龔立雄，黃 敏，楊 巖

(1.重慶理工大學(xué) 機械工程學(xué)院，重慶 400054；2.重慶理工大學(xué) MBA教育中心，重慶 400050)

制造企業(yè)SPC質(zhì)量信息系統(tǒng)設(shè)計研究*

龔立雄1，黃 敏2，楊 巖1

(1.重慶理工大學(xué) 機械工程學(xué)院，重慶 400054；2.重慶理工大學(xué) MBA教育中心，重慶 400050)

分析了統(tǒng)計過程控制的基本理論，以SPC為基礎(chǔ)，運用Visual Studio.net設(shè)計了SPC質(zhì)量信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含5個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)，共同組成了一個整體。企業(yè)生產(chǎn)和管理人員可通過該系統(tǒng)實時監(jiān)控和預(yù)警現(xiàn)場生產(chǎn)過程，確保生產(chǎn)過程處于受控狀況。應(yīng)用實踐表明，該系統(tǒng)能有效提高產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)經(jīng)營水平。

制造企業(yè)；統(tǒng)計過程控制；質(zhì)量信息系統(tǒng)；控制圖

0 引言

產(chǎn)品質(zhì)量是制造企業(yè)普遍關(guān)注的突出問題，由質(zhì)量問題導(dǎo)致企業(yè)在市場上的損失是巨大的。因此，對產(chǎn)品質(zhì)量實施“事前控制”措施比“事后補救”所起的效果要重要的多。統(tǒng)計過程控制(Statistical Process Control，SPC)強調(diào)用統(tǒng)計技術(shù)監(jiān)測生產(chǎn)過程，保證全過程的預(yù)防，可以幫助企業(yè)在質(zhì)量控制上做到“事前預(yù)防和控制”[1-2]。近年來，許多學(xué)者對SPC技術(shù)進(jìn)行了大量研究，如曹軍等提出了一種多品種小批量機加工車間關(guān)鍵工序動態(tài)SPC研究及應(yīng)用[3]。王秀紅采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)監(jiān)測SPC/EPC整合過程策略，分別用Shewhar圖、CUSUM圖對模型進(jìn)行了監(jiān)控，有效監(jiān)測了異常擾動的發(fā)生[4]。但上述SPC方法計算復(fù)雜，均是一種離線數(shù)據(jù)輸入監(jiān)測異常因素的發(fā)生，不能實時處理生產(chǎn)過程中的質(zhì)量問題，也無法對歷史質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計查詢，影響了SPC技術(shù)的應(yīng)用。本文依托SPC理論，運用計算機信息技術(shù)設(shè)計了一種制造企業(yè)SPC質(zhì)量信息系統(tǒng)，將企業(yè)信息化與SPC結(jié)合起來實施，根據(jù)系統(tǒng)的質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行控制圖分析和過程控制，及時分析問題、解決問題，保證生產(chǎn)過程受控，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

1 SPC基本理論

1.1 SPC簡述

SPC的基本原理是采用統(tǒng)計方法對過程及輸出特性進(jìn)行監(jiān)控，及時、準(zhǔn)確獲取生產(chǎn)過程的實際狀況，并采取措施保持過程的穩(wěn)定性。它是一種理念，通過關(guān)注用戶要求和減少變異獲得高質(zhì)量產(chǎn)品，通過持續(xù)改善推動產(chǎn)品質(zhì)量的提升。SPC強調(diào)的是全過程監(jiān)控與參與，構(gòu)建“事前”預(yù)防和“事后”控制的現(xiàn)代管理體系，區(qū)分正常波動和異常波動，及時發(fā)現(xiàn)問題，消除異常[5-6]。

1.2 SPC控制圖分析

控制圖是工序質(zhì)量控制的主要方法之一。在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品質(zhì)量特性會發(fā)生波動，正常的波動影響很小且難以去除，異常的波動對產(chǎn)品質(zhì)量影響很大，但可以去除。產(chǎn)品質(zhì)量的波動具有一定的規(guī)律性。一般控制圖的構(gòu)造基于正態(tài)分布，如圖1所示，用μ±3σ為控制界限來管理過程，界限之內(nèi)的波動屬于正常波動，否則為異常波動[7]。

圖1 控制圖

對計量型控制圖來說，一般采用均值—極差控制圖實施SPC控制，計數(shù)型的控制圖類似。其使用步驟如下：

(1)

式中，Xi為產(chǎn)品質(zhì)量特性的樣本。xmax,xmin分別為樣本中的最大值和最小值。

(2)

步驟3：分析R圖：檢查極差點有無超出控制限，有無異常模式或趨勢。

2 SPC質(zhì)量信息系統(tǒng)設(shè)計

2.1 SPC質(zhì)量信息系統(tǒng)功能模塊

制造企業(yè)SPC質(zhì)量信息系統(tǒng)功能模塊根據(jù)系統(tǒng)需求分析確定。模塊劃分的恰當(dāng)與否關(guān)系到整個系統(tǒng)性能的高低，因此必須保證模塊分解準(zhǔn)確、可靠[9]。通過分析某軸承制造企業(yè)對質(zhì)量信息系統(tǒng)的要求，確定SPC質(zhì)量信息系統(tǒng)包含5個功能模塊，即權(quán)限管理子系統(tǒng)、在線過程質(zhì)量信息采集子系統(tǒng)、失效分析與診斷子系統(tǒng)、多窗口監(jiān)控子系統(tǒng)、質(zhì)量分析及評價子系統(tǒng)。各個子系統(tǒng)相互影響、相互支持，每個子系統(tǒng)的具體實現(xiàn)功能需要進(jìn)一步細(xì)化。如圖2所示。

圖2 制造企業(yè)SPC質(zhì)量信息系統(tǒng)功能模塊

下面對5個子系統(tǒng)功能模塊分別敘述：

(1)權(quán)限管理子系統(tǒng)

企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的工藝參數(shù)、數(shù)據(jù)和資料，不同等級的操作人員應(yīng)該具有不同管理權(quán)限。權(quán)限管理屬于系統(tǒng)的安全機制的一部分。該模塊由管理員來建立不同操作者，并賦予不同操作權(quán)限。操作者登陸該系統(tǒng)時，在權(quán)限范圍內(nèi)進(jìn)行操作，設(shè)置添加、刪除、修改等功能。

(2)在線過程質(zhì)量信息采集子系統(tǒng)

該系統(tǒng)是SPC質(zhì)量信息系統(tǒng)的核心。該系統(tǒng)根據(jù)質(zhì)量計劃確定控制工序的質(zhì)量信息?？梢圆杉a(chǎn)品或錄入生產(chǎn)線質(zhì)量數(shù)據(jù)，并實時顯示數(shù)據(jù)、繪制控制圖，如控制圖點子超界或出現(xiàn)異常，則報警提示生產(chǎn)過程處于失控狀態(tài)。

(3)失效分析與診斷子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)依托專家知識庫，建立了失效分析與診斷子系統(tǒng)。在SPC實施過程中，數(shù)據(jù)統(tǒng)計的主要目的在于進(jìn)行加工過程的控制，過程控制的建議可以從系統(tǒng)中的專家知識庫中獲取，為生產(chǎn)實際提供有效支持。專家知識庫的建立以產(chǎn)品加工過程結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)進(jìn)行管理，內(nèi)容包括：工序過程管理、失效模式、參數(shù)維護(hù)、控制策略管理等。

(4)多窗口監(jiān)控子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)可以實現(xiàn)高層管理人員通過SPC質(zhì)量信息系統(tǒng)實時監(jiān)控多個生產(chǎn)過程，保證產(chǎn)品過程控制質(zhì)量。系統(tǒng)同時監(jiān)控多產(chǎn)品、多尺寸、多機臺、多質(zhì)量特性。

(5)質(zhì)量分析及評價子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)可以對在線監(jiān)測系統(tǒng)中錄入或采集的數(shù)據(jù)自動化處理，計算Cp、Cpk等工序能力指數(shù)，自動生成報表或圖形，為產(chǎn)品及其過程質(zhì)量評估提供工具與技術(shù)，為質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)提供幫助。主要功能包括控制圖分析、SPC能力分析、數(shù)據(jù)輸出與打印等。

2.2 系統(tǒng)界面設(shè)計及實現(xiàn)

SPC質(zhì)量信息系統(tǒng)采用Visual Studio.net開發(fā)，選用SQL Server 2008創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，基于ADO.net編程接口連接和訪問數(shù)據(jù)庫。因SPC質(zhì)量信息系統(tǒng)只需要在制造企業(yè)集團(tuán)內(nèi)部使用，安全性、實時性、快速性是考慮的關(guān)鍵因素，故采用C/S結(jié)構(gòu)設(shè)計SPC質(zhì)量信息系統(tǒng)。所有統(tǒng)計與分析功能在客戶端實現(xiàn)，負(fù)責(zé)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的輸入，實時生成控制圖，分析、處理統(tǒng)計質(zhì)量數(shù)據(jù)。服務(wù)器存儲數(shù)據(jù)文件、應(yīng)用程序，控制外部設(shè)備等。在輸入正確用戶名及密碼，可以登錄進(jìn)入圖3所示授權(quán)的主界面。

圖3 制造企業(yè)SPC質(zhì)量信息系統(tǒng)主界面

(1)權(quán)限管理子系統(tǒng)

在菜單欄選擇“權(quán)限管理”即進(jìn)入“權(quán)限管理子系統(tǒng)”界面。通過員工賬號設(shè)置、權(quán)限設(shè)置菜單實現(xiàn)“添加”、“修改”、“刪除”、“查詢”等功能，系統(tǒng)管理員有最高權(quán)限。圖4為權(quán)限管理子系統(tǒng)界面。

圖4 系統(tǒng)權(quán)限管理

(2)在線過程質(zhì)量信息采集子系統(tǒng)

在SPC質(zhì)量信息系統(tǒng)主界面中點擊數(shù)據(jù)錄入與采集模塊進(jìn)入在線過程質(zhì)量信息采集子系統(tǒng)，如圖5所示。系統(tǒng)自動根據(jù)采集或錄入的數(shù)據(jù)生成控制圖。如出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會提示過程出現(xiàn)失控狀態(tài)，并報警。

圖5 SPC質(zhì)量信息采集與控制圖

(3)失效分析與診斷子系統(tǒng)

失效分析與診斷子系統(tǒng)主要用于管理生產(chǎn)過程的失效模式和專家?guī)?。系統(tǒng)根據(jù)已有的失效模式對當(dāng)前生產(chǎn)狀況進(jìn)行診斷，該子系統(tǒng)與在線過程質(zhì)量信息采集子系統(tǒng)緊密聯(lián)系，圖6、7為失效模式管理和控制策略界面。點擊相應(yīng)的節(jié)點，右邊就會顯示其失效模式信息?？刂撇呗苑譃橛嬃啃秃陀嫈?shù)型兩種策略。

圖6 失效模式界面

圖7 控制策略

(4)多窗口監(jiān)控子系統(tǒng)

多窗口監(jiān)控子系統(tǒng)主要針對制造企業(yè)中、高層管理人員，便于在辦公室實時監(jiān)測企業(yè)多個產(chǎn)品質(zhì)量特性，圖8為監(jiān)控的兩個不同質(zhì)量特性的控制圖。其核心是采用VB.NET中的控件調(diào)用Minitab繪制多質(zhì)量特征控制圖[10]。

圖8 多窗口監(jiān)控系統(tǒng)界面

(5)質(zhì)量分析及評價子系統(tǒng)

在SPC質(zhì)量信息系統(tǒng)主界面中點擊統(tǒng)計與分析界面，進(jìn)入質(zhì)量分析及評價子系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以打印輸出報表、計算直方圖、工序能力分析圖、排列圖、正態(tài)概率圖、線性回歸圖等。系統(tǒng)根據(jù)質(zhì)量分析及評價子系統(tǒng)的統(tǒng)計功能，對生產(chǎn)過程作出判斷并提出改進(jìn)措施。圖9、圖10分別為系統(tǒng)中的工序能力分析圖和正態(tài)概率圖。

圖9 工序能力分析圖

圖10 正態(tài)概率圖

制造企業(yè)SPC質(zhì)量信息系統(tǒng)還可以實時查看、保存質(zhì)量信息。在生產(chǎn)線上使用SPC質(zhì)量信息系統(tǒng)，借助控制圖等工具可以實施動態(tài)控制，促進(jìn)了預(yù)警式質(zhì)量管理，降低了質(zhì)量成本，提高了工序加工能力。本文所設(shè)計的SPC質(zhì)量信息系統(tǒng)應(yīng)用于某軸承生產(chǎn)企業(yè)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量控制和管理能力，使得產(chǎn)品不良率降低了25%，成功實現(xiàn)了產(chǎn)品的質(zhì)量控制和管理目標(biāo)。

3 結(jié)論

實施SPC技術(shù)對提高制造企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性具有重要的意義。本文分析了SPC技術(shù)的基本原理，根據(jù)制造企業(yè)的實際需求，分析了SPC質(zhì)量信息系統(tǒng)功能模塊，采用Visual Studio.net設(shè)計了SPC質(zhì)量信息系統(tǒng)，使得制造企業(yè)的質(zhì)量管理由“事后控制”變?yōu)椤邦A(yù)防控制”，提高了生產(chǎn)過程的控制能力，并消除了質(zhì)量信息孤島，增加了質(zhì)量數(shù)據(jù)來源的可靠性，有效提高了企業(yè)的信息化水平。

[1] 姜興宇，王世杰，趙凱，等．面向網(wǎng)絡(luò)化制造的智能工序質(zhì)量控制系統(tǒng)[J]．機械工程學(xué)報，2010,46(4):186-194.

[2] Senouci K, Bendaoud A, Medles K, et al. Statisical Control of Electrostatic Separation Processes[J]. Industry Applications Magazine, IEEE, 2010,16(4):22-27.

[3] 曹軍，尹超，劉飛，等. 多品種小批量機加工車間關(guān)鍵工序動態(tài)SPC研究及應(yīng)用[J]. 中國機械工程，2011,22(23):2822-2827.

[4] 王秀紅. 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SPC/EPC 整合過程監(jiān)測方法研究[J]. 工業(yè)工程，2012,15(4): 12-16.

[5] Navon R.Automated projeet performane control of construction projects[J]. Automation in Construction, 2005,14:467-477.

[6] 楊慕升，張宇. 基于STA /SPC /EPC的集成方法質(zhì)量控制技術(shù)研究[J]. 機床與液壓，2011,39(7):11-14.

[7] Zhang Yu, Yang Musheng, Zhang Yanxin. Concurrent design for process quality, statistical tolerance, and SPC[J]. Communications in Statistics-Theory and Methods, 2006, 35(10):1869-1882.

[8] 袁錫明. 基于SPC 的SMT生產(chǎn)質(zhì)量在線分析系統(tǒng)設(shè)計[J]. 測控技術(shù)，2012,31(12):111-113,117.

[9] 費一正，汪惠芬，劉婷婷，等. 基于SPC的車間制造質(zhì)量管理系統(tǒng)研究[J]. 制造業(yè)自動化，2011,33(10)上:43-46.

(編輯 趙蓉)

Research of Designing Manufacturing Enterprise SPC Quality Information System

GONG Li-xiong1，HUANG Min2，YANG Yan1

(1. School of Mechanical Engineering，Chongqing University of Technology，Chongqing 400054；2. MBA Education Center，Chongqing University of Technology，Chongqing 400050)

Analysed theory of statistical process control, and quality information system adopted visual studio.net software, the system have five subsystems and composed correlative integral whole.Manager can monitor and warn manufacture process to ensure it is controlled by the SPC quality information system. The application of system shows that it can help to improve product quality and enterprise management level.

manufacturing enterprise; statistical process control; quality information system; control chart

1001-2265(2014)06-0157-04

10.13462/j.cnki.mmtamt.2014.06.043

2013-09-25；

2013-11-12

重慶市基礎(chǔ)與前沿研究項目(cstc2013jcyjA60002)；重慶理工大學(xué)青年基金(2011ZQ25)；重慶理工大學(xué)科研啟動基金(2010ZD24)；重慶理工大學(xué)管理科學(xué)與工程開放課題(GLKX01)

龔立雄(1978— )，男，湖北仙桃人，重慶理工大學(xué)講師，工學(xué)博士，研究方向為產(chǎn)品質(zhì)量控制與測試、制造業(yè)信息化，(E-mail) herogong2001@sohu.com。

TH165+.4；TG165

A