将 QC 测量数据集成到制造系统中

物联网 (IoT)——以及更广泛意义上的第四次工业革命（工业 4.0）——是当今制造业无所不在的新范式，深刻地影响着制造商的运营或计划运营方式。提高整体设备效率 (OEE) 是一项关键的新 IoT 要求，而优化 OEE 需要在整个组织中获得准确、最新的数据，包括从质量实验室和直接从制造车间收集的测量和测试数据。

提高测量和检测数据收集的速度、数量和准确性至关重要，因为它提供了对提高效率和始终如一地制造高质量零件至关重要的强大洞察力。在获取/收集用于质量控制的精密测量数据方面，实现这些优势的最清晰途径来自无线和移动检索技术。

无线数据收集系统应该是可移动的，并且具有强大的加密和安全性，并且适用于从不受限制的距离和仪表兼容性到易用性和实际集成到自动化制造操作中的多种需求。最好的无线数据收集系统可以显着提高生产力，消除潜在的错误，提供完整的文档，并使数据采集过程自动化。系统应包括所有这些好处，无论是由单个员工使用，还是在具有集成质量控制系统的整个公司中使用。

制造商需要收集准确、及时和完整的测量和检验数据的原因有很多。 OEE、精益和六西格码计划需要可靠的数据来支持最佳质量控制实践。制造商——尤其是医疗、生物医学、航空航天和国防等行业的制造商——必须经常满足监管要求，并为关键部件的制造提供可追溯、可靠的文档。

数据收集系统的常见限制

人为错误和延迟的可能性： 要求工人手动跟踪关键测量的系统需要对细节极其精确的关注，在一个班次中进行数十次甚至数百次——即使一开始就完成了，要始终如一地做到这一点通常是困难和不切实际的.教育是另一个问题——员工可能没有充分理解和准确收集和转录数据所需的背景。转位数字、错位小数点和类似问题通常会发生。此外，员工可能需要停止生产工作以捕获和记录测量结果，从而降低整体生产力。

数字安全问题： 用于传输测量数据的不安全网络可以为黑客提供更广泛的公司数据访问权限。当测量数据在没有适当的数字安全措施的情况下传输时，会带来潜在的严重安全风险。

缺乏可扩展性： 业务增长和多样化可能需要更多的质量控制流程，这些流程可能分布在一个设施或多个地点。充其量，如果数据收集系统不可扩展，那么设置单独的数据收集流程既费时又麻烦，并且可能导致混乱、不准确和延迟通信。更糟糕的是，可能会导致产品拒收、故障和对客户的法律影响。

通过抽样策略进行的不完整分析： 抽样策略根本无法提供对所生产的每个组件进行 100% 测量所提供的完整情况。这种结构在一些传统的 QC 过程中很常见，可能导致无法预测和识别漂移的生产公差。此外，对于医疗或军事等需要 100% 零件检验和可追溯文档的行业来说，这种策略甚至不适合。

拒绝的可能性增加： 每个被拒绝的零件都代表着金钱、时间和资源的损失。如果没有 100% 测量提供的全面洞察力，制造商可能会产生额外费用，并可能损害与客户的关系。如果将被拒收的零件送到客户手中——尤其是需要严格遵守标准的零件——结果可能会产生严重的影响，如果不是灾难性的的话。

新系统改进、现代化和简化数据收集

一个基本原则是使制造商能够准确、一致地获取大量测量数据，以满足工业 4.0 的要求。当今的无线测量数据收集系统应该是完整的、可扩展的、安全的和稳健的，适用于工业 4.0。这意味着通过自动化、易于操作、简化的可扩展性、强大的数据加密和保护以及不受限制的距离和不受阻碍的传输使用来提供基本优势。结果是提高了生产力、减少了错误、提供了完整的文档以及由自动化驱动的可靠数据采集过程。

在最新的无线网络技术上运行，该技术使用短波无线电频率来互连手机、计算机和无线电子设备，从而实现更快的速度、更大的带宽和更远的距离，从而实现更高的数据吞吐量。诸如此类的系统提供了广泛的关键优势，包括：

自动化： 当员工不得不反复停止工作以记录测量结果时，生产力肯定会受到负面影响。此外，手动数据收集过程可能会将错误引入记录数据库，并有可能严重降低准确性并使缺陷持续存在。采用最新的测量数据采集系统，一键传输测量数据，大大节省时间；例如，与写入数据然后将其输入计算机相比，按下按钮至少快四倍。

在整个质量控制测量数据收集过程中最大限度地实现自动化，从而提高过程效率和捕获测量的准确性。自动时间戳等功能提供有关每个数据点的关键上下文，这是可追溯性和符合质量控制/生产规范所需的。将消息发送回测量工具确认接收也很有用。

速度： 使用更高比特率和不到 50 毫秒数据传输时间的超高速连接以及超低延迟网络的系统，即使在满容量时也可以无延迟地处理大量数据。

易于操作： 建立测量数据收集过程可能会遇到多个层面的阻力。对于公司管理层而言，实施新方法是否会产生实实在在的好处可能存在不确定性。对于操作者来说，在学习一个新的过程时，可能会有一些对未知的恐惧和恐惧。为了缓解这些顾虑，易用性是重中之重，这样操作员可以快速感到自信，并在短时间内优化数据收集过程；例如，易于操作扩展到移动应用程序，无需将更大的硬件（如笔记本电脑）带入现场。

多功能性： 一种新的网络拓扑结构可以配置为许多简单或复杂的情况，也可以使用分布式远程网关。当今系统的模块化结构使得扩展或收缩质量控制测量数据收集过程变得简单，而无需购买新的数据收集系统。数据从具有内置无线电发射器或外部安装终端节点的仪表传输到网关，并且可在 Android™ 或 iOS ^® 上运行 移动平台和 Windows ^® 基于计算机的计算机，包括笔记本电脑、台式 PC、瘦客户端 PC 和服务器。中继器和桥接组件还可以直接连接到 PLC 和其他高速串行自动化设备，用于实时数据采集或远程机器操作。

对于无线测量，使用包含嵌入式无线电的无线测量工具非常高效，使其更易于用于数据收集。测量数据收集系统与各种电子精密工具和量具品牌兼容也是有利的。背包收音机扩展了功能，不显眼且易于连接。最新测量数据收集系统的用户可以利用多个网关作为数据收集的中心或分布式点，而传统系统只有一个网关。紧凑的网关和中继器可以轻松放在手掌中。

此外，数据收集的应用程序非常多样化，系统应该足够通用以涵盖所有这些应用程序。最新的测量数据收集系统适用于几乎所有用例，例如从汽车和农业到对国防、航空航天、医疗、能源等高度监管行业中所有零部件的 100% 测量。

可扩展性： 最新的数据采集系统旨在在广泛的应用和距离范围内可靠、准确地获取精密测量数据。从短距离内只有一个或几个测量工具，到大型工厂中相距数百码或分布在一英里以上的多个设施中的许多测量工具的配置，扩展距离和增加的应用要求很容易作为测量数据来适应收集要求不断发展壮大。

在其最简单的应用程序中，便携式方案具有在移动设备上运行的无线应用程序。这种简单的设置可以让一个带有嵌入式无线电的无线测量工具将数据传输到最远 30 英尺（10 米）的移动设备。或者，根据移动设备的不同，便携式方案可能有 5 到 8 个测量工具连接到移动应用程序，以进行长达 30 英尺（10 米）的数据传输。此外，用户可以轻松地将最远 30 英尺（10 米）的测量数据从一个（或多个）无线测量工具传输到具有 USB 网关的笔记本电脑或 PC（图 1）。

在典型方案中，制造商可以使用计算机或笔记本电脑运行测量数据收集系统，以支持 20 个测量工具在最远 200 英尺的距离内进行数据收集过程。在此设置中，包括一个 USB 网关，测量工具上的背包端节点将传输范围从 30 英尺增加到 200 英尺（图 2）。

在大型工厂方案示例中，20 个测量工具可以使用桥接器和远程网关将总数据传输范围扩展到数百英尺或码（图 3）。 And in an Enterprise Scheme, measurement data transmission can be increased from hundreds of yards to over a mile. By using remote gateways, bridges, and perhaps adding in repeaters, over 100 measuring tools can be incorporated. Each remote gateway can facilitate 20 measuring tools. For even greater distances, Yagi Long Range Antennas can be incorporated in the scheme (Figure 4).

Robust data encryption and protection: Data security is top-of-mind for all manufacturers including military. And while quality control measurement data by itself might not be particularly valuable to hackers, cybercriminals can still spoof the networks used to transmit quality control data to gain more general access to digital infrastructure. Measuring data collection systems address this issue through a variety of measures including security efforts that feature a highly secure wireless platform. Transported data is encrypted using a multilayered approach that absolutely prevents any outside access to the data, whether passive or active.

In addition, the mobile app doesn’t connect to the OS of a smartphone or tablet, restricting unintended access at a critical point. Maintaining good security also includes addressing emerging vulnerabilities in radio transmission on a frequent basis to keep systems secure going forward, with which your measuring data collection systems supplier should be dedicated to keeping pace.

Unrestricted distances and unencumbered use for transmission: Leveraging remote gateways, bridges, and repeaters offers an efficient and reliable data transmission framework. System structures can involve as few components as a backpack or embedded radio along with a mobile device running the mobile app, or utilize bridges, gateways, and repeaters to greatly extend transmission ranges in a large factory configuration.

The latest measuring data collection systems’ software application uses a wireless network to gather information from multiple measuring tools. The wireless network relies on the measuring tools’ embedded wireless technology or end nodes to gather and then relay data back to the PC. The data collection system can also send signals out to the network components to verify transmissions and request data. The hardware components of the system are the USB Gateway, Remote Gateway, Bridge Extenders, and End Node(s). The End Node is a radio transmitter/receiver that gets attached to a measuring tool. The USB Gateway is a radio transmitter/receiver attached to a PC. The Remote Gateway is the same as the USB Gateway but also extends the communication range from the PC by using a Bridge extender to boost the signals between the Remote Gateway and the PC. The Remote Gateway has the same range as the USB Gateway but can be set up very far away from the PC.

Regardless of the system architecture put into place, the result is a dependable, accurate, and fast solution for gathering quality control measurement data from every point of operation where data collection is needed.

Practicality: It is efficient to use end nodes and wireless measuring tools that are rechargeable, eliminating battery replacement and associated costs. Also, consider using end nodes and wireless measuring tools that offer an IP67 level of protection for use in harsh shop environments. The ability to adapt to most existing SPC, MRP, and ERP programs is another advantage to the measuring data collection system.

Other Details and Capabilities to Consider

• Operating distance from Gateways or mobile device is up to 30 feet (10 meters) for Wireless Measuring Tools.

• Operating distance from Gateways is up to 200 feet (61 meters) for backpack end nodes.

• One Gateway system handles up to 20 measuring tools, primarily calipers, micrometers, and indicators.

• Additional Remote Gateways will expand the number of measuring tools supported in increments of 20 each, and a repeater can increase the transmission range to miles.

• End Node Radios can store up to 10 readings if the main system is down or busy.

• Broadcast range is up to 2,000 feet (610 meters) between Remote Gateways and Bridge.

• Virtual multiplexers provided in the measuring data collection system take many inputs (tool data) and share them over a single output resource, which is a virtual COM port. The virtual multiplexer takes tool data and sends them on to a COM port for SPC software and other SW packages to process.

• Remote access over a LAN to the data collection server via remote client software.

• Optional antenna types for various deployments.

Suppler knowledge, service, and support are key when choosing a measuring wireless data collection system. A deep level of experience combined with expertise in quality control will go far in establishing a successful implementation.

This article was written by Jeff Wilkinson, Director, Research &Development and General Manager – Advanced Technology Division at the L.S. Starrett Company (Athol, MA).如需更多信息，请访问此处 .