问题驱动的制造系统质量控制技术研究

本项目围绕问题驱动的制造企业质量改进这个主题，开展以问题驱动为核心的制造企业质量改进技术研究。这对解决我国中、小型制造企业对质量管理创新将具有十分积极的意义。 项目研究的主要工作与进展包括： 1、 在问题特征分类管理模型的基础上，提出了一种问题驱动的质量改进模型，讨论了结构化质量改进模式的功能模块规划及知识资源管理等，为问题驱动的质量改进的实现奠定基础。 2、 提出了一种基于质量指标之间误差传播关系的生产过程监控点配置决策方法，使监控点的配置更加符合企业的实际情况。 3、 针对制造过程的质量问题层出不穷而企业常常疲于救火式管理、难以从根本上解决质量问题的现状，结合模糊认知图理论，提出一种包含反应式、预防式、预报式和先行式等四种典型的质量控制模式的决策模型。该模型可根据质量问题的实际需求合理选择质量控制模式。 4、 提出了一种结构化的质量控制模型。该模型是以质量控制中的目标、问题、指标、措施等基本要素为主线，以结构化原理为指导，以加工过程为载体，以控制和改进制造过程质量为目标的多层次、知识型质量控制模型。 5、 提出一种基于小世界网络的制造系统设备故障传播模型、基于情境近似匹配的设备故障知识检索方法,以及一种设备质量保障的分级管理决策模型，将设备的可靠性保障分为反应式、预防式、预报式和先行式四种模式。 6、 从氧化铝陶瓷管生产成型工艺中的产品质量问题出发，研究等静压机设备故障与产品质量的相互关系。针对产品致密性相关的质量问题，对等静压机运行参数中的最高压力值和保压时间进行实时监控，通过对设备参数的监控达到对产品质量进行监控的目的。 7、 针对视觉测量系统的测量精度、测量速度和经济性等应用瓶颈，在嵌入式视觉测量系统的设计和搭建，边缘的快速精确分割、目标直线提取和边缘亚像素定位等图像处理算法的选择和优化，自动化机构设计等方面进行了一定的研究。 8、 针对机械加工领域的典型应用—精密平面磨削加工，以间接监测技术为手段，以声发射传感器为主，以加速度传感器、电流传感器和电压传感器为辅，围绕磨削烧伤及其相关科学问题展开研究。 9、 从电连接器制造过程中的质量问题出发，开展以问题管理为核心的质量改进技术研究。根据问题管理系统的功能模型，研究并设计系统的信息模型，同时构建系统的数据库。 2100433B

在制造系统日益复杂化的背景下，现场质量问题层出不穷，反应式质量控制已难以适应，迫切需要从系统工程的角度加以审视，从质量问题发生的根源加以研究。为此，本项目将:1)采用结构化方法对制造系统的质量问题进行层次化分析与分解，提取质量问题的典型特征与属性，建立制造系统质量缺陷-问题-错误之间的映射关系，探究质量缺陷的发生机理与减少重复性质量事件的对策；2)研究制造系统质量问题的传播、激发、求解、监控和评价等方法，建立问题驱动的制造系统质量控制模型，规范质量问题管理的工作流程；3)采用分级管理原则，研究制造系统质量问题的响应机制，研究反应式、预防式、预报式和先行式等质量问题处理模式及其适用性，建立基于信息熵的制造系统质量问题处理决策模型，增强预防性质量控制能力；4)结合典型的机械制造系统，展开案例应用与实证研究。本项目的研究成果将有助于企业提升制造系统的质量问题分析、处理与预防性质量控制能力。

由于市场环境的变化和现代生产管理理念的不断更新，一个制造型企业能否良性运营，关键是使“计划”与“生产”密切配合，企业和车间管理人员可以在最短的时间内掌握生产现场的变化，作出准确的判断和快速的应对措施，保证生产计划得到合理而快速修正。虽然ERP和现场自动化系统已经发展到了非常成熟的程度，但是由于ERP系统的服务对象是企业管理的上层，一般对车间层的管理流程不提供直接和详细的支持。而现场自动化系统的功能主要在于现场设备和工艺参数的监控，它可以向管理人员提供现场检测和统计数据，但是本身并非真正意义上的管理系统。所以，ERP系统和现场自动化系统之间出现了管理信息方面的“断层”，对于用户车间层面的调度和管理要求，它们往往显得束手无策或功能薄弱。比如面对以下车间管理的典型问题，它们就难以给出完善的解决手段：

1、出现用户产品投诉的时候，能否根据产品文字号码追溯这批产品的所有生产过程信息？能否立即查明它的：原料供应商、操作机台、操作人员、经过的工序、生产时间日期和关键的工艺参数？

2、同一条生产线需要混合组装多种型号产品的时候，能否自动校验和操作提示以防止工人部件装配错误、产品生产流程错误、产品混装和货品交接错误？

3、过去12小时之内生产线上出现最多的5种产品缺陷是什么？次品数量各是多少？

4、仓库以及前工序、中工序、后工序线上的每种产品数量各是多少？要分别供应给哪些供应商？何时能够及时交货？

5、生产线和加工设备有多少时间在生产，多少时间在停转和空转？影响设备生产潜能的最主要原因是：设备故障？调度失误？材料供应不及时？工人培训不够？还是工艺指标不合理？

6、能否对产品的质量检测数据自动进行统计和分析，精确区分产品质量的随机波动与异常波动，将质量隐患消灭于萌芽之中？

7、能否废除人工报表，自动统计每个过程的生产数量、合格率和缺陷代码？

MES的定位，是处于计划层和现场自动化系统之间的执行层，主要负责车间生产管理和调度执行。一个设计良好的MES系统可以在统一平台上集成诸如生产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析、网络报表等管理功能，使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息服务。系统通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产，协助企业建立一体化和实时化的ERP/MES/SFC信息体系。

柔性制造系统的类型

柔性制造是指在计算机支持下，能适应加工对象变化的制造系统。柔性制造系统有以下三种类型：

柔性制造单元

柔性制造单元由一台或数台数控机床或加工中心构成的加工单元。该单元根据需要可以自动更换刀具和夹具，加工不同的工件。柔性制造单元适合加工形状复杂，加工工序简单，加工工时较长，批量小的零件。它有较大的设备柔性，但人员和加工柔性低。

柔性制造系统

柔性制造系统是以数控机床或加工中心为基础，配以物料传送装置组成的生产系统。该系统由电子计算机实现自动控制，能在不停机的情况下，满足多品种的加工。柔性制造系统适合加工形状复杂，加工工序多，批量大的零件。其加工和物料传送柔性大，但人员柔性仍然较低。

柔性自动生产线

柔性自动生产线是把多台可以调整的机床(多为专用机床)联结起来，配以自动运送装置组成的生产线。该生产线可以加工批量较大的不同规格零件。柔性程度低的柔性自动生产线，在性能上接近大批量生产用的自动生产线；柔性程度高的柔性自动生产线，则接近于小批量、多品种生产用的柔性制造系统。

柔性制造系统的构成

就机械制造业的柔性制造系统而言，其基本组成部分有：

自动加工系统

自动加工系统，指以成组技术为基础，把外形尺寸(形状不必完全一致)、重量大致相似，材料相同，工艺相似的零件集中在一台或数台数控机床或专用机床等设备上加工的系统。

物流系统

物流系统，指由多种运输装置构成，如传送带、轨道一转盘以及机械手等，完成工件、刀具等的供给与传送的系统，它是柔性制造系统主要的组成部分。

信息系统

信息系统，指对加工和运输过程中所需各种信息收集、处理、反馈，并通过电子计算机或其他控制装置(液压、气压装置等)，对机床或运输设备实行分级控制的系统。

软件系统

软件系统，指保证柔性制造系统用电子计算机进行有效管理的必不可少的组成部分。它包括设计、规划、生产控制和系统监督等软件。柔性制造系统适合于年产量1000～100,000件之间的中小批量生产。

柔性制造系统的优点

柔性制造系统是一种技术复杂、高度自动化的系统，它将微电子学、计算机和系统工程等技术有机地结合起来，理想和圆满地解决了机械制造高自动化与高柔性化之间的矛盾。具体优点如下。

第一，设备利用率高。一组机床编入柔性制造系统后，产量比这组机床在分散单机作业时的产量提高数倍。

第二，再制品减少80%左右。

第三，生产能力相对稳定。自动加工系统由一自或多台机床组成，发生故障时，有降级运转的能力，物料传送系统也有自行绕过故障机床的能力。

第四，产品质量高。零件在加工过程中，装卸一次完成，加工精度嵩，加工形式稳定。

第五，运行灵活。有些柔性制造系统的检验、装卡和维护工作可在第一班完成，第二、第三班可在无人照看下正常生产。在理想的柔性制造系统中，其监控系统还能处理诸如刀具的磨损调换、物流的堵塞疏通等运行过程中不可预料的问题。

第六，产品应变能力大。刀具、夹具及物料运输装置具有可调性，且系统平面布置合理，便于增减设备，满足市场需要。