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全國無損檢測標準化技術(shù)委員會(代號:SAC/TC56)是在國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局/國家標準化管理委員會直屬領(lǐng)導(dǎo)下,從事全國無損檢測標準化的技術(shù)工作組織;同時也是受中國機械工業(yè)聯(lián)合會委托,從事機械行業(yè)無損檢測標準化的技術(shù)工作組織。
SAC/TC56的工作領(lǐng)域是:負責全國無損檢測通用技術(shù)方法、檢測工藝及工藝裝備等專業(yè)領(lǐng)域標準化工作,對口ISO/TC135(國際標準化組織無損檢測技術(shù)委員會)。
SAC/TC56的主要任務(wù)是:依據(jù)國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局/國家標準化管理委員會批準的計劃,組織無損檢測領(lǐng)域國家標準的制定、修訂工作;依據(jù)工業(yè)和信息化部/中國機械工業(yè)聯(lián)合會批準的計劃,組織無損檢測領(lǐng)域機械行業(yè)標準的制定、修訂工作;受國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局/國家標準化管理委員會委托,承擔ISO/TC135對口的國際標準化技術(shù)業(yè)務(wù)工作,其中包括對國際標準文件的表態(tài);開展無損檢測專業(yè)國家和機械行業(yè)標準的宣講、解釋、咨詢等技術(shù)服務(wù)工作。
SAC/TC56的宗旨是使無損檢測標準化工作不斷適應(yīng)社會主義市場經(jīng)濟和我國貿(mào)易體制向國際貿(mào)易體制接軌的要求,促進國際交流,加速與國際標準化接軌,以及適應(yīng)中國加入世界貿(mào)易組織(WTO)的新形勢。
1.引言
2011年在漢諾威工業(yè)博覽會開幕式致辭中,德國人工智能研究中心負責人和執(zhí)行總裁Wolfgang Wahlster教授首次提出“工業(yè)4.0”這一詞。
在德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會、西門子公司等學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的大力推動下,德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟技術(shù)部于2013年將工業(yè)4.0項目納入了《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》的十大未來項目中。隨后,德國機械及制造商協(xié)會(VDMA)等設(shè)立了“工業(yè)4.0平臺”,德國電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會發(fā)表了德國首個工業(yè)4.0標準化路線圖。
至此,德國工業(yè)4.0全面啟動,并影響著全球,包括中國。
2.工業(yè)4.0及其對無損檢測的要求
2.1 關(guān)于工業(yè)4.0
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又稱第四次工業(yè)革命,是相對于前三次工業(yè)革命而言的:
a)工業(yè)1.0:機械化,代表性技術(shù):蒸汽機;
b)工業(yè)2.0:電氣化,代表性技術(shù):發(fā)電機;
c)工業(yè)3.0:數(shù)字化,代表性技術(shù):計算機、數(shù)控技術(shù);
d)工業(yè)4.0:智能化/無人化,可能的代表性技術(shù):互聯(lián)網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)、智能制造/智能工廠、綠色制造、增材制造(3D打印)。
工業(yè)4.0最為吸引人的一點是其對于未來工業(yè)智能化和數(shù)字化的闡述:未來的工業(yè)產(chǎn)品從設(shè)計創(chuàng)意開始,直到成品出廠,都可以由信息化系統(tǒng)提供無縫的數(shù)據(jù)和管理支持。工業(yè)4.0的內(nèi)涵可分為兩方面:第一方面是智能化、綠色化和人性化,第二方面是分散網(wǎng)絡(luò)化和信息物理的深度融合。目前工業(yè)4.0處于理念和戰(zhàn)略思考階段,還不是現(xiàn)實。所以,有學(xué)者認為中國企業(yè)別急著學(xué)德國工業(yè)4.0。但也有的學(xué)者認為工業(yè)4.0可以拯救中國制造。
雖然中德兩國制造業(yè)所處發(fā)展階段不同,面對工業(yè)4.0,中國還是做出了積極反應(yīng)。最近,由工業(yè)和信息化部、中國工程院、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局等聯(lián)合起草的“中國制造2025”發(fā)展規(guī)劃已經(jīng)完成。
“中國制造2025”也被稱為中國版的“工業(yè)4.0”,兩者在核心理念、主要內(nèi)容和具體做法上多有異曲同工之處?!爸袊圃?025”發(fā)展規(guī)劃的核心是:創(chuàng)新驅(qū)動、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本。明確了智能制造是主攻方向,工業(yè)機器人是智能制造的重要組成部分。
而智能化的前提是自動化和數(shù)字化,包括控制系統(tǒng)的數(shù)字化、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化、測量和執(zhí)行手段的數(shù)字化,也就是工業(yè)自動化的所有環(huán)節(jié)的全面數(shù)字化。即使實現(xiàn)了這一切,也僅僅是創(chuàng)建了智能制造的基礎(chǔ)。所以,工業(yè)4.0的實現(xiàn)并不是一蹴而就的。更何況中國工業(yè)在很多領(lǐng)域還需要補上工業(yè)3.0甚至是工業(yè)2.0的許多課程。
2.2 工業(yè)4.0對無損檢測的要求
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無損檢測是工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要技術(shù)手段,并且是無可替代甚至還可能有效替代其他檢測技術(shù)的一種質(zhì)量控制手段?!爸袊圃?025”的核心之一就是“質(zhì)量為先”,無損檢測必然是實現(xiàn)工業(yè)4.0中不可或缺的技術(shù)之一。
從工業(yè)4.0的目標來看,工業(yè)4.0對無損檢測的基本要求,主要涉及如下三個方面:
—這是對檢測設(shè)備的要求,包括儀器的數(shù)字化和設(shè)備系統(tǒng)的自動化。
—這是對檢測方法的要求,包括自動采集、通訊和評價檢測結(jié)果。
—這是對檢測標準的要求,包括術(shù)語、方法、人員、機構(gòu)等各方面。
3.中國無損檢測的現(xiàn)狀和問題
3.1 數(shù)字化和自動化
20世紀70年代,德國、法國等發(fā)達國家就已經(jīng)開發(fā)和應(yīng)用了自動化無損檢測設(shè)備和系統(tǒng),涉及鋼板、環(huán)焊縫、直焊縫的自動超聲檢測,渦流、漏磁、電磁分選的自動化,工業(yè)電視的半自動化,自動射線照相機械手等方面。自20世紀80年代開始,國內(nèi)企業(yè)競相進口了自動化無損檢測設(shè)備和系統(tǒng),同時也開始了自主研發(fā)半自動化和自動化無損檢測設(shè)備和系統(tǒng)。
與發(fā)達國家相比,我國在自動化方面的起步雖然比較晚,但發(fā)展速度很快,目前在很多領(lǐng)域已經(jīng)與發(fā)達國家差距不大。
20世紀70年代微機的問世和大規(guī)模集成電路的發(fā)展,也促進了無損檢測儀器設(shè)備的計算機化。80年代起,國外陸續(xù)推出了各種類型的計算機化無損檢測儀器設(shè)備,國內(nèi)也開展了相應(yīng)的研究和開發(fā)。90年代初,蔣危平就提出了要發(fā)展計算機化儀器或數(shù)字化儀器。至今,在無損檢測儀器數(shù)字化進程中,我國基本上與發(fā)達國家保持相當?shù)乃健?br style="word-wrap: break-word; color: rgb(68, 68, 68); font-family: "Microsoft YaHei", SimHei, Verdana, Arial, sans-serif; font-size: 14px; white-space: normal; background-color: rgb(255, 255, 255);"/>
3.2 智能化和無人化
數(shù)字化并不是智能化,數(shù)字化只是計算機化,并且對操作人員的要求依然很高。自動化也不是無人化,自動化只是在某些場合和某個階段實現(xiàn)了無人操作。智能化不僅要實現(xiàn)無人操作,還要實現(xiàn)檢測結(jié)果評價的無人化,就是要實現(xiàn)由機器代替檢測人員來做檢測并對檢測結(jié)果做出評價結(jié)論,是無損檢測全過程無人化。
所以智能化的目標就是要開發(fā)出傻瓜機(就像數(shù)碼照相機),可以自動校準和采集數(shù)據(jù)、實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊、評價檢測結(jié)果、給出評價結(jié)論。這其中需要解決一系列問題,包括如何采集數(shù)據(jù)、需要采集和處理哪些數(shù)據(jù)、如何評價檢測結(jié)果、評價準則或依據(jù)是什么等等。
我國對智能化和無人化的開發(fā)和應(yīng)用也在不斷進步中,譬如將分析和評價軟件應(yīng)用于自動射線檢測、超聲檢測機械手等等,但還遠遠不夠。我們已經(jīng)開發(fā)和應(yīng)用了很多新方法和新技術(shù),但對檢測結(jié)果的解釋和評價,還是非常地依賴于檢測人員的經(jīng)驗,這對于開發(fā)傻瓜機、實現(xiàn)智能化檢測會是很大的障礙。
3.3 標準化和統(tǒng)一化
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無論是數(shù)字化時代或者電氣化時代,還是未來的智能化時代,標準化和統(tǒng)一化都是基礎(chǔ)。由于智能化時代將會充分利用互聯(lián)網(wǎng),交流面將會更加廣闊,所以標準化和統(tǒng)一化將越來越重要,任何不標準或不統(tǒng)一的細節(jié),都有可能會導(dǎo)致不良后果,甚至是障礙和糾紛。
標準化的目標就是統(tǒng)一化。對于無損檢測標準化而言,其目標就是要讓術(shù)語和方法達成統(tǒng)一。但在我國無損檢測領(lǐng)域,術(shù)語和方法的不統(tǒng)一現(xiàn)象還是比較嚴重的。
譬如,大家至今還在普遍使用甚至在堅持濫用術(shù)語“缺陷”,而拒絕使用術(shù)語“缺欠”或“不連續(xù)”。但是,缺欠與缺陷的定義是不同的。
缺欠對應(yīng)的英文詞是imperfection。缺陷對應(yīng)的英文詞是defect。在焊接標準中,焊接缺陷是指超過規(guī)定限值的缺欠。在無損檢測術(shù)語標準中,缺陷是指尺寸、形狀、取向、位置或性質(zhì)不滿足規(guī)定的驗收準則而拒收的一個或多個傷,而缺欠(imperfection)、不連續(xù)(discontinuity)、傷(flaw)等術(shù)語也是各有定義的,它們都不是一回事。
根據(jù)定義,缺陷意味著不合格或不可驗收,意味著拒收、召回或不得出廠。但無損檢測所發(fā)現(xiàn)和記錄的結(jié)果并不都是不合格或不可驗收的,所以要慎用術(shù)語“缺陷”,尤其不要把合格或可驗收的檢測結(jié)果也都叫做缺陷。就像GB/T19000—2008(ISO9000:2005)的3.6.3所提示的那樣:使用術(shù)語“缺陷”應(yīng)當極其慎重。
因此,出具檢測報告,不要把合格的數(shù)據(jù)說成是缺陷,要注意規(guī)避風險或不必要的糾紛;撰寫研究報告,也要慎用術(shù)語缺陷,因為在可選用的各種術(shù)語中,缺陷的尺寸是最大的,所以能檢測出缺陷并不意味著是有很高的檢測靈敏度或檢測能力。
一定要準確使用術(shù)語,如果用詞不當甚至還不以為然,讓人感覺無損檢測人員說話不靠譜,何談無損檢測的可靠性,哪來無損檢測的地位和無損檢測人員的地位。除了術(shù)語問題之外,方法標準的不統(tǒng)一現(xiàn)象似乎更加嚴重。
目前,我國涉及無損檢測方法的標準數(shù)量巨大,國家標準和行業(yè)標準合計總數(shù)約500項。并且很多標準中的方法是同類的,譬如超聲檢測類方法標準,超過150項。存在的問題不僅是標準數(shù)量大,而且很多標準中的方法名稱雖然相同(如都叫超聲檢測),但具體要求卻各自不同,相互之間就無法比較,也無法交流和溝通。這樣的標準本身就很不標準,這樣的標準越多,制造的麻煩和障礙也就越多。
4.中國無損檢測如何應(yīng)對工業(yè)4.0
4.1 要解決術(shù)語統(tǒng)一的問題
無損檢測界,包括無損檢測人員和研究人員,應(yīng)當自覺地使用相同的術(shù)語。使用相同的術(shù)語應(yīng)當以無損檢測術(shù)語標準為依據(jù),如GB/T12604、GB/T20737等術(shù)語標準。
使用統(tǒng)一的術(shù)語,不僅有利于無損檢測業(yè)內(nèi)的交流,更有利于與其他專業(yè)人員和管理人員的交流,因為無損檢測的客戶幾乎都是不太明白無損檢測的業(yè)外人士,如果無損檢測人員各自使用不同的術(shù)語講同一件事,或者使用相同的術(shù)語講不同的事,都會誤導(dǎo)我們的客戶和管理機構(gòu),最終受損的是我們自己。所以我們應(yīng)當:
a)慎用那些容易引起歧義或誤解的術(shù)語,如缺陷等;
b)少用那些已淘汰或落后的術(shù)語,如磁痕、K值等;
c)不用那些沒有定義或基本概念不清的術(shù)語,如對比試樣、試樣、晶片、波形、波幅等;
d)使用那些定義明確且不會引起歧義或誤解的術(shù)語,如缺欠、不連續(xù)等。
4.2 要解決方法統(tǒng)一的問題
無損檢測方法標準的不統(tǒng)一,其結(jié)果就是:人員需要增加學(xué)習(xí),企業(yè)需要增加裝備,產(chǎn)品質(zhì)量難以統(tǒng)一控制。這種不統(tǒng)一現(xiàn)象,不僅大大增加了生產(chǎn)成本,同時也導(dǎo)致了產(chǎn)品質(zhì)量的整體下降。因此,必須團結(jié)起來糾正無損檢測方法標準的這種不統(tǒng)一現(xiàn)象了。
方法標準的統(tǒng)一,也就是要在不同行業(yè)和標委會之間實現(xiàn)協(xié)調(diào)和統(tǒng)一,而這一任務(wù)必定是由無損檢測界的全體同仁團結(jié)一心才能完成和實現(xiàn),因為這種不統(tǒng)一現(xiàn)象都是無損檢測界的同仁們自己造成的。所以,針對同樣的檢測方法和技術(shù),我們應(yīng)當:
a)反對制定標準內(nèi)容不同的標準,同樣的無損檢測方法或技術(shù)應(yīng)當是相同的;
b)反對制定標準內(nèi)容相同的標準,同樣的無損檢測方法或技術(shù)應(yīng)當相互引用;
c)反對制定自成體系的產(chǎn)品類無損檢測標準,推動使用通用的無損檢測標準。
4.3要解決觀念統(tǒng)一的問題
為什么要使用無損檢測?有越來越多的人會認為,使用無損檢測就是為了保證產(chǎn)品質(zhì)量、保證運行安全。有越來越多的人已經(jīng)不再清楚,使用無損檢測的首要目的其實是為了降低生產(chǎn)成本和運行成本。
由于我國無損檢測界的各自封閉,導(dǎo)致無損檢測術(shù)語和方法使用的不統(tǒng)一,導(dǎo)致不同行業(yè)的人員素質(zhì)差異較大,再加上前段時期盲目地鼓吹無損評價,甚至用無損評價來貶低無損檢測,導(dǎo)致無損檢測的地位和無損檢測人員的地位在我國持續(xù)下降,逐漸地也迷失了使用無損檢測的真正目的。
越來越多的人已經(jīng)習(xí)慣地把無損評價與無損檢測分立開來,認為無損評價不但要探測缺陷的有無,而且要給出材質(zhì)的定量評價。其中包括對缺陷的定量(形狀、大小、位置、取向、內(nèi)含物等)測量,以及對有缺陷的材料和產(chǎn)品的質(zhì)量評價。也包括……對無缺陷的材料和產(chǎn)品給出質(zhì)量評價。無損評價是無損檢測更高層次的發(fā)展,無損檢測這一術(shù)語已逐漸為無損評價所取代。認為國外無損檢測技術(shù)已由NDT(無損檢測)經(jīng)NDI(無損試驗)而發(fā)展到NDE(無損評定)階段。認為早期稱為無損探傷(NDI),第二階段成為無損檢測(NDT),第三階段稱為無損評價(NDE)。經(jīng)過一系列的演化,最終形成了所謂的無損探傷、無損檢測、無損評價三階段發(fā)展論。
在這一觀念的影響下,我國的無損檢測開始朝著定量測量甚至精密測量的方向發(fā)展,我們積極地開發(fā)越來越多的無損檢測方法和技術(shù),應(yīng)用于越來越多的檢測項目,甚至超過了發(fā)達國家,并且不惜成本地提高檢測精度和增加判廢科目,從而與使用無損檢測和開展無損評價的目的漸行漸遠。
其實,并不存在無損檢測三個發(fā)展階段,也不存在無損評價取代無損檢測的發(fā)展趨勢。因為根據(jù)國際標準ISO/TS18173:2005和美國標準ASTME1316-02的定義,NDI、NDT、NDE等術(shù)語都是同義詞。譬如日本,至今還叫日本NDI協(xié)會,但這并不代表日本還處于早期階段。
根據(jù)美國標準ASTME1316的定義,評價(evaluation)是指將相關(guān)顯示判定為接收還是拒收。通常,我們把標準中的evaluation翻譯成“評定”。所以無損評價,也就是無損評定,也就是無損檢測結(jié)果評定。
由于翻譯的原因,在我國,無損檢測一詞曾使用過許多同義詞,譬如:探傷(1953年)、無損探傷(1958年)、無損檢驗(1962年)。而《理化檢驗通訊》在1963~1968年期間,先后開設(shè)了“無損探傷”、“無損試驗”、“無損檢驗”專欄,到了1978年有了無損檢測分冊,正式開始使用無損檢測這一術(shù)語。這一系列變化,只是代表了術(shù)語的變化而已。正因為這些曾經(jīng)使用過的術(shù)語都是同義詞,所以從標準化和統(tǒng)一化出發(fā),建議大家統(tǒng)一使用術(shù)語“無損檢測”,而不要再使用無損探傷、無損檢驗、無損試驗等等。
無損評價一詞最早可能出現(xiàn)于1978年,那只是對NDE的直譯。而最早對無損評價做詳細介紹的是1986年《無損檢測》雜志刊登的一篇譯文,其中提到:現(xiàn)代工業(yè)正在努力將無損檢測方法和技術(shù)用于結(jié)構(gòu)、強度、硬度、殘余應(yīng)力、粘結(jié)強度等材料的物理性能的測量。這種努力起因于對提高產(chǎn)品質(zhì)量、確保安全,降低生產(chǎn)成本及提高生產(chǎn)率的需要。而無損評價的目的,是為了實現(xiàn)自動化。
在無損檢測中強調(diào)無損評價,其目的是為了實現(xiàn)自動化,為了實現(xiàn)智能化,為了加強無損檢測的實用性。這并不是說過去是沒有無損評價的,只是過去的無損評價工作比較粗糙,很多驗收準則可能是憑經(jīng)驗甚至是憑感覺制定的。強調(diào)無損評價工作,就是要求把這一工作做的比過去更深入、更精細、更加數(shù)據(jù)化,其目的是為了最大限度地降低生產(chǎn)成本和運行成本。
當我們把無損評價誤以為是更高階段,把新方法和新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用、檢測科目的開拓、檢測能力的提高等等都冠以無損評價這一術(shù)語,并且以為這就是無損評價了,其實這些仍然是檢測技術(shù)甚至還是探傷技術(shù)(當然這些發(fā)展也是需要的),而遠不是無損評價。真正的無損評價,是要解決如何對檢測結(jié)果進行評價,包括以怎樣的依據(jù)來判定其是否合格或可否繼續(xù)使用,而不是僅僅把檢測結(jié)果分個等級。真正的無損評價,國內(nèi)卻少有試驗研究和文獻報道。真正的無損評價,正是實現(xiàn)智能化所需的基礎(chǔ)。這些都是無損檢測與其他檢測技術(shù)的最大不同之處。
針對于產(chǎn)品的不同階段,無損檢測的目標有所不同,譬如:
a)制造階段:是判定傷或缺欠為缺陷(不可驗收或拒收)還是不連續(xù)(可驗收);
b)使用階段:是判定傷為不可使用還是繼續(xù)使用。
而無損評價的目標就是要建立判定依據(jù),也就是:
a)制造階段:需要建立基于制造質(zhì)量的驗收準則;
b)使用階段:需要建立基于使用壽命的評價準則。
因而,即便是在早期的探傷時期,對探傷結(jié)果的合格評定就始終存在,否則探傷的目的就沒有了。所以使用的術(shù)語是探傷,還是檢測或評價,并不代表不同的發(fā)展階段。強調(diào)無損評價,是要求把評定依據(jù)建立得更精細、更準確,以避免不必要的浪費,從而有效地降低成本。
跟其他任何技術(shù)一樣,無損檢測或無損評價也同樣分為研究和應(yīng)用兩大方面。通過大量與力學(xué)試驗、力學(xué)理論相配合的試驗數(shù)據(jù),以及大量的經(jīng)驗數(shù)據(jù),來建立驗收準則或評價準則,然后作為無損檢測的實際應(yīng)用。后者是無損檢測人員的工作,即如何實施無損檢測或無損評價;而前者可以是無損檢測人員的工作,也可以是無損檢測研究人員的工作,即如何開發(fā)無損檢測或無損評價。無損檢測人員(如3級人員)并不等于研究人員,無損檢測研究人員也不能取代無損檢測人員。所以無損評價并不能取代無損檢測,而只是無損檢測的一部分。
無損評價的目標,其中包括要大大減少甚至不依賴于檢測人員的技能和經(jīng)驗。也就是要淡化經(jīng)驗論,突出唯信號論,包括檢測數(shù)據(jù)和信號的采集、識別、評價、結(jié)論等等,全部實現(xiàn)由智能化機器來完成。所以,無損評價的成果,是可以簡化操作的,而不是對無損檢測人員提出更高的素質(zhì)要求。
在這一過程中,明確使用無損檢測的目的和用途是必要的:無損檢測能應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計、材料選擇、加工制造、成品檢驗、在役檢查(維修保養(yǎng))等多個方面。合理應(yīng)用無損檢測,不僅有利于質(zhì)量控制,更能有效降低成本。無損檢測還有助于保證產(chǎn)品的安全運行和(或)有效使用。如何通過使用無損檢測來降低成本,這才是無損檢測的真正目的,這才是提高無損檢測地位和無損檢測人員地位的根本價值。
5.結(jié)語
實現(xiàn)無損檢測觀念、術(shù)語、方法的統(tǒng)一,將關(guān)系到我國無損檢測未來的良性發(fā)展。正確理解無損評價,把無損評價看作是無損檢測的一項基礎(chǔ)性工作,將有利于我國無損檢測向智能化方向的發(fā)展,有利于降低成本,有利于無損檢測在中國的合理應(yīng)用,以及滿足工業(yè)4.0和中國制造2025對無損檢測的需求。
本文作者:金宇飛:高級工程師,無損檢測專業(yè)方向,全國無損檢測標準化技術(shù)委員會秘書長。