基于MES和CAPP的动态质量可追溯系统由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“mes质量追溯系统”。
为了实现产品质量在制造执行层面的动态追踪和溯源，提出了一种基于制造执行系统和计算机轴助工艺设计的动态质量可追溯模式。通过分析制造执行系统中质量数据的自动采集、分析流程以及计算机辅助工艺设计过程数据，给出了制造执行系统与工艺设计过程的动态集成框架；分析了基于集成平台的动态质量追溯数据流，建立了动态质嚣追溯系统的运行模式和体系结构。以发动机点火系统为例，开发了集成动态质量可追溯系统原型，实现了质量信息的并行实时追踪与控制，使得潜在工艺设计缺陷和制造执行系统故障得以有效控制与纠正，为企业构建了基于“工艺设计-制
传统质量系统对质量的追踪主要用于追溯离线状态下的质量数据，这些质量数据虽然覆盖了所有的质量活动，但联系工艺设计过程和产品制造过程的数据分析手段比较落后，同时对制造过程的实时追踪力度不够。这类质量系统大多独立于制造过程，数据采集、查询和处理均在质量系统内部完成闭环，很少考虑与工艺设计过程、制造过程质量数据的交互。因此仅能支持质量部门日常工作的无纸化操作，无法满足质量追溯过程和工艺设计过程之间的信息传递需求，也无法满足企业对质量活动执行效率和制造过程质量水平的追求。
对制造业来说，制造过程的质量决定了产品除设计因素外的绝大部分质量，是企业追求精益质量的核心环节之一。制造执行系统(Manufaeturing Execution System，MES)拥有制造过程所有静态和动态的数据，形成巨大的制造数据集合，为质量追溯的策划、执行、评价和改进提供了丰富的数据基础。而计算机辅助工艺设计(Computer Aided Proce Planning，CAPP)是连接产品设计与制造的桥梁，工艺设计过程包含了产品制造过程中的所有工艺、物料、设备等实现质量可追溯系统必不可少的信息；另外，企业生产的面向客户的最终产品是通过工艺规划和制造过程的功能和信息的集成才完成的；只有对CAPP和MES进行有机结合分析，才能真正实现质量可追溯性目标。
为此，本文提出基于MES和CAPP的质量可追溯系统的概念，旨在通过分析MES中质量数据的自动实时采集、分析、追踪和溯源控制，即时对比分析CAPP过程数据，建立一套以数字化为特征的动态质量追溯体系，有效提高质量追溯活动的执行效率，并使工艺设计过程和制造过程的跨系统质量追踪能力、反馈能力、信息交互能力和质量控制能力得到极大提高。跨系统动态质量追溯
1.1 基本概念
跨系统动态质量追溯针对具有关联关系的多个子系统构成的复杂质量系统，在同一参考系下不同子系统之间，对时间上先后发生的特定事物行为间的可回溯性关系进行集成分析，包括系统间追溯对象的关联关系分析、因果关系分析、系统间集成追溯模式分析、系统间集成追溯数据模型分析等；其追溯性隐含于系统内或系统间的某个过程，包含追溯对象、追溯关系和跨系统推理机理三大元素。其追溯对象是追溯的起点和终点，如缺陷产品的状态或者故障报警现象；追溯关系是追溯的方向，如现象与现象、现象与行为之间的关联关系；跨系统推理机理是追溯的纽带，如系统间对比分析方法。动态质量追溯系统中系统之间的连接关系如图1所示。
图1 跨系统动态质量追溯元素模式
1.2 跨系统动态质量可追溯的特点
跨系统动态质量追溯非常复杂，它具有如下特性：
(1)串联性(先后性)
表达了后发生行为与先发生行为之间存在的某种联系，从后发生行为出发可以推理到这些前发生行为，即通过某种关系追溯行为发生的历史过程的特性。
(2)隐含性
在动态质量追溯系统中，包含关系知识的模型并不一定采用显式的表达方法来表现，而是将这些关系隐含在模型的方程和处理方法中，从而使分析无法直接获取这些已有的关系知识。
(3)紧密性
在整个追溯系统中，由于要实现系统间的无缝连接，在追溯过程中要有一定的紧密性。
(4)复杂性
动态质量追溯系统与其他系统集成运作的过程中，其规模、结构和关系都呈现出一定的复杂性，这种复杂性使得人们容易迷失在海量的数据和质量追溯结果中，而无法将焦点聚集到集成质量系统关键的关系作用过程。
(5)动态性
集成系统间的关系体现在框架组件之间的交互上，在系统中体现在模型之间的动态交互上，因此质量追溯过程中质量因子的交互是动态的，从而整个集成系统体现出动态性。
由这些特性可以看出，跨系统的可追溯性具体体现在：系统通过自动采集数据、对比数据、分析根源，最大限度地挖掘系统中所包含的关系信息，基于这些信息可以进行追溯。
由动态质量追溯特性可以提取出追溯系统具备的三大条件为：可执行条件、可视条件和推测条件。
(1)可执行条件
在整个复杂系统中发生的质量缺陷、故障等不良现象与检测数据和状态蕴含一定的关联因果关系，是可执行的。
(2)可视条件
上述存在的关系信息是可以提取的，即追溯系统输入与输出的观测数据包含完整的因果关系，或者包含部分因果关系，通过特定的推理结构可以获取完整的因果关系。
(3)推测条件
这些关系信息可以直接支持追溯。
由上述三个条件可以看出，条件(1)和条件(2)可以认为是具备追溯性的静态条件，条件(3)是动态条件。
以上从理论上阐述了跨系统动态质量追溯系统的内涵、特点和实现的必要条件，下面将根据CAPP和MES的承接，构建相应的动态质量追溯系统。动态质量可追溯系统的基本框架
一般制造环节由CAPP和MES两个关联子系统构成。CAPP能够保证生产车间更快、更好地完成新产品导入和产品制造工艺的优化。CAPP数据系统能够提供制造阶段的所有质量标准和规范，这些信息正是追溯系统进行质量缺陷追溯的依据。MES在车间收集实时数据，让企业可以分析和管理整个制造过程，它具有深入了解车间详细数据的能力，如物料跟踪、运行监控及质量追踪和纠正，在此平台上，通过实时工艺执行、潜在故障诊断和及时溯源纠正，持续提升产品制造质量。
CAPP和MES是动态可追溯实现的基础，通过CAPP和MES的承接，企业得以实现工艺、流程、参数、工序状态、材料、设备、人员、部件、产品的动态可追溯性。图2所示为按照质量可追溯性目标和要求设计的基于CAPP和MES的动态质量可追溯系统的基本框架。
图2 基于MES与CAPP的质量可追溯系统框架
动态质量可追溯系统通过与CAPP的动态衔接，可实时观测新产品导入数据、物料管理方案、工艺设计方案、制造规划参数等相关质量数据，并且可实现与CAPP系统的实时数据交互，也可实现对已完成任务详细的制造工艺历史数据的追踪，及时反馈和纠正工艺相关的缺陷。通过与MES的动态衔接，可实时跟踪设备资源配置状况、现场数据采集状况、生产过程的调度和管理状况，并且在得到缺陷反馈后及时追溯分析制造执行现场，在得到纠正方案后可即刻对制造执行过程中的缺陷进行整改和纠正。整个动态质量追溯系统通过从生产车间追踪详细的最终制造工艺方案和详细的生产调度计划，可对制造工艺方案和生产调度计划进行动态预测和实时调整，使缺陷部件和缺陷产品在进入下一道生产工序前被及时发现和纠正；此外，该动态质量可追溯系统能够无缝地与产品验证阶段的制造工艺报告或报警报告进行连接，进一步追溯工艺设计或产品设计阶段的缺陷。
本框架反映了动态质量系统的基本运行模式，其核心是动态质量可追溯系统；此系统通过整合CAPP和MES系统的相关质量数据，一方面实现对质量缺陷的快速追踪和溯源，及时制定纠正措施和生成质量报告，进一步提高质量目标；另外一方面通过分析和改进CAPP及MES动态数据，使质量缺陷纠正措施得到及时执行和验证。动态质量可追溯系统运行模式
根据前文对可追溯系统目标的阐述，一个理想的可追溯系统应当具备的功能包括识别和跟踪产品物料清单(Bill of Material，BOM)、动态跟踪工艺管理和工况管理、实现实时交互和验证等。为了更好地实现这一目标，本文把系统的运行分为追踪和溯源两部分来阐述。
3.1 动态质量可追溯系统的追踪层次
企业资源规划(Enterprise Resource Planning，ERP)系统是现代企业广泛采用的信息系统，本文提出的基于CAPP和MES的动态质量可追溯系统不可避免地要与ERP系统进行数据交互。动态质量可追溯系统的运行(如图3)也是通过与ERP系统数据交互来实现质量数据的动态可追溯。本文结合ERP系统，将系统的追踪分为三个层次。
图3 基于MES与CAPP的动态质量可追溯系统追踪模式
(1)跟踪产品结构树信息
通过与ERP系统交互，动态追溯所有产品与其部件、原材料的组装关系。通过调用ERP系统信息，分析BOM结构，可追查到具体的缺陷产品、缺陷部件。同时，可追溯系统还可以通过条形码查到使用了同一批次缺陷部件的其他产品的具体信息。
(2)跟踪CAPP系统中的工艺相关信息
通过及时追查CAPP系统中记录的工序设计参数、工序执行参数和操作规范，发现产品制造执行前的工艺设计误差和潜在的工艺缺陷，以及在制造过程中可能发生的导致部件产生缺陷的具体工艺异常数据；追查CAPP系统中新产品导入环节的设计参数和试制记录，进一步溯源到新产品设计方面的潜在缺陷。
(3)实现与MES的动态交互
通过对用户反馈信息、故障报告和缺陷描述的分析，追查产品制造执行阶段的每个产品在每个工序的时间点、每个工序的操作设备和工装信息、操作人员信息，以及在制造过程中工艺报错或报警记录等信息。3.2 动态质量可追溯系统的溯源步骤
一旦完成动态质量追踪，就需要进一步对缺陷进行溯源。例如，当某一产品从客户处返回或通过其他方式发现了一个缺陷产品时，制造商需要了解以下信息：①到底什么部件失效？②失效原因是否由制造环节造成？③失效是否和工艺设置有关？
总体溯源步骤如图4所示。
图4 动态质量可追溯系统总体溯源步骤
具体步骤描述如下：
(1)进行失效分析以找出失效部件，即所谓的BOM溯源。一旦找到了缺陷部件，可追溯系统就可以生成一份包括该部件批次号、供应商等详细信息的报告；同时制定相关决策，如通知供应商和采购部门临时执行纠正措施。
(2)确定该部件在生产的哪个环节用到，所有有问题的部件批次以及使用到该批次部件的相关产品都必须被追溯到，制定临时纠正措施，如批次隔离，以防止它们进入生产现场；同时还必须确定库存或其他地方尚未使用的相关缺陷批次部件，进而制定全面纠正措施。对缺陷部件的溯源如图5所示。
图5 BOM溯源步骤
(3)确定问题的根本原因。通过跟踪制造执行阶段包括从制造到检验的所有环节(如分析具体的部件批次号)，系统可以提供具体部件涉及到的所有操作活动和相关人员，包括具体设备、操作员、检验员、班次及生产时间等；通过动态追溯调查历史和现行MES记录，确定缺陷产生的根本原因是否是在制造执行过程中产生，一旦找到根本原因，可以制定相应的整改方案，实施纠正措施，如更换刀具设备、纠正操作规范和检验标准等；及时对MES进行更新。图6给出了简易的MES系统溯源流程。
图6 MES系统溯源步骤
同时，由于动态质量可追溯系统集成工艺规划和MES，除了能够识别和预防制造过程中的任何异常，还能对CAPP工艺规范和加工参数动态追踪进行确认，若发现缺陷产品与设计参数和设计工艺有关联，则必须考虑是否对设计相关程序进行纠正更改，同时实时交互引导所有操作人员及时纠正操作方式，以防止进行任何非一致性工艺操作，从而实现对CAPP和MES同时进行动态工艺管理和工艺执行。具体的溯源步骤如图7所示。
图7 CAPP溯源步骤动态质量可追溯系统数据模型
大中型制造工厂内部信息的构成非常复杂，涉及的范围很广，如人员信息、零部件信息、工艺信息、工序状况信息及设备等，而每一个信息又由多个因子组成，如零部件信息中包括零件号、规格、批号、材料、零件名等，不仅数据量大、数据类型和结构复杂，而且数据间存在复杂的语义联系，数据的载体也是多介质的。基于MES和CAPP集成环境下的可追溯系统部分继承数据表单的E—R图如图8所示。
图8 基于CAPP和MES的动态质量可追溯系统相关数据模型
需要说明的是，图中只给出与质量可追溯系统有关的主要数据表，将其他为了满足表达完整性和系统开发需求而设计的辅助表省略。图中集成了MES和CAPP的主要数据表。通过将生产计划、零部件信息、工艺信息、工序状况信息、设备状况信息和人员信息进行连接，实现整个可追溯系统的动态追踪，通过分析、纠正、更新所有相关数据，使CAPP和MES达到交互追踪，实时纠正。动态质量可追溯系统总体构架及应用实例
系统实现采用传统的基于Java／Bean的浏览器／服务器(Browser／Server，B／S)多层构架，图9所示为系统的总体构架。其中后台数据库系统为MS-SQL2000，中间层的Web服务器使用多数企业采用的Tomcat，浏览端采用可扩展标记语言(eXtensible Markup Language，XML)和超文本标记语言(HyperText Markup Language，HTML)封装执行，用户层主要利用MS-IE6.0页面显示。
图9 基于MES和CAPP的动态质量可追溯系统总体构架
系统主功能窗口界面如图10所示。左边框架是系统树型功能菜单，右边框架是系统的主操作区域。在进入系统后，右边主操作区域显示当日的质量反馈信息，包括设计部门反馈及制造部门反馈等；同时能够调用企业当日关注信息和相关新闻。左边是导航栏，呈树状排列。
图10 系统主界面
图11所示为某型号发动机点火相关故障列表界面。进入故障信息列表界面，可以看到MES相关故障的详细故障描述，自动给出故障分析和诊断结果，同时通过与CAPP对比分析系统，可以追踪某一故障原因工艺过程与制造过程缺陷及导致故障的关键节点，还具备自动统计同一类型故障不同原因的所有案例数目。如对于“发动机点火故障”，主要的原因包括低压电路故障、高压电路故障、点火时间过早、点火系统不工作、点火延迟、火花塞故障、发动机回火和放炮、发动机爆震和过热八个主要原因。
图11 发动机点火故障原因MES列表
针对这些原因，通过工艺过程与制造过程的对比分析，获得相关关键工艺设计故障源节点12个，制造过程关键控制源节点17个，每种原因的案例统计数目由系统自动运算得出；图12为与CAPP系统对比分析故障原因及溯源关键节点统计图。根据发动机点火故障原因列表以及追溯工艺过程与制造过程溯源节点的统计数据，一共有5110条在案的统计记录，通过工艺设计系统对比分析每种原因溯源节点所占总数的比例，可以得出统计图。由分析可以看出，高压电路故障的关联溯源节点所占比例高，为发动机点火故障的主要原因，是重点控制对象；低压电路故障的关联溯源节点所占比例也比较大，是次重点控制对象。相关的技术人员可以根据此数据对工艺过程关键关联节点与相关批次故障产品的制造过程关联关键节点进行重点控制，以便于导致故障缺陷源的排查和快速完善。
图12 发动机点火故障原因溯源关键节点与CAPP对比分析统计图结束语
在未来几年，不论是企业、客户还是法规，对产品质量的可追溯要求都会越来越高。本文在动态集成MES和CAPP的基础上，构建了动态质量可追溯系统的基本模型。通过对质量缺陷的追踪和溯源，实时纠正工艺缺陷和制造执行系统中的故障，最终全面提高质量追根溯源活动的执行效率。相信本系统的实施在加工工艺优化、提高MES稳定性和最终产品质量水平等方面起着积极的作用，同时对降低CAPP和MES的维护成本，提升企业信誉和客户满意度等方面具有一定的现实意义。
