工業(yè)CT助力泰科電子，加速實(shí)現(xiàn)端到端質(zhì)量檢測進(jìn)程

通過使用Volume Graphics軟件，制造商可在整個設(shè)計、模擬仿真和制造過程中獲取關(guān)鍵信息。

數(shù)字化作為推動工業(yè)4.0發(fā)展的核心力量，正在引領(lǐng)制造業(yè)進(jìn)入一個全新的自動化、智能化、互聯(lián)互通的時代。根據(jù)制造業(yè)領(lǐng)導(dǎo)委員會和其他機(jī)構(gòu)的調(diào)查顯示，制造業(yè)數(shù)字化需求愈發(fā)強(qiáng)烈，同時工業(yè)4.0相關(guān)技術(shù)如何助力企業(yè)構(gòu)建強(qiáng)大的數(shù)字框架，提高產(chǎn)品數(shù)據(jù)的管理效率和創(chuàng)新能力，也是行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

圖1：模擬通過預(yù)測材料特性和測試設(shè)計參數(shù)，在早期階段為質(zhì)量測量工作流程提供助力。對汽車充電口進(jìn)行最終生產(chǎn)環(huán)節(jié)的CT掃描，可為模擬仿真提供預(yù)測和失真等數(shù)據(jù)信息。圖片由泰科電子提供

工業(yè)CT在當(dāng)今日益加快的數(shù)字化轉(zhuǎn)型中，擁有廣闊的應(yīng)用范圍，也發(fā)揮了強(qiáng)大作用。它對設(shè)計、模擬仿真和制造等核心流程的影響顯著；與CT數(shù)據(jù)分析軟件結(jié)合使用，能更好地發(fā)揮相應(yīng)作用。

CT數(shù)據(jù)反饋至設(shè)計與生產(chǎn)

基于模型定義（MBD）作為一種先進(jìn)的設(shè)計與制造方法，正逐漸取代傳統(tǒng)圖紙，為工程界帶來一場深刻的變革。它通過在模型中直接嵌入產(chǎn)品制造信息（PMI）的方式，提供一個全面的設(shè)計和制造解決方案。與傳統(tǒng)的基于2D圖紙的方法相比，MBD能夠提供更豐富、更精確的信息，包括尺寸、公差、材料屬性等，從而確保整個產(chǎn)品開發(fā)過程的高效與精準(zhǔn)。

在MBD體系下，工程師能夠在設(shè)計階段就做出更多關(guān)鍵決策，提前發(fā)現(xiàn)并解決潛在的生產(chǎn)問題。這種方法有助于減少后期的生產(chǎn)驗(yàn)證工作，從而縮短產(chǎn)品的上市時間，并降低成本。

圖2B：（右）充電口的CAD模型，帶有列出公差的PMI質(zhì)量注釋。無需從Creo進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換; 詳細(xì)的CAD PMI會直接自動導(dǎo)入到VGMETROLOGY中。圖片由泰科電子提供

為質(zhì)量檢測設(shè)定基準(zhǔn)

對于一家從事電動汽車、飛機(jī)、數(shù)字智能工廠、風(fēng)能和太陽能、協(xié)作機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、高速連接等領(lǐng)域的公司來說，使用MBD和先進(jìn)的檢測方法大有意義。泰科電子專注創(chuàng)造可靠耐用的產(chǎn)品，并致力于行業(yè)技術(shù)變革，因此對質(zhì)量環(huán)節(jié)把控非常嚴(yán)格。

相較于傳統(tǒng)設(shè)計流程的局限性，這種“工程化”路徑可將ISO幾何產(chǎn)品規(guī)范（GPS）標(biāo)準(zhǔn)和虛擬計量的優(yōu)勢相結(jié)合。傳統(tǒng)的工作流程使用圖紙、2D和3D數(shù)字系統(tǒng)，雖然比MBD簡單，但在模型轉(zhuǎn)換期間經(jīng)常會丟失信息，并目在創(chuàng)建質(zhì)量檢測程序時需要大量的手動編程。

泰科電子開發(fā)總監(jiān)Alexander Stokowski表示，GPS是構(gòu)建基于模型的系統(tǒng)和精確數(shù)學(xué)定義的唯一途徑。 Stokowski具備六西格瑪黑帶資質(zhì)，也是巴登符騰堡聯(lián)合州立大學(xué)（DHBW）的測量技術(shù)和GPS講師，從事數(shù)字化轉(zhuǎn)型研究工作已有十年之久。

Stokowski說：“GPS 在提取零件的中心軸、獲得90度測量方向、檢測點(diǎn)方面很重要。如果在數(shù)學(xué)上不精確，就無法真正創(chuàng)建測量系統(tǒng)，更不用說自動化了?！?/p>

圖3：虛擬和物理質(zhì)量工作流程-（左至右）設(shè)計零件并定義質(zhì)量測量信息；根據(jù)需要生成數(shù)字報告和模擬反饋以進(jìn)行設(shè)計；從PMI進(jìn)行可視化和評估零件；在模擬和掃描程序中使用人工智能來優(yōu)化參數(shù)；CT掃描樣品零件以發(fā)現(xiàn)零件的實(shí)際信差。設(shè)計后：準(zhǔn)備在線檢測模飯，并進(jìn)行掃描、分析和評估。生產(chǎn)后：分析現(xiàn)場退回零件并提供設(shè)計反饋，實(shí)現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)。圖片由泰科電子提供。

對于Stokowski和泰科電子而言，汽車產(chǎn)品部門從2012年左右開始實(shí)施MBD和GPS的一致性，以及與CT數(shù)據(jù)分析的集成。第一個試點(diǎn)項目就是從那時開始的。Stokowski說：“到2013 年底，也就是實(shí)施兩年后，我們決定將所有新產(chǎn)品開發(fā)納入CT測量環(huán)境中，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)100%的比率?！?/p>

這一開創(chuàng)性的決定是在行業(yè)實(shí)施新ISO標(biāo)準(zhǔn)的早期階段做出的，它激發(fā)了PTC（Creo）、泰科電子和Volume Graphics（VG）之間的緊密合作，進(jìn)而圍繞符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的新型GPS功能進(jìn)行集成。

此外，泰科電子的模具模擬工程師Patrick Bertram認(rèn)為，在實(shí)施質(zhì)量流程的同時納入模具模擬，是加速創(chuàng)新的關(guān)鍵。然后Bertram說服了供應(yīng)商Volume Graphics和SIMCON，在創(chuàng)建測量和模擬優(yōu)化軟件之間創(chuàng)建了一個自動化界面。

全生命周期的生產(chǎn)流程，促使泰科電子更廣泛地使用MBD和PMI，從而將虛擬測試和真實(shí)測量結(jié)果數(shù)據(jù)，循環(huán)返回到設(shè)計和FEA模具模擬階段，并傳遞到原型設(shè)計、首件檢測（FAI）和生產(chǎn)環(huán)節(jié)中。

Stokowski表示，ISO標(biāo)準(zhǔn)的STEP 214和242不利于全流程整合。我們使用Creo工具包中的應(yīng)用程序編程接口（API）和ISO-GPS建立了我們與VGMETROLOGLY和VGSTUDIOMAX軟件的直接接口。我們增加了特殊定制功能，以便可以重復(fù)使用從FAI導(dǎo)出的數(shù)值。即：源自Creo和VGMETROLOGY的幾何尺寸和公差（GD&T）功能，以及源自SIMCON的VARIMOS集成。無需其他軟件即可將設(shè)計、仿真與質(zhì)量測量相連接。

泰科電子實(shí)現(xiàn)數(shù)字化測量的首要目標(biāo)，是確保設(shè)計部件與制造部件相匹配。在大多數(shù)情況下，這意味著成型產(chǎn)品加工模具中存在中心公差問題，以及典型的凸出痕跡和小缺陷。模具模擬和虛擬計量有助于發(fā)現(xiàn)并解決生產(chǎn)模具和塑料件中功能和外觀方面的問題。FAI會形成一個反饋回路，其中3D模型和模擬仿真、模具和制造部件會相互協(xié)調(diào)并統(tǒng)一，差異很小，甚至沒有差異。從那里開始，質(zhì)量模板由Volume Graphics軟件創(chuàng)建，用于自動檢測。

Stokowski 說：“十年或十五年前，設(shè)計師并沒有花太多時間思考模具中的細(xì)節(jié)?，F(xiàn)在，其中大部分工作都通過工具軟件和我們正在創(chuàng)建的自動化循環(huán)來完成。我們的跨學(xué)科團(tuán)隊可以快速查看和使用所有數(shù)據(jù)。”

圖4：汽車發(fā)動機(jī)控制單元（ECU）帶200個電子連接針腳。這是泰科電子自動化質(zhì)量檢測工作的第一個測試部分。圖片由泰科電子提供。

有效的質(zhì)量投資回報ROI

品牌的核心競爭力之一就是產(chǎn)品與服務(wù)的質(zhì)量。高質(zhì)量不僅能夠?yàn)槠放期A得良好口碑，吸引并留住客戶，還能有效降低售后服務(wù)成本，提升企業(yè)整體效益。

然而在質(zhì)量升級的過程中，企業(yè)往往會遇到來自財務(wù)管理和工程實(shí)施的雙重壓力。財務(wù)經(jīng)理可能會對額外的質(zhì)量投資持保守態(tài)度，特別是當(dāng)企業(yè)盈利狀況尚可時。同時，工程師在適應(yīng)新系統(tǒng)和技術(shù)時也可能遭遇挑戰(zhàn)，因?yàn)樾孪到y(tǒng)往往比舊系統(tǒng)更為復(fù)雜。

Stokowski表示，泰科電子的產(chǎn)品以其耐用性、可靠性和高質(zhì)量著稱，這些特性無疑能夠?yàn)榭蛻艄?jié)省大量的時間成本。泰科電子的創(chuàng)新平臺——卓越中心（COE），通過與客戶的緊密合作，加快了產(chǎn)品從設(shè)計到市場的周期如果一個項目在其它情況下需要10到12周的開發(fā)時間，而泰科電子能夠縮短至4到6周。

縮短發(fā)動機(jī)控制單元模具設(shè)計周期

Stokowski說：“我們的目標(biāo)是在十天內(nèi)完成設(shè)計、模擬、掃描并生成數(shù)字計量報告?，F(xiàn)在有很多事情要做。我們希望在進(jìn)行實(shí)體作業(yè)之前，盡可能多的完成準(zhǔn)備工作?！?/p>

Volume Graphics通過自適應(yīng)測量模板幫助泰科電子完成數(shù)據(jù)的前置加載和循環(huán)。測量模板可以使用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)對缺陷進(jìn)行分類、定位和細(xì)分。它們還可自動進(jìn)行大部分的掃描分析，然后捕捉測量報告信息。泰科電子的目標(biāo)是將分析時間從10天縮短到5天。

Stokowski提到一個設(shè)計項目，該項目是在實(shí)施2014年Volume Graphics軟件的完整CT數(shù)字分析計劃之前進(jìn)行的。它涉及到發(fā)動機(jī)控制單元的模具和部件開發(fā)。該設(shè)備屬于汽車行業(yè)，具有200多個電子連接針腳，是同類產(chǎn)品中的首款。

Stokowski說：“我們花費(fèi)了將近一年的時間和十多次循環(huán)才使零件符合圖紙設(shè)計要求。過程讓相關(guān)人員筋疲力竭，僅僅三年半后，就必須進(jìn)行第一次工裝更換。但是采用實(shí)施了數(shù)字計量流程，就能夠在一個循環(huán)中完成模具設(shè)計。”

圖5：在CT自動檢測的過程中，人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)是用于標(biāo)記、分類質(zhì)量數(shù)據(jù)、定位問題和分割缺陷，識別和采取措施的強(qiáng)大技術(shù)。圖片由Volume Graphics提供。

圖6:（左至右）首席模塑仿真工程師Patrick Bertram；首席工程開發(fā)總監(jiān)Alexander Stokowski，負(fù)責(zé)首個ECU項目的CT測量和數(shù)字化；COE GD計量經(jīng)理Tabrez Ahmed Aiaz。圖片由泰科電子提供

技術(shù)加持，將開發(fā)時間縮短75%的愿景

如今，泰科電子希望將模具和零件開發(fā)過程所花費(fèi)時間縮短到過去的25%。Stokowski說，在GD&T的實(shí)踐改進(jìn)、解決程序的“線程”數(shù)字差異或者工作協(xié)同方面，總會花費(fèi)比較大的人力。我們也沒有那么多資源讓每個模具都通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計（DOE）。但是，公司的關(guān)鍵模具將使用DOE，且所有新模具都將通過VGMETROLOGY軟件的驗(yàn)證。

供應(yīng)商也在采用這種新的方法。許多人已經(jīng)購買了自己的虛擬計量系統(tǒng)。20%至30%的外部工具制造商使用整體集成式數(shù)字系統(tǒng)。其他制造商則會在公司外進(jìn)行掃描，在內(nèi)部使用軟件處理。在泰科電子于COE內(nèi)部進(jìn)行完整計量報告之前，所有工具制造商都要進(jìn)行材料合規(guī)檢查和基本測量。

Stokowski預(yù)計，最終泰科電子的質(zhì)量流程將被所有的供應(yīng)商采用，但愿景尚遠(yuǎn)——因?yàn)镚PS 和虛擬計量都存在成本和文化差異。與此同時，Stokowski的團(tuán)隊和COE將朝著未來的“按鍵式”流程努力，出于實(shí)際考慮，預(yù)計這將適用于75%的工作。

由于實(shí)施了質(zhì)量流程改進(jìn)方法，泰科電子實(shí)現(xiàn)了許多里程碑式的提升：

• 所有新的注塑件均在MBD中實(shí)施

• 100%的注塑件將通過掃描檢測，不再使用接觸式測量

• ISO-GPS標(biāo)準(zhǔn)的零件規(guī)格在Creo中創(chuàng)建，并在需要時轉(zhuǎn)換為3D PDF格式的文檔

• Creo和VGMETROLOGY軟件之間的集成簡單直接

• 75%的產(chǎn)品數(shù)據(jù)通過PMI傳輸

• 僅接口不兼容的需要單獨(dú)返工

泰科電子在EMEA地區(qū)擁有六臺用于注塑件的在線掃描儀，用于最終零件檢驗(yàn)。使用掃描儀和Volume Graphics軟件輸出計量報告后，可查看零件的計量報告關(guān)鍵尺寸和目標(biāo)區(qū)域，而不是整個零件。成本和時間在這里也很重要。并且，在早期階段就對零件進(jìn)行虛擬設(shè)計、分析和測試，結(jié)合檢查的首件檢驗(yàn)，可確保滿足合規(guī)性和在工廠車間復(fù)檢。公司在全球擁有23臺掃描儀，Creo的全球許可證，以及完整的Volume Graphics軟件套件。此外，泰科電子還有專門的平臺，用于整合和分發(fā)這些數(shù)字技術(shù)。

質(zhì)量是終極目標(biāo)

在制造業(yè)中，質(zhì)量不僅是企業(yè)追求的終極目標(biāo)，更是一種能夠吸引并留住客戶，提升工程團(tuán)隊效能的核心價值觀。優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品是企業(yè)立足市場的基石。它不僅關(guān)系到消費(fèi)者的滿意度，還直接影響到品牌形象和市場競爭力。一個注重質(zhì)量的企業(yè)，才能夠在激烈的市場競爭中脫穎而出。

泰科電子正是憑借先進(jìn)的質(zhì)量工具和數(shù)字系統(tǒng)，不僅大幅提升了產(chǎn)品質(zhì)量，還加速了電動汽車等新興領(lǐng)域的創(chuàng)新步伐。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，虛擬計量和數(shù)字化將開啟無限可能。泰科電子已經(jīng)意識到這一點(diǎn)，并將其作為未來發(fā)展的重要方向。正如Stokowski所說，這些技術(shù)將提供無窮無盡的“寶藏”，有助于企業(yè)不斷創(chuàng)新，滿足市場的需求，同時也將推動整個行業(yè)的進(jìn)步。