基于MES系統的離散制造業質量信息管理研究

代緒強，孫亞振，許自力，戚寶運

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

基于MES系統的離散制造業質量信息管理研究

代緒強1，孫亞振2，許自力2，戚寶運2

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

為解決離散制造業制造過程傳統質量信息管理混亂、質量活動執行效率低等問題，并為滿足企業對產品質量信息的可追溯性需求，對離散制造業生產過程中的質量信息進行了研究，并基于車間制造執行系統MES，重點分析了產品的質量控制與質量追溯，構建了基于MES的質量信息管理系統的框架。通過系統在線掌握產品質量信息，發現問題、處理問題，并能夠有效追溯產品質量信息，對提高產品質量有重要作用。

質量信息管理；MES；離散制造業

0 引言

產品質量一直是制造業非常重視的部分，在新興市場環境下，客戶需求越來越多樣化，產品結構也越來越復雜化，隨之而來的是產品生產制造過程中的數據量逐漸增大，對產品質量數據的分析任務也越來越繁重。在這種情況下，企業傳統的人工數據采集和傳遞分析工作不僅效率低下，而且數據的準確性、完整性、實時性都無法保證，己經不能滿足現代市場競爭環境下對產品質量信息管理的要求。以計算機技術和網絡技術為依托的現代質量信息管理系統已經成為企業管理中的重要組成部分[1]。

離散制造企業通常具有產品結構復雜、產品物料組成多樣化、工序生產不連續等特征，通過自動化方式采集數據實現起來比較難，因此，離散制造業的產品質量追溯系統還不夠成熟。針對這種情況，國內外很多學者進行了相關的探討和研究。如：將RFID技術應用于質量追溯中，提高數據采集的速度，降低差錯率[2]；基于離散制造的可追溯性需求，建立了質量追溯的數據模型[3]；通過運用以批次管理為核心的質量追溯方法，實現全過程追溯管理[4]。

為解決離散制造業制造過程傳統質量信息管理混亂、手工方式數據采集差錯率高、質量活動執行效率低等問題，并為滿足企業對產品質量的可追溯性需求，本文基于車間制造執行系統(manufacturing execution system，MES)對產品的質量控制與質量追溯系統進行了分析，構建了基于MES的離散制造業質量信息管理系統。

1 離散制造業生產過程中的質量信息

產品質量是企業在競爭中長期保持競爭優勢的重要手段。對制造業而言，產品的生產加工過程伴隨著產品質量的形成，產品制造過程中的質量占產品最終狀態質量的絕大部分。對于典型的集外購、外協、加工和裝配于一體的離散制造業，其產品制造環節的質量形成過程如圖1所示。

圖1 產品制造過程質量流程圖

從離散制造業產品制造環節質量形成過程可以看出：原材料、工藝規程、設備、人員、質量計劃、質量檢驗等都是影響產品制造過程質量的因素，它們可以分為兩大類：外購件產品質量和工序質量。外購件是由供應商生產并提供的，屬于外部質量；工序質量是由企業內的質量體系、質量標準、工序質量控制規范、工藝路線、設備的加工能力、車間員工的操作水平和作業規范等決定的，屬于內部質量。根據離散制造業產品質量信息特點，可以把這些質量信息歸結為技術信息和管理信息兩大類，如表1所示。

表1 離散制造業質量信息分類

對于離散制造業的質量管理，技術信息中生產階段的信息是關鍵。工序質量是人、機、料、法、環、測等因素影響的綜合結果，但對每一具體的過程，這六個因素對工序質量的影響程度是有很大差別的，需要分析出主導因素加以控制。另外，為提高產品質量，加大對產品質量形成過程中關鍵特性、關鍵過程、特殊過程的控制也是十分必要的。

2 基于MES的產品質量控制與追溯

生產制造過程的質量控制就是實現對工序檢驗與產品質量的過程追溯，它是建立在對生產過程中的質量信息進行數理統計、參數控制、數據采集和可追溯性分析等環節的基礎上，從而實現生產過程關鍵要素的全面記錄以及完備的質量追溯，為質量改進提供量化指標。

2.1 統計過程控制

對于離散制造業，由于產品多樣化、產品結構復雜化，車間生產過程中的質量控制尤為困難和重要。在生產實際中一般采取加強對產品質量特性和對質量特征影響較大工序或工位的質量控制來實現對產品整體質量水平的控制。

利用統計過程控制(statistical process control，SPC)來跟蹤工序質量是否受控，不受控時及時釆取措施對生產做出調整，使工序質量受控。MES中包含有大量的制造過程質量數據，為質量分析提供了基礎數據來源。因此，車間制造過程質量信息管理的任務是最大限度地減少生產系統的質量變異，使其復雜的生產過程處于受控狀態，保證符合設計質量的產品持續、穩定地輸出。

統計過程控制是一種借助數理統計方法的過程控制工具。通過對生產過程質量數據的分析，能夠判斷工序生產是否異常。當加工工序處于穩定狀態時，隨機誤差具有一定的分布規律，總體上服從正態分布N(μ，σ)或近似正態分布。當加工工序處于不穩定狀態時，樣品特性值的正態分布或近似正態分布就會發生改變，因此，可以利用這一性質跟蹤關鍵工序的狀態情況，保證工序生產在受控狀態下運行。

2.2 質量控制參數

在產品生產過程中，要系統地識別、分析產品或零部件的工藝流程，找出對產品質量影響較大的因素點，對其進行控制以保證產品質量。產品形成過程中關鍵工序質量控制點主要包括以下幾點：

1) 形成產品關鍵質量特性、關鍵部位處；

2) 工藝上有特殊要求，對后續加工過程有重大影響的工序過程；

3) 易出現質量問題的薄弱環節；

4) 反映意見較多的過程；

5) 出現不合格時損失價值較大的過程。

在確定了對產品質量形成影響較大的關鍵工序后，設計關鍵工序流程圖并分析出主要控制參數，利用先進的數據采集技術及時采集關鍵工序的主要控制參數值。

2.3 質量數據采集

質量信息管理就是對質量數據的管理，建立質量信息管理系統就是要找出質量數據中潛在的產品質量變化規律。離開質量數據的采集，質量信息管理系統就不能準確地反映出生產過程產品質量情況，不能及時地發現制造過程的質量隱患。數據采集方式主要包括數據轉換與共享、自動采集和手工錄入等。

1) 數據轉換與共享

在企業的信息化管理系統如ERP、PDM、CAPP等都或多或少地包含了與產品質量有關的信息，而這些信息正是質量信息管理系統進行質量分析與管理必不可少的。通過共享數據的方式將ERP、PDM、CAPP等系統中的信息轉換至質量信息管理系統中，可實現對產品質量的全面監控和管理。高效的數據轉換和共享能力，可實時地將產品數據存入指定的數據庫中，或從數據庫中直接讀取所需要的質量數據。

2) 自動采集方式

離散制造業的生產過程中涉及到大量的實驗數據、零部件檢測、零件加工過程的在線監測、計量數據和物料批次數據等。對于這些數據，應用條碼技術，車間現場操作工人利用無線射頻自動識別技術采集信息，并通過質量信息管理系統設有的各種不同接口存入到數據庫中。通過自動數據釆集不僅可以大大降低工人的工作量，提高工作效率，而且還保證了數據的準確性和及時性。

3) 手工錄入方式

考慮到數據采集的經濟性和可行性，手工錄入方式仍然是系統數據采集中必不可少的一種方式。對于不能自動采集和數據共享的產質量檢數據和生產線運行狀態數據，可人工利用手動計量儀器或目測進行檢測，再通過信息交互終端或電腦進行數據的錄入、處理和存儲。

2.4 質量信息的可追溯性分析

產品質量追溯制是企業質量管理的重要組成部分。離散制造業制造階段質量的追溯就是對從原材料采購到產品交付整個過程的追溯[5, 6]。由離散制造業產品質量的形成過程和產品質量的可追溯性含義可知，離散制造業產品質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、標準件等。原材料是產品的基體，元器件、標準件的質量是組成產品質量的重要部分。外購件的可追溯性是指對外購件的來源、質量情況等信息的追溯。

2) 外協件的可追溯性

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

3) 工藝信息的可追溯性

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

4) 制造過程信息的可追溯性

車間制造過程是產品質量的具體實現過程。在造成生產制造過程產品質量波動的人、機、料、法、環、測分析方法中有4個因素是與制造過程直接相關的。對制造過程質量影響的因素主要有：操作人員的生產操作技術水平、實際操作方式，設備工裝的使用年限、精度、性能，車間的環境如溫度、濕度，測量系統的分辨率和誤差等。

3 基于MES的質量信息管理系統的框架

MES系統是企業上層生產計劃管理和車間底層生產設備控制單元之間的信息橋梁，是面向車間生產管理的信息系統，包括了生產制造中大量靜態和動態數據，為生產制造階段的質量信息管理包括質量活動的設計、執行、評價和更改等提供了數據基礎。工藝資源管理CAPP系統中包含了產品、零部件的詳細工藝信息，如產品的工藝路線信息、工序級質量參數信息等。建立基于MES的質量信息管理系統，通過與MES系統的動態交互實現質量數據的自動采集，對比CAPP中的工序級質量特征值，分析出車間生產的實際質量情況。基于MES的統計過程控制技術能夠實現質量信息管理系統對車間生產的在線工序質量控制。統計分析后的質量報告反饋給制造執行系統用于生產性能分析的依據，并把得出的生產質量水平和質量評估結果以報表形式輸出，供生產經營管理者參考與決策[7,8]。圖2反映了基于MES的質量信息管理系統的基本框架，表達了質量信息管理系統與MES之間的邏輯關系。

圖2 基于MES的質量信息管理系統的基本框架

4 結語

基于MES的質量信息管理系統可以實時、快速采集生產過程中的質量數據，在線掌握產品質量信息，及時發現問題、處理問題。加大對產品質量信息的管理，建立準確、高效的質量追溯制，對離散制造業的產品質量的提高具有重要意義。

[1] 張迪妮. 基于MES的質量管理信息系統的研究[J]. 世界標準化與質量管理, 2007 (4): 39-42.

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[3] 宮磊, 楊建軍. 離散制造業MES的產品可追溯性建模[J]. 成組技術與生產現代化, 2007, 24(2): 18-21.

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[5] 路棍, 趙濤. 制造型企業產品可追溯性的研究與實現[J]. 組合機床與自動化加工技術, 2006 (5): 100-102.

[6] 黃婕. 制造企業產質量量追溯系統研究[D]. 武漢: 武漢科技大學.2006.

[7] 張迪妮. 基于MES的質量管理信息系統的研究[J]. 世界標準化與質量管理, 2007 (4): 39-42.

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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(1974- )，男，山東沂南人，工程師，研究方向為指揮控制裝備系統集成技術和質量控制。

TP391

B

1671-5276(2014)02-0132-03

2013-07-08