本文研究的機(jī)械制造生產(chǎn)線質(zhì)量監(jiān)控支持系統(tǒng)(Production Line Quality Control Support System，PLocss)是一種基于小批量生產(chǎn)模式下零件加工過程質(zhì)量監(jiān)控的理論與質(zhì)量控制圖技術(shù)開發(fā)的過程質(zhì)量控制軟件系統(tǒng)，可對現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)線的質(zhì)量信息進(jìn)行自動采集、分析與管理，對生產(chǎn)線加工工序進(jìn)行實時的質(zhì)量控制和診斷，以全面掌握加工過程的質(zhì)量動態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)工序變異，分析變異原因，調(diào)整工藝參數(shù)，改進(jìn)工藝方法，提高零件合格率，降低質(zhì)量成本，適時為質(zhì)量管理提供決策支持。

1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

    生產(chǎn)線質(zhì)量監(jiān)控支持系統(tǒng)采用如圖1所示的三層分布式體系結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)特點如下。

    a．管理層／車間層。該層對生產(chǎn)線加工過程工序質(zhì)量運行結(jié)果進(jìn)行分析處理，以生成質(zhì)量控制圖和統(tǒng)計表格的形式反映生產(chǎn)過程運行狀態(tài)，查詢運行狀態(tài)結(jié)果，對加工過程實時監(jiān)控，為執(zhí)行層提供過程質(zhì)量決策。

    b．執(zhí)行層／生產(chǎn)線層。該層為質(zhì)量工程師或工序質(zhì)量技術(shù)人員對運行的工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，同時對工序質(zhì)量變異的原因進(jìn)行分析，提出改進(jìn)措施，是系統(tǒng)的核心層。

    c．操作層／員工層。生產(chǎn)線設(shè)備的操作者對原始質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和錄入，是系統(tǒng)分析與處理的基礎(chǔ)，

圖1 生產(chǎn)線質(zhì)量監(jiān)控支持系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

2  系統(tǒng)功能模塊

    生產(chǎn)線質(zhì)量監(jiān)控支持系統(tǒng)主要由質(zhì)量數(shù)據(jù)采集模塊、質(zhì)量控制圖分析模塊、工序失控處理模塊、工序能力分析與查詢模塊、失控信息匯總模塊等組成。

    系統(tǒng)在對加工過程分析與處理之前可對產(chǎn)生過程的工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，對過程質(zhì)量特性進(jìn)行描述，可設(shè)置用于不同質(zhì)量數(shù)據(jù)類型的控制圖類型選項，能實現(xiàn)不同方式的質(zhì)量數(shù)據(jù)錄入。

    2.1質(zhì)量數(shù)據(jù)采集模塊

    支持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集功能主要是由系統(tǒng)的操作層完成，其采集流程如圖2所示，采集的質(zhì)量信息可通過以下3種方式錄入。

圖2 生產(chǎn)線質(zhì)量數(shù)據(jù)采集流程

    a.自動采集，可通過通信接口與CMM或其他的檢測儀器連接，傳輸質(zhì)量信息。

    b.人工錄入，可由操作者在加工過程中實時采錄過程質(zhì)量信息。

    c.質(zhì)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入，將檢測設(shè)備中的質(zhì)量信息如TEXT文本格式的質(zhì)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入質(zhì)量數(shù)據(jù)采集模塊中，充分利用客戶現(xiàn)有的質(zhì)量數(shù)據(jù)資源，提高數(shù)據(jù)的共享能力。

    2. 2質(zhì)量控制圖分析模塊

    系統(tǒng)可對零件的各種工藝參數(shù)設(shè)置相應(yīng)的控制圖進(jìn)行控制，系統(tǒng)可按用戶要求設(shè)置不同的控制圖，如過程工藝參數(shù)控制中的計量型質(zhì)量數(shù)據(jù)一般采用X一R,X一S控制圖，對于計數(shù)型質(zhì)量數(shù)據(jù)一般采用P, U控制圖。

    當(dāng)過程質(zhì)量控制點不在規(guī)則范圍內(nèi)或是超出控制限時，系統(tǒng)會報警并把失控信息通過郵件的方式發(fā)送給車間管理人員，圖3是一輸出軸加工的控制圖分析結(jié)果。

圖3 輸出軸加工過程質(zhì)量控制圖分析

    2.3工序失控處理模塊

    系統(tǒng)提供有失控點原因和對策分析功能，在分析和處理失控點時可依據(jù)歷史數(shù)據(jù)、先驗知識和質(zhì)量專家的經(jīng)驗及技能做出決策。一旦找出失控原因，制定解決方案時，失控點才停止報警。操作人員可以從歷史記錄中查找相應(yīng)的原因和對策進(jìn)行失控點處理，對于新出現(xiàn)的原因和解決方案也可備注補(bǔ)充到系統(tǒng)中，并加以說明，以供下次使用。

圖4 失控點質(zhì)量控制流程

    失控點的質(zhì)量控制流程如圖4所示，它充分體現(xiàn)了生產(chǎn)線質(zhì)量控制的PDCA循環(huán)思想，以持續(xù)改進(jìn)加工過程質(zhì)量。

    2. 4工序能力分析模塊

    點擊“工序能力”按鈕可對當(dāng)前工藝參數(shù)的工序能力進(jìn)行分析，如圖5所示。系統(tǒng)可對采集后的質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行工序能力分析與調(diào)查，自動計算零件的加工過程工序能力指數(shù)Cpk以及其他的加工能力指標(biāo)值，并與標(biāo)準(zhǔn)值比較(標(biāo)準(zhǔn)值可在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中查到)，通過比較可判斷零件加工狀態(tài)的工序能力是否滿足要求。如果工序能力不足，則系統(tǒng)會自動出現(xiàn)紅色報警，及時提醒質(zhì)量工程師提高零件加工過程的工序能力。

圖5 輸出軸工序能力分析

    2.5工序能力查詢模塊

    查詢模塊用于提供多種報表查詢方式，用戶可選擇不同的條件生成所需的各類報表，如通過選擇生產(chǎn)日期，生成任意時間段的報表，包括周報表和月報表。報表也可直接導(dǎo)出到電子表格中，進(jìn)行方便的批處理。工序能力報表還可按單張控制圖進(jìn)行分類查詢。

    2. 6失控信息匯總模塊

    失控信息報表供管理層查詢當(dāng)前工序失控的狀況，包括相關(guān)的原因調(diào)查和處理結(jié)果等。

3 系統(tǒng)特點

    該系統(tǒng)采用了如圖1所示的三層c/s分布式結(jié)構(gòu)形式，采用vc++編譯程序語言作為開發(fā)工具，在Windows操作系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)。系統(tǒng)的主界面如圖6所示。

圖6 生產(chǎn)線質(zhì)量監(jiān)控支持系統(tǒng)主界面

    a.系統(tǒng)采用了先進(jìn)的過程質(zhì)量控制理論與方法，主要針對現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)線質(zhì)量監(jiān)控而開發(fā)，也適合其他小批量產(chǎn)品生產(chǎn)線的質(zhì)量監(jiān)督。

    b.系統(tǒng)采用的三層分布式結(jié)構(gòu)，便于用戶個性化設(shè)置，可依據(jù)不同產(chǎn)品的生產(chǎn)線進(jìn)行剪裁，以適應(yīng)不同流程和工藝控制的要求。

    c.系統(tǒng)可由操作者將質(zhì)量檢驗單或數(shù)據(jù)人工輸人系統(tǒng)，也可自動實時采集數(shù)據(jù)，對現(xiàn)有的質(zhì)量數(shù)據(jù)可方便安全地導(dǎo)人系統(tǒng)，便于使用。

    d.系統(tǒng)可自定義產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，質(zhì)量特性，模板化的產(chǎn)品異常原因分析，故障模式定義，車間層、生產(chǎn)線層與操作層的日常質(zhì)量監(jiān)控及管理，并可根據(jù)不同的質(zhì)量特性設(shè)置不同的報警方式。

    e.系統(tǒng)可自行定義控制規(guī)則，對過程狀態(tài)實時監(jiān)控，如果過程出現(xiàn)異常，系統(tǒng)自動顯示報警，分析異常原因，調(diào)查加工能力指數(shù)，預(yù)防不合格品出現(xiàn)。

    f.系統(tǒng)提供了多種計量型和計數(shù)型質(zhì)量控制圖等強(qiáng)大的圖形分析工具，如X一R,X一S, P,U控制圖等。

    g.系統(tǒng)提供了多種報表生成功能，可將過程處理的各類工藝參數(shù)、質(zhì)量特性、失控分析結(jié)果、Cpk工序能力調(diào)查等以表格的形式輸出，并能進(jìn)行實時分析。

4 系統(tǒng)安全與維護(hù)

    系統(tǒng)采用了多級安全控制。各功能模塊設(shè)有多級權(quán)限管理，具有強(qiáng)大的權(quán)限設(shè)置功能，可指定到車間的每個生產(chǎn)線、操作者、技術(shù)人員、產(chǎn)品類型等，防止非法數(shù)據(jù)進(jìn)入系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)采用了三層分布式體系結(jié)構(gòu)，確保了系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器合一，并獨立于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，因此系統(tǒng)具有方便的質(zhì)量數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)功能，系統(tǒng)維護(hù)也很簡便。

5 結(jié)束語

    機(jī)械制造生產(chǎn)線質(zhì)量監(jiān)控支持系統(tǒng)是基于小批量生產(chǎn)模式下零件加工過程質(zhì)量監(jiān)控理論和質(zhì)量控制圖技術(shù)的過程質(zhì)量控制軟件系統(tǒng)。系統(tǒng)能對生產(chǎn)線質(zhì)量信息進(jìn)行科學(xué)管理，對加工過程質(zhì)量數(shù)據(jù)自動采集和分析與處理，并對生產(chǎn)線的加工工序進(jìn)行實時的質(zhì)量控制和診斷，及時發(fā)現(xiàn)工序變異，分析變異原因，調(diào)整工藝參數(shù)，改進(jìn)工藝方法，為質(zhì)量管理提供決策支持。該系統(tǒng)經(jīng)實際使用反映良好，提高了現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)過程質(zhì)量控制的自動化、信息化水平。

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