裝備行業(yè)數(shù)字化質量管理實踐探索

王宇飛，陳樹華，陳仁欽，李粵江，林坤澄

（1.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 511370；2.工業(yè)裝備質量大數(shù)據工業(yè)和信息化部重點實驗室，廣東 廣州 511370；3.廈門科易網科技有限公司，福建 廈門 361026）

0 引言

裝備制造是經濟社會發(fā)展的支柱性、基礎性產業(yè)，是提升我國綜合國力的基石。近些年我國從制造大國向制造強國的轉變，對裝備制造業(yè)質量發(fā)展提出了新的要求[1-2]。同時隨著新一代信息技術與裝備制造的深度融合，企業(yè)對數(shù)字化和智能化生產的認同程度也不斷提高，產業(yè)向數(shù)字化方向升級已逐漸成為業(yè)界共識，裝備行業(yè)需要以數(shù)字化和智能化為手段，推進企業(yè)數(shù)字化轉型和質量升級[3-4]。

1 數(shù)字化質量管理發(fā)展及趨勢

20 世紀80 年代數(shù)字化質量管理開始受到國內外的重視，KJ Dooley 等[5]提出集成質量系統(tǒng)概念。Uirich Rembold 等[6]在 《計算機集成制造系統(tǒng)技術與系統(tǒng)》 中提出了質量控制觀和計算機支持的質量控制系統(tǒng)的遞階結構和功能。1991 年，C Sylla 等[7]討論了質量系統(tǒng)的開發(fā)方法和基本特征。我國很多學者對數(shù)字化質量管理也開展了廣泛和深入的研究，龔仁偉等[8]提出基于MES 的動態(tài)質量管理系統(tǒng)，實現(xiàn)計劃、實施和檢測等質量問題的處理。齊良春等[9]提出一種通過自動識別技術的質量監(jiān)控及追溯方法，目前質量數(shù)字化管理系統(tǒng)發(fā)展趨勢有以下3 個方面。

a）全流程的質量管理

數(shù)字化質量管理將不僅局限單一模塊質檢環(huán)節(jié)，還包括設備檢測、裝備制造和制造傳感器等多維度的質量管理，包括設計、生產和售后等產品全生命周期的質量管理。

b）質量數(shù)據知識化

質量數(shù)據將集成各類信息系統(tǒng)采集到的各類數(shù)據，通過數(shù)據挖掘等技術融合各類異構數(shù)據，實現(xiàn)集約處理，進一步提升質量數(shù)據的知識化。

c）更廣泛的應用

隨著云計算等技術的發(fā)展，數(shù)字化質量管理不僅局限于單個車間，還可以通過云端數(shù)據的質量管理實現(xiàn)跨區(qū)域的一體化管理。

2 裝備行業(yè)質量管理特點

裝備制造業(yè)是指為國民經濟各部門進行生產和擴大再生產提供裝備的各類制造業(yè)的總稱，是機械工業(yè)的核心部分，承擔著為國民經濟各部門提供工作母機和帶動相關產業(yè)發(fā)展的重任，其行業(yè)特點總結如下。

a）定制化需求高

裝備產品一般用于專用場合，需要滿足獨特的使用環(huán)境，所以在訂單具體需求中一般呈現(xiàn)定制化的需求特點。所以裝備制造業(yè)不具備很大的質量樣本容量，傳統(tǒng)的統(tǒng)計學質量管理往往不適宜用于裝備制造業(yè)，在生產過程中需要具備有強效的過程管理能力。

b）研發(fā)、采購和生產等流程復雜多樣

裝備制造業(yè)具有復雜的項目流程，從商業(yè)論證到技術研發(fā)環(huán)節(jié)，再到采購和供應商管理環(huán)節(jié)，直至生產場地完成生產，每個一個環(huán)節(jié)都具有大量的工作，把這些環(huán)節(jié)連接在一起形成裝備制造項目的整個過程，需較高的要求。

c）行業(yè)標準和流程約束嚴格

裝備制造業(yè)由于細分行業(yè)的劃分，無法直接遵循ISO 系列標準，所以既需要對標ISO 這樣的國際標準，又要結合行業(yè)自身特點建立專用的行業(yè)標準[10]。在開展質量管理的過程中，必須充分結合該企業(yè)所屬細分行業(yè)的行業(yè)標準，找準行業(yè)標準的特點進行針對性管理，并嚴格遵守其項目流程，以使項目質量管理更有效。

3 企業(yè)數(shù)字化質量管理實踐

3.1 企業(yè)質量管理現(xiàn)狀

公司目前通過ERP 實現(xiàn)銷售訂單、采購訂單和倉儲管理等功能，通過PLM 實現(xiàn)機械設計，用于研發(fā)設計與圖紙生成，同時公司通過加密軟件實現(xiàn)了數(shù)據防泄密、桌面管理和行為審計等功能。但公司在系統(tǒng)數(shù)據貫通、數(shù)據關聯(lián)等環(huán)節(jié)存在脫節(jié)現(xiàn)象，質量數(shù)據的融合流動方面存在缺失，難以實現(xiàn)質量數(shù)據的高效利用。企業(yè)在生產過程中存在以下痛點。

a）質量體系存在斷點現(xiàn)象

企業(yè)質量管理在設計、采購、制造、倉儲和銷售等質量管理之間存在斷點，存在管理體系文件要求和實際運行相互脫節(jié)的現(xiàn)象，在實際執(zhí)行中沒有切實按照標準的質量管理體系，導致在生產過程中出現(xiàn) “兩張皮現(xiàn)象”，亟需通過規(guī)范化的規(guī)則和數(shù)字化工具固化企業(yè)質量管理流程。

b）質量數(shù)據管理不到位

企業(yè)中有部分數(shù)據存儲在ERP 和MES 系統(tǒng)中，部分數(shù)據在紙質報告、設備和員工工作電腦等介質中。在質量管理的過程中，難以實現(xiàn)數(shù)據的及時性、完整性、一致性和有效性，質量數(shù)據的追溯和分析花費時間過長和消耗資源過多。

c）數(shù)據融合不足

企業(yè)數(shù)字化建設由IT 部門牽頭，具體生產由車間牽頭，在生產和運營過程中，存在數(shù)據未有效整合的現(xiàn)象，數(shù)據價值收益并未充分實現(xiàn)。

3.2 數(shù)字化質量管理系統(tǒng)建設方案

項目圍繞企業(yè)生產過程中痛點，提出了先精益化改進，再數(shù)字化升級，最后開展智能化場景應用。方案以生產任務為核心的信息化管理開始，到各項要素和過程的集中管控，最終達到從采購、生產計劃與排產、生產作業(yè)、倉儲物流的閉環(huán)與自適應，構建了企業(yè)全面的數(shù)字化質量解決管理。方案數(shù)字化建設以工業(yè)互聯(lián)網4 層構架為基礎[11]，自底向上分別為：邊緣層、設施層、平臺層和應用層，如圖1 所示。在邊緣層，在車間自動化的基礎上開展設備的數(shù)據采集；在設施層，圍繞企業(yè)數(shù)據存儲需求，構建企業(yè)私有云基礎設施，實現(xiàn)數(shù)據的集中統(tǒng)一存儲；在平臺層，針對質量設計、設備故障分析和產品質量等需求研發(fā)相關算法與數(shù)據分析模型；在應用層，完成企業(yè)質量設計分析、供應商管理、生產過程管理、設備故障管理、倉儲管理和售后管理等質量相關應用，實現(xiàn)產品全生命的質量管理[12]。

圖1 數(shù)字化質量方案架構設計

3.3 系統(tǒng)模塊功能

系統(tǒng)實現(xiàn)的功能包括以下幾個方面。

a）質量設計分析

本模塊根據企業(yè)需求，啟用失效模式及影響分析工具AutoFMEA 應用，在應用中構建產品結構樹、功能樹/網和失效樹/網，構建產品 “結構-功能-失效” 關系，開展質量薄弱環(huán)節(jié)的識別、分析和改進。實現(xiàn)裝備產品設計和質量設計的數(shù)據一體化，在保證FMEA 工作質量和效率的同時還為產品設計階段的質量管控提供了良好的數(shù)字化基礎。

b）供應商管理

本模塊首先完善供應商管理制度，對供應商的加入、審核、評價、考核和淘汰等方面設立企業(yè)級標準，并對現(xiàn)有的供應商進行評估，建立等級標準。并通過SRM 實現(xiàn)對供應商的管控，提高采購到料的準時率，減少采購異常對生產的影響。

c）生產過程管理

本模塊主要從生產任務的接收、生產任務進度跟蹤、生產各種指標的監(jiān)控、追溯等維度進行管理[13]，該子系統(tǒng)設計了工序首檢、巡檢信息管理、品質管理和設備管理等模塊，實現(xiàn)對工序質量、產品品質、設備狀態(tài)的管控。通過品質異常處理對產品異常進行追蹤和報警，通過記錄不良原料、不良種類和不良現(xiàn)象等信息，為產品追溯提供數(shù)據基礎，實現(xiàn)生產異常的可視化追蹤處理。

d）倉儲管理

本模塊主要從倉儲進銷存管理、庫位管理、安全庫存管理和配送方法等維度進行信息化管理，在系統(tǒng)中設定先進先出原則，將廠內生產過程中的檢測、包裝、裝卸、運輸、儲存、配送和流通加工等活動作為一個總體系統(tǒng)來構造、組織和管理，實現(xiàn)產品倉儲及物料的數(shù)字化管控。

e）售后管理

本模塊對客戶相關反饋信息整理，提供給對應部門，并將調查信息以數(shù)字化的形式保存，實現(xiàn)售后模塊與供應商系統(tǒng)的打通，形成統(tǒng)一閉環(huán)的管理規(guī)范。

3.4 系統(tǒng)集成

如圖2 所示，企業(yè)數(shù)字化質量管理通過將企業(yè)系統(tǒng)數(shù)據融合與應用[14-15]，實現(xiàn)產品從營銷端、制造端、倉儲端、物流端和售后端全生命周期的質量管理，其中包括PLM、ERP、MES、SRM、WMS 和CRM 等系統(tǒng)數(shù)據，覆蓋整個生產的業(yè)務流，包括以下方面[16]：

圖2 數(shù)字化質量方案系統(tǒng)集成

a）通過ERP 系統(tǒng)獲取產品訂單和產品物料等基礎信息；

b）通過MES 系統(tǒng)實現(xiàn)首檢、巡檢、品質檢測和質量追溯等功能；

c）通過SRM 系統(tǒng)實現(xiàn)供應商來料的質量管控；

d）通過WMS 系統(tǒng)實現(xiàn)倉儲的管控。

4 裝備行業(yè)數(shù)字化質量管理梳理

企業(yè)數(shù)字化質量管理的核心是發(fā)揮質量數(shù)據價值，要做到以上目標就需要打破數(shù)據孤島的現(xiàn)象，通過系統(tǒng)間質量數(shù)據的串聯(lián)與匯總，進而實現(xiàn)質量數(shù)據的融合與分析，如圖3 為裝備行業(yè)數(shù)字化質量管理流程，質量管理覆蓋設計、采購、檢測、倉儲、生產和售后等環(huán)節(jié)。

圖3 裝備行業(yè)質量數(shù)據管理流程

根據企業(yè)項目實踐，實現(xiàn)以上裝備行業(yè)數(shù)字化質量管理建設過程中，其關鍵特征如下。

a）數(shù)據的標準化和結構化

質量數(shù)據的標準化和結構化是保證數(shù)據的融合和串聯(lián)的關鍵。例如：產品研發(fā)數(shù)據和生產工藝數(shù)據等是企業(yè)的關鍵數(shù)據，要保證數(shù)據盡可能標準化定義，這樣可以保證節(jié)省后期大量的數(shù)據維護工作，加速推進企業(yè)數(shù)字化質量管理進程。

b）關鍵節(jié)點的控制

根據生產特點、難點和體系要求等，要在來料檢測、產品設計、生產制造、品質檢測和售后等環(huán)節(jié)設置控制點，保證關鍵質量數(shù)據的采集，同時保證錄入數(shù)據的準確性和及時性，為質量數(shù)據的分析打好基礎。

c）必要的設備互聯(lián)

企業(yè)的數(shù)字化質量管理必然需要一定的數(shù)據互聯(lián)，高頻、繁瑣的數(shù)據采集難以依靠人工保證準確度和效率，所以需要通過設備接口、傳感器和掃碼裝備等數(shù)據采集工具，滿足數(shù)據的采集要求。

5 結束語

企業(yè)數(shù)字化質量管理是一項系統(tǒng)工程，需要大量的資金、人員、軟件和硬件等多因素支撐，如果沒有做好詳細的規(guī)劃，則過程中將可能存在很大的風險。本文以某裝備企業(yè)為研究對象，通過深入調研分析，結合企業(yè)需求研制相適應的體系和流程，實現(xiàn)裝備企業(yè)相應的數(shù)字化質量解決方案，對企業(yè)產品質量、品牌的建設和客戶滿意度的提高均有重要意義。

本文數(shù)字化質量解決方案實際效果良好，但限于企業(yè)目前投入限制，在軟件和硬件等方面還需要進一步投入研發(fā)，包括網絡、數(shù)據集成和智能設備等方面的支持。