基于過程方法的信息化可追溯系統建設

張麗華，李 亞，張紹倫

（洛陽船舶材料研究所，河南洛陽 471023）

0 引言

質量管理體系涉及到產品生命周期的各個環節，隨著現代工業體系的發展，大質量概念逐步深化，顧客與其他相關方的要求不斷提高。而過程是組織實施質量標準的重點和難點，將工業生產活動作為相互關聯、功能連貫的過程組成的體系，來理解和管理，可以更加有效和高效的得到一致的和可預知的結果。當面臨各種內外部因素的波動變化時，為了強化質量管理改進的可操作性，確保生產管理計劃和指令執行到位，提高質量可控性和生產效率，實施工業化和信息化兩化融合已成為工業系統管理優化的重要發展方向。企業信息化管理是企業實現可持續發展的根本[1]，工業化與信息化融合要在產線上落到實處，只有緊密結合企業產線自身的過程特點，在工序現場實地應用信息化技術和相關軟件，才能預防信息化工作與實際生產脫節的現象，減少相關的手動操作所帶來的人為差錯，提高效率。

本文擬以過程分析為基礎，結合企業生產實際，進行信息化系統建設的策劃，從而實現管理體系監視和測量系統的改進，減低人為錯誤率，提高產線效率，同時，也為企業后續的信息化、智能化系統方面的進一步發展提供有益借鑒。

1 質量管理體系過程方法

質量管理體系包括組織確定其目標，以及為獲得期望的結果確定其過程和所需資源的活動。以其相互作用的過程和資源，向有關相關方提供價值實現結果[2]。整個管理體系可以看做是一項大的活動，在這項活動中，組織圍繞實現預期目標，確定過程和所需資源，并對過程和資源實施管理，向有關相關方提供價值和結果。質量管理體系是由相互關聯的過程所組成，其目標是顧客滿意，核心是過程方法。過程與過程之間存在一定的關系，這種關系往往不是一個簡單的按順序排列的結構，而是一個比較復雜的網絡結構。在構成質量管理體系的網絡結構中有一些過程對產品質量的形成起決定性作用，過程方法的實質是預測、預防和持之以恒的改進，將計劃—實施—檢查—處理（Plan-Do-Check-Act，PDCA）循環持續改進的思維納入過程方法，其要義就是跟蹤和管控過程變化，不斷采取措施應對變化，從而實現預期結果和增值。理解過程，進行過程的有效管理、資源的高效利用及跨職能溝通壁壘的減少，能夠使組織盡可能的完善其管理體系，并優化組織績效。

與此同時，質量管理體系中“循證決策”和“成文信息”也為大數據、云計算等高新科技應用預留了空間，循證決策是基于數據和信息的分析和評價的決策。對每一過程、每項活動的關鍵指標進行測量和監視，是“循證”的關鍵，信息化產線監視和測量系統為數據收集分析提供了更為先進的處理手段。基于數據的信息化過程控制也成為優化運行過程的重要優化方向。建設產線信息化可追溯系統可以成為企業提高質量信息跟蹤能力、應對過程變化的有效措施。

2 產線監視和測量系統信息化改造

2.1 企業生產線現狀及過程分析

目前某船舶企業主要的產品可分為三大類制品，企業內部有局域網，將各個車間連在一起。生產線流程示意圖見圖1，共有4個生產車間，生產線流程可分為15個工序，其中包含4個重要過程。

圖1 生產線流程示意圖

在進行信息化系統改造前，產線各工序的監視和測量工作常規工序過程主要依賴工人自檢，對質量控制點，則主要通過質檢員專檢、跟蹤核對的方式進行。產品從物料、半成品到成品的質量過程跟蹤表主要是操作人員或質檢員填寫后，最終由質檢員收集整理，統計報表，每周匯總統計表報送質量工程師。對某件產品的質量跟蹤過程對人的依賴性比較強，容易出現人為錯誤，如在產品標簽填寫過程中，也出現過填寫重復批號信息或錯誤批號等情況。

2.2 信息化系統實施原理

信息化可追溯系統使用的最終目的在于優化質量管理體系監視與測量過程的產品信息跟蹤，通過過程中各工序的跟蹤碼關聯數據來實現跟蹤，規范工序作業過程，實現產品質量相關要素的可追溯性。

在系統上線運行之前，需要進行初始化資料設置，在賦碼系統建立生產線技術規范、生產指令、操作工基本資料（定員）、供應商、產品等原始信息，產生原始碼，系統通過產線信息化來管理不同的指令任務，技術規范用來控制工序過程及跟蹤碼數據的關聯，生產指令用來控制賦碼系統正確地管理產線的各項工作，使其能夠滿足不同正常和異常作業的需要，人員資料可以用來管理實際操作過程中每個員工對應的作業權限，對于不同用戶登陸系統可以根據權限，按用戶組或者按照用戶個人分別賦予不同的權限，避免作業混亂，降低人為出錯率，確保過程質量穩定性。

對于生產線的掃描、打印、顯示等終端設備，通過建立通信接口編碼與工序代碼的對應關系，由系統處理收集到的數據，根據數據來源的通信接口，判斷給對應的工作站終端發送相應的生產指令信息。當物料制品進入一級工序，產生一級跟蹤碼，一級跟蹤碼以一維條碼/二維條碼的形式體現，成為跟蹤碼。所有產品的最小包裝帶有唯一的跟蹤碼，系統以一維條碼/二維條碼的方式，對編碼進行控制，在生產過程進行賦碼，通過跟蹤碼記錄每件制品的質量信息，包括生產日期、批號及原料來源等其他相關信息，并傳輸到數據庫進行儲存。出入庫時將跟蹤碼激活，并上傳到信息化可追溯系統，在流通過程中通過掃描或錄入跟蹤碼查詢產品流轉過程信息，當出現質量問題時，可以根據跟蹤碼帶有的產品信息進行追溯。

產線自動賦碼系統與信息化可追溯系統通過數據接口，進行原始跟蹤碼的導入（見圖2）。產線自動賦碼系統與信息化可追溯系統與掃描系統、顯示屏幕、條碼打印系統等通過接口進行聯系。通過現場數據收集傳送到信息化系統后臺，經過后臺邏輯處理，將信息反饋給現場指導作業人員如何進行下一步作業，自動生產線則可以通過數據接口指導自動設備進行自動生產處理。

圖2 信息化可追溯系統示意圖

為實現跟蹤的目的，需要并將跟蹤碼通過一維碼/二維碼的形式標記在包裝外面，可以通過掃描識讀或肉眼識讀。跟蹤碼依據生產計劃指令，在信息化可追溯系統中申請核發，并與實物物料制品關聯；在生產前，通過數據接口將跟蹤碼導入產線自動賦碼系統（見圖3），在生產過程中，賦碼系統給每個產品賦碼，并通過掃描將不同層級的跟蹤碼關系加以關聯，并儲存在數據庫中，系統根據事先設定的規則或人為決定的時間點，將跟蹤碼關聯數據通過數據接口發送到信息化可追溯系統，跟蹤碼被激活后可以在該產品進入流通或使用過程中進行查詢、管理。同時，針對該企業現有手動和半自動線并行的情況，分別設置信息化接口，支持2種生產模式切換，系統中的生產數據可以從標準接口的文件導出，為企業產線后續的自動化、智能化建設預留數據接口。

圖3 產線自動賦碼系統示意圖

2.3 產線監視和測量系統信息化改造

根據過程現狀，針對包裝生產線在裝包之前對最小包裝進行跟蹤碼賦碼，在裹包機后加裝自動掃描設備、自動剔除設備、手持掃描設備、條碼打印機實現一級跟蹤碼數據采集、檢測及后續包裝的賦碼和包裝關聯關系建立。針對某制品生產手動線，在裝包之前對最小包裝進行跟蹤碼賦碼，同時在二級三級包裝工位配置條碼打印機、掃描槍、完成后續包裝賦碼及關聯關系建立。采取網絡版架構，在服務器端實現數據共享管理。

建立支持同一生產企業同時擁有自動包裝線和手工包裝線的模式，支持多種產品多種包裝方式，在生產任務建立時選擇用何種產品及包裝方式；系統需要對現場各種情況的機動應變能力：系統提供多種異常處理功能指令設定功能，通過現場功能條碼掃描即可使賦碼系統切換到相應異常處理流程。

給每個工作站配備掃描設備、顯示設備、打印設備、貼標設備，可通過工作站編碼及多用戶智能卡來控制每個工作站作業情況，并由賦碼系統給每個工作站給出作業指示，顯示在屏幕上；系統對于條碼數據收集的正確性進行判斷，避免對同一條碼多次掃描重復計數；全面實現企業入庫核注、出庫核銷操作的條碼數據采集和數據上傳。

考慮到企業在生產線、工序工作站、產品技術規范等不確定因素，為使系統能夠靈活處理企業多生產線、多工位、多技術規范等需求，需要針對實際過程中可能出現的問題或變化，在質量監管與追蹤、防偽以及產品的出入庫方面建立信息化數據交互接口。

2.4 產線信息化改造后跟蹤碼關聯路線

過程設計完成后，一級二級三級跟蹤碼之間關聯路線如圖4所示。生產車間根據生產指令計劃及原始碼，在信息化可追溯系統中申請跟蹤碼，獲取各級跟蹤碼后，根據規定的格式，通過賦碼系統的跟蹤碼導入功能，將新的產品跟蹤碼導入產線自動賦碼系統。各種物料原始碼流轉到一級工序后，在制品在一級工序貼一級跟蹤碼，經傳送帶/人工傳遞到掃描工位，由工業掃描器讀取一級跟蹤碼并計數，系統將采集的信息進行處理。如果不能正常識讀，剔除裝置/檢驗員會將不合格品踢出處理。

圖4 信息化改造后數據跟蹤路線示意圖

當能夠正常識讀的一級跟蹤碼的數量達到技術規范要求時，系統根據設定自動分配二級跟蹤碼，向下一工序流轉，二級工序按照工藝要求進行工位操作，同時生成二級跟蹤碼，并建立一、二級跟蹤碼之間的關聯關系，二級與三級之間的數據關聯同理。跟蹤碼的數據關聯也受生產指令信息控制。產品包裝賦碼完成，倉庫出入庫時通過掃描終端掃描并將數據傳輸給信息化可追溯系統平臺進行核注核銷。

在運行過程中，需要注意的是，在車間工序現場作業時，賦碼系統將工序過程中收集的跟蹤碼，形成關聯數據后導出成規定格式文件，供過程的監視和測量使用。于是，實際的賦碼必須與各級關聯數據一致，若生產過程中，因為人為或其他因素導致實際的情況與賦碼系統的關聯數據不一致，如二級工序完成后，已經結束的一級碼被人為或以其他方式更換，但系統卻沒有產生相關的變更處理，則會在物料產品流轉的過程中將會發生問題，而此問題信息系統在生產過程中是難以發覺和管理的，必須通過全面質量管理工具、制度方法、績效考核等全面質量管理方法，確保關聯數據的一致性和符合性。

2.5 系統功能實現

從管理控制角度出發，信息化系統相對于傳統生產報表的方式，具有更加快捷準確的統計分析及報表編輯功能。使得配置管理、變更管理、文檔管理等處理速度加快，這些應用縮短了生產實施時間，同時信息系統可以根據前期經驗集成到后續專家數據庫中加以應用。大量靜態數據和動態數據的提供，使管理系統對整個產線基本情況的管理和控制反饋更及時，便于及時作出管理決策。從數據安全的角度出發，系統需要具有較強的數據安全性，在本方案中采取2項措施：1）安全備份和恢復；2）控制操作權限。操作權限具體又分為功能使用的權限控制和數據操作的權限控制。

整體上來看，在進行信息化系統改造后，相對于之前人工統計質量跟蹤表的情況，產線各工序可實現制品過程狀態的質量追蹤和實時查詢新跟蹤碼、跟蹤碼狀態、生產指令、跟蹤碼關聯數據、異常狀況、跟蹤碼導出情況、導出異常等相關的查詢功能。在此過程中也可以實現員工工作量統計，反饋工序效率；將質量信息等數據與質量管理體系統計過程控制（Statistical Process Control，SPC）方法相結合，直接調用系統數據輸出SPC圖表。此處選取工序⑥輸出的某產品合格率指標P進行關于點的監控說明[3]。

在短期某連續時間段內對某產品的單個合格率指標進行監控，并進行數據建模，方便模塊化功能調用。信息系統根據輸入參數自動輸出置信區間為95%的可視化圖表（見圖5）。其中UCL為上控制限；LCL為下控制限；UB表示合格率最高設定；為樣本總平均值；為樣本總標準差。可視化圖表可用于管理層監控實時狀況，根據可視化質量趨勢圖進行判異和預測，及時采取糾偏和改進措施，確保過程能力穩定可靠，提高過程質量可控性。

圖5 某產品復合率指標P的Xbar-S控制圖

相關趨勢性圖表報告，也可以通過信息化可追溯系統傳輸至企業生產管理系統的其他接口，為生產節拍指令設置的合理性以及其他相關部門的管理決策，提供數據支持和趨勢性分析，形成一個積極的PDCA循環持續改進過程。

這也促進了產品生命周期管理系統的功能延伸，有利于整個產品制造過程的效率提升。由于企業管理流程、管理模式、操作要求和業務的發展變化是隨著企業的發展而發生變化，系統除了提供滿足目前的需要外，從基本核心數據甚至到業務流程等可由不同發展階段的具體情況進行修改和調整。當企業的業務流程及管理方式發生變化時，可以調整軟件配置結構，使軟件變為企業新的成本管理和控制方式。企業可以根據顧客需求的調整、產能改造需要及管理需求的調整，結合信息化系統的運行特點，采用過程方法，持續改進，把產線流程設計成為適合企業現階段業務發展的流程方式，通過產線基礎設施與信息化系統的結合，以信息化帶動工業化、以工業化促進信息化，推動信息化系統在制造企業產線工序中的深化運用，推動體系管理手段的創新和持續改進。

3 結論

本文基于對某F企業產線現狀及生產過程的分析，結合信息化系統實施原理，通過對現有產線監視和測量系統的信息化改造，提出了產線信息化可追溯系統的建設方法，并對系統部分功能進行驗證，結果表明：采用過程方法結合信息化可追溯系統建設，可以實現過程數據信息的動態跟蹤，減少人為錯誤，有效提高過程績效及過程質量可控性。可為工業制造產線與信息化建設的深度融合探索提供參考。