基于JavaWeb的產品質量檢測預警系統的設計與實現

季昆 孟麗麗 薛遷 孫曉偉 王才華

摘要：工業4.0背景下，大數據、物聯網為傳統質量控制帶來了新的挑戰和契機，為解決企業質量信息獲取不完整、不精確以及實時監測和控制等難題，本文以研究大數據的關聯分析方法，運用JavaWeb技術、神經網絡分析和Mysql來設計面向產品制造質量監測控制的數據分析模型、算法及程序實現。本文通過對系統的研究來促進企業提升制造質量的監控控制能力，為智能制造環境下的質量控制提供理論依據。

關鍵詞：數據分析;實時監控;預警

中圖分類號：TP391.1;TP311.52 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）10-0176-02

0 引言

《中國制造2025》明確提出了“推進信息化與工業化深度融合”、“加強質量品牌建設”等重點建設任務和發展目標。這也驅使著產品質量控制進行變革，同時大數據平臺的研究也為更好的進行產品質量控制提供了新的思路。本文通過運用大數據技術，構建跨工藝流程、覆蓋全產線的產品質量監測和控制系統，提供產線監測、趨勢預報和質量問題追溯等功能，以減輕生產操作人員和質量管理人員的勞動強度、提高產品質量一致性和生產效率。

1 產品質量監測預警系統的開發流程和方案設計

1.1 產品質量監測系統的方案設計

唐鋸是中國最早金屬圓鋸片生產企業、原冶金工業部定點的金屬圓鋸片供應商、國家高新技術企業以及國家冶金鋸片行業標準的制定者，是中國鋸片行業龍頭企業。為了加速該企業的轉型升級和本文采用采用基于Java開發環境的 spring MVC框架和 Mybatis數據處理層。選用基于HDFS的非關系的數據庫Cassandra分布式數據庫和Hadoop（Hive）數據倉庫、在數據處理和分析方面采用Matlab軟件的神經網絡和貝葉斯分析。

1.2 產品質量監測系統的開發流程

（1）以唐山冶金鋸片有限公司為典型代表，分析其生產工藝流程及質量監測和控制方案，形成需求分析報告。

（2）結合需求分析報告，以UML建立機械制造企業制造質量監測控制系統模型，重點研究大數據存儲方案設計，關鍵控制點的SPC監測和診斷設計，質量指標預測模型以及傳統控制圖等，最終確定基于大數據的質量監測和控制系統功能結構方案及體系結構方案。

（3）確定系統開發環境，對系統的體系結構、運行平臺、開發模式進行研究：采用IBM Webshpere為應用服務器，選用基于HDFS的非關系的數據庫Cassandra分布式數據庫和Hadoop（Hive）數據倉庫，數據抽取轉換工具采用IBM Data Stage，應用開發采用基于Java開發環境的spring MVC框架和Mybatis 數據處理層。

（4）質量監測和控制系統數據倉庫設計及程序設計，關鍵是關鍵控制點的SPC監測和診斷模塊設計，質量指標預測模型算法開發及軟件實現。

（5）完成各功能模塊的系統集成與測試，完成基于大數據的質量監測控制系統的試運行。

1.3 產品質量監測預警系統的功能

針對企業的海量產品生產測試數據，研究大數據存儲、分析建模、控制算法及程序實現的研究。具體目標如下：

（1）建立基于大數據的產品制造質量監測診斷模塊，實現鋸片生產過程的質量監測預警與診斷。

（2）研究質量指標預測模型的算法及程序實現，控制預測誤差和精度，使預測更加合理，更加準確。

（3）建立基于Web的計算機監測與控制系統，功能包括產品過程能力分析、關鍵控制點質量監測與診斷、質量預測分析、傳統質量控制圖等。

2 產品質量監測預警系統的實現

2.1 數據的預處理

用Monte Carlo數據模擬方法對質量特征數據進行預處理：

y（t）=u+x（t）+d（t）

式中，y為工序質量觀測值;μ為受控條件下質量參數均值; x（t）～（ 0，σ2）為質量參數的正態分布偏差，σ2為分布的方差;d（t）為異常干擾值;t為樣本容量。但因此種方法偏差較大。

因此在此基礎上，以圖1所示方式進行樣本數據的采集這樣可以更加符合生產現場所需的精度要求。

2.2 過程監控

過程監控模塊基于javaweb對整個車間的全部工序進行實時監控。

（1）車間監控：在車間設置質量監控點，并設置班組長監查生產情況，若出現情況則及時進行處理。

（2）工序監控：操作機器工人操作機器同時對設備及產品各參數進行實時監控，通過工序匯報單進行數據錄入。

（3）異常判定：錄入的數據經過處理后，可判斷是否出現異常，當出現異常時進行報警通知。通知會出現在監控點的電腦上并同時報警到質量部門的系統相關界面上。

（4）異常處理：經系統報警后，可查看控制圖是否控制界面，然后進一步可分析控制圖異常類型，然后根據以往數據進行匹配看是否可直接分析出原因，再由技術人員進行認為分析，做出進一步指示，處理后進行原因總結，把相關記錄錄入數據庫進行匯總。

3 結語

對于目前大多企業存在的SPC系統，報警的實現還是比較多的，但是直接不經人工就可以系統自動處理的還尚未普遍實現，這不僅僅是技術問題，還因為國內的大多此類型企業尚未實現全面自動化，現今這個大數據時代，數據信息的利用價值也越來越高，人工智能也逐步滲透人們的生活，對于研究其發展的人才需求也會越來越多，其手段也會越來越豐富，數據挖掘的發展前景是極其光明的，它會越來越利于人們的生活和工作。

參考文獻

[1] 諶湘倩，狄文輝，孫冬.基于SSH框架與AJAX技術的JavaWeb應用開發[J].計算機工程與設計，2009，30（10）：2590-2592+2596.