一种机械制造生产线质量监控支持系统

1 系统体系结构

    生产线质量监控支持系统采用如图1所示的三层分布式体系结构，结构特点如下。

    a．管理层／车间层。该层对生产线加工过程工序质量运行结果进行分析处理，以生成质量控制图和统计表格的形式反映生产过程运行状态，查询运行状态结果，对加工过程实时监控，为执行层提供过程质量决策。

    b．执行层／生产线层。该层为质量工程师或工序质量技术人员对运行的工艺参数进行设置，同时对工序质量变异的原因进行分析，提出改进措施，是系统的核心层。

    c．操作层／员工层。生产线设备的操作者对原始质量数据进行采集和录入，是系统分析与处理的基础，

图1 生产线质量监控支持系统体系结构

2  系统功能模块

    生产线质量监控支持系统主要由质量数据采集模块、质量控制图分析模块、工序失控处理模块、工序能力分析与查询模块、失控信息汇总模块等组成。

    系统在对加工过程分析与处理之前可对产生过程的工艺参数进行设置，对过程质量特性进行描述，可设置用于不同质量数据类型的控制图类型选项，能实现不同方式的质量数据录入。

    2.1质量数据采集模块

    支持系统的数据采集功能主要是由系统的操作层完成，其采集流程如图2所示，采集的质量信息可通过以下3种方式录入。

图2 生产线质量数据采集流程

    a.自动采集，可通过通信接口与CMM或其他的检测仪器连接，传输质量信息。

    b.人工录入，可由操作者在加工过程中实时采录过程质量信息。

    c.质量数据导入，将检测设备中的质量信息如TEXT文本格式的质量数据导入质量数据采集模块中，充分利用客户现有的质量数据资源，提高数据的共享能力。
 

    2. 2质量控制图分析模块

    系统可对零件的各种工艺参数设置相应的控制图进行控制，系统可按用户要求设置不同的控制图，如过程工艺参数控制中的计量型质量数据一般采用X一R,X一S控制图，对于计数型质量数据一般采用P, U控制图。

    当过程质量控制点不在规则范围内或是超出控制限时，系统会报警并把失控信息通过邮件的方式发送给车间管理人员，图3是一输出轴加工的控制图分析结果。

图3 输出轴加工过程质量控制图分析

    2.3工序失控处理模块

    系统提供有失控点原因和对策分析功能，在分析和处理失控点时可依据历史数据、先验知识和质量专家的经验及技能做出决策。一旦找出失控原因，制定解决方案时，失控点才停止报警。操作人员可以从历史记录中查找相应的原因和对策进行失控点处理，对于新出现的原因和解决方案也可备注补充到系统中，并加以说明，以供下次使用。

图4 失控点质量控制流程

    失控点的质量控制流程如图4所示，它充分体现了生产线质量控制的PDCA循环思想，以持续改进加工过程质量。

    2. 4工序能力分析模块

    点击“工序能力”按钮可对当前工艺参数的工序能力进行分析，如图5所示。系统可对采集后的质量数据进行工序能力分析与调查，自动计算零件的加工过程工序能力指数Cpk以及其他的加工能力指标值，并与标准值比较(标准值可在相关标准中查到)，通过比较可判断零件加工状态的工序能力是否满足要求。如果工序能力不足，则系统会自动出现红色报警，及时提醒质量工程师提高零件加工过程的工序能力。

图5 输出轴工序能力分析
 

    2.5工序能力查询模块

    查询模块用于提供多种报表查询方式，用户可选择不同的条件生成所需的各类报表，如通过选择生产日期，生成任意时间段的报表，包括周报表和月报表。报表也可直接导出到电子表格中，进行方便的批处理。工序能力报表还可按单张控制图进行分类查询。

    2. 6失控信息汇总模块

    失控信息报表供管理层查询当前工序失控的状况，包括相关的原因调查和处理结果等。

3 系统特点

    该系统采用了如图1所示的三层c/s分布式结构形式，采用vc++编译程序语言作为开发工具，在Windows操作系统平台上实现。系统的主界面如图6所示。

图6 生产线质量监控支持系统主界面

    a.系统采用了先进的过程质量控制理论与方法，主要针对现代机械制造生产线质量监控而开发，也适合其他小批量产品生产线的质量监督。

    b.系统采用的三层分布式结构，便于用户个性化设置，可依据不同产品的生产线进行剪裁，以适应不同流程和工艺控制的要求。

    c.系统可由操作者将质量检验单或数据人工输人系统，也可自动实时采集数据，对现有的质量数据可方便安全地导人系统，便于使用。

    d.系统可自定义产品结构，质量特性，模板化的产品异常原因分析，故障模式定义，车间层、生产线层与操作层的日常质量监控及管理，并可根据不同的质量特性设置不同的报警方式。

    e.系统可自行定义控制规则，对过程状态实时监控，如果过程出现异常，系统自动显示报警，分析异常原因，调查加工能力指数，预防不合格品出现。

    f.系统提供了多种计量型和计数型质量控制图等强大的图形分析工具，如X一R,X一S, P,U控制图等。

    g.系统提供了多种报表生成功能，可将过程处理的各类工艺参数、质量特性、失控分析结果、Cpk工序能力调查等以表格的形式输出，并能进行实时分析。

4 系统安全与维护

    系统采用了多级安全控制。各功能模块设有多级权限管理，具有强大的权限设置功能，可指定到车间的每个生产线、操作者、技术人员、产品类型等，防止非法数据进入系统。由于该系统采用了三层分布式体系结构，确保了系统的安全性、稳定性和可扩展性。系统中的数据库服务器和应用服务器合一，并独立于网络服务器，因此系统具有方便的质量数据备份和恢复功能，系统维护也很简便。

5 结束语

    机械制造生产线质量监控支持系统是基于小批量生产模式下零件加工过程质量监控理论和质量控制图技术的过程质量控制软件系统。系统能对生产线质量信息进行科学管理，对加工过程质量数据自动采集和分析与处理，并对生产线的加工工序进行实时的质量控制和诊断，及时发现工序变异，分析变异原因，调整工艺参数，改进工艺方法，为质量管理提供决策支持。该系统经实际使用反映良好，提高了现代机械制造生产过程质量控制的自动化、信息化水平。