離散制造車間質(zhì)量管控模式研究

梅瀟瀟 劉佳佳

摘 要：為解決復(fù)雜產(chǎn)品離散制造過程中質(zhì)量數(shù)據(jù)分散、質(zhì)量問題難追溯、缺乏完善的質(zhì)量管理模式等問題，開展了離散制造車間制造質(zhì)量管控模式研究。通過對(duì)離散制造車間質(zhì)量管控業(yè)務(wù)運(yùn)行流程和質(zhì)量數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行分析，明確了車間質(zhì)量管理的痛點(diǎn)與難點(diǎn);提出了離散制造車間質(zhì)量集成管控框架，建立了多工序質(zhì)量傳遞模型，通過采用數(shù)字化檢測(cè)設(shè)備與車間MES系統(tǒng)的集成實(shí)現(xiàn)了對(duì)車間內(nèi)部多個(gè)工序質(zhì)量數(shù)據(jù)的在線采集、實(shí)時(shí)分析，為加工工藝方法和加工過程參數(shù)調(diào)整提供了反饋，實(shí)現(xiàn)了車間制造過程質(zhì)量管控。通過開發(fā)的軟件系統(tǒng)進(jìn)行工程應(yīng)用，解決了質(zhì)量難追溯的問題，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)的數(shù)字化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化管理奠定了基礎(chǔ)，對(duì)生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量控制業(yè)務(wù)形成了強(qiáng)有力的支持。

關(guān)鍵詞：離散制造; 制造質(zhì)量; 數(shù)據(jù)采集; SPC分析; 質(zhì)量追溯; 質(zhì)量管控

1 離散制造車間質(zhì)量管控現(xiàn)狀分析

離散制造車間的突出特征是多品種、小批量的生產(chǎn)方式，生產(chǎn)過程是由不同零部件加工子過程并聯(lián)或串聯(lián)組成的復(fù)雜過程，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，生產(chǎn)過程中存在很多不確定因素，因此對(duì)于生產(chǎn)的質(zhì)量管理較為復(fù)雜。離散制造車間質(zhì)量管控存在的問題，簡(jiǎn)要?dú)w納如下。

1.1.加工流程多，質(zhì)量數(shù)據(jù)分散。

由于復(fù)雜產(chǎn)品制造過程涉及旋壓、精車、精鑄、注塑、焊接、熱處理、引伸、機(jī)加和電裝等加工工藝，質(zhì)量信息在產(chǎn)品生產(chǎn)階段以不同的形態(tài)出現(xiàn)，分散在零部件加工、部件裝配、產(chǎn)品總裝等各個(gè)階段中，制造質(zhì)量數(shù)據(jù)的分散存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)孤島嚴(yán)重。

1.2.檢驗(yàn)依賴手工作業(yè)，工作效率低。

目前，離散制造車間大多存在生產(chǎn)自動(dòng)化水平偏低、生產(chǎn)制造過程離散、人工交互多、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和傳感器不足等問題，缺乏生產(chǎn)全過程質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集手段，都是依靠手工操作檢測(cè)儀器完成，工作效率和準(zhǔn)確率都容易受到人為因素的影響。

1.3.紙質(zhì)電子質(zhì)量數(shù)據(jù)并存，數(shù)據(jù)難以利用。

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)制造質(zhì)量數(shù)據(jù)的記錄方式不統(tǒng)一，紙質(zhì)電子質(zhì)量數(shù)據(jù)并存。紙質(zhì)質(zhì)量記錄結(jié)構(gòu)化程度低，不利于數(shù)據(jù)的識(shí)別、提取與利用。目前，企業(yè)每年會(huì)有大量的紙質(zhì)記錄需要存檔，對(duì)這些孤立的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、處理，整合形成關(guān)鍵、重要零部組件制造質(zhì)量數(shù)據(jù)集合，這不僅給一線人員帶來極大的不便，而且可能會(huì)造成數(shù)據(jù)缺失、重復(fù)匯總、更新不準(zhǔn)確的問題。

1.4.質(zhì)量數(shù)據(jù)傳遞不及時(shí)，難以實(shí)時(shí)監(jiān)控。

產(chǎn)品的制造過程是信息的傳輸過程，由于車間制造質(zhì)量數(shù)據(jù)紙質(zhì)記錄、數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)，質(zhì)量信息無法及時(shí)、準(zhǔn)確地傳遞至車間工藝、管理部門，大大影響管理決策的科學(xué)性。

2 離散制造車間質(zhì)量集成管控框架

離散制造車間質(zhì)量集成管控框架是以產(chǎn)品生產(chǎn)業(yè)務(wù)流和數(shù)據(jù)流為引導(dǎo)，通過對(duì)制造過程中質(zhì)量管理與其他業(yè)務(wù)之間的邏輯關(guān)系全面梳理，對(duì)制造過程中質(zhì)量形成業(yè)務(wù)流程進(jìn)行梳理和整合，將質(zhì)量特性控制和質(zhì)量管理流程嵌入到數(shù)字化制造流程中，建立貫穿制造質(zhì)量信息全過程的縱向管控機(jī)制。

通過建立貫穿制造質(zhì)量信息全過程的管控機(jī)制，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理業(yè)務(wù)在企業(yè)的管理決策層、車間采集層和工藝規(guī)劃層之間的自下而上和自上而下的集成管控。

2.1.工藝規(guī)劃層：該層主要作用是檢測(cè)工藝管理。檢測(cè)工藝是數(shù)字化技術(shù)向產(chǎn)品檢測(cè)的重要拓展和延伸，針對(duì)工藝設(shè)計(jì)中對(duì)加工部位提出的質(zhì)量要求，選擇合適的檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)順序規(guī)劃、測(cè)量路徑規(guī)劃，形成產(chǎn)品制造檢測(cè)工藝規(guī)劃文件，發(fā)布到生產(chǎn)車間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)質(zhì)量檢測(cè)。

2.2.車間采集層：該層是實(shí)現(xiàn)制造質(zhì)量集成管控的基礎(chǔ)，主要作用是基于零部件檢驗(yàn)工藝文件，針對(duì)關(guān)鍵質(zhì)量特性尺寸，采用觸摸屏、條碼、傳感器、手持終端采集器、平板電腦等技術(shù)為各檢測(cè)工序配置檢測(cè)傳感網(wǎng)絡(luò)，以確保實(shí)現(xiàn)多源制造過程信息的實(shí)時(shí)、精確、動(dòng)態(tài)和可靠地獲取。

2.3.管理決策層：該層主要面向質(zhì)量管理業(yè)務(wù)流程中的不同用戶，利用制造現(xiàn)場(chǎng)采集的多源質(zhì)量信息，通過質(zhì)量數(shù)據(jù)監(jiān)控、質(zhì)量數(shù)據(jù)分析、質(zhì)量評(píng)估、質(zhì)量追溯、質(zhì)量改進(jìn)，并與企業(yè)其他應(yīng)用系統(tǒng)（如IQS、MES）集成，實(shí)現(xiàn)制造執(zhí)行過程中的動(dòng)態(tài)管理。

3 離散制造車間多工序質(zhì)量在線檢測(cè)與控制

在實(shí)際生產(chǎn)加工過程中，離散制造車間零部件加工、裝配的制造過程往往包括多道工序，而加工質(zhì)量受各工序的加工誤差傳播、耦合與累積的影響，每道工序的質(zhì)量都會(huì)對(duì)產(chǎn)品最終質(zhì)量產(chǎn)生影響。通過挖掘工序間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，對(duì)機(jī)加車間、裝配車間生產(chǎn)過程質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，提高零件加工和零部件裝配精度和效率。

離散制造車間多工序質(zhì)量傳遞模型中，多工序質(zhì)量管控是基礎(chǔ)和核心，通過對(duì)車間內(nèi)部多個(gè)工序質(zhì)量數(shù)據(jù)的在線采集、實(shí)時(shí)分析，為加工工藝方法和加工過程參數(shù)調(diào)整提供反饋，實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)部制造過程質(zhì)量管控。

離散制造車間加工過程關(guān)鍵工藝（裝調(diào)）人工加工方式居多，質(zhì)量的控制保證更依賴于質(zhì)量體系的貫徹保證。工藝部門通過MES系統(tǒng)將過程檢驗(yàn)、驗(yàn)收測(cè)試、質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)文件下發(fā)至車間現(xiàn)場(chǎng)。

在加工過程關(guān)鍵工序和檢驗(yàn)工序中，車間檢測(cè)人員根據(jù)MES系統(tǒng)中的生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。為快速對(duì)零件工序質(zhì)量信息進(jìn)行檢測(cè)，車間檢驗(yàn)人員采用條碼掃描、RFID、機(jī)器視覺等技術(shù)獲取當(dāng)前零部件信息，利用數(shù)字化檢測(cè)設(shè)備獲取質(zhì)量檢驗(yàn)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，對(duì)零部件生產(chǎn)過程工序節(jié)點(diǎn)質(zhì)量控制狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和在線統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的質(zhì)量特性，及時(shí)準(zhǔn)確地掌握產(chǎn)品質(zhì)量信息和產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)。與此同時(shí)，將該工序零部件信息與實(shí)時(shí)采集的質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)將制造過程質(zhì)量信息實(shí)時(shí)地傳遞至質(zhì)量數(shù)據(jù)庫(kù)中，為后續(xù)質(zhì)量分析和追溯提供數(shù)據(jù)支撐。通過這種數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的信息傳輸方式，有效提高了質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集效率、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

通過制造過程工序質(zhì)量數(shù)據(jù)的反饋，借助企業(yè)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析工具，可以為質(zhì)量控制提供有效的決策依據(jù)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致零部件工序質(zhì)量發(fā)生問題時(shí)，通過對(duì)比SPC質(zhì)量控制圖中控制界限，對(duì)異常點(diǎn)采取事先制定的控制措施來糾正，確保生產(chǎn)過程始終處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)，將生產(chǎn)線質(zhì)量控制由被動(dòng)的事后質(zhì)量控制轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑翱刂?，達(dá)到“主動(dòng)預(yù)防”的效果，避免誤差傳遞導(dǎo)致質(zhì)量事故發(fā)生。

4 離散制造車間質(zhì)量信息追溯

當(dāng)產(chǎn)品零部件發(fā)生質(zhì)量問題或產(chǎn)品整機(jī)發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)零部件編碼向前進(jìn)行追溯，對(duì)當(dāng)前故障進(jìn)行分析與質(zhì)量問題診斷，可以及時(shí)、精確地找出引發(fā)質(zhì)量問題的零部件，追溯至該零部件所有工序的質(zhì)量信息，查找造成質(zhì)量問題的原因，確定質(zhì)量問題的發(fā)生部位與機(jī)理，明確責(zé)任工序、加工人員與加工時(shí)間等，從而為質(zhì)量問題的消除與排查奠定基礎(chǔ);與此同時(shí)，可以確定存在質(zhì)量隱患的零部件批次，查詢與該零部件同批次產(chǎn)品的去處，實(shí)現(xiàn)零部件流向跟蹤，避免同一批零部件在后續(xù)使用可能引發(fā)的更為嚴(yán)重?fù)p失。

5 結(jié)語(yǔ)

基于上述研究，利用IntelliJ IDEA作為開發(fā)平臺(tái)，My SQL為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器作為系統(tǒng)支撐環(huán)境，使用面向?qū)ο箝_發(fā)語(yǔ)言JAVA作為編程語(yǔ)言，開發(fā)了離散制造車間制造質(zhì)量管控平臺(tái)，目前在某軍工生產(chǎn)企業(yè)得到應(yīng)用，通過與車間各類計(jì)量設(shè)備（數(shù)顯量?jī)x、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等）、掃碼槍、工業(yè)相機(jī)等制造數(shù)據(jù)采集設(shè)備的集成，實(shí)現(xiàn)了制造過程質(zhì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、全程監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)分析及智能決策，使產(chǎn)品制造過程質(zhì)量更穩(wěn)定、更可靠。

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