制造执行系统中质量管理系统的研究

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对于制造行业来说,制造过程的质量决定了产品除设计因素外的绝大部分质量,是企业追求精益质量的核心环节之一。同时,制造执行系统(MES)拥有产品制造过程所有静态和动态的数据,形成巨大的制造数据集合,为质量活动的设计、执行、评价和改进提供了丰富的数据基础。基于MES的质量管理信息系统,能够通过质量数据的自动实时采集、分析与反馈控制,以及质量信息资源的共享,建立一套以数字化为特征的企业车间质量管理体系,可以有效提高质量管理活动的执行效率,并使制造过程的质量反应能力和质量控制能力得到提高。

一、制造执行系统与质量管理系统

制造执行系统的本质是面向制造过程的集成化车间生产管理与控制系统,它位于ERP层和控制层之间,起到了信息桥梁的作用,并填补了ERP和控制层之间的信息鸿沟。制造执行系统中的质量管理系统以MES信息平台为基础,从上层接受总体计划,进行质量总体计划,在本层内根据车间作业计划调度模块下达的作业计划来做质量计划详细设置,向下设定各个工艺流程需要达到的工艺规范和工艺参数。

二、质量管理系统综述

在制造执行系统内部,质量管理实际是对生产过程的一种质量控制,在制造执行系统内部,其基本控制原理如图所示。通过质量设计对所生产产品的质量目标进行分解,形成工序级的质量控制规范和过程控制参数表。在生产过程中,不断测量生产系统的质量特性,并借助各种质量统计分析手段和控制方法,与工序级的质量控制目标进行比较分析、质量决策和质量评估,不断把决策信息和评估结果反馈到生产系统的各个阶段,以对生产过程进行前馈式和反馈式质量控制。

      三、系统的功能模块设计

质量管理信息系统结构十分复杂,直接对其进行设计的难度很大。结构化设计方法的基本思想是模块化,即将系统分解成若干大小适当、功能明确、彼此具有一定的独立性但又相互联系的组成部分。根据制造执行系统中质量管理系统的结构特点,采用U/C矩阵法并参照聚合性和耦合性原理,可以将系统从功能上划分成若干分系统和模块:质量规划、质量检验、质量统计分析和不合格品管理。系统由四大分系统组成,下面对各分系统的功能作简要描述。

1.质量规划

质量规划模块完成工序级检验计划的定义,决定检验活动进行的方式和内容,以及各工序所要达到的质量规范。然后,依据制造活动的生产进度及当前质量设备和人员的占用情况,将检验活动分派给具体的设备或质量人员。

质量检验计划中定义的质量属性包括:(1)检验形式,包括该工序是否必检、是否需要首件检验、是否需要试样检验、抽样方式、样本数量、样本百分比以及是否为关键质量控制点等;(2)检验项目,指质量活动中需要检验的指标,包含项目类型(尺寸公差/形位公差)、项目描述、基准、标准值、上下偏差、图样编号及关联的质量标准文件等;(3)检验资源,主要是在检验某个项目时所使用资源的编号,该资源可以是某台具体的设备或仪器,也可以是包含若干台设备和仪器的检验小组。

    2.质量检验

质量数据采集主要实现加工过程中检验记录的录入、修改、保存和报告等,将这些数据进行整理,分类,规范后,可生成每件零件统一格式的以编号为惟一标识的检验记录报表,方便对该零件检验工作的过程进行跟踪管理。检验加工的在制品是否符合各项质量指标,在零部件的质量BOM中建立的检测项目和技术要求是判定每道工序合格程度的准绳,不合格的零部件会触发不合格事件的处理。检验过程会产生大量的质量数据,因此,在该环节准确地收集所有相关制造质量信息是实现制造质量数字化管理的前提。

3.质量统计分析

只注重收集加工过程中的质量数据,而缺乏对收集来的历史数据进行统计分析,会失去这些数据所能反映出来的有关零部件加工过程质量稳定性状况的信息。目前统计分析方法可以从大量、随机产生的质量数据中挖掘出有用的信息和知识,并且通过对关键工序的监控,实时地监督和分析工序加工的状况,变事后检验为事前预防控制。它包括如下三个方面的内容:(1)质量问题汇总,自动统计各类质量问题,如报废、返工和返修等质量问题发生的频率;(2)质量指标统计,自动统计系统设定的各类质量评价指标,如合格率、废品率等,以各种统计图形及报表形式,为质量人员直观展示当前质量水平,减少重复劳动;(3)SPC过程控制,对某些关键零件的关键工序进行重点分析,在大量质量数据的支持下,对简单的异常表征进行自动监控,在统计报表和控制图中设立异常报警,辅助质量分析人员对质量问题作出分析。

    4.不合格品管理

对于加工过程中出现的不合格品,系统会激活“不合格品处理通知单”,同时按照企业制订的事物处理流程发送到相关部门进行审核处理,直至制订出相应的预防或处理措施,如报废或返修等。在整个加工过程中,不合格事件都会在适宜的条件下被触发,直至零件加工完毕,所有过程信息都会在质量数据库中存储,并与制造执行系统中的其他模块实现信息交互。

四、系统实现关键技术

    1.三坐标测量结果的读入

三坐标测量作为质量检验中一种快速的质量数据采集方式,其结果如何准确读入数据库是这种快速数据采集方式实施的关键,也是质量统计的基础。该系统采用正则表达式来搜索三坐标测量的结果,与想要得到的结果相匹配,查出想要得到的测量结果中有用的部分,并加以保存,保证了测量数据能被准确地读入到数据库当中去。

    2.质量统计分析中曲线的拟合

由于该系统面对的主要是中小批量的生产,设计思想就是在零件生产初期建立可靠稳定的控制界限,因此测量得到的数据点是有限的。该系统采用最小二乘法曲线拟合的方法,由所得到的有限数据点拟合出零件制造的发展趋势曲线,从而判断机床的加工状态,并回馈给在制品管理环节,较好地解决了小批量产品生产质量控制中频繁出现错误告警现象的问题。

五、结束语

制造执行系统中质量管理系统实施的关键,是实现与MES其他模块的信息共享和底层控制的有效集成,通过信息流集成和控制集成,对生产全过程进行实时的质量监控,从而实现闭环质量控制。本文分析了制造执行系统中质量管理系统的功能模型和关键技术,通过对这些问题的探索与实践,相信实施质量信息化管理一定能够为制造企业带来巨大的效益。

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