本文關鍵詞：基于MES的車間制造過程動態(tài)質(zhì)量管理系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

基于MES的車間制造過程動態(tài)質(zhì)量管理系統(tǒng)研究.t；作者：龔仁偉尹超鄢萍；引言；車間制造過程是產(chǎn)品質(zhì)量管理的重要環(huán)節(jié)，是產(chǎn)品質(zhì)量；隨著信息技術的快速發(fā)展，許多的信息系統(tǒng)軟件被應用；1基于MES的車間制造過程動態(tài)質(zhì)量管理的內(nèi)涵；車間制造過程質(zhì)量管理的任務是建立一個控制狀態(tài)下的；圖1基于MES的車間制造過程動態(tài)質(zhì)量管理；2系統(tǒng)體系結構；根據(jù)以上對基于MES的車間制

基于MES的車間制造過程動態(tài)質(zhì)量管理系統(tǒng)研究.txt愛情就像腳上的鞋，只有失去的時候才知道赤腳走路是什么滋味騙人有風險，說慌要謹慎。不要愛上年紀小的男人，他會把你當成愛情學校，一旦學徒圓滿，便會義無反顧地離開你。基于MES的車間制造過程動態(tài)質(zhì)量管理系統(tǒng)研究

作者：龔仁偉 尹超 鄢萍

引 言

車間制造過程是產(chǎn)品質(zhì)量管理的重要環(huán)節(jié)，是產(chǎn)品質(zhì)量問題的主要來源之一。傳統(tǒng)的車間制造過程質(zhì)量管理存在質(zhì)量體系不健全、質(zhì)量數(shù)據(jù)有效性差、過程統(tǒng)計技術應用不夠、質(zhì)量監(jiān)督和質(zhì)量責任追究不力以及質(zhì)量決策滯后等問題。這些問題給企業(yè)造成了嚴重的質(zhì)量損失，因此，企業(yè)質(zhì)量管理部門迫切地希望采用一種新的質(zhì)量管理方法來輔助車間質(zhì)量管理，提高車間制造過程的質(zhì)量管理水平。

隨著信息技術的快速發(fā)展，許多的信息系統(tǒng)軟件被應用到企業(yè)的日常管理當中，為企業(yè)的運營、決策提供了一個科學管理的平臺。其中MES是一種面向車間層的生產(chǎn)管理和優(yōu)化運行管理軟件，擁有制造過程所有靜態(tài)和動態(tài)的數(shù)據(jù)，形成巨大的制造數(shù)據(jù)集合。MES的出現(xiàn)及廣泛應用，為車間制造過程質(zhì)量管理提供了豐富的數(shù)據(jù)支持，為車間制造過程質(zhì)量的實時動態(tài)管理和控制提供了一種有效的實現(xiàn)思路和支持平臺。本文以一家汽車配件廠的車間制造過程質(zhì)量管理為背景，根據(jù)企業(yè)車間制造過程質(zhì)量管理的實際需求，結合MES、網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫等技術，提出基于MES的車間制造過程動態(tài)質(zhì)量管理系統(tǒng)，給出系統(tǒng)的體系結構，并研究數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計過程控制和系統(tǒng)集成等系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵技術。

1 基于MES的車間制造過程動態(tài)質(zhì)量管理的內(nèi)涵

車間制造過程質(zhì)量管理的任務是建立一個控制狀態(tài)下的生產(chǎn)系統(tǒng)，穩(wěn)定、持續(xù)地生產(chǎn)出符合設計質(zhì)量的產(chǎn)品，減少產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的“質(zhì)量變異”。管理的內(nèi)容主要包括質(zhì)量任務管理、生產(chǎn)技術準備、工序質(zhì)量控制、現(xiàn)場文明生產(chǎn)管理和質(zhì)量檢驗與數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)的質(zhì)量管理是一種離散的、靜態(tài)的管理方式，很難發(fā)現(xiàn)制造過程中隱藏的質(zhì)量問題，也就很難從根本上提高制造過程質(zhì)量�；贛ES的車間制造過程動態(tài)質(zhì)量管理，將車間制造過程質(zhì)量管理劃分為質(zhì)量計劃、質(zhì)量實施、質(zhì)量檢查和質(zhì)量處理四個階段，并且四個階段動態(tài)循環(huán)地執(zhí)行，逐步改善和提高制造過程質(zhì)量。在上述四個階段中，MES貫穿始終，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)采集、處理和分析的各項功能，提高質(zhì)量數(shù)據(jù)的準確性和實時性，如圖1所示。

圖1 基于MES的車間制造過程動態(tài)質(zhì)量管理

2 系統(tǒng)體系結構

根據(jù)以上對基于MES的車間制造過程動態(tài)質(zhì)量管理內(nèi)涵的研究，提出了系統(tǒng)體系結構，它包括系統(tǒng)目標、PDCA（Plan，Do，Check，Action）循環(huán)動態(tài)質(zhì)量管理、MES中質(zhì)量管理模塊和系統(tǒng)支撐技術，具體如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)體系結構

2.1 目標

系統(tǒng)的目標是建立—個控制狀態(tài)下的生產(chǎn)系統(tǒng)，穩(wěn)定地、持續(xù)地生產(chǎn)符合設計質(zhì)量的產(chǎn)品，減少產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的“質(zhì)量變異”，從而提高車間制造過程質(zhì)量。

2.2 PDCA循環(huán)動態(tài)質(zhì)量管理

為實現(xiàn)系統(tǒng)目標，采取了PDCA循環(huán)動態(tài)質(zhì)量管理的模式。P（Plan）為質(zhì)量計劃，確定質(zhì)量方針和目標，確定質(zhì)量活動計劃；D（Do）為質(zhì)量計劃實施，實現(xiàn)質(zhì)量計劃中的內(nèi)容；C（Check）為質(zhì)量檢查，總結質(zhì)量計劃執(zhí)行的結果，找出問題；A（Action）為質(zhì)量處理，對總結檢查的結果進行處理，成功的經(jīng)驗加以肯定并適當推廣和標準化，失敗的教訓加以總結，以免重現(xiàn)，未解決的問題放到下一個PDCA循環(huán)。如此周而復始地進行，達到動態(tài)質(zhì)理管理的目的，提高制造過程質(zhì)量。

2.3 MES中質(zhì)量管理模塊

MES中的質(zhì)量管理模塊是PDCA循環(huán)動態(tài)質(zhì)量管理的具體實現(xiàn)形式，包括質(zhì)量計劃管理、質(zhì)量任務管理、在線質(zhì)量管理、離線質(zhì)量管理、不合格品管理、返工返修管理、工量器具管理、質(zhì)量文檔管理和綜合查詢分析等九大模塊，實現(xiàn)了質(zhì)量計劃到質(zhì)量問題處理的車間制造全過程動態(tài)質(zhì)量管理。

2.4 系統(tǒng)支撐技術

系統(tǒng)支撐技術為整個系統(tǒng)的運行提供技術支撐，包括數(shù)據(jù)庫技術、計算機網(wǎng)絡技術、集成技術和標準化技術等。數(shù)據(jù)庫技術為整個系統(tǒng)運行提供管理和數(shù)據(jù)支持；計算機網(wǎng)絡技術為系統(tǒng)的信息傳輸、共享和處理等提供信息通道；集成技術對系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的信息及相關過程進行集成，以提高系統(tǒng)的運作效率；標準化技術為系統(tǒng)中的信息交流與處理提供相應的標準協(xié)議或規(guī)則，以保障信息的正確交流和及時傳遞。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵技術

3.1 數(shù)據(jù)采集技術

制造過程質(zhì)量數(shù)據(jù)主要來自兩個方面：對零件和產(chǎn)品的檢測和對制造過程的監(jiān)控。開展質(zhì)量管理，就是要用數(shù)據(jù)來提出和解決產(chǎn)品質(zhì)量的問題，用數(shù)據(jù)來反映或描述產(chǎn)品質(zhì)量的變化規(guī)律，因此及時準確地獲取質(zhì)量數(shù)據(jù)是質(zhì)量管理取得成功的關鍵�；贛ES的車間制造過程動態(tài)質(zhì)量管理系統(tǒng)充分考慮了先進的數(shù)據(jù)采集技術和工廠的實際情況，采用具有高度適應性和可擴充性數(shù)據(jù)采集方式，包括自動采集、手工錄入和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與共享。

3.1.1 自動采集

系統(tǒng)設有各種接口與不同的數(shù)據(jù)采集裝置（如計量器、測量器、條碼讀卡機、無線射頻掃描儀與各類儀器儀表等）相連接，完成各種質(zhì)量數(shù)據(jù)（包括外購原材料及零／部件檢測數(shù)據(jù)、零件加工過程中在線檢測和序后檢測數(shù)據(jù)、過程狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、零件最終檢測數(shù)據(jù)、裝配過程檢測數(shù)據(jù)和成品試驗數(shù)據(jù)等）的自動采集及處理，還可以將分析結果自動反饋到生產(chǎn)設備的控制裝置，實現(xiàn)閉環(huán)的質(zhì)量控制，如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)自動采集

3.1.2 手工錄入

考慮到設備、現(xiàn)場條件和成本等因素，并不是所有的產(chǎn)品質(zhì)檢數(shù)據(jù)和生產(chǎn)線運行狀態(tài)數(shù)據(jù)都能夠做到自動采集和實時監(jiān)控，這就需要利用各種手動計量儀或“目測”的方式來進行檢測。系統(tǒng)設定相關質(zhì)量信息錄入功能，檢測人員“目測”計量儀的讀數(shù)，然后通過電腦或信息交互終端進行數(shù)據(jù)的錄入、處理、傳輸和存儲。

3.1.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與共享

系統(tǒng)之間高度數(shù)據(jù)共享，可以方便地將產(chǎn)品的CAD、CAPP等各類信息轉(zhuǎn)換至本系統(tǒng)，或通過共享數(shù)據(jù)的方式實現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量的全面管理和監(jiān)控。全面高效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與共享能力，可實時地將產(chǎn)品數(shù)據(jù)存入指定的數(shù)據(jù)庫，或從數(shù)據(jù)庫直接讀取所需信息，數(shù)據(jù)存取時間周期由用戶根據(jù)實施需要自行設置。

3.2 基于MES的SPC技術

3.2.1 SPC技術原理

統(tǒng)計過程控制（Statistical Process Control，SPC）是一種借助數(shù)理統(tǒng)計方法的過程控制工具。它對生產(chǎn)過程進行分析評價，根據(jù)反饋信息及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常因素出現(xiàn)的征兆，并采取措施消除其影響，使過程維持在僅受隨機性因素影響的受控狀態(tài)，以達到控制質(zhì)量的目的。

當過程受控時沒有系統(tǒng)誤差，隨機誤差具有一定的分布規(guī)律，即總體質(zhì)量特性服從正態(tài)分布N（μ，σ2），如圖4所示。在正態(tài)分布±3σ范圍內(nèi)．，即樣品特征值出現(xiàn)在（μ±3σ）中的概率為99．73％，即超出±3σ范圍發(fā)生概率僅為0．27％。當過程受控時，過程特性一般服從穩(wěn)定的隨機分布；而失控時過程分布將發(fā)生改變。SPC正是利用過程波動的統(tǒng)計規(guī)律性對過程進行分析控制，因而，它強調(diào)過程在受控和有能力的狀態(tài)下運行，使產(chǎn)品和服務穩(wěn)定地滿足顧客的要求。

圖4 正態(tài)分布的概率分布

3.2.2 基于MES的SPC技術

基于MES的車間制造過程動態(tài)質(zhì)量管理系統(tǒng)采用SPC技術對關鍵工序質(zhì)量進行控制。與傳統(tǒng)的SPC不同，系統(tǒng)應用MES中成熟的數(shù)據(jù)采集、分析、處理和控制技術實現(xiàn)對質(zhì)量數(shù)據(jù)的管理，將質(zhì)量參數(shù)選取、質(zhì)量數(shù)據(jù)采集、繪制分析用控制圖、繪制控制用控制圖以及質(zhì)量診斷

與過程調(diào)整等質(zhì)量管理模塊集成在一起，實現(xiàn)動態(tài)工序質(zhì)量控制，如圖5所示。

圖5 基于MES的SPC流程

1）質(zhì)量參數(shù)獲�。涸谲囬g制造過程中，要系統(tǒng)地識別、分析產(chǎn)品或零／部件工藝流程，找出影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素，并根據(jù)各工序?qū)ψ罱K產(chǎn)品質(zhì)量影響程度的大小及相互關系，繪制關鍵工序流程圖；根據(jù)該圖確定質(zhì)量控制點及關鍵參數(shù)，繪制工序質(zhì)量管理網(wǎng)絡圖，對影響產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵工序?qū)嵤┍O(jiān)控。在確定了關鍵工序及其參數(shù)后，就要對這些參數(shù)進行及時準確地采集和處理，為后續(xù)計算、控制和分析診斷做準備。

2）繪制控制圖：根據(jù)控制圖使用的目的不同，可分為分析用和控制用兩個階段，因此要分別繪制分析用和控制用控制圖。一道工序的初期或進行系統(tǒng)改進后，總存在不穩(wěn)定因素，因此，先要繪制分析用控制圖來判斷過程是否受控。在分析用控制圖階段，，點出萬方數(shù)據(jù)界說明過程有異因存在，應積極采取措施分析原因，調(diào)整過程，直到剔除所有異因，過程受控。在保證過程受控的情況下，通過查表1中計算過程能力指數(shù)Cp，判斷過程能力是否合適。如果過程能力充足，就用穩(wěn)態(tài)下控制圖的控制線控制生產(chǎn)過程；如果過程能力不充足，則要采取措施分析原因，調(diào)整過程，然后重新進行過程判斷和過程能力評價。

其中，過程能力是指過程輸出符合公差范圍的能力。通常將允許的公差范圍除以6σ的比值稱為過程能力指數(shù)。當公差的中心值M與數(shù)據(jù)分布的中心一致時，稱過程能力“無偏”，指數(shù)用Cp表示；不一致時稱為“有偏”，指數(shù)用Cpk表示。

Cp＝T／（6σ）

Cpk＝（1－K）Cp

式中：T為公差范圍，T＝TU－TL，TU為上公差界限，TL為下公差界限；K為μ與M的偏移度，K＝2︱M－μ︱／T。

表1 過程能力分級

3）質(zhì)量診斷與過程調(diào)整：在繪制控制圖的過程中，過程判斷和過程能力分析是兩個非常重要的環(huán)節(jié)，如果出現(xiàn)過程不穩(wěn)定或過程能力不足的情況，必須進行質(zhì)量診斷。通過查詢質(zhì)量分析診斷知識庫，發(fā)現(xiàn)上述情況的原因及解決辦法，然后進行過程調(diào)整，最終達到穩(wěn)定的制造過程和合適的過程能力。

3.3 系統(tǒng)集成

當前的很多制造企業(yè)信息系統(tǒng)一般由PDM、ERP、CAX、MES等子系統(tǒng)組成。這些不同的子系統(tǒng)往往由不同的軟件開發(fā)商在不同的時期分別承擔，運行在異構的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)上，導致“信息孤島”現(xiàn)象的產(chǎn)生�；贛ES的車間制造過程動態(tài)質(zhì)量管理系統(tǒng)并不是一個孤立的系統(tǒng)，它必須和上述信息系統(tǒng)集成，才能很好地發(fā)揮作用，同時也解決了“信息孤島”問題。本論文針對動態(tài)質(zhì)量管理系統(tǒng)和PDM、ERP、CAPP、MES等系統(tǒng)集成進行了研究。具體集成情況如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)集成

3.3.1 與MES的集成

MES是管理和優(yōu)化從任務投放到完成加工整個生產(chǎn)活動的硬件和軟件的集合，是車間制造過程管理的主要工具。基于MES的車間制造過程動態(tài)質(zhì)量管理系統(tǒng)要實現(xiàn)制造過程的動態(tài)質(zhì)量管理，就要和MES進行集成，包括功能集成和信息集成兩個方面：功能集成主要是集成MES中相應的質(zhì)量管理功能模塊；信息集成是指質(zhì)量管理系統(tǒng)需要從MES中得到關于產(chǎn)品檢驗工序的信息和具體的產(chǎn)品送檢單信息，以實現(xiàn)關于產(chǎn)品檢驗的信息集成。

3.3.2 與PDM系統(tǒng)的集成

PDM系統(tǒng)有與產(chǎn)品結構、零／部件信息相關的完整產(chǎn)品信息，而完整的產(chǎn)品信息也是保證質(zhì)量管理系統(tǒng)正常運行的關鍵，因此本系統(tǒng)要從PDM中集成產(chǎn)品結構信息和零／部件信息。

3.3.3 與ERP系統(tǒng)的集成

現(xiàn)代制造企業(yè)的ERP系統(tǒng)是對企業(yè)資源進行全面管理的工具，包括設備、夾具、計量器具等物料資源，也包括組織機構和人力資源等，而物料、組織機構、人力資源也是質(zhì)量管理系統(tǒng)必不可少的信息，因此需要將這些信息集成到質(zhì)量管理系統(tǒng)當中。

3.3.4 與CAPP系統(tǒng)的集成

CAPP系統(tǒng)是工藝人員利用計算機來完成產(chǎn)品的一系列加工動作及其對資源需求的數(shù)字化描述，其中包括產(chǎn)品零／部件的檢驗項目信息等。而質(zhì)量管理系統(tǒng)的一項重要功能是輔助檢驗人員進行產(chǎn)品的檢驗，所以，必須將CAPP中關于產(chǎn)品工藝信息、檢驗項目規(guī)劃信息、具體檢驗項目信息以及公差信息等集成到質(zhì)量管理系統(tǒng)中。

4 應用案例

重慶某空調(diào)有限公司是一家快速成長的中澳合資公司，公司主要從事車用空調(diào)系統(tǒng)、車用發(fā)動機冷卻系統(tǒng)及相關配套件等系列產(chǎn)品的設計、開發(fā)、制造和銷售，為長安、福特等整車制造企業(yè)的一級供應商。隨著汽車行業(yè)的競爭越來越激烈，整車制造企業(yè)對零／部件配套商的供貨質(zhì)量提出了更高的要求。為了改善車間制造過程生產(chǎn)質(zhì)量，提高企業(yè)的競爭力，該公司委托重慶大學制造工程研究所為其開發(fā)一套車間制造過程質(zhì)量管理系統(tǒng)。經(jīng)過充分的調(diào)研，在掌握該企業(yè)車間實際生產(chǎn)情況的基礎上，結合先進質(zhì)量管理技術和MES在車間管理的應用，為企業(yè)開發(fā)了一套基于MES的車間制造過程動態(tài)質(zhì)量管理系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的實施，提高了產(chǎn)品加工的一次性合格率，減少了返工返修和質(zhì)量報廢等質(zhì)量損失，并為企業(yè)的質(zhì)量統(tǒng)計分析和決策提供了科學依據(jù)。

5 結 語

本文提出了基于MES的車間制造過程動態(tài)質(zhì)量管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了PDCA循環(huán)動態(tài)質(zhì)量管理。在此基礎上建立了系統(tǒng)的體系結構，并對系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵技術進行了研究，包括數(shù)據(jù)自動采集、

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