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基于MES的質量信息管理與質量 追溯系統研究
發布時間：2022-12-24 11:20
第1章緒論
產品質量是企業生存、發展和參與市場競爭的基礎，是經濟性、可靠性、外 觀等方面的綜合體現。對制造企業而言，制造過程的質量決定了除產品設計因素 外的大部分質量，是企業精益質量的核心環節之一。實時、準確的產品制造過程 質量信息的管理是企業提高產品質量水平、實現產品質量的可追溯性的前提，對 企業的長遠發展具有重要意義。本文的研究內容正是圍繞對制造過程質量信息的 管理以及質量追溯而展開的。
1.1課題的研究背最和意義
隨著現代科學技術的進步，特別是計算機和網絡技術的發展，使世界生產力 水平不斷突飛猛進。網絡技術的發展為全球化市場和全球化生產的形成提供了基 礎，促使企業間的競爭也越來越激烈。質量管理大師朱蘭在94年的美國質量管理 學會年會上指出“21世紀是質量的世紀，質量是21世紀的主題”。工業產品的質 量水平直接反映了一個國家的生產力水平和速度，是評價國家綜合國力的重要因 素。當今企業最有力的市場戰略競爭武器是質量，生產岀高質量低成本的產品是 使企業在日益激烈的貿易戰中立于不敗之地的重要手段，是企業求得生存、提高 效益的關鍵。
伴隨著全球化分工的不斷深入和我國改革開放的不斷發展，考慮到我國低廉 的勞動力成木，外國投資者紛紛在我國投資建廠，木土企業也迅速發展并積極的 參與到國際市場的競爭中，我國成了名副其實的“世界工廠在這種環境下，我 國制造業即迎來了廣闊的國際市場，也面對著激烈的國際市場競爭的嚴峻挑戰。 離散制造業是一種將原材料經過不連續的工序生產轉變成為零部件并最終裝配成 產品的一種生產模式，產品結構復雜、產品物料的組成多樣化、生產過程不確定 因素多是該模式生產的特點。傳統的企業質量信息管理一般是由人工進行質量信 息的采集和傳遞，質量數據的分析更是在淺層次上對信息進行處理，這不僅不能 完全的掌握企業的實際產品質量水平，質量信息的實時性也很差。國際采購商在
選擇供應商時，不僅看重企業的產品質量水平，而且要求企業要提高質量穩定產 品的輸出能力，即一直保持較高的產品合格率。而產品質量的低水平和不穩定的 產品供應是我國制造業的通病。依托于計算機和先進數據采集技術的現代質量信 息管理能夠幫助企業生產經營者實時掌握所生產產品的質量情況，給生產決策提 供依據。因此，質量信息管理水平的提高是我國離散制造業產品質量水平提高的 必要條件。
通過產品質量追溯，可以查詢到同批次存在同樣缺陷的產品和零部件的位置 和狀態，對缺陷零部件和產品的生產過程信息的追溯，為質量缺陷根源的查找和 生產的改進提供依據。實現產品質量的可追溯性是供應鏈全球化形勢下企業發展 的新趨勢。IS09000質量保證體系和我國的相關法律法規對產品質量的可追溯性 也作了明確定義和要求，特別是對汽車和涉及民生安全的行業，建立起產品質量 追溯體系是企業的必然選擇。
對于制造行業來說，制造過程的質量決定了產品除設計因素外的絕大部分質 量，是企業追求精益質量的核心環節之一。MES是對車間生產過程實時管理的信 息系統，擁有制造過程所有的靜態和動態的數據，為制造階段的質量信息管理和 質量追溯提供了豐富的數據基礎。通過對MES中質量數據的實時采集和分析， 即時對比計算機輔助工藝設計(Computer Aided Process Planning,簡稱CAPP)中提 供的工序級質量特征，建立一套以數字化為特征的動態質量信息管理和質量追溯 系統成為眾多學者和企業新的研究熱點。
本文在前人對質量信息管理和質量追溯研究的基礎上，通過對車間制造執行 系統、質量信息管理、批次清單的研究分析，建立了基于MES的質量信息管理 系統的功能模型和各模塊的數據模型，并通過對批次清單的研究建立質量追溯系 統。該系統能夠在線收集、管理質量信息，實時糾正工藝和制造執行系統中的缺 陷，對加工工藝優化、提高MES穩定性和最終產品質量水平等方面起著積極的 作用，最終全面提高質量管理活動的執行效率和質量控制能力，更好的滿足客戶 需求，提高了企業的市場競爭力。
1.2國內外研究現狀
1.2.1制造執行系統發展現狀
(1)國外發展現狀
科技是第一生產力，新科學技術的發展水平是衡量一個國家世界地位和經濟 實力的重要標志。包括MES在內的CIMS技術是美國國家重點研究的22個關鍵 技術之一，政府、大學、企業、研究所都投入了大量的資源來研究和推廣。美國 國家標準研究所(National Institute of Standards and Technology,簡稱 NIST)歷時 5 年，耗費1400萬美元，建成了自動化制造研究實驗基地⑴。制造執行系統國際聯 盟組織(Manufacturing Execution System Association International,簡稱 MESA)的成 立并形成了一系列的理論和方法，在MES的研究方面有了質的飛躍。另外，NIST 為開發新一代的MES系統還資助了一些軟件開發商。
20世紀70年代的西歐在科技尤其是高科技方面漸漸落后于美國和日本。西 歐各國為加強在尖端技術領域的合作決定實施跨國合作發展計劃(即尤里卡計劃 和信息技術研究發展計劃)。通過逐步成立“歐洲技術共同體”，以提高歐共體的 整體生產率水平，促進經濟增長和世界市場的競爭力水平，實現與美日的經濟抗 衡。其中包括MES在內的CIMS的研究在跨國合作發展計劃中占有很大的比重〔習。
日本制造業在MES的研究和開發上起步比較早，而且比歐美更加主動。在 MES的引進和應用上，日本對MES重新定義使其文化更接近于東方，更加符合 自己的國情。其國內有很多介紹MES的專著，總結了日本企業引入MES軟件的 必要步驟和注意事項，制定了 Open MES標準，對MES有比較系統的研究。日 本在MES系統的研究應用上具有以功能需求作為基礎、以經濟利益作為目標、 注重聯系生產實際、提高企業整體競爭力的特點。
從歐美日對MES的研究推廣應用來看，MES發展有了一定的規模，已經比 較成熟和完善，但仍然屬于國際上的高新前沿技術。
(2)國內發展現狀
我國MES技術的研究與應用工作開始于上個世紀90年代初期，到目前為止 雖然走過的時間不長，但在我國大力推進企業信息化建設的環境下，MES技術無 論是在理論上還是在MES技術的應用實踐上都取得很大的進步。2002年，MES 技術被列為國家863-CIMS計劃中的重點研發項目，從國家扶持制造業的戰略層 面給予相當大的支持。我國許多的企業科研機構、大學在MES的研究上提出了 并行、敏捷、網絡、可重構等具有中國特色的先進思想。
我國在 MES技術的應用上同國內企業資源計劃(Enterprise Resource Planning,簡稱ERP)的發展歷程相似，都是經歐美在我國的獨資合資企業的率先 引進到港臺、韓國等在華企業的應用，最后才是國內本土企業的應用和普及。目 前，國內研究的MES系統軟件還處于成長階段，大部分企業實施的MES方案基 本上都是由國外公司提供的。
122質量信息管理系統的研究現狀和發展趨勢
產品質量一直是制造業非常重視的部分。但在新市場環境下，客戶需求越來 越多樣化、產品結構也越來越復雜化，隨之而來的產品生產制造過程中的數據量 也逐漸增大，對產品質量數據的分析任務也越來越繁重。在這種情況下，企業傳 統的人工數據采集、傳遞和分析工作不僅效率低下，而且數據的準確性、完整性、 實時性都無法保證，已經不能滿足現代市場競爭環境下對產品質量信息管理的要 求。以計算機技術和網絡技術為依托的現代質量信息管理系統已經成為企業管理 中的重要組成部分。
長期以來計算機在企業質量活動中的應用僅限于單項檢測和質量控制技術而 沒有形成系統。20世紀80年代后期，計算機支持的自動化的質量系統逐漸受到 重視，被認為是增強企業競爭力的重要途徑。1985年，Uirich Rembold等人在《計 算機集成制造系統技術與系統》中提出了質量控制的系統觀和計算機支持的質量 控制系統的遞階結構和功能。1987年Tuttle總結了已被人們廣泛接受的計算機輔 助質量系^(Computer Aidied Quality,簡稱CAQ)的概念。CAQ系統運用計算機實 現質量數據采集、傳遞、分析的自動化，實現質量控制、質量管理的自動化。1984 年，美國的DessoukyMorrison> Kapoor> DeVor等人提出了集成質量系統 (Intergrated Quality System-IQS)的概念。他們認為集成質量系統必須具備4個特點 ⑶：
(1)采用系統的方法覆蓋產品的整個生命周期，包括企業的各個層次；
(2)強調以企業長遠質量目標為基礎的質量計劃；
(3)強調從質量計劃和質量控制的觀點出發的人的資源的開發；
(4)通過閉環的質量控制器實現企業中與質量有關的過程和資源的控制，其 重點是故障預防而不是廢品控制。
德國在質量信息系統的研究上具有一定的代表性，它是把質量信息系統看作 CIMS中的一個重要組成部分，與CAD、CAPP、CAM處于同一地位，側重于實 現質量保證、控制、信息管理的自動化。德國在CAQ的研究上開展的比較早， 主要研究了 CAQ與CIM其他子系統的接口，CAQ與CIM的集成，其研究成果 處于領先地位。日本學者對質量管理系統的研究主要著眼與質量管理系統的優化 和質量控制方面的研究。與美國和歐洲相比，日本更注重人在質量活動中的用， 認為質量問題主要是管理方面的問題。
從20世紀80年代后期開始，我國的很多學者對質量信息系統也進行了廣泛 和深入的研究。隨著CIMS技術列為國家863計劃的重點研究項目，在國家各類 研究計劃的支持與推動下，取得了許多有價值的研究成果。楊旭，王東鵬等人對 基于CIMS環境下的質量信息系統的結構框架進行了分析，提出基于產品全生命 周期的CAQ系統的功能模型和信息模型，闡述了 CAQ與CIMS其它模塊的信息 流程⑷。孫繼文等人就現代企業環境下的計算機輔助質量系統做了一些有益的探 索，提岀并建立了以質量管理和質量監控相結合為主旨的基于質量信息集成的 CAQ系統⑸。
在過去短短二十年的時間里，計算機輔助質量系統CAQ到集成質量系統IQS 的發展，已經體現了質量信息系統的發展脈絡。而隨著計算機集成制造系統與技 術的發展以及新型生產模式的推廣實施，質量信息系統將朝著以幾個方面進一步 發展⑹：
(1)應用范圍進一步擴展。跨地區、國際化的企業集團對質量信息系統提岀 了直接獲取國際性質量信息的需求。在國際互聯網Internet的支持下，質量信息 系統實現企業間、跨地區的質量信息的集成和質量監控；
(2)過程進一步延伸。質量信息系統不再只涉及產品制造過程的質量管理、 質量保證和質量控制，而是延伸到產品設計開發階段和售后服務，覆蓋產品的整 個生命周期，能及時、完整、持續地掌握客戶對產品地需求；
(3)集成化水平的提高。質量信息系統在信息集成的基礎上，進一步實現內 部功能集成、過程集成和知識集成；
(4)智能化水平的提高。隨著人工職能(AI)技術的發展，智能化技術也將在質 量信息系統的多方面得到應用。質量系統中采用的人工職能技術主要又以符號推 理為特征的傳統人工職能和由神經元組成的人工神經網絡⑺。這些技術的應用可 以包括質量問題決策、質量分析診斷、質量信息綜合處理、檢測計劃生成、過程 監控和設備故障監控診斷等。
123質量追溯的研究現狀
全球市場不斷出現的食品質量問題產品召回事件和汽車質量問題產品召回事 件，使得社會各界將目光投向了產品質量追溯與追蹤。由此美國、歐盟等建立了 管理信息系統，對出口到當地的產品進行跟蹤與追溯罔。2004年10月1日，由 國家發改委、國家質檢總局、商務部和海關總署共同制定的《缺陷汽車產品召回 管理規定》正式實施。我國國家質檢總局有關專家就建議，為更好地執行召回法 規，國內汽車制造商應盡快建立車輛識別代碼系統和產品質量信息跟蹤系統⑼。 IS09000質量體系對質量可追溯性也做出了要求。
可見，在很多領域，建立產品質量可追溯性系統已經非常迫切。離散制造企 業，產品結構復雜、產品物料組成多樣化、工序生產不連續，通過自動化的方式 采集數據實現起來比較難，因此我國離散制造業的產品質量追溯系統還不夠成熟。 目前國內的大部分企業由于管理的水平的限制,使得產品在經過生產和銷售之后， 仍然處于“狀態不明”的情況。針對這種情況，國內外很多學者也進行了相關的 探討和研究。
武漢科技大學的黃婕對產品可追溯性的相關概念和內容作了界定和分析，從 質量信息系統的角度入手，在分析建立追溯系統的基礎上，提供了企業在進行可 追溯管理方法上的一些思路桂林電子科技大學的曾祥興和王喜成分析了制造 業質量數據的特點和傳統手工方式數據采集差錯率高、效率低下等問題，提出利 用RFID技術的工作原理應用于質量追溯中，提高了數據采集的速度，降低差錯 率⑴］。北京航空航天大學的宮磊和楊建軍闡述了離散制造的可追溯性需求和MES 中生產執行、數據采集、生產跟蹤與其他活動之間的關系，在分析離散制造過程 的特點的基礎上，建立了質量追溯的數據模型【叨。同濟大學的葉明海和趙敏分析 了缺陷汽車產品可追溯性的定義、特點、范圍和功能，提出建立以批次管理為核 心的質量追溯方法，實現貫穿召回前及召回中的全過程追溯管理［⑸。北京航空航 天大學的趙文心、鄭聯語在基于事件的飛機產品追溯系統研究中針對飛機產品的 追溯問題，分析了追溯現狀以及飛機產品全壽命周期追溯系統的需求，建立了基 于事件的飛機產品追溯系統的信息模型和系統架構，為實現飛機產品全壽命周期 快速追溯提供了一種參考解決方案“鐵 天津大學的路琨和趙濤在制造型企業產品 可追溯性的研究與實現中分析了產品可追溯性包括物料批次歷史關系的可追溯性 和制造過程的可追溯性,并設計了產品可追溯性系統架構【⑸。上海交通大學的劉 俊華和竇延平在自動識別技術在質量追溯中的應用一文中分析了制造業質量數據 采集量大、差錯率高、質量數據采集影響生產操作等問題，介紹了自動識別技術 的特點以及如何利用自動識別技術在作業中加快數據采集速度，降低錯誤率，最 終提高整個質量追溯管理的水平W
1.3本論文的主要研究內容
本論文為解決離散制造業制造過程傳統質量信息管理混亂，質量活動執行效 率低，并為滿足企業對產品質量的可追溯性需求，對基于MES的質量信息管理 與質量追溯系統進行了研究。主要研究內容有以下幾個方面：
(1)對制造執行系統的產生的原因、定義、在企業生產經營中地位以及主要 的功能進行了闡述，根據對離散制造業制造階段產品質量形成過程的分析，對制 造階段影響產品質量形成的質量信息進行了分類。分析了基于MES的SPC技術， 實現了對車間生產的在線質量控制；
(2)根據企業對制造階段質量信息管理的需求構建了基于MES的質量信息管 理系統的信息體系架構。對基于MES的質量信息管理系統的功能模型進行了分 析，對各功能模塊進行了論述；
(3)分析了離散制造業制造階段的可追溯性需求和基于MES的質量信息管理 系統中實現質量追溯的可行性與必然性。對批次清單進行了研究，分析了物料批 次的產生過程和質量追溯的分析過程并以某滾動軸承廠為例進行了說明。
第2章 基于MES的質量信息管理系統研究
企業信息化是指企業以自身業務流程的優化為基礎，依托計算機技術、網絡 技術、數據庫技術、現代數據采集技術對企業生產活動中的信息進行集中管理和 控制，提高企業生產活動的效率和市場競爭力。隨著國家對企業信息化的大力扶 持，企業信息化得到長足的發展并成為了企業各項工作升級和創新的突破口 我國大部分企業先后引進了以ERP為代表的企業資源計劃管理系統，以產品設計 管理(Product Data Management,簡稱PDM )為主的產品數據管理系統，以監控和 數據采集(Supervisory Control and Data Acquisition,簡稱 SCADA)為代表的生產過 程監控系統等。雖然這些技術在數字化較高的企業產生了一定的經濟效益，但也 出現了一些新的問題。上層的ERP軟件得不到精確，實時的生產數據支持；現場 生產制造單元又得不到及時的生產指令來調整工作狀態，形成了企業生產計劃層 與底層制造單元控制軟件間的信息斷層。隨著企業信息化應用水平的不斷提高， 企業生產管理者慢慢意識到將企業上層計劃管理與底層生產控制統一起來的 MES系統能夠解決這一問題。
本章在分析MES體系結構和離散制造業制造階段質量信息的基礎上，研究 了基于MES質量信息管理系統的體系架構，并分析了系統數據采集的方法。
2.1制造執行系統的概述
2J.1制造執行系統的定義
20世紀后半葉世界科技水平得到了長足的發展，特別是計算機網絡技術的發 展，使得全球國與國之間的距離大大的縮短，世界市場逐漸形成。ERP、JIT、OPT、 SCM等現代生產經營模式紛紛被企業引進應用于企業生產管理中，幫助企業提高 了生產效率和利潤。但隨著產品生命周期的縮短，企業生產越來越感覺到計劃趕 不上變化。一旦市場需求有所變動時，企業因為缺乏生產實時情況的數據而無法 做出相應的計劃調整，錯失市場先機。制造執行系統正是為解決企業對現場生產 執行情況的實時掌控，提高企業計劃的靈活性而產生的。
MES產生于上世紀70年代末，但其成型和發展是在90年代初。美國先進制 造研究機構(Advanced Manufacturing Research,簡稱AMR)對MES的定義為：位 于上層計劃管理系統與底層工業控制之間的，面向車間層的管理信息系統，定位 于重點解決車間生產管理問題[18_19]o
繼AMR組織之后，又有MESA組織對MES的使用用戶做效果調查，并積 極對MES系統進行推廣、普及和標準化。該組織對MES做岀了如下定義：“MES 提供為優化從訂單投入到產品完成的生產活動所需的信息。MES運用及時、準確 的信息，指導、啟動、響應并記錄工廠活動，從而能夠對條件的變化做出迅速的 響應、減少非增值活動、提高工廠運作過程的效率。MES不但可以改善設備投資 回報率，而且有助于及時交貨、加快庫存周轉、提高收益和現金流的績效。MES 在企業和供應鏈間，以雙向交互的形式提供生產活動的基礎信息[18]\這種快速 處理機制能使MES減少無附加價值的生產活動，顯著提高工廠效率，包括物流 的流通性、交貨及時行和高的經濟效益。1997年MESA提出了 MES的功能組件 和集成模型，該模型包括11個功能模塊：資源配置和狀態跟蹤、生產計劃和調度、 工序/細節調度、人力資源管理、產品跟蹤和記錄、維護管理、文檔控制、性能分 析、過程管理、質量管理、數據獲取Mo根據MESA的規定，只要擁有這11個 功能模塊之中的一個或幾個，就屬于MES系列的單一功能產品。
NIST對MES的定義是：采集和管理從訂單下達到產品最終完成過程中的各 硬件/軟件數據信息，對產品生產制造的全過程管理活動進行優化[21]o
綜上各權威機構對MES的定義可以看出：制造執行系統是將企業上層計劃 管理和底層設備控制單元統一起來的，面向車間生產制造管理的實時信息系統， 是連接生產計劃和制造過程的信息橋梁，是實現制造企業信息集成的紐帶。
2.1.2制造執行系統的定位
20世紀90年代AMR倡導企業使用三層信息模型表示信息化，MES系統作 為執行層位于計劃層與控制層之間°三層信息模型清楚的描述了 MES在企業系 統中的位置，該定位也符合計算機集成制造CIMS的遞階控制思想[22_24]o CIMS 能夠對生產信息流進行集中管理和追蹤，實現對企業生產的全面控制和管理，幫
助企業降低成本、縮短開發周期、提高效益。CIMS經過幾十年的理論和實踐發
展，系統結構正從傳統的按照物理層次劃分向按任務和功能進行劃分和配置的模 式發展，如圖2?1所示［】9］。
圖2-1CIMS系統結構的發展趨勢
計劃層：主要明確企業生產經營活動的計劃性，實現企業級資源的管理。以 客戶訂單為生產計劃的源頭，從全局的角度統籌規劃企業的生產活動，最大限度 的發揮企業各生產資源的利用率，產生最大的生產回報，提高產品市場競爭力。 ERP、SCM等生產經營類管理系統屬于企業的計劃層。
執行層：主要完成對計劃層生產決策的分解，把生產任務具體落實到各生產 單位或生產設備，同時對控制層生產單元的實時狀態數據進行收集和管理，把生 產情況分析后反饋給計劃層，為下次生產決策提供依據。MES就是通過信息化的 手段，實現對制造現場的有效管理，把企業計劃與車間生產現場有機地聯系起來。
控制層：主要實現對具體生產設備的控制，依據執行層下達的制造指令完成 產品制造的過程.，同時將制造實時信息反饋給執行層處理。控制層主要包括DCS、 PLC、NC/DNC等計算機控制方法。
從時間因素方面看MES在CIMS新系統結構中的地位。新系統結構中位于計 劃層的管理系統主要考慮一個月或一個季度的生產計劃安排（時間因子=100倍）， 執行層中的MES系統處理近幾天或近幾星期內的生產指令的分解和任務安排問 題（時間因子=10倍），控制層則需要及時的接收生產指令，保證設備正常加工運行 （時間因子=1倍），實現從ERP層的月、周、天級信息到PCS的秒、毫秒級信息 之間的溝通和轉換，如圖2?2所示©I。
圖2-2 MES在企業生產管理中的數據流圖
從信息交互關系上看MES的地位。執行層中的MES系統在企業的三層信息 模型中起了一個信息橋梁的作用。一方面，MES將ERP/MRPII中產生的生產決 策分解轉化為詳細的生產任務并把控制指令數據下達給控制層；另一方面，MES 將采集到的控制層中的實時生產狀態數據如生產能力、人員分配情況、物料消耗 情況、生產線運行性能、在制品的存放位置和狀態、訂單完工狀態數據等，經分 析后及時反饋給ERP/MRPII o企業信息化系統是一個相互貫通的集合體，MES 能夠采集到制造業內部最為重要的車間生產中的大量實時數據并能對實時事件及 時處理，同時又與計劃層和生產控制層保持雙向的信息交互能力，從上下兩層接 收相應數據并反饋處理結果和生產指令［加。它們互為補充、相互關聯，完成管理 信息與過程信息的雙向集成，實現企業信息流的連續。因此，從信息交互關系上 看,MES系統是企業實施CIMS的關鍵，是企業信息化的重要組成部分。
2.2制造執行系統的功能
通過對MES系統在CIMS中的定位分析可知：MES系統在企業實施的計算 機集成制造系統的信息交互關系中起著承上啟下的作用oMES系統的主要任務包 括生產過程實時優化調度、生產成本的優化控制和在線預測、生產設備的實時狀 態檢測和故障診斷、對生產流程的質量控制和物料跟蹤〔切。
MESA組織經過多年的對MES的研究與實踐跟蹤，于1997年總結出制造執 行系統的11個功能模型辺創］。下面具體介紹：
1?資源分配和狀態管理
(1)MES系統能夠實現對企業車間生產制造的必備資源進行配置和優化。這 些車間生產的必備資源主要是指：機床、物料、輔助工具以及加工前必備的工藝 信息和加工程序等©
(2)能夠對資源的實時配置情況進行查詢和優化。
(3)詳細記錄這些必備資源的歷史使用情況，用于未來資源配置的參考。
2.工序詳細調度
根據具體生產單元的屬性、優先級、特征和方法生成工序級詳細生產操作計 劃并在操作中對生產順序進行優化。考慮到生產的并行性和重疊性，系統的限制 和識別生產路徑，計算出設備的負載，安排一個合理的序列最大限度的壓縮生產 過程中的輔助時間，這個計劃就是基于有限能力的生產執行計劃。
3.生產單元分配
(1)針對各企業的實際生產業務特點可以以計劃、訂單、批次實現對物流的 管理。
(2)以生產序列的形式把生產調度信息體現出來，并且能夠根據生產的實時 變化而進行調整。
(3)工單管理。工單管理的目的是實現對生產線負荷的控制。工單管理的方 式有：細分工單，把一張大負荷量的工單轉變成小負荷量的多張工單；相反，也 可以把多張小負荷量的工單合并在一起，方便車間的批量生產；依據工單的重要 度對工單生產的優先權進行重新安排等。
4•文檔管理
(1)車間生產中產生的文檔主要是指各生產單元執行情況的記錄，如產品的 工程圖、批量加工記錄、工程變更通知等信息。文檔管理提供對著這些信息的編 輯與維護。
(2)對控制層傳達生產指令，如向設備或設備的操作工人提供數據。
5 .數據采集
生產過程重要數據的采集可以采用工人手工錄入或自動化數據采集裝置，大 部分數據采集的時間間隔都設置在分鐘級別。
6.人力資源管理
(1)人是車間生產活動的主體。車間人力資源的管理主要是對操作者的基本 信息如教育程度、年齡、性別等以及工人的狀態信息如工時、考勤情況、工人生 產資源配置情況的管理。
(2)對人力資源的管理中還與企業生產成本與工人的薪資計算關聯。
(3)對人力資源的管理還要與生產狀態和資源配置相關聯，以實現車間生產 的物盡其用、人盡其力。
7•質量管理
(1)在質量數據實時、準確采集的基礎上，分析生產中潛在的質量問題。
(2)提出生產改進建議以及對車間質量管理的目標、規范進行計劃。
(3)質量保證系統應包括：檢測、供應商產品質量評估、統計過程控制、連 續檢查/測試、標準跟蹤與控制。
&過程管理
(1)監控生產運行，對操作員的操作規范或設備的不良運行進行自動更正或 報警，以保證生產的效率和質量。
(2)過程管理中調節的關鍵點是受控制的生產設備，并通過數據接口與智能 設備連接，提高生產活動的決策支持。
9.維護管理
針對設備、工裝等企業資產設備的精度、保養要求制定合理維護計劃，以保 證設備時刻工作在最佳狀態，已完成企業的生產目標。
10.產品跟蹤管理
生產中時刻記錄自制件的加工狀態如工件的位置和工序加工情況。必耍時用 戶可以通過查詢這些記錄來獲取產品的最終流向。產品跟蹤管理為實現車間質量 追溯提供了可能。
11.性能分析
性能分析是在對一個任務的完成并相關數據采集完整的情況下做出的對資源 使用情況、生產周期、計劃執行符合性等的分析，作為生產改進的依據。
2.3離散制造業生產過程中的質量信息
像船舶、飛機、機床、武器裝備、電子設備、汽車、軸承、緊固件等產品， 他們的生產過程往往是由一系列并不連續的加工工序，使原材料的物理性狀發生 改變，最后經組裝工序生產制造而來，這樣的制造企業稱為離散制造業或離散工 業。離散制造業主要包括機械加工行業、組裝行業。偏重于零件加工制造的是離 散加工行業，偏重于裝配的我們稱之為裝配型企業，在有些企業加工和裝配都有 自己完成。相對于離散加工行業和離散裝配行業來說，加工和裝配都有的離散企 業生產過程要復雜很多。按產品數量和加工能力離散制造業還可以再劃分為多品 種小批量和大批量生產企業。在全球化生產環境下，市場的需求越來越多樣化， 產品的更新換代也越來越快，為最大化的利用生產資源和更迅速的響應市場需求， 越來越多的離散制造企業選擇多品種小批量生產方式，同時企業生產自動化技術 的飛速發展也促進了更多的企業選擇這種生產模式。
產品質量是企業在全球化競爭中長期保持競爭優勢的重要手段。對制造業而 言，產品的生產加工形成過程伴隨著產品質量的形成，產品生產制造過程中的質 量占產品最終狀態質量的絕大部分。對于典型的集外購（原材料、外協件）、加工 和裝配于一體的離散制造業，其制造過程的質量形成過程如圖2-3所示。
圖2-3制造過程質量流程圖
從離散制造業產品制造質量形成過程可以看出：原材料、工藝規程、設備、 人員、質量計劃、質量檢驗等都是影響產品制造過程質量的因素，它們可以分為 兩大類：外購件產品質量和工序質量。外購件是由供應商生產并提供的，屬于外 部質量；工序質量是由企業內的質量體系、質量標準、工序質量控制計劃、工藝 路線、設備的能力指數、車間操作員工的操作水平和作業規范等決定的，是屬于 內部質量。根據對離散制造業產品質量信息特點的分析，可以把質量信息可歸結 為管理信息和技術信息兩大類，如表2?1所示。
表2?1離散制造業質量信息分類
分類 內容 來源 影響程度
技
術
信
息 設計階段 原材料批號、原材料名稱、模具號 外部 決定產品質量
生產批號、工序號、任務號、部件編號、成
品編號、規格數量、工藝參數等 內部
生產階段 操作信息、設備狀態參數、各階段生產數量、
環境因素、操作者技能 內部 形成產品質量
檢測部分 各工序、半成品、成品的各項質量檢測數據、
合格品、不合格品數量 內部 反映產品質量
管理信息 標準文件、程序文件、質量計劃 內部 間接影響產品質量
合同信息、生產計劃、設備信息 內部
供應商產品質量狀況、售后服務情況 外部
對于離散制造業的質量管理，技術信息中生產階段的質量信息是系統關注的
重點。工序質量雖然是人、機、法、料、環、測（即5M1E）等因素影響的綜合結果, 但對每一具體的過程，這六個因素對工序質量的影響程度也是有很大差別的，要 分析出主導因素加以控制。
另外為提高產品質量，加大對產品質量形成過程中關鍵特性、關鍵過程、特 殊過程的控制也很有必要。產品形成過程中關鍵工序質量控制點包括：
1、 形成產品關鍵質量特性、關鍵部位處；
2、 工藝上有特殊要求，對后續加工過程有重大影響的工序過程；
3、 易出現質量問題的薄弱環節；
4、 顧客信息反饋中反映意見較多的過程；
5、出現不合格時損失價值非常高的過程。
相對于流程工業的生產工藝固定、物料連續而言，離散制造業生產過程要復 雜得多。具體表現在：
(1)離散制造業中門類眾多，記錄企業產品形成和質量形成的各種各樣的單 據分散在各個職能部門，給企業的質量控制和質量追溯造成了困難；
(2)產品結構復雜，產品的配置經常有幾個版本，相同配置版本又有不同的 工藝版本，造成離散制造業的質量信息源多，質量數據量大，對質量數據的分析 工作量就更大，給企業的質量信息管理造成了困難。
(3)生產環境復雜，生產中臨時插單和物料短缺現象時有發生，在一定程度 上給質量信息管理造成了一定的困難。
因此就特別需要建立一個現代質量信息管理系統對離散制造業制造過程中的 質量信息進行管理。
2.4質量信息系統對企業的萱要作用
在全球化生產的環境下，產品質量是企業在激烈的全球市場競爭中取勝的重 要手段。信息是企業資源的重要組成部分，加強企業質量信息的管理對產品質量 的提高具有非常重要的現實意義，是企業搞好生產經營管理工作的關鍵之一［刖。 因此，企業非常有必要加大對產品質量信息的管理。質量信息管理具體是指對影 響產品質量形成的各因素信息數據的采集、傳輸、整理、統計、分析、利用和反 饋，它集中反映了產品在設計、生產、使用過程中的產品質量和工作質量，為企 業的質量改進提供依據。質量信息管理系統對于企業的生產經營管理具有戰略上 的重大作用〔仏珂，這主要有以下3個方面的原因：
(1)質量信息管理為企業管理者的生產決策提供依據。在全球化生產的環境 下，企業間跨地區、跨國界的競爭越來越激烈，質量競爭成為市場競爭的主要方 式。現代化的企業信息技術大大縮短了時空差，在這開放的市場環境下必然對企 業的適時決策提出了更高的要求。企業管理人員只有適應這種趨勢，在企業生產 出現質量變動時，及時的了解企業產品的質量情況適時的做岀決策，制定相應的 方針和措施，使企業的產品一直保持高水平的競爭力，才能在激烈的市場競爭中 處于不敗之地。質量信息管理系統能夠對涉及企業生產的所有質量信息進行集中 管理，能夠為企業不同層次管理者的生產決策提供準確、及時的信息依據；
(2)依托于計算機數據庫技術的質量信息系統是企業質量管理的重要組成部 分。企業質量管理經歷了由事后檢驗到統計質量控制，再到全面質量管理的發展 歷程。包括目前質量管理界正積極推動實施的六西格瑪(6o)質量管理方法都涉及 到企業經營的方方面面，又由于現代產品結構多樣化，生產制造過程更加復雜， 造成質量數據和信息源頭多、信息量巨大，隨之而來的對質量數據分析的工作量 急劇增大，對質量信息的采集、傳輸、反饋、處理和查詢的要求也越來越高，所 以亟需建立以信息化技術為依托的現代質量信息管理系統；
(3)存檔備查作用。質量信息管理系統采集企業各方面的質量信息，經過分 析為企業管理者提供經營決策依據。這些信息和分析結果都是企業的重要信息資 源，質量信息管理系統能夠把反映管理循環結果的信息存檔保存，以方便質量追 溯或其他需求時檢索查找。
不同企業之間的產品質量水平、質量管理的目標各不相同，同一企業的不同 發展階段質量目標，質量活動的側重點也不盡相同卩譏依照企業的實際生產情況， 開發適合企業產品生產特點的質量信息系統，能夠使企業的質量信息管理更好的 用于指導生產改進，提高企業整體質量水平。
2.5基于MES的質畳信息管理系統框架結構
在離散制造業中，產品的形成過程就是產品質量的形成過程⑶］。雖然生產組 織者對質量一直高度關注，但在全球化生產的環境下，產品結構越來越復雜，隨 之而來的生產過程越來越復雜，產生的質量數據分析的工作量急劇增大，對質量 信息的采集、傳輸、反饋、處理和查詢的要求也越來越高，所以亟需建立以信息 化技術為依托的現代質量信息管理系統。
質量信息管理系統是企業質量管理的一部分，主要用來完成對日常生產制造 中質量信息數據的采集、傳遞、統計、分析與利用。由控制論觀點(控制是在對受 控對象信息獲取和分析的基礎上對其功能或發展進行改善)知：質量信息管理系統 是對企業生產過程進行控制的活動。從MES系統的定義、定位和功能可知：MES
系統是企業上層生產計劃管理和車間底層生產設備控制單元之間的信息橋梁，是 面向車間生產管理的信息系統，包括了生產制造中大量靜態和動態數據，為生產 制造階段的質量信息管理提供了數據基礎。CAPP系統中包含了產品、零部件的 詳細工藝信息，如產品的工藝路線信息、工序級質量參數信息等。質量管理部門 根據產品訂單和產品工藝設計信息制定質量控制計劃和質量檢驗計劃。在車間生 產制造過程中嚴格執行質量計劃，通過手工或各種測量儀器獲取詳細的生產系統 質量實際值，并與質量計劃中預定義的控制項目設計值進行對比，將產生的處理 結果反饋給生產過程。在運用各種質量統計分析方法對實際生產數據處理分析的 基礎上，把得出的生產質量水平和質量評估結果以報表形式輸出，供生產經營管 理者參考。圖2?4反映了基于MES的質量信息管理的基本框架，表達了質量信息 管理系統與MES之間的邏輯關系。
圖2-4基于MES的質量信息管理的基本框架
質量信息管理是評價MES系統的指標之一。基于MES的質量信息管理系統 通過對生產系統實時數據的統計分析，控制好每道工序的質量。質量評價結果的 反饋為MES系統的生產性能分析和評估提供了可靠的質量報告。
2.6基于MES的SPC技術
2.6.1 SPC技術原理
現代離散制造業，產品多樣化、產品結構復雜化，車間生產中的質量控制就
更為困難和重要。在企業生產實際中一般采取加大對產品質量特性和質量特征影 響較大工序或工位的質量控制，來實現對產品整體質量水平的控制［旳。利用統計 過程控制(Statistical Process Control,簡稱SPC)來觀察工序質量是否受控，不受控 就要采取措施對生產做出調整，使工序質量受控。MES中包含有大量的制造過程 質量數據，為質量分析提供了數據基礎。因此，車間制造過程質量信息管理的任 務是最大限度的減少生產系統的質量變異，使其復雜的生產過程處于受控狀態， 保證符合設計質量的產品持續、穩定的輸出【殉。
統計過程控制是一種借助數理統計方法的過程控制工具。通過對生產過程質 量數據的分析，能夠判斷工序生產是否異常。當加工工序處于穩定狀態下時，隨 機誤差具有一定的分布規律，總體上服從正態分布N(“q)或近似正態分布。那 么由正態分布理論可知:在正態分布的±3cr范圍內，即樣品特性值出現在p + 3b與 p-3b上下限之間的概率為99/73%,超出該部分的概率僅為0.27%o當加工工序 處于不穩定狀態時，樣品特性值的正態分布或近似正態分布就會發生改變，因此， 可以利用這一性質時刻關注關鍵工序的狀態情況，保證工序生產在受控和有能力 狀態下運行，持續穩定的生產出滿足客戶需求的產品。
2.6.2基于MES的SPC技術流程
質量信息管理系統應用MES中成熟的數據采集、分析、處理和控制技術實 現對質量數據的管理，將質量參數選取和質量數據采集、繪制控制圖等質量信息 管理模塊集成在一起，實現動態工序質量控制，如圖2?5所示為基于MES的SPC 流程。
(1)質量控制參數獲取
在產品車間生產中，要系統的識別、分析產品或零部件的工藝流程，找出對 產品質量影響較大的因素點，對其控制以保證產品質量。這些點包括對產品精度、 性能有重大影響的特征和部位；工藝上有要求或對后續加工影響比較大的工序； 質量不穩定，容易出不合格品的工序等。在確定了對產品質量形成影響較大的關 鍵工序后，畫出關鍵工序流程圖并分析出主要控制參數。利用先進的數據采集技 術及時采集關鍵工序的主要控制參數值。
(2)控制圖的繪制
控制圖根據使用目的不同分為分析用控制圖和控制用控制圖。分析用控制圖 主要是調查研究過程是否處于穩態，了解工序能力是否適宜；控制用控制圖的目 的是保持生產過程處于穩態。在系統的初期或對生產系統進行改進后，不穩定因 素很多，就需要先繪制分析用控制圖，判斷工序生產是否穩定，不穩定就要找出 引起不穩定的因素進行調整，直到工序生產達到穩態。在保證過程穩態的前提下, 通過計算工序能力指數，Cp, Cpk判斷過程能力是否充足。若不充足，則要采取 措施找出原因進行調整，在重新進行工序過程判斷和過程能力評價。在控制圖的 使用過程中，可采用基于改進BP神經網絡的控制圖模式識別分析生產過程的穩 定性，并識別異常過程的具體模式卩7］。
圖2-5基于MES的SPC流程
2.7系統數據的采集
基于MES的質量信息管理系統最大的特點就是對質量數據的管理，如果把 質量信息管理系統比喻為人，那么質量數據就相當于人的血液。建立質量信息管 理系統就是要找出質量數據中潛在的產品質量變化規律。離開質量數據的采集， 質量信息管理系統就不能準確的反映出生產過程產品質量情況，不能及時的發現 制造過程的質量隱患，給企業造成重大損失。在考慮了企業的實際生產情況和先 進的數據采集技術后，基于MES的質量信息管理系統可采用具有高度適應性和 可擴充性的數據采集方式，包括數據轉換與共享、自動采集和手工錄入。
(1)數據轉換與共享
隨著信息化技術在企業生產管理應用中的不斷深入，企業紛紛實施了 ERP、 PDM、CAPP等信息系統。這些企業管理系統都或多或少的包含了與產品質量有 關的信息，而這些信息正是質量信息管理系統進行質量分析與管理必不可少的。 通過共享數據的方式將ERP、CAD、CAPP等系統中的信息轉換至質量信息管理 系統中，可實現對產品質量的全面監控和管理。高效的數據轉換和共享能力，可 實時的將產品數據存入指定的數據庫中，或從數據庫直接讀取所需要的數據，用 戶可以根據實施的需要自行設置數據存取時間周期。數據庫的數據共享方式可以 選擇并行數據庫、分布式數據庫以及基于Internet的數據庫共享方式【38】。
(2)自動采集方式
離散制造業的生產實際中會涉及到大量的實驗數據、零部件檢測、零件加工 過程的在線監測、計量數據和物料批次數據等。對于這樣的數據，企業可以將常 用信息打印到電子標簽上，車間現場操作工人利用無線射頻自動識別技術采集信 息，并通過以太網和質量信息管理系統設有的各種不同接口存入到數據庫中。通 過自動數據采集不僅大大降低了工人的工作量和提高了工作效率而且還保證了數 據的準確性和及時性。自動數據采集方式還包括計量器、條碼讀卡機和測量器等。
(3)手工錄入方式
考慮到數據采集的經濟性和可行性，手工錄入方式仍然是系統數據采集中必 不可少的一種方式。對于不能自動采集和數據共享的產品質檢數據和生產線運行 狀態數據，可人工利用手動計量儀器或目測進行檢測，再通過信息交互終端或電 腦進行數據的錄入、處理和存儲。
2?8本章小結
本章首先介紹了 AMR、MESA、NIST組織對制造執行系統的定義，闡述了 MES系統在企業計算機集成制造系統中的定位和MES系統功能，明確了其作為 執行層是連接企業計劃層和車間控制層之間的信息橋梁，包括了大量的生產制造 數據，為質量信息管理系統提供數據基礎。分析了典型的集外購、加工與裝配為 一體的離散制造業中影響質量形成的各因素信息，并對其進行了分類。
其次闡述了質量信息管理系統對與企業管理的意義，其能夠為企業管理者制 定方針和政策提供依據，能夠提高企業的質量管理活動效率。在分析了 MES系 統和過程質量信息分類的基礎構建了基于MES的質量信息管理系統體系架構。 并提出應用基于MES的SPC技術，實時對生產工序進行控制。
最后，根據企業生產實際確定系統的數據采集方式主要有數據轉換與共享、 自動采集和手工錄入。
第3章基于MES的質量信息管理總體框架設計
3.1系統的基本功能需求
通過2.3節對離散制造業質量信息的分類研究和2.4節闡述的質量信息管理對 離散制造業生產管理的重要作用和意義分析，基于MES的質量信息管理系統應 該能實現以下功能：
(1)功能集成：產品質量的形成涉及企業生產的多個部門和環節，通過計算 機化的質量信息管理系統要能夠把企業各個相互獨立的職能部門連接起來，實現 信息和數據的順利連接，保證各客戶端均能獲得正確、一致的信息；
(2)基本業務管理：質量信息管理系統要能輔助完成質量部門日常業務數據 (質量檢驗信息、設備、工裝、計量器具的維護、保養與管理信息等)和基本數據 的管理，在系統操作上要盡量簡便易行，方便工作人員對任意的信息表和系統提 供的質量信息的編輯、分析、存儲和維護。基本業務信息的準確記錄保證了質量 數據統計分析和質量追溯數據的準確性；
(3)質量數據的統計與分析：孤立的質量數據無法展現出產品生產的質量變 化情況。另外，現代離散制造業的質量信息具有源頭多、數據量龐大的特點，人 工完成數據的分析已經變得不可能。只有借助于計算機的超級計算能力，按照數 理統計控制理論的方法分析岀現場產品生產的質量情況和質量變化趨勢，并能按 照企業不同層次生產經營管理者的需求輸岀數據報表,為生產決策提供數據支持。
(4)質量追溯：運用合理的標識方法，對影響到產品制造過程質量的實體進 行標識，在系統中合理設計數據表單，當出現的質量缺陷時能夠快速有效的追溯 到全面的影響因素信息，為質量問題根源的查找提供了依據；
(5)用戶權限管理：按照職員所在的組織和角色，給予相應的功能操作權限。
3.2基于MES的質量信息管理系統信息體系架構
在離散制造業中，產品質量是伴隨著產品加工、裝配的形成而形成的。雖然 生產組織者對質量一直高度關注，但在全球化生產的環境下，產品結構越來越復 雜，隨之而來的生產過程越來越復雜，產生的質量數據分析的工作量急劇增大， 對質量信息的采集、傳輸、反饋、處理和查詢的要求也越來越高，所以亟需建立 以信息化技術為依托的現代質量信息管理系統。
根據MES的功能特點及集成應用，結合一般車間質量信息管理系統的信息 模型，構建的基于MES的質量信息管理系統信息模型如圖3-1所示。系統分成用 戶層、應用邏輯層、數據存儲層、控制層四層。用戶層一般包括系統管理員和普 通用戶兩大類型，普通用戶又可以根據車間實際需要，定義不同類別的角色，每 類角色都只能在被授予的權限控制范圍內進行相應的操作，保證了系統的安全性。 應用邏輯層是系統的核心模塊，它主要包括了一般質量信息管理系統中的系統管 理、基礎信息管理、報表管理、來料檢驗管理、工序檢驗管理、成品檢驗管理、 質量數據統計分析等必須具備的功能模塊。信息交互模塊是質量信息管理與生產 過程之間的一座溝通橋梁，實現了質量信息管理系統與車間其它信息系統保持暢 通的信息共享與交互，使質量與生產緊密地結合，從而保證車間產品質量得到更 加有效的控制。數據存儲層主要負責質量信息管理系統的基本數據、數據采集得 到的生產數據、質量系統分析后的質量數據等的存取工作，數據庫一般采用關系 型，根據車間實際需要，數據庫可以是網絡數據庫系統，也可以是實時數據庫系 統。控制層主要負責現場數據的采集，保證質量信息管理系統能及時的得到生產 過程的實時數據。
圖3-1基于MES的質量信息管理系統信息體系架構
3?3系統的功能模塊劃分及各功能模塊詳述
參考企業一般質量管理業務流程，基于MES的質量信息管理系統應該能夠 實現八大應用：各類質量基礎信息管理、質量檢驗計劃、質量控制計劃、各質量 檢驗數據的采集管理、不合格品管理、報表管理、質量數據統計分析、設備等的 維護管理。以上各系統應用分別在基本信息管理模塊、計劃管理模塊、信息采集 模塊、質量問題管理模塊、統計分析模塊、設備/夾具/量具的維護管理模塊和系 統管理模塊中分別實現。各個模塊執行各自的功能，不同模塊之間有數據的傳遞 和共享，避免了數據的反復錄入，保證了數據的準確性和唯一性。該系統的功能 結構圖如圖3-2所示，下面詳細介紹。
3.3.1基本信息管理模塊
基本信息管理是質量信息管理系統進行日常數據管理工作的基礎部分，主要 包括主要產品的基本信息(如產品規格、技術要求等)、生產工藝數據、質量管理 文檔、員工信息、客戶信息、供應商信息等。下面分別詳細介紹：
(1)客戶信息管理
客戶信息管理主要包括對客戶需求變化趨勢的分析，客戶對產品質量的滿意 度評審標準和客戶對產品質量缺陷的反饋信息。客戶信息管理致力于理解客戶現 在和未來的需求，以滿足客戶需求并超越客戶期望。客戶對產品質量缺陷的反饋 信息有助于企業生產過程和質量管理的改進。
(2)產品信息、技術文件、圖文檔管理包括：產品編號、產品名稱、產品規 格、產品工程圖、技術要求等設計信息。
(3)供應商信息
現代企業越來越重點關注與自身的核心業務，而將大多數的非核心業務外包 出去，因此每個企業都需要從外部采購大量的原材料、零部件、半成品、標準件 等。這些外購件的質量對于企業最終產品的質量和生產成本有直接的影響。辦理 采購時對于供應商的選擇主要考慮供應商產品的質量情況、產品交付能力和價格。 產品的價格信息可以參考市場價。供應商產品質量水平和交付能力可以參考歷次 質量統計模塊對供應商產品的檢驗數據分析得到的供應商評價。質量基本信息管 理模塊里對供應商的管理信息主要有：系統內對各供應商的編號、供應商企業名 稱、廠家法人代表、日常業務負責人姓名、負責人聯系電話、供應商企業地址等。
(4)人員基本信息：工作人員是企業生產的主動參與者，完成產品生產的控 制、決策和操作等。人員基本信息主要記錄了工人的姓名、性別、年齡、部門、 教育情況、技術水平等。
(5)生產工藝數據信息：主要包括產品的工藝路線、加工參數、工藝標準等。 該信息是制定質量檢驗計劃的依據。當檢驗員把檢驗數據輸入系統中，系統自動 對比相對應產品工序參數判定是否合格。產品工藝數據信息可以通過數據共享在 CAPP系統中獲得。
(6)質量標準/質量體系文件信息：主要是對企業設計的質量規劃、質量標準 等一些體系文件進行編輯和上傳等，方便員工對目前企業實行的質量規章制度進 行查詢和學習。
33.2質量計劃管理
質量計劃是企業質量活動的開始，是管理人員為保證產品質量根據企業自身 技術水平、企業的質量標準、產品的工藝設計信息和產品質量控制歷史經驗的總 結對未來訂單生產做的質量計劃，主要包括質量控制計劃和質量檢驗計劃。一個 設計科學、有效的質量計劃是質量活動順利進行的前提。
(1)質量檢驗計劃管理
根據國家標準，企業要采取驗證的方法保證采購物資的質量，在工藝流程中 設計必要的檢驗點進行檢驗以驗證上道工序的符合性，要用最終驗證的方法對成 品進行檢驗，保證岀場成品的符合性和適用性。
質量檢驗計劃管理包括：采購檢驗計劃，工序檢驗計劃，成品檢驗計劃。各 個檢驗計劃在內容上除了要包括檢驗計劃編號、計劃名稱、計劃時間、計劃制定 人、檢驗項目、檢驗類型、抽樣數、抽樣頻率、公差等級、計量器具外，針對采 購檢驗還要記錄原材料、標準件等的名稱、型號，對工序檢驗還包括：產品名稱、 產品型號、工序號、工序名稱等。
(2)工序質量控制計劃管理
工序質量控制主要是針對工藝過程的關鍵零件、關鍵工序以及關鍵質量特征 進行控制，保證關鍵工序處于受控狀態。質量控制點主要是：對產品精度、性能 有重大影響的特征和部位；工藝上有要求或對后續加工影響比較大的工序；質量 不穩定，容易出不合格品的工序等。工序質量控制計劃主要內容：產品型號、訂 單號、控制計劃編號、控制計劃名稱、工序名稱、計劃制定人、計劃指定時間、 控制項目、抽樣數、抽樣頻率、公差等級、測量器具、控制圖類型、是否進行工 序能力分析等［刑。當入戶進入質量計劃管理模塊，系統自動提醒當前需要制定質 量計劃的任務。系統為質量計劃管理模塊提供查詢、編輯功能，用戶可以查詢到 已經做好的計劃并可以對計劃添加、更改和刪除。
企業質量部門的主要業務是對企業所有生產活動的質量狀態進行管理，活動 執行過程中受到各種因素的影響。在質量活動的計劃階段，各訂單的生產進度對 計劃的影響很大。質量管理人員制定質量計劃時，既要依照生產的進度選擇合適 的計劃執行時間，又要考慮到有限的質量活動資源的合理分配，保證質量工作人 員、質量檢驗設備在合適的時間發揮最大的效用。基于MES的質量信息管理系 統能夠實時的獲取生產進度信息，有效的解決了質量計劃中質量活動開始時間的 確定，質量檢驗活動資源的分配等問題。
3.3.3質量信息采集管理
質量信息采集管理模塊主要是對質量檢驗數據的采集包括：采購檢驗信息采 集、工序檢驗信息采集、成品檢驗信息采集，質控點檢驗數據采集。質量檢驗活 動嚴格按照質量檢驗計劃規定的要求執行。測量器具的使用要嚴格按操作規范進 行測量并詳細記錄檢驗數據。質量檢驗信息是產品實際加丁后產品質量的真實反 映，詳細、準確的記錄檢驗信息對企業質量控制、質量追溯、質量問題查找都具 有重大意義。質量檢驗分為計數檢驗和計量檢驗。
計數檢驗和計量檢驗在內容上要記錄下檢驗記錄單編號、零件或產品型號、 零件或產品名稱、訂單編號、工序號、工序名稱、設備號，操作人員編號、操作 時間、檢驗項目、檢驗人員編號、檢驗時間卩刃。針對工序計數檢驗還要記錄：樣 本總數、抽檢數、不合格數；計量檢驗內容還包括：實際測量值。
3.3.4質量問題管理
質量問題管理包括：不合格品管理，質量事故處理。不合格品包括：廢品、 返工品、返修品、超差回用品、降等級品。對于不合格品要給予不同顏色或特殊 標志的標識并填寫不合格品申請單，轉到由多部門組成的“評審委員會”來決定。 在質量事故根源的查找上可借助于潛在失效模式分析(Failure Mode and Effects Analysis,簡稱FMEA)對質量缺陷原因進行查找。不合格品申請單內容包括：零 件或產品的型號、名稱，加工批量、工序名稱、不合格項目、加工設備號、加工 時間、申請人、申請時間〔旳。
3.3.5質量統計分析
質量統計分析模塊包括：工序質量控制、工序能力分析和報表管理。質量信 息管理的一項重要工作就是把采集起來的數據進行整理分析，找出質量波動的規 律，把質量波動控制在最低限度。質量統計分析模塊是以數理統計學為基礎，借 助計算機的強大計算能力，把蘊含在檢驗數據中的質量信息展現出來，用以工序 質量控制和工序能力分析。
(1)SPC工序質量控制
控制圖是判斷和預報生產過程質量狀況是否發生波動的一種有效方法【°叭控 制圖的基本思想是把要控制的質量特性值用點描在圖上，若點全部落在上下控制 限內，且排列沒有異常，就可判斷生產過程是處于控制狀態的。控制圖按質量數 據特點可以分為兩種：計數值控制圖和計量值控制圖。
計數值控制圖是以不合格品數、不合格品率、缺陷數等質量特性值作為研究 和控制的對象。目的是分析和控制生產工序的穩定性，預防不合格品的發生，保 證產品質量。常用計數值控制圖有不合格品數控制圖圖、不合格品率控制圖P 圖、缺陷數控制圖C圖、單位缺陷數控制圖U圖。
計量值控制圖對系統性原因的存在反映敏感，效果比計數值控制圖顯著。在 實際生產中，對影響產品質量的關鍵工序和關鍵工位設置為工序控制點，采用計 量值控制圖，觀察工序質量波動情況。制造過程中一旦出現工序質量失控，就必 須從人、機、料、法、環等方面進行工序分析，找到影響產品質量各類因素，找 出主導因素進行控制，使工序回到受控狀態。計量值控制圖主要包括：均值-極差 控制圖(匚-人圖)，均值-標準差控制圖G-S圖)，中位數-極差控制圖)， 單值-移動極差控制圖(x-Rs圖)的。
(2)工序能力分析
工序能力是指在操作者、機器設備、原材料、操作方法、測量方法和環境等 標準條件下，工序呈穩定狀態時所具有的加工精度，亦即制造過程在受控狀態下 所表現出來的保證工序質量的能力⑷如］。工序能力計算公式：
B=6b (3-1)
B為工序能力，b為處于正態分布下的工序質量特性值的標準差。從工序能 力計算公式中可以看出：b越大，工序能力就越低。只有在生產調整和質量改進 中不斷提高質量特性值的一致性，即b的值減小，才能提高工序能力。
工序能力指數是表示工序能力對產品設計質量要求的保證程度，計量型分析 的工序能力指標有q值，Cpk值，§水平。計數型分析不合格品數、不合格品率和 <5水平等。一般要求Cp值在(1.33<Cp<1.67)范圍內，工序能力充足，生產可進行。
(3)質量報表管理 '
質量報表管理主要是用來滿足企業不同用戶對質量數據的編輯、查詢和利用。 在質量報表管理中，用戶在選擇報表的輸出形式時，既可以采用系統默認的格式, 也可以根據用戶實際需要重新設計。從輸出報表的內容上，對于企業計劃層的管 理者，報表內容主要體現企業整體的質量水平和產品質量長遠的變化趨勢；對于 生產任務執行層的管理人員，報表內容主要體現現場生產的質量實時情況。按時 間間隔來分有日、周、月、季度和年報表。以圖文并茂形式輸出的質量報表更方 便用戶對質量變化趨勢的理解。
3.3.6設備/工裝/量具維護管理
設備、工裝、量具是生產加工中必不可少的工具，是影響工序質量因素5M1E 的一部分，做好對設備、工裝、量具的維護保養工作，使它們的精度、性能一直 保持在良好狀態，對于產品的質量的管理非常重要。MES系統的功能組成中包括 對設備、夾具的維護保養管理。所以只要在質量信息管理系統的設計幵發階段留 有數據接口，可以直接獲取到MES系統中的設備基本信息。與此同時在質量信 息管理系統中做出的設備精度報告等設備管理信息也可以通過接口更新到MES 系統中。
對于測量器具的管理企業要予以格外重視。計量、測量器具的精度等問題關 系到現場生產數據信息采集的準確與否。對失真數據信息進行統計分析得到的質 量評審對生產的改進是或無意義的。而且企業的測量方法和結論也是對客戶的許 諾，所以必須使計量器具處于有序管理狀態。測量系統分析(Measurement System Analysis： MSA)是用數理統計和圖表的方法對測量系統的分辨率和誤差進行分析， 以評估測量系統的分辨率和誤差對于被測量的參數來說是否合適，并確定測量系 統誤差的主要成分［⑷。在企業運用MES對量具進行管理中，定期有計劃的對量 具進行評定，得出MES報告和量具精度報告單。
3.3.7系統管理
系統管理模塊的主要任務是用戶權限配置、數據庫維護、幫助文件等。
(1)用戶權限管理在保護企業重要數據信息不被竊取和丟失的前提下，實現 了企業不同用戶在質量信息管理系統上方便、快捷的完成本職工作。用戶權限管 理把對質量信息管理系統的功能操作權限按一定規則分配給了角色，用戶通過成 為企業中某個組織中的角色，獲得與該角色的職責相匹配的功能操作；
(2)數據庫維護。數據庫維護能夠完成系統的初始化、數據備份和系統還原 等操作。系統管理員還可以修改、刪除、增加企業需要的信息項，亦可增加新的 信息集，實現動態構庫，方便管理；
(3)幫助文件是依照系統菜單結構而組織。用戶可以借助系統幫助，對質量 信息管理系統有一個全面了解。
3.4質量信息管理系統的建模
341建模方法
IDEF(ICAM DEFinition method的簡稱)方法是一套用來對復雜系統進行建模 分析和設計的建模方法，其基本概念是在20世紀70年代提出的結構化分析方法 的基礎上發展起來的。1981年美國空軍公布的ICAM(Integrated Computer Aided Manufacturing)工程中用了名為TDEF”的方法，后來稱之為IntegrationDEFintion method,簡稱仍不變。現在KBSI公司將IDEF方法發展成一個建模方法系列。如 IDEF0用于功能模型建模,IDEF1用于描述系統信息聯系，IDEF3過程描述獲取, IDEF5本體論描述獲取，這些建模方法主要方便于在系統開發時程序設計人員之 間的信息溝通與交流；如IDEF1X數據模型建模方法和IDEF4面向對象實現建模 方法，這兩種建模方法的重點是系統開發過程中的設計部分⑷］。
IDEF0建模方法是一種結構化設計方法，它以系統的功能模型和信息結構為 基礎設計系統的軟件結構。在系統設計初期進行概要設計時，可采用IDEF0圖的 分解層次，逐層將其轉化成軟件結構。IDEF0建模方法具有以下優點：
(1)有控制的逐步展開細節，自頂向下的結構化思想分析設計系統；
(2)用簡單的矩形、箭頭和約束規則就能精確性及準確性的描述系統的分析、 設計結果；
(3)通過復查、審閱過程來控制完整性、準確性等質量問題。
IDEF0方法采用嚴格的自頂向下、逐層分解的方式來構造系統功能模型，能 夠全面描述系統每一功能的輸入、輸出、約束和機制。如圖3?3所示IDEF0逐層 分解模型。
IDEFO圖的主要元素是簡單的盒子和箭頭。盒子代表系統的功能活動；箭頭 代表系統處理的數據約束，可以是具體的事物，也可以是抽象的信息［切。如圖3?4 所示是IDEFO表示的一個實例。盒子四周的邊線分別描述了四種約束條件：左邊 線描述完成活動所需數據，也稱為輸入邊線；右邊線表示活動執行產生的數據， 也稱為輸出邊線；上邊線表示活動受到的約束條件，也稱為控制邊線。下邊線表 示活動由誰完成，可以是人、設備、系統，稱為機制邊線。
3.4.2系統的功能模型
結合前文對質量信息管理系統的功能分析，依據IDEFO圖繪制的標準和規范, 繪制的基于MES的質量信息管理系統頂層圖和各模塊的IDEFO圖。圖3-5所示 為系統頂層圖。圖3?6為系統的整體功能模型圖。
圖3-5基于MES的質量信息管理系統IDEFO頂層圖
圖3-6系統的整體功能模型圖
3.5系統功能數據模型
3.5.1建模方法
由3.4節的系統功能建模方法介紹中，我們了解到IDEF1X是一種系統數據 邏輯模型設計的方法，是IDEF系列方法中IDEF1與LDDT的一個子集結合形成 T IDEF1X（IDEF1 extended）,它提供了一種標準的、一致的方法來管理數據【他。
IDEF1X建模方法具有以下優點：
（1） IDEF1X模型語義更為豐富和精致，可充分而清楚的表達企業的復雜數據 信息及其業務規則［例；
（2） IDEF1X有更強的一致性和更高的規范化程度；
（3） IDEF1X定義的邏輯模型更有利于想物理模型轉換。
IDEF1X模型的基本結構中，主要有以下元素：（1）實體用矩形方框表示，可 以表示人、地點、概念、時間等，按照實體間的關系，實體可分為獨立實體（用方 角盒子來表示）和從屬實體（用圓角盒子表示）；（2）實體之間的聯系，用矩形框之間 的連線表示,IDEF1X模型中只允許二元聯系,n元聯系需要n個二元聯系來表示， 聯系分為確定聯系、非確定聯系和分類聯系；（3）實體的屬性，用方框內的屬性名 稱來表示。如圖3?7所示IDEF1X結構示意。
圖3?7 IDEF1X結構示意
按照IDEF1X建模要求，在確定了建模目標，模型實體、聯系、關鍵字、屬 性后，創建購階段邏輯信息模型，設備/工裝/量具的維護保養管理數據模型, 制造階段邏輯信息模型。
3.5.2功能數據模型
圖3-8采購階段數據模型
圖3-9設備/工裝/量具的維護保養管理數據模型
圖3?10制造階段數據模型
采購質檢計劃
檢驗計劃號 進料批號（FK）
) ))
FKFKFK間
— 1 C人時
碼FK)本號定定型目具平 編—版商制制類項數器水 料稱藝應劃劃驗驗樣量驗 原名工供計計檢檢抽計檢
原料基本信息 原料編號 ——
原料名稱 規格
供應商編號（FK）
右采購進料單：
采購質檢記錄表
進料質檢單號 進料批號（FK）
原料編號（FK） 原料名稱
檢驗值
供應商編號CFK） 計量器編號（FK） 檢驗人員 檢驗時間
纟隹護、纟隹修咗己錄 承護、維修單編劭 役備、工裝、量貝 編號<FK）
曰期
部位
人員
覽換材料單號 咸本
更換材料單
更換材料單號 維護纟隹條單編號CFK>
稱格量價價
名規數恚
供應商基本信息
供應商編號
供應商名稱 產品質量 供貨能力 售后服務
總體評價 聯系人
聯系電話
進料批號
原料批號（FK） 供應商編號（FK） 數量
進料質量評價
往料質量評價單審
))F
FKFKC 價
— <號評
號號編驗 期 批編商檢數數數人曰 料料應料本樣格驗驗 進原供進樣抽合檢艷
圖3-8米購階段數據模型
設備、量具臺貝長
設備、工裝、 量具編號
名稱 型號
精度等級 國另U/希（J造商 便用年限 開女臺便用日寸間 價格
備注
報廢申請單
扌艮廢申i青單號
纟隹護維修單編號 CFK〉
設備、工裝、量具編號CFK）
設備、工裝、具名稱 扌艮廢原因 申請人 申請曰期
圖3-9設備/工裝/量具的維護保養管理數據模型
MB®
圖3-10制造階段數據模型
3.6系統組織模型研究
質量信息管理中有很多種工作，大部分工作都需要用戶在系統中完成。在系 統中用戶有級別之分，不同級別之間是上下級關系，同級之間是并列管理。生產 過程中的質量信息管理系統是一個多用戶共享、集成的系統，其管理涉及面和人 員參與量非常大。因此，我們需要在嚴格的保證重要數據不被竊取和破壞的前提 下給予用戶相應的功能操作權限，方便用戶參與到質量信息管理中。對于用戶權 限的管理，依據權限的設定方式不同可分為兩種：基于用戶權限和基于用戶角色, 企業可以根據自己的實際生產情況選擇。
(1)基于用戶權限
基于用戶權限就是說：對于系統中的每個用戶，都要設定其對系統中的每個 數據和功能的最大操作權限，實現方式如圖3?11所示。對于用戶數不是很多的系 統可以使用這種授權方式，針對每一個系統用戶的實際情況直接功能授權，體現 了用戶管理的靈活性。
圖3-11對用戶直接授權的權限管理方式 圖3-12 RBAC的權限模型
(2)基于角色訪問控制的
如果企業規模比較大，參與質量活動的人員比較多，而且考慮到質量信息管 理系統后續與別的信息系統的集成，可以運用基于角色的訪問控制(Role-based Access control,簡稱RBAC)技術對系統進行功能權限管理陽呵。RBAC模型是20 世紀90年代研究出來的一種新模型，這種模型的基本概念是把功能權限或稱為許 可權(Permissions)與角色(Role)聯系在一起，用戶通過成為角色來獲得被分配給該 角色的功能操作權限。基于角色的訪問控制包括4個實體：系統用戶(User)、角 色(Role)、權限(Privilege)和數據對象(Data Object)o該技術模型如圖3?12所示。 在RBAC中，角色就像一座信息橋梁把用戶和功能操作權限聯系在一起⑸］。權限 與角色之間的對應關系是根據企業里工作職責與組織的關系建立的，用戶只要成 為某個組織中的某個角色，就可以通過該角色與權限之間的對應關系獲得功能操 作權限，企業中用戶角色與權限的關系如圖3?13所示。
通過RBAC的權限管理，當企業遇到人事變動如員工離職、新員工入職或員 工職位變遷時，系統管理員只需要將離職員工從組織角色中刪除，把新員工添加 到組織角色中和把職位變遷員工從老的角色中刪除，再添加到新組織的角色中去 就行了，這樣就減小了管理員在對一批權限變更用戶一項一項添加或刪除權限時 的工作量，而且也避免了權限管理過程中很容易弄錯導致的系統用戶該有的權限 沒有得到，不該有的權限卻獲得了的混亂局面。在基于RBAC的權限管理中，可 以根據企業用戶需求把職位、角色、權限之間的聯系固定下來，從而解決系統管 理員權限過于集中的問題。圖3-14展示的是質檢科長與工序質檢員這兩個角色在 基于RBAC的權限管理中角色、功能活動、權限之間的配置。工序質檢員這個角 色具有工序檢驗的職責，因此也就獲得了對質量信息采集管理模塊和質量統計分 析管理模塊的操作權。質檢科長除了具有工序質檢員具有的權限外，還有質量計 劃管理模塊的操作權。
3.7基于MES的質量信息管理系統的特點
傳統質量系統對質量信息的管理主要用于記錄和管理企業中的質量數據，這 些數據雖然覆蓋了企業的所有質量活動，但與工藝設計過程的聯系不夠緊密，對 產品生產過程數拯的分析手段就更加落后〔⑺。這類質量信息管理系統的數據采 集、查詢和處理基本上都在系統內部完成閉環，獨立于生產過程，很少與工藝設 計過程和制造過程的進行數據交互。因此，這類質量信息管理系統僅能滿足質量 部門的日常工作的無紙化操作，不能滿足于在產品質量競爭成為市場主要競爭途 徑的環境下的現代制造企業對產品質量信息的管理。
對于制造業來說，制造過程的質量決定了除產品設計因素外的絕大部分質量, 因此有必要加強對產品制造過程質量信息的管理，及時了解產品質量水平并用于 指導生產。MES擁有制造過程所有的靜態和動態的數據，形成巨大的制造數據集 合，為質量活動的設計、執行、評價和更改提供了豐富的數據基礎。基于MES 的質量信息管理系統，通過與MES系統的動態交互實現質量數據的自動采集， 對比CAPP中的工序級質量特征值，分析出車間生產的實際質量情況。基于MES 的SPC技術能夠實現質量信息管理系統對車間生產的在線工序質量控制。統計分 析后的質量報告反饋給制造執行系統用于生產性能分析的依據。基于MES的質 量信息管理系統，通過質量數據與信息的共享，使生產經營著隨時查閱質量數據, 查找質量分析背后的實際質量問題和質量原因，為制造過程的質量的持續改進， 提供了快速準確的數據服務。
3.8本章小結
本章在第二章構建的基于MES的質量信息管理系統的框架結構的基礎上對 系統的總體信息體系架構進行了分析，總結出系統的功能模塊包括：基本信息管 理模塊、計劃管理模塊、信息采集模塊、質量問題管理模塊、統計分析模塊、設 備/夾具/量具的維護管理模塊和系統管理模塊7大部分，并對各模塊進行了詳述。 介紹了 IDEFO建模方法，設計了系統功能模型。介紹了 IDEF1X建模方法，設計 了采購過程、制造過程的數據模型，為數據庫設計奠定了基礎。在對系統的組織 模型研究中，提出了基于用戶權限和基于用戶角色的兩種權限管理方式。
第4章產品質量可追溯性管理研究
4.1產品可追溯性內涵
可追溯性在IS09000： 2000標準體系中定義為："The ability to re-trace the history, use or location of an entity by means of recorded identification ",即追溯所考 慮對象的歷史、應用情況或所處場所的能力。當考慮產品時，可追溯性涉及到： 原材料和零部件的來源；加工過程的歷史；產品交付后的分布和場所3〕。根據定 義，可追溯性的內涵應包括：第一，追溯是個過程，所考慮的對象可以是一項活 動、一個產品、一個機構或一個人。當所考慮的對象是產品并以追溯產品質量為 目標時，追溯過程被稱為產品質量追溯。第二，可追溯性是一種能力，在質量管 理中往往通過標識、記錄等手段使追溯對象具有特定的標識，以便需要時可追查 其產地、操作者、加工過程的條件等情況，為分析原因提供依據。
從信息系統的角度看，可追溯性內涵包括兩部分：跟蹤與追溯。跟蹤可理解 為在產品的生產制造過程中通過標記相關質量數拯來跟蹤產品的生產執行情況； 而追溯從廣義上來看包括向前追溯和向后追溯。沿著產品生產制造過程方向進行 追溯的稱作向前追溯，主要是預測可能出現的質量隱患；相反，逆著產品生產制 造過程進行追溯的稱作向后追溯，主要是為診斷已經發生質量問題的根源〔呵。從 另外的角度，也可以把追溯過程理解為從原材料到所有最終產品的收斂和從最終 產品到原材料的展開過程，分別與產品質量的正向追溯和反向追溯相對應［河。圖 4-1為產品可追溯示意圖。
圖4-1產品可追溯示意圖
正向追溯和反向追溯的含義不同，作用也不同。反向追溯的作用：在企業生 產過程中發現產品質量問題時，從存在質量問題的最終產品出發，反向追溯該問 題產品的生產過程，通過調取該產品生產過程中的所有影響產品質量形成的要素 信息即5M1E（操作者、設備、工藝、原材料、環境和測量）信息，檢測、分析出問 題的根源，為產品質量問題的診斷提供幫助；正向追溯的作用：在確定了問題產 品的根源后，可以通過對質量數據的標識，從存在問題的批次原料或部件出發， 利用正向追溯去找到受到同樣影響的具有潛在質量缺陷的最終產品，有利于防止 問題產品或部件的召回或再進入到下道工序，給客戶或企業造成更大損失。因此， 又可以將反向追溯和正向追溯分別成為“診斷原因追溯"和“預測結果追溯” [53]o
4.2離散制造業制造過程質量追溯需求分析
產品質量可追溯性起源于對食品行業的質量控制，主要用于規范食品制造商 對原材料的選用和生產制造活動，以滿足人們對于食品安全的要求。在各個國家 強制性的要求食品企業建立產品追溯制度后，不論是食品企業自身還是食品行業 整體，食品質量都有了很大的提高。在生產全球化和客戶需求多樣化的環境下， 客戶對產品交貨期的要求也越來越苛刻,每個生產企業都處于全球供應鏈的一環， 這直接造成了一個企業產品出現質量問題，也會直接影響到供應鏈下游企業的生 產。生產過程的復雜化，產品質量控制越來越困難，以往“將材料轉變為產品” 的黑匣子式生產模式，已經不能在滿足企業生產發展的需求，現代企業生產需要 將這些生產過程透明化、具體化［呵。鑒于質量追溯制對整個食品行業的產品質量 水平的有效控制，越來越多的現代企業建立起適合自己發展情況的追溯制度，以 幫助企業解決來至內外部的各種質量壓力。實現質量追溯對離散制造業尤為重要:
(1)全球供應鏈的形成，企業之間的競爭已經達到白熱化，產品質量競爭已 經成為企業競爭的重要手段。以企業作為供應商而言，客戶要求企業能夠擁有完 善的質量控制體系，能夠持續不斷、穩定的供給合格的產品，以保證客戶正常生 產活動的進彳亍。因此，完善的質量控制體系是企業參與到全球供應鏈競爭中的前 提條件。而由ISO質量管理體系可知：企業產品質量管理體系的重要構成部分中 就包括質量追溯制度。因此對于離散制造業而言，實現企業在激烈的全球市場競 爭中立于不敗之地重要手段就是建立健全完善、有效的質量管理和質量追溯體系；
(2)現代離散制造業，產品結構越來越復雜，產品配置也有多個版本，相同 版本的產品配置又有不同的工藝版本，在實際的生產活動中可以選擇不同的路徑， 產品質量信息分散在各個職能部門，這就給有效地發現、分析和解決產品的質量 問題造成了困難。有效的產品質量追溯能夠追查到產品質量形成過程中的各種質 量信息，還原產品制造的各個環節，這可以非常有效的幫助企業查找質量缺陷問 題的根源，從而為預防和改進生產活動指明了方向，有利于產品質量的持續改進；
(3)離散制造業的產品生產中，對于由于產品工藝設計不合理，采購件批次 質量存在缺陷的系統性的質量問題，會造成企業大范圍的不合格品的產生。產品 召回是一個既費錢又費時間的過程，由于沒有一個有效的質量追溯體系，在企業 的缺陷產品召回中往往不能確定缺陷產品的范圍，不是把范圍擴大化導致把合格 品當缺陷產品召回，就是召回范圍縮小導致缺陷產品沒有完全召回，質量隱患沒 有完全消除，給企業和客戶造成較大的成本損失。因此，企業需要建立有效、完 善的質量追溯體系，幫助企業找到質量問題的根源，并確認缺陷產品的位置和狀 態，采取措施進行補救，把成本損失降到最低。
傳統的質量系統對質量的追蹤主要用于追溯離線狀態下的質量數據，這些數 據雖然覆蓋了所有的產品質量活動，但聯系工藝設計過程和產品制造過程的數據 分析手段比較落后，對制造過程的實時追蹤力度不夠［旳。MES作為車間生產管理 系統，是連接企業資源計劃ERP和底層設備自動化系統PCS的重要橋梁。它包 括了車間生產過程中大量的靜態和動態數據。而且產品的可追溯性是衡量MES 系統的重要組成部分,ISA協會發布的SP95標準的第三部分明確的定義了制造作 業過程活動之間的關系，也非常適合生產跟蹤和追溯[殉。MESA組織在白皮書中， 將MES系統中的追溯歸結為產品的跟蹤和譜系，從制造過程的角度明確規定了 滿足可追溯性的各種要求，通過對生產過程信息、質檢信息和不同物料之間的組 成變化信息等產品生產信息的實時采集和歷史記錄，實現對產品的正反向追溯 [12]
O
4.3基于MES的質量信息管理與質量追溯集成的可行性分析
在全球化生產的環境下，離散制造業為使自己在日益白熱化的競爭中立于不 敗之地，紛紛通過改變生產方式和加強質量管理來增強自身的核心競爭力。傳統 的車間數據管理一般是由質檢人員使用簡單、低精度的測量器具對被測項目進行 測量，手工填寫數據表單，再由專職人員把各數據表單收集起來并對相關數據進 行整理和分析。由這種簡單粗糙的數拯管理方式得來的信息不僅內容兀余度大， 時效性也差。隨著計算機信息技術在企業應用的不斷深入，建立以計算機數據庫 技術為基礎的質量追溯系統，能夠幫助企業極大的提高質量追溯的效率和準確性。 通過對基于MES的質量信息管理系統的分析可知，該質量信息管理系統不僅能 實時獲取產品制造過程的質量數據，而且與CAPP系統動態交互，獲取產品工藝 信息，這為質量追溯系統提供了數據基礎。因此，離散制造企業制造過程的質量 追溯系統完全可以再現有的基于MES的質量信息管理系統的基礎上實現。
(1)基于MES的質量信息管理系統與質量追溯體系集成的必要性
全球供應鏈的形成，市場需求多樣化、產品結構復雜化以及客戶對企業的質 量控制能力、質量追溯能力都有了更高的要求。由企業生產行為導致的產品質量 缺陷給消費者造成的損失，要由企業負責。在這種市場優勝劣汰的法則面前，如 何實現對產品制造過程質量的有效控制是擺在企業面前最迫切的問題。基于MES 的質量信息管理通過對問題產生的原因、機理、演化和實時控制，幫助企業做好 制造過程的產品質量控制。企業建立質量問題追溯制度的目的是更好的發掘質量 信息、落實質量責任，更好的對產品質量進行管理。作為對目前質量信息管理系 統功能的補充，所以有必要將二者集成。
(2)基于MES的質量信息管理系統與質量追溯集成的可行性
首先，基于MES的質量信息管理與質量追溯的目標是一樣的，都是為幫助 企業提升產品質量。基于MES的質量信息管理能夠通過質量檢驗、質量控制發 現質量缺陷的產生并報警，經控制圖等各種統計控制方法分析問題后，確定問題 發生的原因，反饋給生產管理者采取措施進行補救。通過質量追溯查看產品的歷 史制造過程信息，能夠幫助管理者更全面在分析問題、解決問題，在對質量問題 進行補救時，防止對問題產品的遺漏。
再則，基于MES的質量信息管理系統與質量追溯系統有相同的數據基礎要 求。基于MES的質量信息管理系統要實現從采購件檢驗到零部件生產再到產品 組裝整個過程的質量信息的采集與控制。通過控制關鍵工序的質量活動，確保生 產活動持續穩定的生產出合格產品。對于生產制造過程中發現的質量問題，可以 通過質量追溯再現生產過程，再次分析產品質量形成過程，發現問題，解決問題。 快速、有效的質量追溯也需要建立在對從原材料投產到產品裝配完成過程中的質 量數據詳細記錄的基礎上的。可見基于MES的質量信息管理與質量追溯都要求 對整個影響產品質量形成的因素信息進行管理。因此基于MES的質量信息管理 與質量追溯的集成是可行的。
4.4離散制造業產品批次追潮方法研究
正如IS09000族標準中對可追溯性的理解:采用合適的方法，實現對必要產 品的追溯，而標識方式可根據所生產產品的特點而定。鑒于在質量追溯管理中使 用批次管理具有經濟性、準確性[53]O本節探討離散制造業產品批次跟蹤管理為基 礎的質量追溯系統。
批次的定義：一批加工的原料，在經歷了若干過程后到達最終的生產狀態， 中間形成若干半成品、產品的全過程稱為“批”，給對應的批一個唯一標志，將該 標志稱為“批次” 3】。可見，批次是物料的一個籠統代表。離散制造業實施質量 追溯的難點在于該行業的大部分產品結構復雜，組成產品的物料可能會來至多個 供應商，而且同一產品可以使用不同的加工路徑形成，但不同的加工方法、不同 的生產條件又造成了產品質量特性多少會有一些差距。因此就需要在生產的一開 始把不同質量特性的物料用批次區別開來，并且隨著物料加工生產條件的不斷變 化及時更新批次，使其一直都能唯一識別物料的特性。
4.4.1產品批次的形成過程
由批次的定義可知：批次是用來標識物料的，當物料狀態變化時批次也要相 應的更新以對應新物料狀態。由一般企業的生產加工流程可知：產品及其零部件 的批次主要在采購，自制件加工，產品裝配過程中形成。
(1)采購件入庫。企業采購件包括原材料、零部件、標準件、外協件等，采 購件的質量是產品質量的一部分。當生產中發現質量缺陷時，經分析是由于采購 件產品質量缺陷導致的產品生產質量異常，這時要能通過批次標識找到缺陷采購 件的供貨商信息。采購件到貨經檢驗合格入庫時，要做好對采購件的標識。供貨 商供貨時會提供其所供采購件的批次號，我們一般不用，而是根據本廠生產實際 情況重新給采購件進行物料編碼，通過這個編碼要能找到供貨商信息，并且能確 定該供貨商具體哪天第幾次供的貨。因此，在采購件入庫時，要同時記下對采購 件賦予的新物料批次和供應商提供的供貨物料批次；
(2)自制件加工過程中。自制件加工時先去倉庫領料，在領料時物料的編碼 就是采購件入庫時我們為采購件賦予的新的物料唯一編碼。自制件的加工要經過 多個工序，每個工序后要經過檢驗，合格后進入到下個工序加工或入庫。在生產 實際中，有時一個工序可以在多個設備上進行加工，因此為詳細記錄自制件的加 工過程，要求在每個工序加工完成檢驗合格后都要更新物料編碼。物料在經過第 一道工序加工前的編碼稱為消耗物料唯一碼，第一道工序加工完成經檢驗合格后 消耗物料唯一碼更新成產出物料唯一碼。以此類推直到自制件加工的最后一道工 序加工完成檢驗合格后，生成的產出物料唯一碼作為該批次物料的編碼入庫。在 對自制件的加工過程進行追溯時，依據自制件的產出物料唯一碼，就可依次查詢 到對應該道工序的消耗物料唯一碼，以此類推直到第一道工序前的物料編碼即對 應采購件的編碼。通過查詢產出物料唯一碼，就可以查看產品任務在每個工序的
完成情況，以及產品任務總體完成情況；
(3)產品裝配過程中。產品裝配要經過多個裝配工序，每個裝配工序完成檢 驗合格后，再進入到下個裝配工序。和自制件加工過程中物料批次的形成類似， 在產品的每個裝配工序完成檢驗合格后也要更新物料編碼。在每一道裝配工序前, 詳細記錄所消耗的采購件和自制件的物料號，每一道裝配工序完成檢驗合格后生 成產出物料唯一碼。因此在裝配工序中只要知道了產出物料唯一碼，就可以查詢 到在該裝配工序前的所有消耗物料唯一碼。在最后一道裝配工序完成檢驗合格后, 生成的產出物料唯一碼作為該產品的最終編碼入庫。在訂單發貨時，可以以裝配 工序的最終編碼作為產品的批次號，登記在產品出庫單上。
4.4.2產品的批次清單
天津大學的趙濤教授在面向產品可追溯性的批次清單構建研究中提出的批次 清單(Bill of Lots,簡稱BOL)的概念是：批次清單BOL是定義產品批次構成的技 術文件，是構成父項裝配件的所有子裝配件、零件和原材料的批次清單，以及制 造一個裝配件所需每種零部件批次的清單【旳。圖4?2所示為物料批次為A010的 裝配件的BOL。批次為A010的裝配件分別是由批號為B210、B220、B230的部 件組成的。批次為B210部件是由批次為C310、C320的零件組成，批次為E220 的部件是由批次為C330、C340的零件組成。可以看出BOL的形式類似于產品結 構BOM,但又與BOM有本質的區別。BOM是面向產品的，是事先制定標準不 變的，表示的是產品及其成分之間的結構關系；BOL是通過在生產加工過程中形 成的。也就是說，在生產前可以確定構成最終產品的原材料、零部件的種類和數 量，但不能確定最終產品是由那批原材料、零部件組成。BOL的重要性在于通過 BOL的形成，明確了最終產品的批次與零部件批次的關系，為可追溯性的實現提 供了一種手段〔斶。在生產過程中，如果發現裝配件A010出現質量缺陷，經分析 是由組成它的批次為C310零部件的質量缺陷造成的。批次為C310的零部件具有 相同的質量特性，為把企業損失降到最低，需要把批次為C310的其它零部件找 到，檢查是否具有同樣的質量問題。批次清單記錄了零部件的裝配信息，通過查 詢批次清單可以確定批次為C310的所有零部件的位置。
裝配件(A010)
零件(C310)零件(C320)零件(C330) 零件(C340)部件(B230)
圖4?2產品批次清單
4.4.3批次容量的合理定義
實現批次追溯管理的第一步是合理定義批次容量的大小。批次容量大小關系 到通過批次追溯到的相關原材料、部件的精確程度。很容易理解，一個大的批次 容量，只能提供一個較小的精確度。當確認某一個零件出現質量缺陷時，通過該 缺陷零件的物料批次反向追溯具有同樣質量缺陷的零件時，就會發現有大量的零 件會被劃分到缺陷零件中，這不僅增加了對質量缺陷分析和產品召回的工作量， 而且也不現實。當批次容量定義過小時，雖然提高了追溯的精確度，只有很少一 部分零件或產品被定義為缺陷產品，但批次容量過小，卻增加了物料批次管理的 工作量，而且對于一些引起質量缺陷的系統性原因，往往需要比較大的質量數據 才能夠分析出。
因此，對于批次容量大小的定義要依據質量追溯的經濟性和適用性原則，合 理定義。對于經濟價值比較低的零件或產品，可以采用比較大的批次容量。相反， 對于單個價值比較大、生產轉化過程復雜的零件或產品，出現質量缺陷時企業損 失慘重時，應當定義相對比較小的批次容量。
444產品批次完整性的保持
在企業批次追溯的實施過程中還需特別注意管理批次記錄的完整性和獨立 性。完整性是指從訂單生產開始的物料采購到訂單交付的整個過程中關于產品批 次的形成過程要詳細準確的記錄。獨立性是對多個批次產品而言的，每批次產品 要能與其他批次產品區別開來不混淆。批次的獨立性和完整性的保持度決定了產 品可追溯性的可信度，批次完整性的破壞會擴大缺陷疑似范圍W 所以在生產中 要極力避免以下3種情況：
(1)批次錯配。批次錯配是指在產品加工過程中，原材料經過某個過程轉化 成半成品或成品，但原材料的批次和新產品的批次不匹配。導致，要么一個原批 次被用在了兩個或更多批次中，要么是新批次中包含多個原批次；
(2)批次尾部混合。批次尾部混合是指一個批次貨物的開始和另一個批次貨 物的結尾混淆在一起，導致這種情況的原因是車間生產往往是多個零件任務在同 時進行，產品在以批次連續加工過程中，沒有與相鄰批次產品分隔造成的；
(3)批次順序混合。在車間生產中，如果記錄和控制依賴于先進先出原則， 那對原則的不重視常常會導致批次順序混要。
離散制造業產品的工藝過程比較復雜，工序生產過程也不連續，這給批次完 整性和獨立性的保持造成了困難。生產中可以采用以下原則：物料在不同工序或 不同車間流轉時，注意不同批次的物料分開裝，即確保同一個運輸容器只裝同一 批次產品，不同批次產品或半成品一定要分開裝，并且在容器上醒目的標明批次 或采取流轉卡與容器隨行；當在工序加工中，有多個批次的產品需要加工時，一 定要確保…個批次的產品加工完成再去加工另一批次產品；工人一定要遵守先記 錄產品批號，在進行數據采集，并且對產品數目進行核對的原則；運用數據自動 采集儀器如RFID、條形碼等方法對批次進行跟蹤管理。
4.5離散制造業可追溯性的對象分析
從一般企業產品的形成過程來看，可以把產品形成過程大致分成兩個階段即： 產品設計階段和產品制造階段，與其對應階段的產品質量稱為產品設計質量和產 品制造質量。從現階段我國制造業整體發展水平來看，我國的大部分制造業還處 于全球供應鏈的下游，主要完成對供應鏈上游企業產品的生產制造。因此，我國 制造業的當務之急是加大對產品制造過程質量的管理。產品質量追溯制是企業質 量管理的重要組成部分。由離散制造業產品質量的形成過程和產品質量的可追溯 性含義可知：離散制造業產品質量的可追溯性對象主要是：對采購件的信息追溯， 對產品工藝信息的追溯，對加工制造過程信息的追溯。
(1)采購件的可追溯性
采購件包括原材料、零部件、標準件和外協件。原材料是產品的基體，零部 件、標準件和外協件的質量是組成產品質量的重要部分。采購件的可追溯性是指 對采購件的來源、質量情況等信息的追溯。跟據3.4節對采購件的質量影響產品 質量形成的分析，可以看出采購件的質量是產品質量的重要輸入之一。采購件的 質量缺陷會造成產品質量的各種缺陷。因此，采購件的質量是離散制造業產品制 造過程質量追溯的一項重要組成部分。
(2)工藝信息的可追溯性
工藝信息的可追溯性是指對產品工藝設計中的工藝路線的選擇、工藝參數的 確定等信息的追溯。工藝設計是連接產品設計與產品制造的橋梁，其任務是按照 產品工程圖上的要求把原材料加工成客戶所要求的產品。工藝設計過程包含了產 品制造所必須的物料選擇、工藝路線制定、工序參數的確定等信息。在批次容量 定義比較大或多個產品訂單使用同一工藝時，一旦工藝設計有問題，會造成大量 的產品存在缺陷，給企業造成非常大的損失。所以對工藝信息的追溯是質量追溯 的不可或缺的一部分。
(3)制造過程信息的可追溯性
車間制造過程是產品質量的具體實現過程。在造成生產制造過程產品質量波 動的5M1玖人、機、法、料、環、測)分析方法中有4個因素是與制造過程直接相 關的。對制造過程質量影響的因素主要有：操作人員的生產操作技術水平、實際 操作方式，設備工裝的使用年限、精度、性能，車間的環境如溫度、濕度，測量 系統的分辨率和誤差。由于車間生產的人員是流動的，設備的運行、壞境等也不 是一層不變的，如果在加工某批次產品時不能詳細記錄下這些影響因素，當岀現 質量問題時，就無法對車間生產的實際加工情況進行分析。因此，制造過程的信 息是質量追溯的重點關注內容。
綜上所述，離散制造業制造階段質量的追溯就是對從原材料采購到產品交付 整個過程的追溯。追溯的信息主要可以分成采購件的相關質量信息，產品工藝信 息，加工制造過程信息。總結離散制造業制造過程產品質量追溯的對象如圖4?3 所示。
圖4-3質量追溯的對象
4.6質量追溯數據建模
結合實際生產業務流程，用IDEF1X數據建模方法建立的制造過程質量追溯 數據模型如圖4?4所示〔】2】。該模型包括13個實體，按可追溯性的功能分為以下幾 個部分：基礎數據部分、工序資源部分、工序資源反饋部分、質量檢驗信息部分、 物料演繹關系部分。
物料演繹關系實體模型以生產中的產品工序任務為中心，詳細記錄了工序的 物料消耗和物料產出之間的關系。當零件加工任務開始時，記錄原材料和毛坯、 毛坯和自制零件、自制零件和裝配件的關系，可以詳細準確的把各物料此次的組 成變化存儲下來。每完成一個訂單生產任務，便得到其相應的批次清單，如果該 產品的組成零件很多，批次任務包含多層次的零件組成，就得到了一個多層的批 次組成清單。物料批次組成關系以工序號、消耗物料唯一號、產出物料唯一號作 為主線，能夠實現以物料為入口的向前向后追溯和以工序任務為入口的物料關系 查詢。
卿唯-號(FK) A
工厲號(FK)
翳編號(FK) |
謝號(FK)
劭開刪間
麵完工畔間 k
圖4-4質量追溯數據模型
4.7質量追溯分析過程
在完成了對企業質量追溯系統的追溯對象、批次清單和數據模型的研究后， 企業的質量信息已經能夠聯系在一起，但質量追溯系統的工作絕不僅僅是對質量 數據的簡單組織。通過對基于MES的質量信息管理系統的分析可知，質量信息 管理系統中包含了企業質量追溯的大部分質量信息。質量追溯系統主要工作是在 質量信息管理系統的各功能模塊的支持下對造成產品質量缺陷因素的信息進行提 取和管理。
(1)質量追溯過程基礎
質量追溯是一項對產品生產歷史活動的再現過程。在系統進行產品質量追溯 前，其基礎工作做的是否充分對系統追溯到的信息的有效性影響非常大。質量追 溯的基礎工作主要包括：質量信息明確的標識，物料批次的管理，質量信息的實 時采集。基于MES的質量信息管理通過與MES和CAPP的動態交互，把影響產 品制造過程質量形成的信息收集起來，為質量追溯提供了數據基礎。
(2)質量追溯的開啟條件
質量追溯系統的開啟條件為基于MES的質量信息管理系統的質量統計分析 模塊在發現工序異常和質量數據采集模塊在檢測到不合格品等質量異常事件時。 在基于MES的質量信息管理系統中，不合格品的產生、控制圖失效報警、工序 能力不足、顧客對產品質量缺陷的反饋都是質量問題追溯的開啟條件。問題產品 的物料唯一號、產品名稱等信息便是質量問題追溯的開啟信息。
(3)制造過程信息追溯的實現
離散制造業產品車間生產過程是產品質量形成的主要場所。車間生產中人員 是動態的，設備運行情況是動態的，車間環境，工裝、量具的精度都會對產品的 質量造成影響。通過跟蹤生產制造階段從制造到質檢的所有環節，記錄工序生產 時的設備編號，人員編號，量具編號，質檢信息、時間等信息。在岀現質量缺陷 時，通過問題產品的物料唯一號追溯調查車間生產歷史和現行記錄，用統計分析 工具分析是否是測量系統的誤差或分辨率造成的質量特性值測量有問題。
(4)采購件追溯的實現
當在生產加工中或客戶使用中出現質量問題，經分析是由采購件的質量缺陷 引起的，由于供貨商提供的批次采購件是具有相同質量特性的一批產品，因此有 必要對這一相同批次的采購件進行質量追溯，以確定同批次其他采購件是否具有 同樣的質量缺陷。追溯時，通過缺陷產品的物料批次即產出物料唯一碼和物料批 次清單能夠搜索到同批次其余采購件的所有去向。對于在倉庫中還未使用的采購 件，要立即隔離并重新檢驗；對于已經使用但還未出廠的，要立即停止該批次采 購件的使用，等待重新檢驗確認合格后在進入下一道工序生產或發貨。對于已經
發貨的，要立即確認流向了那個客戶并通知客戶，同樣等待廠家進行檢驗沒有問 題后，再繼續使用。如果有問題就要通過該采購件的批次找到對應的供貨商，辦 理退貨或要求索賠。
(5)工藝信息追溯的實現
現代離散制造業的產品結構越來越復雜，連接產品設計和產品制造的工藝設 計也越來越復雜，因此即便工藝設計人員仔細審閱工藝，繁忙的工藝設計工作中 也難免會有失誤。由工藝設計缺陷引起的產品質量問題屬于系統性缺陷，其質量 問題具有相同的屬性。對于車間生產而言，產品的工藝流程就是產品的生產制造 準則，加工路線加工參數都要依據工藝設計上的規定來執行。這也造成了一旦發 現是由于工藝設計造成的質量缺陷，會有大范圍的質量缺陷產品。在產品質量出 現缺陷時，通過缺陷產品的物料批次唯一號，找到對應產品的編號，就能找到該 批次產品生產所用的工藝版本。
經以上分析,質量追溯系統是通過質量缺陷產品的物料批次自動關聯到進貨 批號、產品編號和工序號實現對供應商、工藝信息、生產制造過程信息的追溯。 質量信息的追溯流程如圖4-5所示。
物料唯一碼
圖4-5追溯示意圖
4.8質量追溯的應用實例
軸承作為基礎部件廣泛應用于國防、農業、工業、交通等各個領域。作為產 品整機的基礎部分，軸承質量的好壞直接關系到產品的性能。根據軸承工作的摩 擦性質，可分為滑動軸承和滾動軸承。滾動軸承能夠將運轉的軸與軸座之間的滑 動摩擦變為滾動摩擦，從而減少摩擦損失，它包括4大部分：外圈、內圈、滾動 體（球和滾子）、保持架。基于MES的質量信息管理與質量追溯系統應用到滾動軸 承制造車間，能夠記錄滾動軸承制造質量形成的全過程，而物料關系的準確記錄 保證了產品的可追溯性。
4.8.1滾動軸承的關鍵工序
本節在前文對質量追溯系統的研究基礎之上，以某軸承制造廠的滾動軸承產 品加工為例，對滾動軸承加工制造過程的質量進行追溯。該廠的滾動軸承產品中 保持架、滾動體一般選擇外購，主營業務是內外圈加工以及滾動軸承的裝配。所 以，該廠滾動軸承產品質量的組成主要是：采購件中滾動體、保持架的質量以及 加工軸承內外圈的原材料質量，軸承內外套圈的各加工工序的質量、滾動軸承裝 配工序的質量。
軸承內外套圈在精加工前經過熱處理，表面硬度大大提高，車削等加工方法 不僅不能滿足軸承加工精度的要求，也不滿足批量生產的要求。因此，軸承內外 套圈的加工一般選擇磨床加工［別。軸承的裝配是軸承內外套圈、保持架、滾動體 的集成，是產品達到質量要求的最后加工制造階段。
內套圈的主要加工工序：磨內圈雙端面、竄光、粗磨內圈外圓、精磨內圈外 圓、精研內圈外圓、拋光、精磨內圈孔、精磨內圈溝道、精研內圈溝道、清洗油 封包裝。
外套圈的主要加工工序：磨外圈雙端面、竄光、粗磨外圈外圓、精磨外圈外 圓、精研外圈外圓、拋光、修磨外圈外圓、精磨外圈溝道、精研外圈溝道、清洗 油封包裝。
軸承裝配主要工序：內外圈配套、套圈退磁、裝保持架、壓腳、清洗、檢查、 淋油防銹、注脂、裝防塵蓋。
尺寸公差、表面質量（表面粗糙度、裂紋、表面殘余應力等）、形位公差（圓度、 同軸度等）、硬度等是滾動軸承的內圈、外圈生產加工過程中的主要質量特性。其 中軸承內圈孔的加工質量決定了以后軸承使用過程中的配合性和互換性。良好的 軸承內外套圈溝道的加工質量能夠顯著的減小內外套圈與滾動體的摩擦力，從而 有效的降低滾動軸承高速運行中的振動和噪聲，提高了使用壽命。
軸承裝配的主要質量特性有：游隙、尺寸偏差、旋轉精度、振動、噪聲等。 游隙是影響軸承工作性能的重要因素，游隙的合理選擇，能夠使軸承所受負荷均 勻合理的分布，減小軸承工作中的震動和噪聲保證軸承的旋轉精度。軸承裝配中 的游隙、尺寸偏差、旋轉精度和良好潤滑會直接影響產品的使用效果和軸承的使 用壽命。
根據滾動軸承產品的工藝過程和歷史質量管理經驗可知：軸承內圈內孔和溝 道的精加工和軸承外圈溝道的精加工以及滾動軸承的裝配加工是對滾動軸承產品 的質量影響最為重要的過程跑L
4.8.2滾動軸承生產過程批次編碼的實現
軸承生產企業的車間質量信息管理和質量追溯的基礎工作是把對造成車間生 產中質量波動的各因素信息組織管理起來。這些影響因素的具體信息主要是：生 產操作者的工作技能水平和受教育程度信息，機床刀具等的使用年限、保養維護 和精度信息，產品工藝設計的制定人和詳細設計內容信息等。實現對軸承生產準 確、高效質量追溯的前提是對這些質量信息的正確編碼。軸承生產企業的產品具 有品種多批量大的特點，產品生產過程不連續，為典型的離散制造企業。因此， 在質量信息管理與質量追溯系統中需要編制的代碼很多，如設備、工裝、人員、 物料等代碼，這些代碼既是記錄軸承生產活動的標識，又是進行質量信息管理與 質量追溯過程中數據元素的基礎。
針對軸承企業生產中產品數量比較大，單件產品價值比較小的實際情況，對 于軸承產品批次的編碼采用批量批次編碼。產品批次的生成主要在采購件到貨、 自制件生產加工過程中、軸承裝配過程中。
在編碼過程中應注意減少編碼的隨機性和不規律性。批次的編碼要具有唯一 性、簡明性、可識別性、可擴充性、可移植性。唯一性能確保質量追溯的準確性; 結構簡單、編碼位數少的代碼便于工作中記憶、輸入和管理；可識別性是指編碼 中要包括一些代表性的關鍵信，與其他批次產品易于辨別；隨著企業發展，生產 規模的不斷壯大，系統中的編碼要具有可擴充性。根據以上對軸承生產過程數據 編碼和批次編碼的分析，設計的軸承企業的編碼體系。表4?1所示為基礎信息編 碼表。
表4-1基礎信息編碼表
序號 名稱 編碼定義 示例
1 產品 分類碼B+訂單序號(3)+分批號(2) B21002
2 員工 分類碼P+部門代號(2)+流水號(3) P01001
3 設備 分類碼M+設備類型(1)+流水號(3) MM023
4 采購件 分類碼O+供應商代碼(2)+時間批次(8) OMB12021103
5 其他 分類號X+信息類型(3)+信息記錄編號⑶
軸承內外套圈的物料批次編碼和軸承裝配的物料批次編碼是在加工過程中形 成。軸承內外套圈生產中物料批次的格式如圖4-6o軸承裝配過程中物料批次的 格式如圖4-7o
12 3 4 5 6
圖4-6內外套圈生產中物料批次的格式
1：分類碼，用3位字母表示。軸承內圈用BIR表示，軸承外圈用EOR表示;
2:工序代碼，具體參考工序編碼表；
3:零件型號代號，具體參考產品及零件型號編碼表；
4:訂單信息碼，3位數字或字母表示；
5:分批號，2位數字表示；
6:時間信息碼，6位，表示當前時間。
1：軸承裝配分類碼，用BA字母表示；
2:裝配工序號；
3：零件型號，具體參考產品及零件型號編碼表；
4:訂單信息碼，3位數字或字母表示；
5:分批號，2位數字表示；
6:時間信息碼，6位，表示當前時間。
根據軸承的實際加工制造的業務流程特點，選取編碼設計過程中與其他編碼 關系密切，比較關鍵的軸承零部件和各加工主要工序的編碼表進行設計，如表4-2 和表牛3所示。在對信息實體的編碼中，阿拉伯數字、漢語拼音的首字母或實體 英文名稱的縮寫是較為常用和實用的三種方法。在本文的軸承零部件和各加工主 要工序的編碼表設計中采用的是各實體英文名稱的縮寫作為代碼。在完成軸承零 部件和各主要加工工序的編碼后，按照前面所述的基礎信息編碼和物料批次的編
碼的格式， 完成整體信息代碼的設計。
表4-2軸承零部件編碼表
1 2 3 4 5 6
零件名稱 零件編碼 滾動體
R 保持架 內圈套 外圈套
C 1R OR 密封圈
SR 防塵蓋
DC
表4-3軸承制造工序編碼表
工序名稱 熱處理 磨端面 磨外圓 磨溝道 磨內孔 清洗
工序編碼 HT FG GC MC GH CN
工序名稱 分類 裝保持架 注油脂 裝密封圈 裝配結束 包裝
工序編碼 CL LC NG LR AE PE
4?&3滾動軸承的批次追溯
在滾動軸承生產時，依據對滾動軸承主要質量組成、質量指標以及關鍵工序 的分析，做好質量檢驗計劃和質量控制計劃。質量數據的采集主要采用自動采集 方式，對于一些不能自動采集的數據，質量信息管理系統提供質量數據手動錄入 窗口。滾動軸承的批次清單是隨著軸承在生產過程中動態形成的，在信息采集準 確而完整的基礎上，可以建立滾動軸承產品的批次清單。由于滾動軸承的結構比 較簡單，其批次清單是單層的，如圖4?8所示是滾動軸承的批次組成結構。
圖4-8滾動軸承的批次組成結構
在質檢數據和質量控制點的質量數據采集到系統中后，質量信息管理系統中 的質量統計分析模塊對數據進行統計分析。基于MES的SPC質量控制及時做出 關鍵工序質量控制圖，判斷是否出現質量異常。在控制圖中發現工序質量異常和 質量檢驗中發現不合格品比較多時，質量管理人員可以通過系統對相應問題產品 的加工制造歷史情況進行查詢。系統在批次清單、批次編碼以及生產中各相關質 量數據詳細記錄的支持下，把質量問題產品的原材料采購信息，軸承內外套圈的 各工序加工記錄和滾動軸承的裝配工序信息從數據庫中調取出來。質量管理人員 可以在這些質量信息的基礎上借助質量信息管理系統中的統計分析模塊查詢質量 問題根源，采取措施對質量問題進行補救，對生產過程進行改進，最終實現質量 問題追溯。滾動軸承質量問題追溯的邏輯過程如圖4-9所示。
圖4-9滾動軸承質量問題追溯的邏輯過程
以軸承內圈加工為例，在對軸承內圈加工時，精磨內圈孔工序質量控制圖中 發現質量異常，以該物料批次BIRGHO166602120413為入口,對其向前查詢，如 圖4-10所示。可以看出物料批次為BIRGH0166602120413的軸承內圈是由 BIRGH0166602120412經45號工序精磨內圈孔而來。在該工序消耗物料的數量為 40,產出物料數量為38,產生了 2個不合格品。
序號 件稱 消耗物 料數量 產品 編號 I 肝料量 工序號 序稱
1 i 軸承 內圈 E 6 一
B6602 i 8
3 45 磨圈L 精內孑
圖4-10對物料批次BIRGHO 166602120412向前查詢
在圖4?10中以進貨批號OMB12021103為入口查詢軸承內圈的原材料質檢信 息和供應商信息，如圖4-11所示。可以看出軸承內圈的原材料是由供貨商在2012 年2月11日提供的，該管料批號為OMB12021103,規格為002x14,數量為800。
序 號 進貨 批號 需稱 規格 采購 件數 量 到貨 時間 質檢 員編 號 礦檢號 訐質單
1 OM
B12 0211
03 管料 *102
xl4 MB 800 20120
211 P0100
1 合格 210
圖4?11查詢采購信息
軸承內外套圈的各工序質量是滾動軸承產品質量的重要組成部分，如圖4-12 所示是以圖4-10中的工序號為45,工序名稱為精磨內圓孔為入口，查詢到的該 工序的實際加T情況。該工序是由操作人員P0250在MM023設備上使用工裝G30 在2012年3月11日加工的。分別以操作人員代碼、設備編號、工裝編號為入口 可以查詢更為詳細的人員信息、設備信息、工裝信息。
序號 工序號 工序 名稱 零件 代號 物料 唯一 號 產品 編號 設備 編號 工裝 編號 開始 時間 實際 結束 時間
1 45 磨圈L 精內孑 BIR BIRG
H0166
60212
0413 B666
02 P025
0 MM0
23 G30 2012
0311 2012
0311
圖4-12 1序信息查詢
軸承的裝配是產品質量實現的最后階段，也是誤差集聚的階段。軸承裝配過 程是產品批次清單形成的關鍵環節，詳細記錄物料的組成變化，為確定產品缺陷 范圍提供依據。圖4-13所示是以物料批次BACL0166602120426為入口向前查詢。 可以看出在軸承裝配的內外圈配套工序中數量都為40的物料批次為N0185的軸 承內圈和物料批次為N0171的軸承外圈共同組成了物料批次為N0235的裝配體。
序號 件稱 一零咎 111 產品 編號 1 礦料量 E 工序 名稱
11 咂607. 軸承 內圈 F O 一
662 OM1201103
c B 2 AC66206 40 70 內外 圈配 套
承圈 軸外 40 662 OM
B120 3020
2
圖4J3裝配工序查詢
4.9本章小結
本章首先分析了可追溯性的定義、內涵以及離散制造業對可追溯性的功能需 求分析。分析了離散制造業產品質量可追溯性對象。論證了基于MES的質量信 息管理系統與質量追溯系統集成的可行性與必要性。根據離散制造業生產的特點， 選擇建立批次標識管理方法的質量追溯制，分析了產品批次形成過程，并以 IDEF1X建模方法建立了質量追溯數據模型，闡述了質量追溯分析過程。最后以 某滾動軸承廠為例，對批次追溯進行了說明。
結論與展望
結論
在市場競爭日益激烈的環境下，產品質量成為企業的生命線。加大對產品質 量信息的管理，建立準確、高效的質量追溯制，對企業產品質量的提高具有重要 意義。對于離散制造業，產品的形成過程就是產品質量的形成過程。制造執行系 統是面向車間級的生產管理系統，擁有大量的產品制造過程的數據，為質量信息 管理與質量追溯提供數據基礎。本文立足于現代信息技術，主要針對離散制造業 制造過程的質量管理，按照軟件工程的一般方法研究了基于MES的質量信息管 理與質量追溯系統。本文的主要工作和研究內容具體總結如下：
(1)總結了制造執行系統的國內外發展現狀，質量信息管理系統的發展歷程 和發展趨勢以及現代企業質量追溯的一些問題。討論了以制造執行系統為基礎建 立離散制造業車間制造過程質量信息管理系統的意義；
(2)對MES系統的定義、在企業信息化中的定位、功能進行了闡述。分析了 制造階段產品質量形成，對質量信息進行了分類。討論了企業建立質量信息管理 系統的重要意義。構建了基于MES的質量信息管理系統的框架結構，提出在質 量信息管理系統中應用控制圖對車間生產進行實時質量控制。結合企業實際情況 和現代信息采集技術，分析了系統數據采集方式；
(3)對系統的總體信息體系架構進行了分析，總結出系統的功能模塊包括： 質量基本信息管理模塊、質量計劃管理模塊、質量信息采集模塊、質量問題管理 模塊、質量統計分析模塊、設備/夾具/量具的維護管理模塊和系統管理模塊7大 部分，并對各模塊進行了詳述。介紹了 IDEFO建模方法，設計了系統功能模型。 介紹了 IDEF1X建模方法，設計了采購過程、制造過程的數據模型，為數據庫設 計奠定了基礎。在對系統的組織模型研究中，提出了基于用戶權限和基于用戶角 色的兩種權限管理方式；
(4)闡述了可追溯性的內涵，質量追溯的功能需求分析，論述了質量追溯系統 與質量信息管理系統上集成的必然性和可行性。針對離散制造業的生產特點選擇 批次管理應用于質量追溯。分析了制造階段的可追溯性對象并用IDEF1X建模方 法建立了質量追溯的數據模型，闡述了追溯系統分析過程，并以某滾動軸承廠為 例進行了說明。
展望
本文以離散制造業生產制造階段質量信息管理與追溯作為研究對象，在研究 了制造執行系統的基礎上對質量信息管理和質量追溯系統的模型和開發進行了仔 細深入的研究，取得了部分研究成果。但由于制造過程的復雜性以及信息技術的 不斷快速發展，許多問題需要團隊協作和共同研究才能完成。由于個人研究水平 和時間的限制，關于制造過程質量信息管理和質量追溯的研究尚需在以下方面展 開進一步研究工作：
(1)本文只是對基于MES的質量信息管理和質量追溯系統的框架結構及系統 功能模型、數據模型進行了研究，對于系統的開發還需要近一步研究；
(2)質量信息管理系統需在智能化方面進一步研究。現代質量信息管理的理 論和實踐已經比較成熟，但面對海量的質量數據如何實現智能化的分析和決策需 要近一步的研究。隨著多元統計分析、神經網絡、遺傳算法、決策樹等數據挖掘 技術的發展，為系統智能化的決策提供了實現的可能；
(3)質量追溯系統需要在質量問題的診斷上近一步研究。目前對于質量追溯 的使用僅限于對不合格品批次的查找及質量責任的落實，屬于淺層次的應用。面 向質量問題分析與決策是未來質量追溯系統研究的新方向。
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