基于MES系統(tǒng)的離散制造業(yè)質(zhì)量信息管理研究

代緒強(qiáng)，孫亞振，許自力，戚寶運(yùn)

(1. 總參信息化部駐南京地區(qū)軍事代表室，江蘇 南京 210007； 2. 中國電子科技集團(tuán)公司 第二十八研究所，江蘇 南京 210007)

基于MES系統(tǒng)的離散制造業(yè)質(zhì)量信息管理研究

代緒強(qiáng)1，孫亞振2，許自力2，戚寶運(yùn)2

(1. 總參信息化部駐南京地區(qū)軍事代表室，江蘇 南京 210007； 2. 中國電子科技集團(tuán)公司 第二十八研究所，江蘇 南京 210007)

為解決離散制造業(yè)制造過程傳統(tǒng)質(zhì)量信息管理混亂、質(zhì)量活動執(zhí)行效率低等問題，并為滿足企業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量信息的可追溯性需求，對離散制造業(yè)生產(chǎn)過程中的質(zhì)量信息進(jìn)行了研究，并基于車間制造執(zhí)行系統(tǒng)MES，重點(diǎn)分析了產(chǎn)品的質(zhì)量控制與質(zhì)量追溯，構(gòu)建了基于MES的質(zhì)量信息管理系統(tǒng)的框架。通過系統(tǒng)在線掌握產(chǎn)品質(zhì)量信息，發(fā)現(xiàn)問題、處理問題，并能夠有效追溯產(chǎn)品質(zhì)量信息，對提高產(chǎn)品質(zhì)量有重要作用。

質(zhì)量信息管理；MES；離散制造業(yè)

0 引言

產(chǎn)品質(zhì)量一直是制造業(yè)非常重視的部分，在新興市場環(huán)境下，客戶需求越來越多樣化，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜化，隨之而來的是產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中的數(shù)據(jù)量逐漸增大，對產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)的分析任務(wù)也越來越繁重。在這種情況下，企業(yè)傳統(tǒng)的人工數(shù)據(jù)采集和傳遞分析工作不僅效率低下，而且數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性、實(shí)時(shí)性都無法保證，己經(jīng)不能滿足現(xiàn)代市場競爭環(huán)境下對產(chǎn)品質(zhì)量信息管理的要求。以計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為依托的現(xiàn)代質(zhì)量信息管理系統(tǒng)已經(jīng)成為企業(yè)管理中的重要組成部分[1]。

離散制造企業(yè)通常具有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、產(chǎn)品物料組成多樣化、工序生產(chǎn)不連續(xù)等特征，通過自動化方式采集數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)起來比較難，因此，離散制造業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)還不夠成熟。針對這種情況，國內(nèi)外很多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)的探討和研究。如：將RFID技術(shù)應(yīng)用于質(zhì)量追溯中，提高數(shù)據(jù)采集的速度，降低差錯(cuò)率[2]；基于離散制造的可追溯性需求，建立了質(zhì)量追溯的數(shù)據(jù)模型[3]；通過運(yùn)用以批次管理為核心的質(zhì)量追溯方法，實(shí)現(xiàn)全過程追溯管理[4]。

為解決離散制造業(yè)制造過程傳統(tǒng)質(zhì)量信息管理混亂、手工方式數(shù)據(jù)采集差錯(cuò)率高、質(zhì)量活動執(zhí)行效率低等問題，并為滿足企業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量的可追溯性需求，本文基于車間制造執(zhí)行系統(tǒng)(manufacturing execution system，MES)對產(chǎn)品的質(zhì)量控制與質(zhì)量追溯系統(tǒng)進(jìn)行了分析，構(gòu)建了基于MES的離散制造業(yè)質(zhì)量信息管理系統(tǒng)。

1 離散制造業(yè)生產(chǎn)過程中的質(zhì)量信息

產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)在競爭中長期保持競爭優(yōu)勢的重要手段。對制造業(yè)而言，產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過程伴隨著產(chǎn)品質(zhì)量的形成，產(chǎn)品制造過程中的質(zhì)量占產(chǎn)品最終狀態(tài)質(zhì)量的絕大部分。對于典型的集外購、外協(xié)、加工和裝配于一體的離散制造業(yè)，其產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)的質(zhì)量形成過程如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品制造過程質(zhì)量流程圖

從離散制造業(yè)產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)質(zhì)量形成過程可以看出：原材料、工藝規(guī)程、設(shè)備、人員、質(zhì)量計(jì)劃、質(zhì)量檢驗(yàn)等都是影響產(chǎn)品制造過程質(zhì)量的因素，它們可以分為兩大類：外購件產(chǎn)品質(zhì)量和工序質(zhì)量。外購件是由供應(yīng)商生產(chǎn)并提供的，屬于外部質(zhì)量；工序質(zhì)量是由企業(yè)內(nèi)的質(zhì)量體系、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、工序質(zhì)量控制規(guī)范、工藝路線、設(shè)備的加工能力、車間員工的操作水平和作業(yè)規(guī)范等決定的，屬于內(nèi)部質(zhì)量。根據(jù)離散制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量信息特點(diǎn)，可以把這些質(zhì)量信息歸結(jié)為技術(shù)信息和管理信息兩大類，如表1所示。

表1 離散制造業(yè)質(zhì)量信息分類

對于離散制造業(yè)的質(zhì)量管理，技術(shù)信息中生產(chǎn)階段的信息是關(guān)鍵。工序質(zhì)量是人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等因素影響的綜合結(jié)果，但對每一具體的過程，這六個(gè)因素對工序質(zhì)量的影響程度是有很大差別的，需要分析出主導(dǎo)因素加以控制。另外，為提高產(chǎn)品質(zhì)量，加大對產(chǎn)品質(zhì)量形成過程中關(guān)鍵特性、關(guān)鍵過程、特殊過程的控制也是十分必要的。

2 基于MES的產(chǎn)品質(zhì)量控制與追溯

生產(chǎn)制造過程的質(zhì)量控制就是實(shí)現(xiàn)對工序檢驗(yàn)與產(chǎn)品質(zhì)量的過程追溯，它是建立在對生產(chǎn)過程中的質(zhì)量信息進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)、參數(shù)控制、數(shù)據(jù)采集和可追溯性分析等環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程關(guān)鍵要素的全面記錄以及完備的質(zhì)量追溯，為質(zhì)量改進(jìn)提供量化指標(biāo)。

2.1 統(tǒng)計(jì)過程控制

對于離散制造業(yè)，由于產(chǎn)品多樣化、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，車間生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制尤為困難和重要。在生產(chǎn)實(shí)際中一般采取加強(qiáng)對產(chǎn)品質(zhì)量特性和對質(zhì)量特征影響較大工序或工位的質(zhì)量控制來實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品整體質(zhì)量水平的控制。

利用統(tǒng)計(jì)過程控制(statistical process control，SPC)來跟蹤工序質(zhì)量是否受控，不受控時(shí)及時(shí)釆取措施對生產(chǎn)做出調(diào)整，使工序質(zhì)量受控。MES中包含有大量的制造過程質(zhì)量數(shù)據(jù)，為質(zhì)量分析提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源。因此，車間制造過程質(zhì)量信息管理的任務(wù)是最大限度地減少生產(chǎn)系統(tǒng)的質(zhì)量變異，使其復(fù)雜的生產(chǎn)過程處于受控狀態(tài)，保證符合設(shè)計(jì)質(zhì)量的產(chǎn)品持續(xù)、穩(wěn)定地輸出。

統(tǒng)計(jì)過程控制是一種借助數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的過程控制工具。通過對生產(chǎn)過程質(zhì)量數(shù)據(jù)的分析，能夠判斷工序生產(chǎn)是否異常。當(dāng)加工工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，隨機(jī)誤差具有一定的分布規(guī)律，總體上服從正態(tài)分布N(μ，σ)或近似正態(tài)分布。當(dāng)加工工序處于不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，樣品特性值的正態(tài)分布或近似正態(tài)分布就會發(fā)生改變，因此，可以利用這一性質(zhì)跟蹤關(guān)鍵工序的狀態(tài)情況，保證工序生產(chǎn)在受控狀態(tài)下運(yùn)行。

2.2 質(zhì)量控制參數(shù)

在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，要系統(tǒng)地識別、分析產(chǎn)品或零部件的工藝流程，找出對產(chǎn)品質(zhì)量影響較大的因素點(diǎn)，對其進(jìn)行控制以保證產(chǎn)品質(zhì)量。產(chǎn)品形成過程中關(guān)鍵工序質(zhì)量控制點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn)：

1) 形成產(chǎn)品關(guān)鍵質(zhì)量特性、關(guān)鍵部位處；

2) 工藝上有特殊要求，對后續(xù)加工過程有重大影響的工序過程；

3) 易出現(xiàn)質(zhì)量問題的薄弱環(huán)節(jié)；

4) 反映意見較多的過程；

5) 出現(xiàn)不合格時(shí)損失價(jià)值較大的過程。

在確定了對產(chǎn)品質(zhì)量形成影響較大的關(guān)鍵工序后，設(shè)計(jì)關(guān)鍵工序流程圖并分析出主要控制參數(shù)，利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)及時(shí)采集關(guān)鍵工序的主要控制參數(shù)值。

2.3 質(zhì)量數(shù)據(jù)采集

質(zhì)量信息管理就是對質(zhì)量數(shù)據(jù)的管理，建立質(zhì)量信息管理系統(tǒng)就是要找出質(zhì)量數(shù)據(jù)中潛在的產(chǎn)品質(zhì)量變化規(guī)律。離開質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集，質(zhì)量信息管理系統(tǒng)就不能準(zhǔn)確地反映出生產(chǎn)過程產(chǎn)品質(zhì)量情況，不能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)制造過程的質(zhì)量隱患。數(shù)據(jù)采集方式主要包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與共享、自動采集和手工錄入等。

1) 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與共享

在企業(yè)的信息化管理系統(tǒng)如ERP、PDM、CAPP等都或多或少地包含了與產(chǎn)品質(zhì)量有關(guān)的信息，而這些信息正是質(zhì)量信息管理系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量分析與管理必不可少的。通過共享數(shù)據(jù)的方式將ERP、PDM、CAPP等系統(tǒng)中的信息轉(zhuǎn)換至質(zhì)量信息管理系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量的全面監(jiān)控和管理。高效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和共享能力，可實(shí)時(shí)地將產(chǎn)品數(shù)據(jù)存入指定的數(shù)據(jù)庫中，或從數(shù)據(jù)庫中直接讀取所需要的質(zhì)量數(shù)據(jù)。

2) 自動采集方式

離散制造業(yè)的生產(chǎn)過程中涉及到大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、零部件檢測、零件加工過程的在線監(jiān)測、計(jì)量數(shù)據(jù)和物料批次數(shù)據(jù)等。對于這些數(shù)據(jù)，應(yīng)用條碼技術(shù)，車間現(xiàn)場操作工人利用無線射頻自動識別技術(shù)采集信息，并通過質(zhì)量信息管理系統(tǒng)設(shè)有的各種不同接口存入到數(shù)據(jù)庫中。通過自動數(shù)據(jù)釆集不僅可以大大降低工人的工作量，提高工作效率，而且還保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

3) 手工錄入方式

考慮到數(shù)據(jù)采集的經(jīng)濟(jì)性和可行性，手工錄入方式仍然是系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集中必不可少的一種方式。對于不能自動采集和數(shù)據(jù)共享的產(chǎn)質(zhì)量檢數(shù)據(jù)和生產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，可人工利用手動計(jì)量儀器或目測進(jìn)行檢測，再通過信息交互終端或電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)的錄入、處理和存儲。

2.4 質(zhì)量信息的可追溯性分析

產(chǎn)品質(zhì)量追溯制是企業(yè)質(zhì)量管理的重要組成部分。離散制造業(yè)制造階段質(zhì)量的追溯就是對從原材料采購到產(chǎn)品交付整個(gè)過程的追溯[5, 6]。由離散制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的形成過程和產(chǎn)品質(zhì)量的可追溯性含義可知，離散制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的可追溯性對象主要包括：

1) 外購件的可追溯性

外購件包括原材料、元器件、標(biāo)準(zhǔn)件等。原材料是產(chǎn)品的基體，元器件、標(biāo)準(zhǔn)件的質(zhì)量是組成產(chǎn)品質(zhì)量的重要部分。外購件的可追溯性是指對外購件的來源、質(zhì)量情況等信息的追溯。

2) 外協(xié)件的可追溯性

外協(xié)件包括整件、零部件外協(xié)，以及工序外協(xié)。由于生產(chǎn)能力的不足，外協(xié)常常存在產(chǎn)品制造過程中，而外協(xié)件的計(jì)劃與質(zhì)量卻是難以控制的。外協(xié)件的可追溯性包括外協(xié)件的廠家、質(zhì)量信息等的追溯。

3) 工藝信息的可追溯性

工藝信息的可追溯性是指對產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)中的工藝路線的選擇、工藝參數(shù)的確定等信息的追溯。工藝設(shè)計(jì)是連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)與產(chǎn)品制造的橋梁。工藝設(shè)計(jì)過程包含了產(chǎn)品制造所必須的物料選擇、工藝路線制定、工序參數(shù)的確定等信息。

4) 制造過程信息的可追溯性

車間制造過程是產(chǎn)品質(zhì)量的具體實(shí)現(xiàn)過程。在造成生產(chǎn)制造過程產(chǎn)品質(zhì)量波動的人、機(jī)、料、法、環(huán)、測分析方法中有4個(gè)因素是與制造過程直接相關(guān)的。對制造過程質(zhì)量影響的因素主要有：操作人員的生產(chǎn)操作技術(shù)水平、實(shí)際操作方式，設(shè)備工裝的使用年限、精度、性能，車間的環(huán)境如溫度、濕度，測量系統(tǒng)的分辨率和誤差等。

3 基于MES的質(zhì)量信息管理系統(tǒng)的框架

MES系統(tǒng)是企業(yè)上層生產(chǎn)計(jì)劃管理和車間底層生產(chǎn)設(shè)備控制單元之間的信息橋梁，是面向車間生產(chǎn)管理的信息系統(tǒng)，包括了生產(chǎn)制造中大量靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)制造階段的質(zhì)量信息管理包括質(zhì)量活動的設(shè)計(jì)、執(zhí)行、評價(jià)和更改等提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。工藝資源管理CAPP系統(tǒng)中包含了產(chǎn)品、零部件的詳細(xì)工藝信息，如產(chǎn)品的工藝路線信息、工序級質(zhì)量參數(shù)信息等。建立基于MES的質(zhì)量信息管理系統(tǒng)，通過與MES系統(tǒng)的動態(tài)交互實(shí)現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)的自動采集，對比CAPP中的工序級質(zhì)量特征值，分析出車間生產(chǎn)的實(shí)際質(zhì)量情況?；贛ES的統(tǒng)計(jì)過程控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)量信息管理系統(tǒng)對車間生產(chǎn)的在線工序質(zhì)量控制。統(tǒng)計(jì)分析后的質(zhì)量報(bào)告反饋給制造執(zhí)行系統(tǒng)用于生產(chǎn)性能分析的依據(jù)，并把得出的生產(chǎn)質(zhì)量水平和質(zhì)量評估結(jié)果以報(bào)表形式輸出，供生產(chǎn)經(jīng)營管理者參考與決策[7,8]。圖2反映了基于MES的質(zhì)量信息管理系統(tǒng)的基本框架，表達(dá)了質(zhì)量信息管理系統(tǒng)與MES之間的邏輯關(guān)系。

圖2 基于MES的質(zhì)量信息管理系統(tǒng)的基本框架

4 結(jié)語

基于MES的質(zhì)量信息管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)、快速采集生產(chǎn)過程中的質(zhì)量數(shù)據(jù)，在線掌握產(chǎn)品質(zhì)量信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、處理問題。加大對產(chǎn)品質(zhì)量信息的管理，建立準(zhǔn)確、高效的質(zhì)量追溯制，對離散制造業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量的提高具有重要意義。

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Research on Quality Information Management Based on MES in Discrete Manufacturing Industry

DAI Xu-qiang1, SUN Ya-zhen2, XU Zi-li2, QI Bao-yun2

(1. Military Representative Office of Information Unit of the Headquarters of General Sfaff in Nanjing, Nanjing 210007, China;2. The 28th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Nanjing 210007, China)

In order to solve the problems such as the traditional quality information management confusion and inefficient implementation of quality activities of the manufacturing process in the discrete manufacturing industry and meet the traceability requirements of the product quality information, this paper researches on its quality information and based on manufacturing execution system (MES), analyzes the product quality control and quality traceability emphatically and then builds the structure of the quality information management system based on MES. Through the system the product quality information is online mastered, the problems are timely found out and treated and the product quality information might be effectively traced.This system plays an important role in improving the product quality.

quality information management; MES; discrete manufacturing industry

代緒強(qiáng)(1974- )，男，山東沂南人，工程師，研究方向?yàn)橹笓]控制裝備系統(tǒng)集成技術(shù)和質(zhì)量控制。

TP391

B

1671-5276(2014)02-0132-03

2013-07-08