钢铁企业MES质量管理的功能与技术架构

作者：顾佳晨 刘晓强 孙彦广

欢迎访问e展厅 展厅 3 CIO信息化管理展厅 电子商务/企业门户, IT运维管理, 制造执行系统MES, 流程管理BPR/BPM, SOA/SaaS/云计算, ... 制造执行系统(Manufacturing Execution System，MES)是20世纪80年代开始出现的一种新型的企业生产管理系统。它以先进的信息技术和网络技术为支撑，为实现敏捷制造和网络制造提供了先进的信息处理平台。现代钢铁企业MES中的质量管理系统作为核心功能之一，应当是以信息处理技术为核心，并融人了先进的质量管理理念的决策支持平台。 1 现代质量管理发展背景 1.1 现代质量管理的技术核心是统计分析技术 质量管理科学自20世纪30年代末发展到今天已经经历了质量检验、统计质量控制、全面质量管理和六西格玛质量管理3个阶段。从整个质量管理发展的历程看，从最初的质量检验阶段到现在的六西格玛质量管理，统计分析技术一直是质量分析和质量改进的主要手段。 现代质量管理方法的核心是构建于统计分析理论基础之上的，其主要的管理手段，如SPC、DOE等都是通过统计分析的方法达到质量控制和质量分析的目的。而随着信息技术的快速发展成熟，又进一步促进了质量管理理念的变革，20世纪80年代兴起的六西格玛管理，更是将所有的管理都以量化的指标来衡量，包括一些以前认为只能定性分析的过程，如客户满意度等。在其管理的核心步骤DMAIC(Design or Define、Measurement、Analysis、Improvement、control)中广泛地使用了各种统计分析和统计图形工具，突出了以数据说话的管理思路。 虽然统计分析方法并不是现代质量管理的全部，但作为其技术核心使企业质量管理走向了科学管理的轨道。 1.2 先进的信息技术是现代质量管理的保证 20世纪后期，现代信息技术取得了突飞猛进的发展，尤其是计算技术、数据库技术、网络技术的日见成熟给企业的管理模式带来了翻天覆地的变化，这其中也包括现代质量管理理念的变革。过去手工无法完成的复杂统计分析工作，现在通过统计软件可以轻而易举地做到，并且能够以直观的图形方式展现给操作者；过去无法采集到的众多关键质量信息，现在通过先进的传感设备和数字通信技术可以实时地传送到质量管理系统中，使管理者对当前的质量状况了如指掌。现代六西格玛质量管理要求百万次机会中只有3.4个不合格机会，如果没有先进的信息处理技术做基础，这是无法想象的。因此，信息技术是现代质量管理的技术保证。 2 钢铁企业MES中的质量管理系统 2.1 钢铁企业质量管理系统的功能范围 现代钢铁企业的信息系统已经逐步发展成为3层ERP／MES／PCS架构，而整个企业的质量管理任务也主要由这3大系统承担，但各系统的侧重点有所不同，其中的主要质量管理功能由MES完成。整个企业的质量管理功能分布呈两端小、中间大的椭圆形，如图1所示。 在ERP中，质量管理功能并非其核心功能之一，其中的质量管理模块更多的是为其他核心模块，如成本管理、销售和采购管理、财务管理等提供质量数据支持，同时也为MES系统提供质量标准数据。因此，目前主要的ERP提供商SAP、Oracle等，其产品中的质量管理功能都是比较弱的。 在PCS系统中，其质景管理的功能主要是采集质量数据并送往MES中，另有一些统计过程控制SPC的功能，但也仅限于对一些变化速度较快的质量特性进行统计过程控制，因此在通常的PCS系统产品中主要的质量管理功能就是提供统计过程控制SPC模块。 对于钢铁企业而言，其质量管理功能的核心在MES层中。通过PCS层传送来的各种质景数据在MES层中进行分析，判断出关键的质量特性，并对其实施统计过程控制；将PCS层送来的质量数据进行综合处理后，送到ERP层；从ERP层取得的质量标准数据，用于在MES中进行质量工艺设计；通过D(Design or Define)、M(Measurement)、A(Analysis)、(Improvement)、c(Control)5个质量改进环节，对质量问题进行分析，总结出改进方案，优化质量设计。 2.2 钢铁企业质量管理系统的功能结构 现代钢铁企业的质量管理应当是融入了先进的质量管理理念的，以信息技术为支撑的质量管理。作为钢铁企业MES中的质量管理信息系统将覆盖从原燃料、半成品到最终成品质量的整个过程，为企业不同管理层的人员提供解决质量问题、改善产品品质的决策支持。质量管理信息系统将进料检验、生产过程的工艺参数、半成品检验到最终产品检验各环节的所有质量信息集成起来，实现产品质量的追溯和质量问题追踪，并形成一个完整的质量信息反馈体系，最终完成产品质量的持续改进。因此，质量管理信息系统应当根据钢铁行业质量管理的特点，在引入先进的质量管理理念的基础上，建立完整的质量管理PDcA循环体系。其功能结构如图2所示，质量持续改进体系环如图3所示。 钢铁企业MES中的质量管理信息系统包含6个主要功能：工艺标准数据库、质量设计、质量检验和工艺参数采集、质量判定、质量分析与优化、质量控制。各主要功能包含以下主要内容： (1)工艺标准数据库用以存储生产工艺标准数据。 (2)质量设计根据产品质量标准和合同标准进行产品质量设计；根据生产下艺标准进行生产工艺参数设计；根据质量分析与优化的结果调整质量设计。 (3)质量检验及工艺参数采集质最检验数据和生产工艺参数的采集；设计检验方案以及检验业务的管理。 (4)质量判定根据质量检验结果，结合工艺标准数据和合同标准数据对产品质量进行判定，包括成分判定、材质判定、外观期定、综合判定等，同时还需要完成质量保证书的管理。 (5)质量分析与优化分析产品生产过程中的工艺参数值以及相应的工艺标准数据，找出影响产品的某质量特性，如抗拉强度的关键工艺因素；当出现质量问题时，通过对相关生产工艺实际参数进行分析，结合专家经验找到原因；根据分析结果优化相应的工艺标准；质量信息的组合查询；各种质量统计报表。 (6)质量控制针对质量分析与优化模块确定的关键质量特性影响因素实施统计过程控制SPC。 3 钢铁企业MES中质量管理系统的技术架构 产品质量作为钢铁企业的生命，其控制和改进一直是企业所关心的核心问题之一。现代质量管理体系提供了一整套质量改进方法，用于改善产品质量。它的质幂控制理论核心统计过程控制SPC利用概率统计的理论通过控制图发现生产过程中的异常，然后采取措施消除引发异常的因素，使生产过程稳定在一个比较高的水平，从而保证产品的质量。但是，由于现代质量管理体系是构筑于统计分析的理论基础之上，它的基本分析工具是以统计学为基础的，而统计学理论是依赖于显示的基本概率模型，即统计学方法主要是为验证已有的设想而分析数据。要想在已有的生产数据中发现解决问题的办法，即提出设想，sPC是无能为力的。而试验设计(DOE)作为现代六西格玛质量管理体系的质量改进部分和质量设计部分的主要工具，在流程工业这种必须连续生产、生产节奏不允许被经常打断的企业中，更多的是在实验窜里发挥作用。 随着钢铁企业信息化步伐的加快，企业积累了大量的生产工艺数据，这些数据中包含了大量与产品质量有关的信息，但它们并没有被充分利用，如何从这些数据中挖掘出与产品质量有关的有用信息，并利用这些信息提高产品质量，优化产品质量设计，加快新产品开发周期，是企业更为关心的问题。 因此，对于现代钢铁企业MES中的质量管理系统而言，不仪仅需要SPC、DOE、MSA这样的统计分析工具，而且还应该将智能信息处理方法纳入其技术架构内，如图4所示。 该技术架构以数据库技术(包括数据仓库技术)为基础，将现代质量管理工具和智能信息处理工具相结合，共同为钢铁企业MES中的质量管理提供技术保证。 4 结论 本文阐述了钢铁企业MES中的质量管理系统的功能范围及功能架构，该功能架构将现代质量管理理念与钢铁企业质量管理功能有机地结合起来，在此基础上提出了以统计分析技术和智能信息处理技术为核心的MES质量管理的技术架构，为钢铁企业实现质量持续改进提供了有效的技术保障。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (7/10/2013)