基于活動履歷表的制造執(zhí)行系統(tǒng)質(zhì)量信息傳遞過程研究

嚴曉光，居 樺，楊 毅

（1. 華中科技大學(xué) 機械科學(xué)與工程學(xué)院，武漢 430074；2. 開目信息技術(shù)有限責(zé)任公司，武漢 430074）

0 引言

制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES, Manufacturing Execution System）是連接企業(yè)上層管理與下層自動控制系統(tǒng)的橋梁，起著信息傳遞與溝通的作用。在MES十余個基本功能中，制造過程的質(zhì)量管理功能扮演了十分重要的角色，MES的出現(xiàn)，避免了傳統(tǒng)質(zhì)量管理采集手段落后、采集頻率低、管理不規(guī)范、過程控制能力差等缺點。企業(yè)可以通過MES獲得制造過程所有的靜態(tài)和動態(tài)質(zhì)量數(shù)據(jù)，形成巨大的數(shù)據(jù)集合，為質(zhì)量活動的設(shè)計、執(zhí)行、評價和改進提供豐富的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[1]。

目前，對質(zhì)量信息數(shù)字化、MES質(zhì)量功能定義、總體方案設(shè)計等方面的研究已取得明顯成果，但對MES中質(zhì)量信息傳遞的研究還相對薄弱，使得管理、設(shè)計與制造環(huán)節(jié)之間的信息通道不夠順暢，導(dǎo)致車間制造執(zhí)行層與設(shè)計層和管理層實時、雙向的交流難以實現(xiàn)。鑒于這種情況，本課題依托于武漢開目MES產(chǎn)品，對MES質(zhì)量管理功能、質(zhì)量信息及其傳遞模型進行了分析，將質(zhì)量活動履歷表（ARF, Activity Resume Form）作為質(zhì)量信息的傳遞載體，并應(yīng)用在實際產(chǎn)品中以保證質(zhì)量信息的完整性、有效性、有序性和開放型。

1 MES質(zhì)量信息流框架

制造執(zhí)行系統(tǒng)質(zhì)量管理功能是指能夠從產(chǎn)品質(zhì)量設(shè)計入手，以規(guī)程為基本依據(jù)，按產(chǎn)品系列從原料進廠直至成品出廠進行以質(zhì)量為中心的全過程最優(yōu)化控制，并在數(shù)據(jù)收集功能得到的加工、測定數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進行在線質(zhì)量分析、質(zhì)量報告制作，進行產(chǎn)品的質(zhì)量控制與質(zhì)量判定等[2]。質(zhì)量管理模塊各功能之間存在著緊密關(guān)系，連接的紐帶就是質(zhì)量數(shù)據(jù)的傳遞，通過質(zhì)量信息的上傳下達，MES管理著質(zhì)量活動的執(zhí)行，保證制造過程的質(zhì)量。

MES系統(tǒng)中存在著海量的數(shù)據(jù)交換，其質(zhì)量信息流中包括了信息源、信息的采集、信息的統(tǒng)計、分析、評價及處理等環(huán)節(jié)[3]，在各部門、人員甚至設(shè)備之間有著復(fù)雜的質(zhì)量信息流。為了更好的分析信息傳遞過程，構(gòu)造質(zhì)量活動履歷表，先說明KMMES質(zhì)量功能各模塊及所涉及到的職能部門。

1.1 MES質(zhì)量功能模塊

在企業(yè)管理模型中，制造執(zhí)行系統(tǒng)接收上層的生產(chǎn)計劃，按照產(chǎn)品質(zhì)量特性對質(zhì)量參數(shù)進行分解，形成比較詳細的工序級質(zhì)量控制規(guī)范，然后在生產(chǎn)過程中對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行控制，通過各種質(zhì)量統(tǒng)計分析手段和控制方法，反復(fù)檢驗當(dāng)前的質(zhì)量水平是否達到了控制目標，并不斷地將決策信息和評估報告反饋到執(zhí)行層，以對生產(chǎn)過程進行反饋式的閉環(huán)控制。武漢開目MES系統(tǒng)經(jīng)過大量的工業(yè)應(yīng)用以及現(xiàn)場實踐，形成了以下六個主要質(zhì)量管理功能模塊：

1）質(zhì)量目標規(guī)范：根據(jù)設(shè)計層和管理層設(shè)定的質(zhì)量目標，產(chǎn)生制造過程質(zhì)量檢驗計劃。包括了執(zhí)行層工序及檢驗計劃規(guī)范、檢驗活動的方式和內(nèi)容以及各個質(zhì)量特性所要達到的質(zhì)量目標。

2）質(zhì)量信息記錄：保存綜合質(zhì)量信息的數(shù)據(jù)庫，包括與質(zhì)量活動有關(guān)的履歷表、工序質(zhì)量檢驗信息、最終檢查是否合格的判定結(jié)果以及是否修復(fù)等內(nèi)容。

3）在線質(zhì)量檢驗：對現(xiàn)場加工產(chǎn)品的質(zhì)量狀況進行實時監(jiān)控?，F(xiàn)場設(shè)備和人員自動或手動對工序質(zhì)量數(shù)據(jù)進行采集，檢驗結(jié)果會反饋給相關(guān)執(zhí)行層人員，然后通過MES系統(tǒng)把原始的質(zhì)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的質(zhì)量控制參數(shù)保存。

4）計量器具維護：包括質(zhì)檢部門對計量器具的日常維護日志以及器具精度等信息。

5）質(zhì)量統(tǒng)計分析與控制：選擇合適的質(zhì)量控制工具和控制圖，分析當(dāng)前的質(zhì)量水平，以此為依據(jù)判斷是否按現(xiàn)有條件繼續(xù)生產(chǎn)，決定制造是否能進行下道工序，并作為質(zhì)量人員不斷改進生產(chǎn)過程質(zhì)量的重要依據(jù)。

6）質(zhì)量評估與改進：質(zhì)檢及管理人員依據(jù)質(zhì)量報表，分析缺陷原因，評估當(dāng)前加工水平，形成改進意見，并將決策結(jié)果反饋給執(zhí)行層。

作為制造執(zhí)行系統(tǒng)的重要組成部分，質(zhì)量信息貫穿于整個生產(chǎn)活動，涉及到了決策、設(shè)計、質(zhì)檢、執(zhí)行等多個部門，這就要求質(zhì)量信息的傳遞過程是有效的、協(xié)調(diào)的、全面的，能夠?qū)⒏鱾€相互獨立的質(zhì)量保證單元通過計算機網(wǎng)絡(luò)有效結(jié)合起來。

1.2 MES質(zhì)量功能信息流分析

制造執(zhí)行系統(tǒng)中包含了產(chǎn)品在制造加工過程中所涉及到的對質(zhì)量有影響的所有信息[4]。這些質(zhì)量信息至始至終伴隨著產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，并不斷地發(fā)生數(shù)量和內(nèi)容上的變化，在這一環(huán)節(jié)有兩個重要因素，分別是“職能”和“數(shù)據(jù)”。“職能”關(guān)系著質(zhì)量信息的屬性配置，用于表明該屬性的來源以及服務(wù)對象，“數(shù)據(jù)”則是質(zhì)量信息的載體和具體體現(xiàn)?！奥毮堋笨梢酝ㄟ^追蹤信息來源，進行屬性配置進行管理，“數(shù)據(jù)”則能夠通過計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫環(huán)境進行儲存、傳遞與分配。

目前的MES中雖然擁有大量的質(zhì)量數(shù)據(jù)，但由于質(zhì)量信息具有的分散性、隨機性、復(fù)雜多樣性等特征[5]，存在冗余數(shù)據(jù)過多、信息利用率低下等問題，本文研究工作中采用了質(zhì)量活動履歷表（ARF）這一數(shù)據(jù)形式，可以較好地避免這些缺點，提升質(zhì)量數(shù)據(jù)的處理水平，使質(zhì)量管理活動具有更強的可控性。

2 質(zhì)量活動履歷表在MES中的應(yīng)用

傳統(tǒng)意義上，質(zhì)量活動履歷表即質(zhì)量活動的記錄清單，是企業(yè)生產(chǎn)管理和質(zhì)量控制部門在實際制造和管理過程中生產(chǎn)某種零部件的所有質(zhì)量活動信息的集合。

開目MES中，質(zhì)量活動履歷表不僅是活動清單，而且存儲了與產(chǎn)品質(zhì)量活動相關(guān)的所有信息。它作為所有質(zhì)量信息的載體，包含了若干功能子模塊，雖然質(zhì)量管理各模塊功能不同，質(zhì)量數(shù)據(jù)的外在表現(xiàn)形式不同，所代表的對象也不同，但質(zhì)量ARF對其管理的總體方法和原理是相通的，都是采用設(shè)置屬性的方法，通過對屬性的操作來實現(xiàn)質(zhì)量管理的內(nèi)容。

2.1 質(zhì)量ARF結(jié)構(gòu)及作用

本課題所采用的質(zhì)量ARF是一種典型的，由若干屬性組成的表述質(zhì)量信息結(jié)構(gòu)組成的表結(jié)構(gòu)。其物理結(jié)構(gòu)上是分布式的，各屬性間相互獨立，但通過MES系統(tǒng)配置各質(zhì)量信息的關(guān)聯(lián)性質(zhì)，能夠在質(zhì)量管理流程上建立起各屬性之間的映射關(guān)系，使所有屬性的質(zhì)量信息做到集成與共享。

完整的質(zhì)量活動履歷表結(jié)構(gòu)由六個屬性組成，分別是質(zhì)量規(guī)范屬性、采購質(zhì)量屬性、生產(chǎn)加工屬性、生產(chǎn)及檢驗人員屬性、計量器具屬性以及質(zhì)量數(shù)據(jù)屬性。每一個屬性代表了質(zhì)量控制的一個環(huán)節(jié)，描述了該環(huán)節(jié)所具有的性質(zhì)和方法，因此也可以說質(zhì)量ARF是描述產(chǎn)品制造結(jié)構(gòu)關(guān)系的各制造質(zhì)量屬性的集合。圖1所示為面向制造執(zhí)行系統(tǒng)質(zhì)量活動履歷表的組織與關(guān)聯(lián)模型圖，對象ID是產(chǎn)品的唯一標識號，通常還有該產(chǎn)品的規(guī)格號或訂單號，這也是其所有質(zhì)量信息的唯一索引。質(zhì)量規(guī)范屬性是質(zhì)量活動的指導(dǎo)文件，直接作用于采購質(zhì)量、生產(chǎn)及檢驗人員、計量器具以及質(zhì)量數(shù)據(jù)屬性；生產(chǎn)及檢驗人員屬性包含兩個部分，該產(chǎn)品的生產(chǎn)加工人員以及相關(guān)質(zhì)量檢驗工序質(zhì)檢人員信息；質(zhì)量數(shù)據(jù)屬性與人員及計量器具相關(guān)聯(lián)，并對照質(zhì)量規(guī)范，判斷產(chǎn)品是否合格。

產(chǎn)品質(zhì)量很大程度上由制造過程的質(zhì)量來保證[6]。以制造執(zhí)行系統(tǒng)為平臺，建立質(zhì)量活動履歷表，作為生產(chǎn)中所有相關(guān)制造信息的組織形式，不僅可以實現(xiàn)產(chǎn)品制造質(zhì)量的可記錄性和可追溯性，又能保證制造質(zhì)量信息有較好的完整性、有效性、有序性和開放型。

2.2 質(zhì)量ARF的生成與調(diào)用

在企業(yè)的實際運作過程中，生產(chǎn)制造的各個階段對應(yīng)的是各個職能部分[7]，質(zhì)量信息是在各部門之間流動的，結(jié)合制造執(zhí)行系統(tǒng)，質(zhì)量信息的流動是同時存在于職能部門和MES質(zhì)量管理功能模塊中的，通過質(zhì)量ARF的生成與調(diào)用，可將這兩者有機的結(jié)合起來。

其生成主要來源于參與質(zhì)量活動的各個職能部門對其屬性的操作，如圖2所示，質(zhì)量規(guī)范屬性由設(shè)計部門及管理部門結(jié)合行業(yè)標準及自身企業(yè)能力共同決定，確定關(guān)鍵質(zhì)量點和質(zhì)量參數(shù)，并經(jīng)過派工，得到具體實施人員及設(shè)備信息。采購質(zhì)量屬性來自采購部門，采購部門按照質(zhì)量規(guī)范對供應(yīng)商品質(zhì)進行檢驗。生產(chǎn)加工屬性包含了加工設(shè)備名稱、加工過程等相關(guān)信息。生產(chǎn)人員及質(zhì)量檢驗人員的ID號、參與的工作存儲于生產(chǎn)及檢驗人員屬性中。計量器具屬性來自于質(zhì)檢部門對計量器具的日常維護信息。質(zhì)量數(shù)據(jù)屬性一方面來自質(zhì)檢部門的檢測結(jié)果，另一方面來自于加工設(shè)備的在線測量。

質(zhì)量ARF的生成與質(zhì)量活動息息相關(guān)，其調(diào)用則與MES質(zhì)量功能模塊的使用密切貼合，質(zhì)量規(guī)范屬性與質(zhì)量目標規(guī)范功能相對應(yīng)，制定質(zhì)量實施準則。在線質(zhì)量檢測功能需要關(guān)聯(lián)質(zhì)量活動履歷表的質(zhì)量規(guī)范、檢驗人員、生產(chǎn)加工和計量器具四個屬性。質(zhì)量統(tǒng)計分析與控制功能要調(diào)用質(zhì)量數(shù)據(jù)屬性中的數(shù)據(jù)信息。質(zhì)量信息記錄功能包含了履歷表質(zhì)量數(shù)據(jù)的保存、更改等操作。質(zhì)量評估與改進功能更是涉及到了整個質(zhì)量履歷表的所有屬性，進行整體流程的分析，進行質(zhì)量持續(xù)改進。

3 MES應(yīng)用質(zhì)量活動履歷表實例

質(zhì)量活動履歷表可以有效管理各職能部門內(nèi)的質(zhì)量信息，使它在整個企業(yè)內(nèi)部暢通無阻，并且作為MES質(zhì)量數(shù)據(jù)的集合載體，能夠被管理模塊直接調(diào)用。MES質(zhì)量管理功能的設(shè)計與實現(xiàn)應(yīng)緊密貼合質(zhì)量活動履歷表的生成與調(diào)用，本文選取KMMES作為實例對其各個功能模塊進行說明。

如圖3所示，在KMMES中，產(chǎn)品質(zhì)量信息存在于質(zhì)量活動履歷表中，在履歷表中記錄了產(chǎn)品的質(zhì)量規(guī)范、質(zhì)量檢驗數(shù)量、檢驗工序的要求、工序合格數(shù)量、超差數(shù)量、廢品數(shù)等信息。

在車間中，檢驗員通過質(zhì)檢設(shè)備對產(chǎn)品進行檢驗，然后通過觸摸屏，將結(jié)果輸入履歷表，如圖4所示。再就是如果出現(xiàn)質(zhì)量超差情況，如工人在加工時，發(fā)現(xiàn)毛坯有質(zhì)量缺陷等，可作相應(yīng)的質(zhì)量報警，反饋生產(chǎn)現(xiàn)場的質(zhì)量問題，如圖5所示，這一操作也會傳遞到在質(zhì)量ARF中。

車間現(xiàn)場人員在生產(chǎn)過程中所上報的質(zhì)量信息、觸發(fā)的質(zhì)量報警事件，通過看板可以非常直觀的反饋到相應(yīng)的管理者，以便及時得到處理。

車間生產(chǎn)過程中質(zhì)量數(shù)據(jù)采集完成后，統(tǒng)計分析模塊調(diào)用質(zhì)量ARF數(shù)據(jù)，生成需要的質(zhì)量數(shù)據(jù)/圖形統(tǒng)計報表，如產(chǎn)品超差率、廢品率；質(zhì)檢任務(wù)執(zhí)行信息表；質(zhì)量報警信息匯總表等等，以便分析生產(chǎn)過程出現(xiàn)的質(zhì)量問題。

質(zhì)量活動履歷表在制造執(zhí)行系統(tǒng)中，作為質(zhì)量數(shù)據(jù)的有效載體來管理與生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)相關(guān)的所有質(zhì)量數(shù)據(jù)，基本實現(xiàn)了制造質(zhì)量數(shù)據(jù)的完全采集、準確分類和有序存儲。

4 結(jié)束語

以質(zhì)量活動履歷表為重要基礎(chǔ)的質(zhì)量管理系統(tǒng)已在一些企業(yè)中得到了實際應(yīng)用。在某企業(yè)中通過質(zhì)量履歷表中的信息，能夠按時間、批次等條件匯總數(shù)據(jù)；常用的統(tǒng)計指標包括：一次交檢合格率，綜合廢品率，關(guān)鍵、重要件超差率，外協(xié)產(chǎn)品入廠檢驗合格率，外購器材入廠檢驗合格率等。

系統(tǒng)進一步、深化應(yīng)用的重點之一是拓寬“質(zhì)量活動”的內(nèi)容，將經(jīng)營、生產(chǎn)活動中的進度、定額、能耗、材料消耗等也納入廣義質(zhì)量跟蹤范圍，使質(zhì)量管理系統(tǒng)更有效地支持經(jīng)營績效。

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