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基于MES的某减震器企业可视化质量管理系统需求分析 |
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作者：张丽霞 兰秀菊 |
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汽车行业是我国的支柱产业之一，它在经济中占有重要的地位。近几年汽车行业的发展非常迅猛，汽车配件行业也随之繁荣。浙江省有众多的汽车零部件生产企业，但这些企业的质量管理还普遍存在很多问题，如数据采集体系不完善、信息流通不畅等。因此需要一套先进的质量管理系统来辅助质量管理。对基于MES(Manufacturing Execution System，即制造执行系统)的质量管理系统，已有学者对其进行了研究。陈冬亮以钢铁生产过程制造执行系统为研究对象，对其重要环节质量控制系统的设计进行深入探讨和研究。
并运用混合模型法建立与实现了制造执行系统中质量数据采集和质量检验子系统。房纪涛等人设计了一种基于MES的质量监控系统，该系统设计了各种基于规则模型的质量控制图，能运用规则集合来提供专家解释。吕军根据杭州汽轮机股份有限公司叶片车间的实际状况，研究和探讨了基于MES的车间质量管理系统，利用智能开发工具GeneXus开发了质量管理系统。刘晓冰等人设计了基于MES的动态质量控制系统，能通过质量设计、执行、评估和改进四个层次的质量控制，实现钢铁生产过程的在线动态调整。而对于MES可视化实现方面，国内外的研究主要集中在装配过程和计划调度可视化等方面，在可视化技术与质量管理过程相结合方面的研究成果还比较少，同时这也成为企业成功实施质量控制无法避免的一个障碍。因此结合某减震器企业质量管理的实际需求，在现有基于MES的质量管理和可视化技术的基础上，对可视化质量管理系统的需求进行研究分析。
1 某减震器企业质量管理需求
杭州某减振器企业的产品品种多，产品的型号也多；该企业属于连续和离散混合型企业，对企业的质量管理技术和方法要求高。通过调研发现该企业质量管理方面存在以下需求：
1)提高企业竞争力的需求。虽然该企业设有质量管理的专门工作部门，但这些工作部门的主要业务多半陷入应对事后的质量问题查处，对已有的质量数据分析不够深入。所以需要一个自动化和智能化的质量管理系统来提高企业竞争力。
2)质量管理过程的可视化需求。现有的质量管理系统交互性差，显示的结果比较抽象，难以发现隐含信息，而质量管理过程是要根据特定目的进行数据筛选、分析和控制。可视化最大的特点就是过程的交互性和结果的图形化，通过可视化质量管理系统实施，可以达到对质量数据的交互操作。
3)处理海量实时数据的需求。该企业客户数量大、产品种类多、质量信息变化快且来源多，管理者如不能及时地接收这些信息，企业的生产经营将会蒙受损失。所以企业的质量管理系统要能及时正确地传达和响应质量信息。
2 可视化质量管理系统基本功能需求概述
基于MES的可视化质量管理系统基本功能如图1所示。
图1 基于MES的可视化质量管理系统的基本功能
1)系统管理。系统的基本维护和管理，主要功能包括用户管理、密码管理、权限管理，用户管理主要是对系统使用人员进行管理，可以对用户进行增加或删除，密码管理给用户提供修改密码的功能。
2)实时数据采集。质量数据是实施质量管理的依据，实时而有效的质量数据是质量管理的基础。
3)质量标准可视化。将质量标准文件、产品标准、制造标准和检验标准等可视化呈现出来，以方便操作和管理人员理解和使用。
4)质量检验可视化。将在线质量检验和产品处理的结果用可视化界面呈现出来，以便管理人员准确做出决策。
5)质量统计与分析可视化。准确分析制造系统的性能并查找制造过程中的问题，减轻人工管理的工作量，便于管理者接受和理解质量数据背后隐含的信息。
6)质量追溯可视化。通过可视化界面直观地呈现质量问题根源，以实时纠正制造系统中的故障。
7)质量诊断与改进。对于质量在检验、分析和追溯过程中发现的问题，采用相关的质量诊断方法分析问题产生的原因，反馈给生产系统进行质量改进。
3 可视化质量管理系统各模块的需求分析
良好的需求分析和软件设计过程不仅可以提高软件开发效率，也是确保软件产品正确、可靠的基础，因此在系统设计的初期必须进行全面的系统需求分析，以提高软件系统的质量。需求分析包括功能和数据需求分析。前者是要明确客户的功能要求；后者则是帮助梳理功能需求分析和构建数据库服务的。
3.1 质量标准可视化
质量标准是制造过程的依据，在该减震器企业中，这些标准存储在多个系统中，质量文件(国际标准、国家标准、行业标准等)和产品的质量要求(合同规定等)存储在ERP系统中，工序质量标准(工序质量参数、工序检验标准等)由CAPP系统提供，质量检验时需要从ERP或CAPP中查找这些标准，既不方便也不直观，所以这蜂标准要通过MES来发挥作用。系统中可视化质量标准模块应满足一下功能：
1)接收ERP和CAPP的质量标准。可视化质量管理系统提供MES与ERP、CAPP系统的数据接口，实时读取质量文件和标准，为质量标准的传达和查询提供支持。
2)质量标准的可视化转换。将接收到的质撼标准进行可视化转换，借助图形进行可视化解释，以简单明确的方式表达标准的具体意义。
3)质量标准的可视化呈现。通过电子看板、作、业指导书等方式将可视化的质量标准传达给作业者，使操作者方便迅速使用质量标准，提高制造和检验的效率。
该模块的输入数据，根据其来源和功能分为质量文件信息、产品质量要求信息和工序质量标准信息。
3.2 质量检验可视化
可视化质量检验就是将在线质量检验的结果通过可视的图像直观地呈现检验结果，方便操作和管理人员对合格品和不合格品分别进行控制，实时监测制造过程中的质量状况，充分发挥质量检验的把关、预防和报告职能。质量检验可视化模块应实现以下功能：
1)接收原材料检验、工序质量检验和成品检验的数据。提供与检验设备的接口和检验数据的输入界面，详细记录检验数据，以备以后质量追溯和分析。
2)可视化原材料检验、工序质量检验和成品检验结果。将检验数据与质量标准对比后，将检验结果以图表的形式呈现给管理人员。
3)检验结果管理。对于检验后的合格品，生成质量保证记录。对于不合格品，记录工序超差详细信息(工件号、操作员、日期、超差原因和处理结果等)，按不合格品审理程序处理，对工件进行返修或废品处理，并生成返修通知单、返修工艺处理单或废品通知单等。
4)检验记录及质量保证书。生成检验记录、检验证书和质量保证书等。
该模块需要输入的数据，按类型分为检验设备数据、原料检验数据、工序检验数据、入库检验数据。
3.3 质量统计与分析可视化
可视化质量管理系统需要能通过将检验数据进行可视化统计与分析，帮助管理者方便的了解生产过程的受控程度以及工序过程能力是否足够，以便及时发现质量问题，然后通过新老七种工具等质量手法分析问题的原因，反馈给生成系统，用于质量改进，以达到稳定的受控状态和合适的工序能力。
1)可视化车间控制状态。“事前预防”是提高质量水平的有效方法，可视化车间控制状态需要实时了解车间受控状态，对于异常及时发出预警，并给出分析建议。
2)可视化过程能力。在制造过程稳定的情况下，对工序过程能力进行分析，判断生产过程质量是否与设计的质量要求相符，并通过可视化的界面指导工序过程调整。
3)可视化质量分析。分析质量检验和质量统计中发现的问题，并以可视化的方式呈现问题的原因，给出改进建议。
该模块的输入数据包含工序状态和原因分析数据。
3.4 质量追溯可视化
质量追溯是针对质量检验、质量分析或者产品使用过程中发现的问题，可提供对制造过程中参数追踪的功能，这对于查找制造过程中的系统故障、落实质量责任有重要意义一。然而该企业质量信息并不完整，有些信息留存于纸质形式，导致质量追溯难以进行。
因此质量追溯可视化功能应实现以下功能：
1)产品订单追溯。系统需要提供追溯产品订单信息的功能，这些信息包括订单号、客户名称、日期、产品型号、产品规格等。
2)产品质量标准追溯。质量标准追溯既包括国家标准、国家标准、行业标准等的查询，还包括具体产品的工艺质量设计追溯如标准的制定时间、制定人、加工参数等。
3)制造信息追溯。产品制造过程中具体参数的追溯，包括工序编号、工序名、设备编号，操作员，时间、设备状态等。
4)检验过程追溯。追溯质量检验过程中的数据，包括检验设备、检验员、质检报告编号、实测数据和审核标志等。
该模块的输入数据主要包含订单、原料、工艺以及检验追溯数据。
4 系统总体方案设计
4.1 基于MES的可视化质量管理系统功能模型
在前文分析的基础上。结合可视化质量管理系统架构和质量管理的流程，给出基于MES的可视化质量管理系统的功能模块，如图2所示。
图2 基于MES的可视化质量管理系统功能模块
4.2 可视化质量管理系统的IDEFO模型
系统采用软件开发中常采用IDEF建模方法。基于MES的可视化质量管理系统IDEFO模型如图3所示，表示整个可视化质量管理系统与外界之间的输入信息、输出信息、控制信息和支持机制。
图3 基于MES的可视化质量管理系统IDEFO模型的顶层图
可视化质量管理系统整体功能的IDEFO模型如图4所示，模型由可视化质量标准、实时数据采集、质量的可视化检验、可视化分析、可视化追溯和质量诊断与改进措施六个部分组成，表示了可视化质量管理的实现流程和各个模块之间的信息交换。
5 结论
针对某汽配企业车间生产的实际状况以及存在的问题，分析了车间质量管理系统的整体需求，详细研究了可视化质量管理系统的各个子模块的功能需求和数据需求。最后，给出了系统的功能模块树，并用IDEFO方法建立了系统的功能模型。
图4 可视化质量管理系统整体功能的IDEFO模型
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(1/10/2013) |
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