象是具體的航空發動機零組件、部件及整機，即檢驗任務。制造執行系統（MES）是生產流程管控統一平臺，檢驗是生產過程的一個重要環節。當需要對零組件進行檢測時，MES調用數字化檢測系統執行具體的檢測操作，數字化檢測系統通過任務信息（零件號、批次序號、數量、工序號等）調用相應的檢驗規劃和測量程序，采集檢測數據，將檢驗結果反饋至MES，完成完工確認，形成作業閉環。根據工藝安排，檢驗任務可分為首件檢驗、工序檢驗、成品檢驗任務；按檢驗人員可分為自檢、互檢和專檢任務；按檢測設備可分為手動量具/測具檢測任務和各類設備自動檢測任務。數字化檢測系統應能滿足各類檢驗任務模式，按需求對檢驗任務進行分解。

檢驗結果是采集的產品檢驗數據，這些數據應包括自檢、互檢和專檢的實際測量值，執行人員，檢測時間以及測量器具等相關信息。在數據采集過程中，系統應能夠對檢驗數據進行自動評價[1]，對完整性進行校核，根據特性間的關聯關系進行自動檢索和計算，如計算孔軸配合、間接測量特性、工序間數據引用等。檢驗數據的采集方式有手工錄入、數顯量具、數字化檢測設備、在機在線檢測設備等。隨著檢測設備的增加和自動化水平的提升，基于5G環境的無線數據傳輸應用，手動錄入逐漸被自動采集方式取代；未來隨著人工智能技術發展，數據采集手段還會拓展到語音識別、基于機器視覺的圖像識別、人工可穿戴設備等。除了采集制造過程產品檢測數據外，數字化檢測系統還應接收物流管理信息系統（LMIS）產生原材料入廠復驗收據、無損檢測數據和理化檢測數據、檢測設備周期檢定數據，歸集形成完整的產品質量數據。

一方面，檢驗數據用來生成產品檢驗記錄，按照產品的配套關系歸集，形成零組件電子檔案、發動機電子卷宗和電子履歷，保障產品質量的可追溯性；另一方面，檢測數據與PDM、MES、質量管理系統（QMS）等共享，可用于對產品質量實施統計過程控制（SPC）、監控產品實時質量狀態，可以為故障追溯、質量統計、工藝和設計改進、零組件優選優配提供數據支持，也可以輔助檢驗基礎管理、人員績效考核等工作。

數字化檢測系統總體構架

數字化檢測系統總體構架

數字化檢測系統總體構架包括執行層、基礎層和管理應用層。

執行層為數字化檢測系統的核心，也是執行檢測操作的主要業務流程，包括檢驗規劃管理、檢驗任務管理、檢驗數據采集和檢驗報告管理。

基礎層是支撐數字化檢測業務運行的基本條件，包括系統管理、人員/印章管理、模型化引導、量具/設備管理、檢驗數據管理、檢驗文檔管理、檢驗評價標準、知識經驗積累、檢驗周期統計和雙網數據同步等。

管理應用層是數字化檢測系統與其他主要業務系統的交互和檢測數據在數字化車間管理中的實際應用，包括產品技術狀態紀實、生產過程完工報工、產品質量監控和質量追溯、零組件優選優配和檢驗績效評價等。

數字化檢測系統主要功能模塊設計

通過對檢驗業務流程進行系統梳理，將數字化檢測系統分為主流程功能、個性化業務功能和基礎功能三大部分。

主流程功能以典型機械加工檢驗為依據，對檢驗要素解析及提取、檢驗規劃編制、檢驗任務管理、檢驗數據采集、檢驗數據管理進行細化分解。個性化功能是在主流程功能的基礎上，為滿足裝配檢驗、修理檢驗、特種檢驗等業務過程設計開發的功能模塊。基礎功能是為了支持各項業務功能或對業務功能拓展應用而設計開發的功能模塊。

與PDM、MES、QMS等多系統集成應用

數字化檢測系統不應成為信息孤島，必須與PDM、MES、QMS等信息系統集成應用，實現業務和數據的深度融合，完成設計、生產、檢測和質量控制的閉環管理，發揮檢測數據的最大效能。

與PDM系統集成，將PDM作為產品設計與工藝設計中心，把工藝文件中的檢驗要求正確傳遞到檢驗業務流程中，并將結合主流的設計方法論，實現模型的下發、變更等一體化管理。

與MES集成，在現場執行過程中，對質量信息的輸入與輸出將取決于質量信息的正確傳遞，同時實現制造執行計劃與任務規劃，將檢測環節作為不可或缺的節點，實現無縫的集成，保證了自動化和智能化的整合。

與QMS集成，質量系統是檢測數據的主要消費者，通過對檢測數據的分析整合，構建各類質量指標監控體系，從而實現產品質量實時監控、質量改進、質量追溯、故障分析等業務功能。

網絡環境分析

在中國航發西航，網絡環境分為園區網和工控網（數控機床專用網絡，又稱設備網），PDM、ERP、MES、QMS等應用系統全部構建在園區網，而各類數控加工設備、檢測設備均接入設備網，兩個網絡之間實行物理隔離。

基于實際網絡運行環境和業務需求，數字化檢測系統分別在園區網和設備網同時部署。在園區網，數字化檢測系統實現與PDM、MES、QMS等系統集成應用，實現主要流程控制和檢測數據查詢、分析利用。在設備網，數字化檢測系統實現量具量儀、測量設備、在機在線設備測量數據的自動采集。檢驗規劃、測量程序及檢驗任務從園區網下行傳輸到設備網，測量數據及測量報告上行傳輸到園區網。園區網技術、管理人員可對產品檢測數據進行查詢、統計分析。

通過工控互聯項目打通園區網與設備網之間的數據傳輸壁壘，可以實現質量數據在設備網和園區網之間數據交互，使數字化檢測系統具備與MES、QMS等系統的集成條件；打通數據采集到分析利用，制造過程上下游之間的數據通道；有效促進數字化檢測系統推廣應用，產品檢測數據完整性、安全性顯著提升。

數字化檢測系統與PDM、MES、QMS等系統的集成關系

基于實際網絡環境的數字化檢測系統分工

應用成效

中國航發西航于2015年開始進行數字化檢測技術的探索和建設方案論證，2016年選擇盤、軸等典型零件為應用對象開始進行試點項目建設，2017年投入應用。同期開展二期項目建設，盤、軸、葉片和部件裝配生產線，2018年年底投入應用。2020年結合中國航發數字化應用“最后一公里”試點項目，在修理發動機部件和整機裝配過程推廣應用數字化檢測系統。目前，中國航發西航正在開展三期項目建設，在原系統軟硬件基礎上，不斷迭代優化和拓展系統功能，推進與PDM、MES等應用系統深度集成，增加檢測設備接入數量，提升系統適用性、安全性、數據采集與交互共享能力。同時，快速推進數字化檢測系統在生產現場推廣應用，逐步覆蓋主要產品制造過程。

規范檢驗過程、防止錯檢漏檢

將檢驗工作要求貫徹到數字化檢測系統軟件功能中，通過技術手段規范檢驗過程，減少了人為因素影響，防止錯檢漏檢。例如，通過檢驗規劃細化每個特征檢測方法、檢測工具、自檢/互檢/專檢的角色分工、數據記錄等要求，數據采集時自動對測量數據符合性進行評價、超差報警，提交完工時自動對數據完整性校驗，完工后不能對數據進行修改，檢測數據按定制模板生成檢驗記錄、質量證明單、裝配質量控制卡等成套檔案，并在系統中存檔，省去了人工填寫、轉抄、傳遞、歸集整理產品質量檔案的工作[2]。

消除信息孤島、提升檢測效率

將各類檢測設備接入數字化檢測系統，消除了信息孤島，對無數據輸入輸出功能的檢測和試驗設備進行數字化改造，實現了測量程序的統一規范管理、多源異構檢測數據自動采集。檢驗人員通過檢驗任務驅動測量軟件、自動調用測量程序、自動采集測量數據，并對測量結果進行自動評價，將數據上傳至系統數據庫歸集、存檔[3]。該技術在盤、軸、整體葉盤等典型零件上廣泛應用，促進檢測效率和設備利用率大幅提升，盤類自動化檢測比例由30%提高到80%以上，長軸類零件由全手工檢測提高到100%。

質量數據統計分析和可視化

結構化的產品質量數據便于統計分析，通過數據統計分析技術應用，能夠獲取檢驗任務完成情況、產品合格率、設備利用率、檢驗人員工作量等支持管理決策的數據指標，能夠便捷高效地統計對發動機振動、配合關系有重要影響的零組件檢測數據，為發動機故障分析、零組件選配提供數據支撐。

結束語

航空發動機企業正在經歷數字化轉型的重大變革，產品質量數據是企業最重要的數據資產之一，數字化檢測系統是產品質量數據的主要生產者，通過數字化檢測系統可以便捷高效地采集、歸集、整理、傳遞產品質量數據，是企業逐步向數字化智能制造發展的必要條件，對提高檢驗工作效率、預防錯漏檢，提升產品質量控制能力、檢測設備利用率等方面有明顯促進作用。

來源：《航空動力》 作者：同更強 劉潔 徐易