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摘要:为了提高发动机生产质量，通过长时间的实践实验研究，最终总结归纳出合理有效的系统开发方案。采用VUE框架、SQL2008、WebSocket等手段进行信息系统开发，最终实现了预期设定的质量管理信息系统的各个功能。质量管理信息系统的开发解决了数据采集、不能直观展示需求数据、质量无法追溯等问题，既简洁明了的展示了数据，又从均值-极差、正态分布等各个方面对质量进行了科学系统的SPC分析，优化了质量管理的分析过程，增加了完整的质量追溯流程。使得车间管理实现了数字化展示，达到了提高管理质量的目的，推动了企业数字化、智能化建设。
关键词:质量管理;数据采集;SPC分析
0引言
随着我国的经济建设发展，企业迅猛崛起，管理者们都认为质量管理是企业管理的重中之重，只有质量管理到位才能够让整个流程价值链总成本最低，而大多数制造企业仍困扰于质量管理体系不完善，采集数据源不及时、处理和分析数据不到位，员工质量意识薄弱，不合格品处置不及时和产品售后服务欠佳等问题。早期美国学者泰勒在20世纪初，提出将质量管理作为一种管理工作从生产制造中分离出来，建立了制定标准、实施标准、标准检验三个基本步骤［1］，并将质量管理由科学管理上升到了管理科学［2］。随后基于条形码技术的供应链质量追溯体系被提出，并针对发动机零部件的加工流程建立质量管理与追溯系统［3］。而后将条形码生成、生产过程记录控制和产品质量追溯三个功能结合，对出现质量缺陷的产品进行生产过程追溯和质量问题分析统计［4］，这一套流程正适用于制造信息系统的思想，也符合过程能力分析的概念［5］。后来通过应用过程能力分析、帕累托图等方法分析研究企业质量管理中现存问题并提出修改方案［6］，利用六西格玛方法重点改进影响产品质量的问题，提高产品生产过程的整体效率，降低产品的生产成本［7-8］，六西格玛的管理方法就是在发展的过程中不停地变动、更正，从而大大地提升产品的质量和合格率［9］，六西格玛对生产过程优化过后，不仅仅体现在设备和产品质量提升两个方面，同时对于公司经营盈利能力，顾客维护能力，员工合理安排，减少无用加班以及争取订单都有所帮助［10］。此公司是以生产发动机为主要产品，对产品的质量要求把控极为严格，在原有的质量管理模式下，车间的生产没有得到有效的控制与监测，有效数据的提取少之又少，同时缺少直观的数据展示，已有的数据根本无法追溯，导致了出现质量问题不能及时地找到根源所在，不能达到有效的质量管理。针对上述的问题，采用新的架构与计算机技术，通过SPC分析与设计，进行了有效的数据监测与数据采集，并且直观地展示了数据的走向与均值极差等，使得问题能够被及时地发现与纠正，以此能够提升产品的质量，加快了生产的效率。
1质量管理信息系统的需求分析
根据车间质量管理的流程以及与工作人员的反复沟通，得出以下三个主要的需求，如图1所示。
(1)数据采集需求分析:首先不能仅仅根据合格不合格产品来管控质量，要有每一个零件的数据，从而可以更好的掌控成品率;在零件数据采集的同时还要给出成品数据的收集数量，从而方便找出问题所在。只有有了数据才能够对数据进行分析和整理。
(2)SPC分析需求分析:当数据得以提取，采集出的数据要有相应的处理方式和方法，首先要有所有数据在同一图中进行展示，这样可以直观的看到数据的分布;其次要有相关的正太分布图、均值极差图，均值标准差图，以用来展示数据，从而能够对相应的零件进行记录、评估，同时起到了告警的作用。
(3)质量追溯需求分析:由于缺少完善的质量追溯流程从而导致很多产品不合格不知道是零件原因还是生产完成后产生的不合格，所以需要一套完整，全面的流程分析。为了确保过程受控和稳定，应该对以上需求进行满足于补全，减少常见的数据异常原因，提高质量降低成本。
2．1自动化车间采集系统设计
主要采集的对象包括工人信息以及工件及在制品相关信息。工人信息:主要是提取工人的工作状态，知道工人的上班、下班状态以及工作时长;所以要在数据库中建立工人的相对应信息，通过RFID技术读取工人的上下班状态，以及工人工作使用的相应的设备。工件及在制品工序信息:该车间采用托盘的方式来传送工件，将相应的读写器置于托盘底部，用来进行数据的读取，通过托盘的移动，可以在不同位置读取相应工位的加工信息以及工序状态，从而对比较重要的质量管理信息进行提取。由于车间生产过程中信息所处位置不同，所以采用无线传输的方法，应用无线OP来实现，既节省了空间和资源，也可以实现全车间数据便捷的传送至RFID存储模块。
2．2自动化车间数据采集
OPC全称是OLEforProcessControl［11］，它的出现为基于Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。OPC标准以微软公司的OLE技术为基础，它的制定是通过提供一套标准的OLE/COM接口完成的，在OPC技术中使用的是OLE2技术，OLE标准允许多台微机之间交换文档、图形等对象，质量管理信息系统的数据采集与交换框架如图2所示。通过OPC协议，可以实现数据的采集与交换，其基本功能如下:(1)为各个子系统架构了统一的实时监控系统。(2)实现了各个子系统质检的数据共享，并为子系统给出了统一协调的控制指令。(3)为用户增加了想要监控与采集的点位。(4)根据增添的点位，所有子系统中的监控值与时间都会计入数据库中。
2．3数据传输
应用兼容性极强的WebSocket协议、Json数据通讯格式和高级语言C#开发，通过通讯媒介或者软件中转进行传输，若应用于web页面也可以实现用户验证、实时数据刷新等功能。WebSocket是HTML5提供的一种在单个TCP连接上进行全双工通讯的协议。WebSocket使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单，允许服务端主动向客户端推送数据。在WebSocketAPI中，浏览器和服务器只需要完成一次握手，两者之间就直接可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输。现在，很多网站为了实现推送技术，所用的技术都是Ajax轮询。轮询是在特定的的时间间隔(如每1s)，由浏览器对服务器发出HTTP请求，然后由服务器返回最新的数据给客户端的浏览器。这种传统模式需要浏览器不断的向服务器发出请求，然而HTTP请求可能包含较长的头部，其中真正有效的数据可能只是很小的一部分，这样会浪费很多的带宽等资源，但WebScoket能更好的节省服务器资源和带宽，也能够实时通讯。所以采用此方式实现数据采集。数据采集的流程图如图4所示，将拧紧枪采集到的数据通过PLC存起来，传递信号后将数据进入到服务器采集程序中，再进入到数据库，最终展示和分析。现场设备开始运作后，通过传感器得到螺丝的压力、位移、扭矩、转角、重量等参数，将所需数据通过RFID采集系统传输到PLC中并存储，最后通过中间软件将数据提取到客户端，导入数据库中。
3质量数据SPC分析
SPC过程分为两个阶段:分析用控制图阶段和控制用控制图阶段。分析用控制图的目的是对收集到的一定数据进行分析，寻找稳态;控制用控制图是对实时数据进行分析，分析过程如图5所示。首先制定抽样方案，设置单个子组中子组观测的个数n，即页面显示的样本容量、子组数k，即页面显示的样本容量以及质量特性的观测值x，并收集观测值的数据，设置上控制限和下控制限的值，作出分析用控制图，若有测量值不在上控制限和下控制限之间，则过程不受控，进一步观察异常点的个数，若异常点多需要返回第一步重新制定抽样方案，若异常点不多，可以剔除异常点，对数据忽略不计，重新作分析用控制图并消除特殊因素的影响。若测量值均在上控制限和下控制限之间，则过程受控，进一步观察过程能力是否足够，即Cp和Cpk的值是否符合标准，若不符合，需要改进过程，提高过程能力，重新制定抽样方案并收集数据，若符合标准，可将分析用控制图转化为控制用控制图，并实时修正控制图即可。功能模块设计:采用VUE框架、HTML、JavaScript、CSS语言实现前端页面静态显示，整体质量管理数据通过输入专检类型、日期范围、工位名称进行条件查询，显示订单号、发动机型号、数量、测量值及是否合格列表。将这些数据作为SPC分析的来源，搜索日期、工位名称、测量名称，并根据实际需求手动输入上、下限，通过折线图、直方图、正态分布图直观的展示数据变化走向及稳定程度。数据库设计:测量数据表的设计，首先设置主键id作唯一标识，然后增加工位号、流水号、发动机型号、订单号、数量、开始日期、结束日期等字段，主要应用于前端界面质量数据列表中。完成对质量数据的SPC分参照表1GB/T4091-2001计量控制图计算控制线的系数表，计算该批零件符合国家质量控制图标准。但在产品生产过程中，加工参数尺寸上下浮动是一定的，它是由人、机、料以及方法和环境等基本因素的不同所致。常用的方法是过程控制，目的就是避免或根除异常波动，使数据波动状态恢复正常。通过列表及曲线图的形式，分别展示发动机当前阶段时间内的参数变化，点击“下载”功能键，可自动将当前参数曲线图保存至PC本地，可通过折线图形式分析设备工艺参数的变化趋势，记录当前时间段设备的参数数据。
4质量追溯管理
在软件界面产品列表处，记录产品编号及详细信息，并实时得到质量检验部门的反馈，管理者无需前往设备端即可了解现场情况，MES系统在设备联网后可永久存储信息。若产品不合格，质量追溯的流程如图11所示。首先判断设备检验是否出现问题，出现问题要将质量问题上报和记录，然后在线修复或返厂修复，修复后系统核算损失，对质量问题判责，如是供应商的问题，应对供应商考核，严重的话请求索赔，如不是则继续追究责任，作质量损失冲减和质量损失统计分析，并持续改进。其次判断是否在产品制造过程中质量出现问题，出现问题将问题上报和记录，产品作为不合格处理，然后系统核算损失，对质量问题判责，如是供应商的问题，处理同上，如不是则继续追究责任，作质量损失冲减和质量损失统计分析，并持续改进。最后对供应商产品进行检验，出现问题进行信息上报和记录，产品退回，系统核算损失，对供应商的处理同上。
5结束语
本文通过对自动化车间质量管理信息系统的研究与开发，从数据采集、SPC分析、质量追溯三个方面介绍了应用SPC分析的主要实施过程与实现效果，解决了数据的采集与追溯、不能直观地展示需求数据、质量无法追溯等问题。在研究SPC分析在制造企业生产管理中的应用之前，先对制造企业生产管理中的问题进行分析，再根据工厂自身实际情况定制合理的方案设计，推动制造企业实施SPC系统，达到了质量高效管理的目的，推动了企业数字化、智能化的发展，这对制造企业能否长远发展至关重要。
作者：苏佳琦 王德权 张兆一 汪兴 单位：大连工业大学机械工程与自动化学院
