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摘要:為了提高發動機生產質量，通過長時間的實踐實驗研究，最終總結歸納出合理有效的系統開發方案。采用VUE框架、SQL2008、WebSocket等手段進行信息系統開發，最終實現了預期設定的質量管理信息系統的各個功能。質量管理信息系統的開發解決了數據采集、不能直觀展示需求數據、質量無法追溯等問題，既簡潔明了的展示了數據，又從均值-極差、正態分布等各個方面對質量進行了科學系統的SPC分析，優化了質量管理的分析過程，增加了完整的質量追溯流程。使得車間管理實現了數字化展示，達到了提高管理質量的目的，推動了企業數字化、智能化建設。
關鍵詞:質量管理;數據采集;SPC分析
0引言
隨著我國的經濟建設發展，企業迅猛崛起，管理者們都認為質量管理是企業管理的重中之重，只有質量管理到位才能夠讓整個流程價值鏈總成本最低，而大多數制造企業仍困擾于質量管理體系不完善，采集數據源不及時、處理和分析數據不到位，員工質量意識薄弱，不合格品處置不及時和產品售后服務欠佳等問題。早期美國學者泰勒在20世紀初，提出將質量管理作為一種管理工作從生產制造中分離出來，建立了制定標準、實施標準、標準檢驗三個基本步驟［1］，并將質量管理由科學管理上升到了管理科學［2］。隨后基于條形碼技術的供應鏈質量追溯體系被提出，并針對發動機零部件的加工流程建立質量管理與追溯系統［3］。而后將條形碼生成、生產過程記錄控制和產品質量追溯三個功能結合，對出現質量缺陷的產品進行生產過程追溯和質量問題分析統計［4］，這一套流程正適用于制造信息系統的思想，也符合過程能力分析的概念［5］。后來通過應用過程能力分析、帕累托圖等方法分析研究企業質量管理中現存問題并提出修改方案［6］，利用六西格瑪方法重點改進影響產品質量的問題，提高產品生產過程的整體效率，降低產品的生產成本［7-8］，六西格瑪的管理方法就是在發展的過程中不停地變動、更正，從而大大地提升產品的質量和合格率［9］，六西格瑪對生產過程優化過后，不僅僅體現在設備和產品質量提升兩個方面，同時對于公司經營盈利能力，顧客維護能力，員工合理安排，減少無用加班以及爭取訂單都有所幫助［10］。此公司是以生產發動機為主要產品，對產品的質量要求把控極為嚴格，在原有的質量管理模式下，車間的生產沒有得到有效的控制與監測，有效數據的提取少之又少，同時缺少直觀的數據展示，已有的數據根本無法追溯，導致了出現質量問題不能及時地找到根源所在，不能達到有效的質量管理。針對上述的問題，采用新的架構與計算機技術，通過SPC分析與設計，進行了有效的數據監測與數據采集，并且直觀地展示了數據的走向與均值極差等，使得問題能夠被及時地發現與糾正，以此能夠提升產品的質量，加快了生產的效率。
1質量管理信息系統的需求分析
根據車間質量管理的流程以及與工作人員的反復溝通，得出以下三個主要的需求，如圖1所示。
(1)數據采集需求分析:首先不能僅僅根據合格不合格產品來管控質量，要有每一個零件的數據，從而可以更好的掌控成品率;在零件數據采集的同時還要給出成品數據的收集數量，從而方便找出問題所在。只有有了數據才能夠對數據進行分析和整理。
(2)SPC分析需求分析:當數據得以提取，采集出的數據要有相應的處理方式和方法，首先要有所有數據在同一圖中進行展示，這樣可以直觀的看到數據的分布;其次要有相關的正太分布圖、均值極差圖，均值標準差圖，以用來展示數據，從而能夠對相應的零件進行記錄、評估，同時起到了告警的作用。
(3)質量追溯需求分析:由于缺少完善的質量追溯流程從而導致很多產品不合格不知道是零件原因還是生產完成后產生的不合格，所以需要一套完整，全面的流程分析。為了確保過程受控和穩定，應該對以上需求進行滿足于補全，減少常見的數據異常原因，提高質量降低成本。
2．1自動化車間采集系統設計
主要采集的對象包括工人信息以及工件及在制品相關信息。工人信息:主要是提取工人的工作狀態，知道工人的上班、下班狀態以及工作時長;所以要在數據庫中建立工人的相對應信息，通過RFID技術讀取工人的上下班狀態，以及工人工作使用的相應的設備。工件及在制品工序信息:該車間采用托盤的方式來傳送工件，將相應的讀寫器置于托盤底部，用來進行數據的讀取，通過托盤的移動，可以在不同位置讀取相應工位的加工信息以及工序狀態，從而對比較重要的質量管理信息進行提取。由于車間生產過程中信息所處位置不同，所以采用無線傳輸的方法，應用無線OP來實現，既節省了空間和資源，也可以實現全車間數據便捷的傳送至RFID存儲模塊。
2．2自動化車間數據采集
OPC全稱是OLEforProcessControl［11］，它的出現為基于Windows的應用程序和現場過程控制應用建立了橋梁。OPC標準以微軟公司的OLE技術為基礎，它的制定是通過提供一套標準的OLE/COM接口完成的，在OPC技術中使用的是OLE2技術，OLE標準允許多臺微機之間交換文檔、圖形等對象，質量管理信息系統的數據采集與交換框架如圖2所示。通過OPC協議，可以實現數據的采集與交換，其基本功能如下:(1)為各個子系統架構了統一的實時監控系統。(2)實現了各個子系統質檢的數據共享，并為子系統給出了統一協調的控制指令。(3)為用戶增加了想要監控與采集的點位。(4)根據增添的點位，所有子系統中的監控值與時間都會計入數據庫中。
2．3數據傳輸
應用兼容性極強的WebSocket協議、Json數據通訊格式和高級語言C#開發，通過通訊媒介或者軟件中轉進行傳輸，若應用于web頁面也可以實現用戶驗證、實時數據刷新等功能。WebSocket是HTML5提供的一種在單個TCP連接上進行全雙工通訊的協議。WebSocket使得客戶端和服務器之間的數據交換變得更加簡單，允許服務端主動向客戶端推送數據。在WebSocketAPI中，瀏覽器和服務器只需要完成一次握手，兩者之間就直接可以創建持久性的連接，并進行雙向數據傳輸?，F在，很多網站為了實現推送技術，所用的技術都是Ajax輪詢。輪詢是在特定的的時間間隔(如每1s)，由瀏覽器對服務器發出HTTP請求，然后由服務器返回最新的數據給客戶端的瀏覽器。這種傳統模式需要瀏覽器不斷的向服務器發出請求，然而HTTP請求可能包含較長的頭部，其中真正有效的數據可能只是很小的一部分，這樣會浪費很多的帶寬等資源，但WebScoket能更好的節省服務器資源和帶寬，也能夠實時通訊。所以采用此方式實現數據采集。數據采集的流程圖如圖4所示，將擰緊槍采集到的數據通過PLC存起來，傳遞信號后將數據進入到服務器采集程序中，再進入到數據庫，最終展示和分析?，F場設備開始運作后，通過傳感器得到螺絲的壓力、位移、扭矩、轉角、重量等參數，將所需數據通過RFID采集系統傳輸到PLC中并存儲，最后通過中間軟件將數據提取到客戶端，導入數據庫中。
3質量數據SPC分析
SPC過程分為兩個階段:分析用控制圖階段和控制用控制圖階段。分析用控制圖的目的是對收集到的一定數據進行分析，尋找穩態;控制用控制圖是對實時數據進行分析，分析過程如圖5所示。首先制定抽樣方案，設置單個子組中子組觀測的個數n，即頁面顯示的樣本容量、子組數k，即頁面顯示的樣本容量以及質量特性的觀測值x，并收集觀測值的數據，設置上控制限和下控制限的值，作出分析用控制圖，若有測量值不在上控制限和下控制限之間，則過程不受控，進一步觀察異常點的個數，若異常點多需要返回第一步重新制定抽樣方案，若異常點不多，可以剔除異常點，對數據忽略不計，重新作分析用控制圖并消除特殊因素的影響。若測量值均在上控制限和下控制限之間，則過程受控，進一步觀察過程能力是否足夠，即Cp和Cpk的值是否符合標準，若不符合，需要改進過程，提高過程能力，重新制定抽樣方案并收集數據，若符合標準，可將分析用控制圖轉化為控制用控制圖，并實時修正控制圖即可。功能模塊設計:采用VUE框架、HTML、JavaScript、CSS語言實現前端頁面靜態顯示，整體質量管理數據通過輸入專檢類型、日期范圍、工位名稱進行條件查詢，顯示訂單號、發動機型號、數量、測量值及是否合格列表。將這些數據作為SPC分析的來源，搜索日期、工位名稱、測量名稱，并根據實際需求手動輸入上、下限，通過折線圖、直方圖、正態分布圖直觀的展示數據變化走向及穩定程度。數據庫設計:測量數據表的設計，首先設置主鍵id作唯一標識，然后增加工位號、流水號、發動機型號、訂單號、數量、開始日期、結束日期等字段，主要應用于前端界面質量數據列表中。完成對質量數據的SPC分參照表1GB/T4091-2001計量控制圖計算控制線的系數表，計算該批零件符合國家質量控制圖標準。但在產品生產過程中，加工參數尺寸上下浮動是一定的，它是由人、機、料以及方法和環境等基本因素的不同所致。常用的方法是過程控制，目的就是避免或根除異常波動，使數據波動狀態恢復正常。通過列表及曲線圖的形式，分別展示發動機當前階段時間內的參數變化，點擊“下載”功能鍵，可自動將當前參數曲線圖保存至PC本地，可通過折線圖形式分析設備工藝參數的變化趨勢，記錄當前時間段設備的參數數據。
4質量追溯管理
在軟件界面產品列表處，記錄產品編號及詳細信息，并實時得到質量檢驗部門的反饋，管理者無需前往設備端即可了解現場情況，MES系統在設備聯網后可永久存儲信息。若產品不合格，質量追溯的流程如圖11所示。首先判斷設備檢驗是否出現問題，出現問題要將質量問題上報和記錄，然后在線修復或返廠修復，修復后系統核算損失，對質量問題判責，如是供應商的問題，應對供應商考核，嚴重的話請求索賠，如不是則繼續追究責任，作質量損失沖減和質量損失統計分析，并持續改進。其次判斷是否在產品制造過程中質量出現問題，出現問題將問題上報和記錄，產品作為不合格處理，然后系統核算損失，對質量問題判責，如是供應商的問題，處理同上，如不是則繼續追究責任，作質量損失沖減和質量損失統計分析，并持續改進。最后對供應商產品進行檢驗，出現問題進行信息上報和記錄，產品退回，系統核算損失，對供應商的處理同上。
5結束語
本文通過對自動化車間質量管理信息系統的研究與開發，從數據采集、SPC分析、質量追溯三個方面介紹了應用SPC分析的主要實施過程與實現效果，解決了數據的采集與追溯、不能直觀地展示需求數據、質量無法追溯等問題。在研究SPC分析在制造企業生產管理中的應用之前，先對制造企業生產管理中的問題進行分析，再根據工廠自身實際情況定制合理的方案設計，推動制造企業實施SPC系統，達到了質量高效管理的目的，推動了企業數字化、智能化的發展，這對制造企業能否長遠發展至關重要。
作者：蘇佳琦 王德權 張兆一 汪興 單位：大連工業大學機械工程與自動化學院
