問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的制造系統(tǒng)質(zhì)量控制技術(shù)研究項(xiàng)目摘要

在制造系統(tǒng)日益復(fù)雜化的背景下，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量問(wèn)題層出不窮，反應(yīng)式質(zhì)量控制已難以適應(yīng)，迫切需要從系統(tǒng)工程的角度加以審視，從質(zhì)量問(wèn)題發(fā)生的根源加以研究。為此，本項(xiàng)目將:1)采用結(jié)構(gòu)化方法對(duì)制造系統(tǒng)的質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行層次化分析與分解，提取質(zhì)量問(wèn)題的典型特征與屬性，建立制造系統(tǒng)質(zhì)量缺陷-問(wèn)題-錯(cuò)誤之間的映射關(guān)系，探究質(zhì)量缺陷的發(fā)生機(jī)理與減少重復(fù)性質(zhì)量事件的對(duì)策；2)研究制造系統(tǒng)質(zhì)量問(wèn)題的傳播、激發(fā)、求解、監(jiān)控和評(píng)價(jià)等方法，建立問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的制造系統(tǒng)質(zhì)量控制模型，規(guī)范質(zhì)量問(wèn)題管理的工作流程；3)采用分級(jí)管理原則，研究制造系統(tǒng)質(zhì)量問(wèn)題的響應(yīng)機(jī)制，研究反應(yīng)式、預(yù)防式、預(yù)報(bào)式和先行式等質(zhì)量問(wèn)題處理模式及其適用性，建立基于信息熵的制造系統(tǒng)質(zhì)量問(wèn)題處理決策模型，增強(qiáng)預(yù)防性質(zhì)量控制能力；4)結(jié)合典型的機(jī)械制造系統(tǒng)，展開案例應(yīng)用與實(shí)證研究。本項(xiàng)目的研究成果將有助于企業(yè)提升制造系統(tǒng)的質(zhì)量問(wèn)題分析、處理與預(yù)防性質(zhì)量控制能力。

本項(xiàng)目圍繞問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的制造企業(yè)質(zhì)量改進(jìn)這個(gè)主題，開展以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)為核心的制造企業(yè)質(zhì)量改進(jìn)技術(shù)研究。這對(duì)解決我國(guó)中、小型制造企業(yè)對(duì)質(zhì)量管理創(chuàng)新將具有十分積極的意義。 項(xiàng)目研究的主要工作與進(jìn)展包括： 1、 在問(wèn)題特征分類管理模型的基礎(chǔ)上，提出了一種問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的質(zhì)量改進(jìn)模型，討論了結(jié)構(gòu)化質(zhì)量改進(jìn)模式的功能模塊規(guī)劃及知識(shí)資源管理等，為問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的質(zhì)量改進(jìn)的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。 2、 提出了一種基于質(zhì)量指標(biāo)之間誤差傳播關(guān)系的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控點(diǎn)配置決策方法，使監(jiān)控點(diǎn)的配置更加符合企業(yè)的實(shí)際情況。 3、 針對(duì)制造過(guò)程的質(zhì)量問(wèn)題層出不窮而企業(yè)常常疲于救火式管理、難以從根本上解決質(zhì)量問(wèn)題的現(xiàn)狀，結(jié)合模糊認(rèn)知圖理論，提出一種包含反應(yīng)式、預(yù)防式、預(yù)報(bào)式和先行式等四種典型的質(zhì)量控制模式的決策模型。該模型可根據(jù)質(zhì)量問(wèn)題的實(shí)際需求合理選擇質(zhì)量控制模式。 4、 提出了一種結(jié)構(gòu)化的質(zhì)量控制模型。該模型是以質(zhì)量控制中的目標(biāo)、問(wèn)題、指標(biāo)、措施等基本要素為主線，以結(jié)構(gòu)化原理為指導(dǎo)，以加工過(guò)程為載體，以控制和改進(jìn)制造過(guò)程質(zhì)量為目標(biāo)的多層次、知識(shí)型質(zhì)量控制模型。 5、 提出一種基于小世界網(wǎng)絡(luò)的制造系統(tǒng)設(shè)備故障傳播模型、基于情境近似匹配的設(shè)備故障知識(shí)檢索方法,以及一種設(shè)備質(zhì)量保障的分級(jí)管理決策模型，將設(shè)備的可靠性保障分為反應(yīng)式、預(yù)防式、預(yù)報(bào)式和先行式四種模式。 6、 從氧化鋁陶瓷管生產(chǎn)成型工藝中的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題出發(fā)，研究等靜壓機(jī)設(shè)備故障與產(chǎn)品質(zhì)量的相互關(guān)系。針對(duì)產(chǎn)品致密性相關(guān)的質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)等靜壓機(jī)運(yùn)行參數(shù)中的最高壓力值和保壓時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)對(duì)設(shè)備參數(shù)的監(jiān)控達(dá)到對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控的目的。 7、 針對(duì)視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度、測(cè)量速度和經(jīng)濟(jì)性等應(yīng)用瓶頸，在嵌入式視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和搭建，邊緣的快速精確分割、目標(biāo)直線提取和邊緣亞像素定位等圖像處理算法的選擇和優(yōu)化，自動(dòng)化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了一定的研究。 8、 針對(duì)機(jī)械加工領(lǐng)域的典型應(yīng)用—精密平面磨削加工，以間接監(jiān)測(cè)技術(shù)為手段，以聲發(fā)射傳感器為主，以加速度傳感器、電流傳感器和電壓傳感器為輔，圍繞磨削燒傷及其相關(guān)科學(xué)問(wèn)題展開研究。 9、 從電連接器制造過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題出發(fā)，開展以問(wèn)題管理為核心的質(zhì)量改進(jìn)技術(shù)研究。根據(jù)問(wèn)題管理系統(tǒng)的功能模型，研究并設(shè)計(jì)系統(tǒng)的信息模型，同時(shí)構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。 2100433B

由于市場(chǎng)環(huán)境的變化和現(xiàn)代生產(chǎn)管理理念的不斷更新，一個(gè)制造型企業(yè)能否良性運(yùn)營(yíng)，關(guān)鍵是使“計(jì)劃”與“生產(chǎn)”密切配合，企業(yè)和車間管理人員可以在最短的時(shí)間內(nèi)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的變化，作出準(zhǔn)確的判斷和快速的應(yīng)對(duì)措施，保證生產(chǎn)計(jì)劃得到合理而快速修正。雖然ERP和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到了非常成熟的程度，但是由于ERP系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象是企業(yè)管理的上層，一般對(duì)車間層的管理流程不提供直接和詳細(xì)的支持。而現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的功能主要在于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和工藝參數(shù)的監(jiān)控，它可以向管理人員提供現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但是本身并非真正意義上的管理系統(tǒng)。所以，ERP系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)之間出現(xiàn)了管理信息方面的“斷層”，對(duì)于用戶車間層面的調(diào)度和管理要求，它們往往顯得束手無(wú)策或功能薄弱。比如面對(duì)以下車間管理的典型問(wèn)題，它們就難以給出完善的解決手段：

1、出現(xiàn)用戶產(chǎn)品投訴的時(shí)候，能否根據(jù)產(chǎn)品文字號(hào)碼追溯這批產(chǎn)品的所有生產(chǎn)過(guò)程信息？能否立即查明它的：原料供應(yīng)商、操作機(jī)臺(tái)、操作人員、經(jīng)過(guò)的工序、生產(chǎn)時(shí)間日期和關(guān)鍵的工藝參數(shù)？

2、同一條生產(chǎn)線需要混合組裝多種型號(hào)產(chǎn)品的時(shí)候，能否自動(dòng)校驗(yàn)和操作提示以防止工人部件裝配錯(cuò)誤、產(chǎn)品生產(chǎn)流程錯(cuò)誤、產(chǎn)品混裝和貨品交接錯(cuò)誤？

3、過(guò)去12小時(shí)之內(nèi)生產(chǎn)線上出現(xiàn)最多的5種產(chǎn)品缺陷是什么？次品數(shù)量各是多少？

4、倉(cāng)庫(kù)以及前工序、中工序、后工序線上的每種產(chǎn)品數(shù)量各是多少？要分別供應(yīng)給哪些供應(yīng)商？何時(shí)能夠及時(shí)交貨？

5、生產(chǎn)線和加工設(shè)備有多少時(shí)間在生產(chǎn)，多少時(shí)間在停轉(zhuǎn)和空轉(zhuǎn)？影響設(shè)備生產(chǎn)潛能的最主要原因是：設(shè)備故障？調(diào)度失誤？材料供應(yīng)不及時(shí)？工人培訓(xùn)不夠？還是工藝指標(biāo)不合理？

6、能否對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，精確區(qū)分產(chǎn)品質(zhì)量的隨機(jī)波動(dòng)與異常波動(dòng)，將質(zhì)量隱患消滅于萌芽之中？

7、能否廢除人工報(bào)表，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)每個(gè)過(guò)程的生產(chǎn)數(shù)量、合格率和缺陷代碼？

MES的定位，是處于計(jì)劃層和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)之間的執(zhí)行層，主要負(fù)責(zé)車間生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的MES系統(tǒng)可以在統(tǒng)一平臺(tái)上集成諸如生產(chǎn)調(diào)度、產(chǎn)品跟蹤、質(zhì)量控制、設(shè)備故障分析、網(wǎng)絡(luò)報(bào)表等管理功能，使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)和通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接可以同時(shí)為生產(chǎn)部門、質(zhì)檢部門、工藝部門、物流部門等提供車間管理信息服務(wù)。系統(tǒng)通過(guò)強(qiáng)調(diào)制造過(guò)程的整體優(yōu)化來(lái)幫助企業(yè)實(shí)施完整的閉環(huán)生產(chǎn)，協(xié)助企業(yè)建立一體化和實(shí)時(shí)化的ERP/MES/SFC信息體系。

柔性制造系統(tǒng)的類型

柔性制造是指在計(jì)算機(jī)支持下，能適應(yīng)加工對(duì)象變化的制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)有以下三種類型：

柔性制造單元

柔性制造單元由一臺(tái)或數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床或加工中心構(gòu)成的加工單元。該單元根據(jù)需要可以自動(dòng)更換刀具和夾具，加工不同的工件。柔性制造單元適合加工形狀復(fù)雜，加工工序簡(jiǎn)單，加工工時(shí)較長(zhǎng)，批量小的零件。它有較大的設(shè)備柔性，但人員和加工柔性低。

柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)是以數(shù)控機(jī)床或加工中心為基礎(chǔ)，配以物料傳送裝置組成的生產(chǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，能在不停機(jī)的情況下，滿足多品種的加工。柔性制造系統(tǒng)適合加工形狀復(fù)雜，加工工序多，批量大的零件。其加工和物料傳送柔性大，但人員柔性仍然較低。

柔性自動(dòng)生產(chǎn)線

柔性自動(dòng)生產(chǎn)線是把多臺(tái)可以調(diào)整的機(jī)床(多為專用機(jī)床)聯(lián)結(jié)起來(lái)，配以自動(dòng)運(yùn)送裝置組成的生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線可以加工批量較大的不同規(guī)格零件。柔性程度低的柔性自動(dòng)生產(chǎn)線，在性能上接近大批量生產(chǎn)用的自動(dòng)生產(chǎn)線；柔性程度高的柔性自動(dòng)生產(chǎn)線，則接近于小批量、多品種生產(chǎn)用的柔性制造系統(tǒng)。

柔性制造系統(tǒng)的構(gòu)成

就機(jī)械制造業(yè)的柔性制造系統(tǒng)而言，其基本組成部分有：

自動(dòng)加工系統(tǒng)

自動(dòng)加工系統(tǒng)，指以成組技術(shù)為基礎(chǔ)，把外形尺寸(形狀不必完全一致)、重量大致相似，材料相同，工藝相似的零件集中在一臺(tái)或數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床或?qū)Ｓ脵C(jī)床等設(shè)備上加工的系統(tǒng)。

物流系統(tǒng)

物流系統(tǒng)，指由多種運(yùn)輸裝置構(gòu)成，如傳送帶、軌道一轉(zhuǎn)盤以及機(jī)械手等，完成工件、刀具等的供給與傳送的系統(tǒng)，它是柔性制造系統(tǒng)主要的組成部分。

信息系統(tǒng)

信息系統(tǒng)，指對(duì)加工和運(yùn)輸過(guò)程中所需各種信息收集、處理、反饋，并通過(guò)電子計(jì)算機(jī)或其他控制裝置(液壓、氣壓裝置等)，對(duì)機(jī)床或運(yùn)輸設(shè)備實(shí)行分級(jí)控制的系統(tǒng)。

軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)，指保證柔性制造系統(tǒng)用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行有效管理的必不可少的組成部分。它包括設(shè)計(jì)、規(guī)劃、生產(chǎn)控制和系統(tǒng)監(jiān)督等軟件。柔性制造系統(tǒng)適合于年產(chǎn)量1000～100,000件之間的中小批量生產(chǎn)。

柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

柔性制造系統(tǒng)是一種技術(shù)復(fù)雜、高度自動(dòng)化的系統(tǒng)，它將微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)工程等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，理想和圓滿地解決了機(jī)械制造高自動(dòng)化與高柔性化之間的矛盾。具體優(yōu)點(diǎn)如下。

第一，設(shè)備利用率高。一組機(jī)床編入柔性制造系統(tǒng)后，產(chǎn)量比這組機(jī)床在分散單機(jī)作業(yè)時(shí)的產(chǎn)量提高數(shù)倍。

第二，再制品減少80%左右。

第三，生產(chǎn)能力相對(duì)穩(wěn)定。自動(dòng)加工系統(tǒng)由一自或多臺(tái)機(jī)床組成，發(fā)生故障時(shí)，有降級(jí)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力，物料傳送系統(tǒng)也有自行繞過(guò)故障機(jī)床的能力。

第四，產(chǎn)品質(zhì)量高。零件在加工過(guò)程中，裝卸一次完成，加工精度嵩，加工形式穩(wěn)定。

第五，運(yùn)行靈活。有些柔性制造系統(tǒng)的檢驗(yàn)、裝卡和維護(hù)工作可在第一班完成，第二、第三班可在無(wú)人照看下正常生產(chǎn)。在理想的柔性制造系統(tǒng)中，其監(jiān)控系統(tǒng)還能處理諸如刀具的磨損調(diào)換、物流的堵塞疏通等運(yùn)行過(guò)程中不可預(yù)料的問(wèn)題。

第六，產(chǎn)品應(yīng)變能力大。刀具、夾具及物料運(yùn)輸裝置具有可調(diào)性，且系統(tǒng)平面布置合理，便于增減設(shè)備，滿足市場(chǎng)需要。