PDM/MES的整修质量管理信息系统的总体设计

PDM/MES的整修质量管理信息系统的总体设计

    设计信息系统的前提是要了解业务流程，分析客户需求，在此基础上考虑系统的实现方案，设计系统的功能模块，最后编写代码实现各具体功能。本章分析整修质量管理的业务流程及需求，以此引出基于PDM/MES的设计方案，分析各个系统间的信息传递。并详细介绍了系统的功能模块，最终简单介绍一下实现该系统的关键技术。
 
1整修质量管理的业务流程及需求分析
1.1整修质量管理的业务流程
    当前整修车间质量记录方式普遍采用纸质记录，通过记录卡片流转，这种方式易造成质量数据的版本混乱或丢失。加上各部门分散管理各自直接相关的质量记录，给质量信息的共享、查询、追溯及其实时性造成不便。此外，质量信息的不规范记录给质量数据的分析带来了困难。通过建立统一信息平台下的整修质量管理系统，能够解决以上问题，实现工艺文档、质量跟踪卡、技术文档、物料、人员、计划任务的一体化管理，确保信息的一致性、完整性和规范性，确保对整修过程的可控性。
 
    建立整修质量管理系统首先需要分析它的业务流程。整修质量管理的业务流程如图2.1所示。装备整修时，装备整修管理部门首先要制定整修方案，整修方案包括整修方式、人员分配、整修时机、质量计划等。为保证整修方案的有效性，需要监测装备的技术状态。根据可能发生的故障类型、装备的重要程度、维修次数等信息选择整修方式，根据整修方式及监测到的技术状态变化趋势等信息确定整修时机。此后，整修管理人员根据保证装备可靠性的要求，针对维修工作质量和装备质量上的薄弱环节，制定质量工作计划，提出一定时间内达到的质量目标、改进措施、进度和负责人等。工艺人员在质量计划的指导下，根据整修工艺确定整修对象在各个工序需要采集的质量参数及其合格要求。
 
    调度人员根据整修计划和整修工艺下达现场整修任务(按天下任务执行计划)，整修任务一般按工步(或工序)的先后顺序执行，但在特殊情况下，会有一些可并行的任务，调度人员可根据实际情况调整任务的执行顺序。在随后的整修过程中，操作人员/检验员采集现场的整修工装设备状态信息及质量数据，通过对数据的统计分析监控整修过程并寻找质量问题，再对质量问题进行跟踪处理。采集到的质量信息最终以质量跟踪卡的形式存储，质量跟踪卡是以工艺规程的内容为基础数据编制检验内容，并增加检验记录的卡片。

 
1.2系统的需求分析
    通过对整修过程的业务流程分析及与客户的交流得出以下系统需求:
    1)实现整修过程控制手段现代化，将整修过程的质量管理工作信息数字化，甩掉手工记账式管理，实现管理手段现代化;
    2)工艺编制中，封面和附页是按卡片类型来计算共页和第页的，同时还要按卡片类型进行汇总，另外还要对工艺步内容中的计量器具、工具、材料进行汇总;
    3)物料的出入库及有效性管理，物料的出入库需要电子扫描条码，物料数量低于下限或超过上限时要报警，对物料的有效期要进行预警和报警，在做年度或阶段计划时要对物料的完备性和有效性进行检查;
    4)在整修任务开工前，系统支持对现场人、机、料、法、环、测等整修要素的准备情况进行检查、确认，任务开始之前由人工进行检查和确认，系统记录检查结果，在任务的执行过程中，调度人员可以根据情况调整任务的顺序(必须是可并行的任务);
    5)质量跟踪卡的填写要求简单方便，一个工步(或工序)任务中有多个确认项，需要操作人员一一确认，然后由二岗、检验、军检签字认可，质量跟踪卡的填写需要权限控制(刷卡)。质量跟踪卡的格式繁多需要规范统一;
    6)在任务执行过程中，如果检验不合格，需要填写质量问题。汇总质量问题，对问题进行确认、处理，并对处理过程进行跟踪;
    7)实现系统界面人性化，操作简便，易学易用。
 
2系统的总体设计
2.1系统的体系框架
    整修质量管理重点在于过程质量控制，MES可获取整修过程所有的静态和动态质量数据，形成巨大的数据集合，为质量活动的设计、执行、评价和改进提供丰富的数据基础。整修质量管理系统与MES之间的信息交互以PDM为媒介，此外，PDM是一门管理所有与产品相关信息和所有与产品相关过程的技术，很多企业都采用PDM系统管理产品全生命周期的信息，因此，可利用PDM来管理整修工艺、整修质量参数、质量数据、质量问题等基础数据并控制整修流程。这种方案即可实现整修过程质量管理，又复用了PDM/MES中的相同功能，可以提高整修质量管理系统与PDM/MES系统的集成程度，并在保证数据一致性的前提下减少了系统的开发工作。
 
    通过以上对整修质量管理的业务流程分析及基于PDM/MES开发的思考，设计了如图2.2所示的体系框架。本文的重点是介绍整修质量管理系统与PDM/MES之间的关系，所以图2.2中只表示了整修质量管理有关信息在各系统间的信息交换。系统在PDM/MES的基础上扩充开发了质量计划、整修质量参数定义、质量数据分析、质量问题跟踪处理、质量报表等几个模块。这几个模块与PDM、MES之间的信息交互体现在以下几方面:
    1)质量管理人员在质量计划模块制定质量计划，并将其存入PDM中，MES从PDM中获取质量计划和整修工艺进行计划管理和排产。
    2)质量管理人员从PDM系统中获取整修工艺，在此基础上制定质量参数及其合格要求，并将其存入PDM中，MES从PDM中获取质量参数，据此采集质量数据，并将其存回PDM中。
    3)MES在采集质量数据的过程中若发现质量问题则通过车间事件管理功能汇报质量问题，质量问题存储在PDM中。
    4)质量问题一方面来源于MES中的质量报警，另一方面来源于质量数据分析模块对质量数据的分析，质量数据分析模块从PDM中获取现场采集到的质量数据，根据这些数据分析质量问题，最终将质量问题也存回PDM中。
    5)质量问题最终由质量问题跟踪处理模块处理，处理的结果存回PDM中。
    6)质量报表模块从PDM中获取质量数据、质量问题、质量表格等信息生成报表文件供上级部门或相关部门使用。

 
2.2系统的功能模块
    基于PDM/MES的整修质量管理系统，从PDM系统中获取工艺规程、产品结构、用户角色等信息，制定整修质量计划、定义需要检测的工序质量数据，并利用MES己有的计划管理与排产、生产过程管理、车间事件管理等功能采集整修过程中的质量信息。根据以上系统的需求和质量管理方法，设计了如图2.3所示的系统功能模型。
 
1)整修过程质量控制
    整修过程质量控制模块是该系统的核心，是保证整修质量活动按照流程进行下去，实现与整修过程紧密结合的重要组成部分。该部分由车间调度、质量数据采集、系统监控这三大部分组成。现场工人或检验员根据质量计划检测每道工序需要检测的项目，填写到质量跟踪卡中，质量跟踪卡的填写具有权限控制，每个班组默认只看到本班组当前执行的任务，只能填写分配给本班组的工序质量信息。填写好质量信息后需经过领导会签以确认检测结果的有效性。领导会签可采用手动和刷卡两种方式。采集到的信息用于质量问题的分析及整修过程的监控。

 
    车间调度功能由MES完成，过程如图2.4所示:
    ◆ 产品制造结构、人员、设备是车间资源，是排产的输入。
    ◆ 计划员根据批次计划、车间资源情况进行排产，排产的结果为工单。
    ◆ 工单可打印出来发到工位，也可以通过系统下发到各工位的终端。
    ◆ 工人加工完成后汇报进度、及质量数据等车间加工数据。
    ◆ 基于车间加工数据进行生产监控和统计分析。

 
    系统监控部分实现从整修计划进度、设备运转情况等多个维度对整修过程进行监控，实现任务的进度显示、质量问题报警、物料数量报警、物料有效期的预警和报警等。将整修车间管理由事后调度改为事前预防，保证整修过程顺利进行并受控:
 
    ◆通过二维表或甘特图，监控各个车间整修计划的进度，执行到哪个工序，此工序执行了多少。
    ◆通过监控界面可以方便查询各个环节的设计、工艺、执行的资源等关联信息，使得车间管理者可以一目了然的看到所有计划任务的状态和进度以及关键资源的状态;
    ◆通过可视化方式监控车间人员、设备、物料等资源的状态。
    ◆通过安装视频监控系统，联动监控录像一任务一资源情况。
 
2)整修计划管理
    整修计划管理包括质量计划、年度批次阶段计划和整修策略。质量计划由质量人员根据设计层和管理层设定的质量目标以及整修工艺规程制定，主要包括编写整修过程的质量检验计划、关键工序的确定、每道工序的检测项目及要求、检验的方式和内容等，质量计划是整修过程中操作人员/检验员进行质量检测和控制的依据。整修的年度计划和批次阶段计划从PDM中获取。
 
3)整修工艺管理
    整修工艺是后续任务调度、检测项目定义、质量信息采集的依据。整修涉及到拆卸、检查、装配、辅料配置等多种类型的活动，因此我们在工艺规程类中增加分解工艺规程、检测工艺规程、总装工艺规程、通用工艺规程等，对不同的工艺分类管理，并对各类表格的格式进行统一，工艺规程从统一库中选配表格。工艺规程的编辑需要走流程，流程中可以指定默认负责人。
 
    整修工艺的编制一般在外部CAPP系统中编制，也可在系统内部编制。整修质量管理系统提供了可视化的所见即所得的编辑环境，并集成表格编辑、工艺资源管理、工艺规程类型管理、简图绘制等功能模块，快速编制工艺文件。整修工艺的编辑过程如图2.5所示:
    ◆工艺编制任务分派。维修站接收新产品的整修任务，调度将工艺编辑任务分发给工艺人员。
    ◆ 方案选择。工艺人员接到工艺编制任务后，判断是否有可借用的工艺或相似的工艺，如果有可借用的工艺，直接借用，不用再编辑工艺。
    ◆ 工艺编辑。如果有相似的工艺可以在创建工艺时引入相似工艺的内容，然后进行工艺内容修改。工艺人员在创建全新的工艺文档时，可以利用工艺资源管理器中的工艺知识快速完成工艺的编制。
 
    ◆ 工艺签审。工艺人员完成工艺编制后，将工艺提交到签审流程中;工艺人员设定签审各步骤任务的负责人(系统中可以设置步骤任务的默认负责人);校对(工艺人员)、审核(工艺师)、只能浏览工艺内容，不能修改工艺内容，如果有问题，写出意见，返回给编制人员修改，没有问题提交给标检;标检只能浏览工艺内容，不能修改工艺内容，如果有问题，写出意见，返回给编制人员修改，没有问题提交相关单位进行会签;会签完成(不能修改工艺内容)后提交批准。

 
    ◆批准发布。工艺总师审查工艺内容时，只能浏览工艺内容，不能修改工艺内容;如有问题，返回给工艺编制人员;若没有问题，提交任务后，工艺文档自动发布;发布的工艺文档不允许修改，若要修改工艺内容，则产生新的版本需重新走签审流程。
 
4)质量问题跟踪
    工人在任务执行中汇报的质量问题由质量问题跟踪模块来处理，该模块支持质量问题上报、质量问题处理单下发，质量问题处理情况闭环的管理。质量问题跟踪的过程如图2.6所示:
    ◆质量问题汇总单和确认单填报
    当操作人员在工作过程中发现问题后，和检验人员一起确认问题是否属实。如果属实，则填报质量问题。对于产品的分解过程中出现的问题，可以在产品分解整个过程完成后，一次汇总，根据问题的分类不同生成多个质量问题汇总单，对于产品的装配过程中出现的问题，可以一个问题出一个汇总单，也可以几个问题出一个汇总单，质量问题汇总单中的“问题编号”、“问题的发现时间”、“问题的描述”来源操作人员填写的问题记录，这些问题需要检验人员确认。质量问题汇总单经过检验人员确认后，根据质量问题汇总单工艺人员编制质量问题确认单，质量问题确认单中的“问题编号”、“问题的发现时间”、“问题的描述”来源质量问题汇总单相对应的内容，这些问题需要检验人员再次确认。系统为操作号手提供质量问题汇总单和确认单的填报、确认、签字和日期生成等功能。

    ◆质量问题处理单、技术通知单和工艺指示单拟制审批
    质量问题确认单经过检验人员确认后川侧居质量问题确认单工艺人员编制质量问题处理单，质量问题处理单中的“问题编号”、“问题的发现时间”、“问题的描述”来源质量问题确认单相对应的内容，这些处理意见需要生产厂家的人员签字确认。对于一些共性的问题，工艺人员可以下发技术通知单或工艺指示单，技术通知单和工艺指示单需要走审签流程。技术通知单和工艺指示单与年度任务、产品代号、产品批次有关。
 
    系统为工艺人员提供质量问题处理单、技术通知单和工艺指示单的拟制、审一批等流程控制，实现审批模板库管理、审核过程监控、审批过程历史追溯以及此类单据的存储和审批等功能。
 
    ◆质量问题处理闭环
    系统将质量问题处理单等单据实时发送到各工位，操作号手可进行查阅浏览，并依据该单据进行质量问题处理操作，最后在质量跟踪卡上填写质量问题处理情况，按照检验流程完成确认、签字。
 
5)物料管理模块
    产品整修过程要进行计量器具、工装工具、备件耗材等物料检查，系统要对这些物料明细进行维护、管理。整修物料管理的内容包括:
    ◆基本信息的管理、维护
    对物料基本信息的管理和维护是物料管理模块最基本的作用，这些基本信息包括物料名称、代号、编码、供货商、主要技术指标、存库数量、使用状态等。系统可根据用户需要对物料进行分类。
 
    ◆物料查询
    该模块支持对物料多种条件的信息查询，如按关键字、物料分类查询等，并可根据用户需要进行筛选、过滤，将查询结果转换成Excel文件，供后续处理。
 
    ◆出入库管理
    该模块提供对物料的出入库管理，包括入库记录、出库记录、库存变化等实时信息。为保证计量器具的使用效果，应定期对其进行检验，如月检、年检等。除以上功能，系统同时对计量器具的检定计划、检定结果、检定记录进行管理，支持计量量具的报废、停用、封存管理(人工判断)，计量有效期预警(到期前两个月左右)等功能。
 
    系统还对备件、耗材设定最低库存量，根据实际库存与最低库存量进行比较，提供统计报表。并支持过期备件、耗材的封存、报废、销毁、有效期预警等(统计出超过有效期的备件、耗材，人工确定状态)管理功能。
 
3关键技术简介
    将整修质量管理过程信息化涉及到整修质量信息建模、工艺信息与质量信息的管理、质量信息的采集、质量问题的跟踪处理、权限控制等技术。此处简单介绍由PDM/MES所完成的数据采集技术、车间生产调度技术及数据及过程管理技术。
 
3.1数据采集技术
    质量数据的有效性是整修质量管理的核心，要实现整修质量管理信息化，首先得解决质量数据的采集问题。整修过程质量数据主要来自两个方面:对整修对象的检测和对整修过程的监控。整修质量管理就是要用数据来发现和解决整修对象的质量问题，用数据来反映或描述整修对象的质量变化规律。
 
    因此及时准确地获取质量数据对整修质量管理非常重要。产品的整修过程与其生产过程相比，要检测更多的信息用于质量判断，为了提高信息的采集效率、保证信息的准确度，并减少工人的劳动强度，很多公司都采用了自动采集技术，如条码读卡器、无线射频扫描仪等。但考虑到成本、现场条件等因素，并不是所有的整修质检数据都能够做到自动采集，这就需要利用各种手动计量仪或“目测”的方式来进行检测。系统中质量信息的手工录入是在MES系统中的车间工作台上实现的。质量信息的手工采集由每道工序对应的工人或检验人员根据质量计划录入。质量跟踪卡便是工人或检验人员输入信息的界面。
 
3.2车间生产调度技术
    整修质量管理依附于整修过程，如何合理配置车间资源、优化生产调度和控制是整修过程非常重要的一个问题。基于PDM/MES的整修质量管理系统主要利用了MES的生产调度功能，生产调度就是“如何安排加工作业的顺序并合理地分配目前有限的制造资源从而使加工作业在合理的时间内加工完成”的意思。实际的车间生产调度相当复杂，它具有动态随机性(车间环境含有很多随机的、不确定性的因素)、模糊性(实际加工时间的模糊性，交货期的模糊性等)、多约束性(工艺约束、人力约束、资源能力约束等)、多目标性等特点，是困扰人们多年的难题，也一直是国内外学者研究的热点。
 
    这几十年该技术的研究重点己从调度算法的理论研究转向适应车间特点的实际应用。目前一般采用启发式算法或模型化、纯数学化、计算机化的决策方法来优化方案，这种方法降低了对个人经验和能力的依赖，提高了决策的准确性和时效性。但它不适应车间动态变化和充满不确定因素的制造环境。
 
3.3数据及过程管理技术
    产品整修过程中需要对整修对象的BOM结构、整修工艺、质量数据等基本信息进行组织和管理，并需要控制整修中的各种流程，如工艺编制流程、质量问题跟踪流程等，这些都是利用PDM的信息与过程管理功能来实现的。数据管理的对象是PDM系统中实现特定数据存储机制的元数据库及其管理机制，即管理数据的数据。元数据库保存了所有与产品直接相关的物理数据和文件元数据和指向其他数据的文件指针。
 
    在整个整修过程中，无论是整体还是某个局部环节，都是由若干个有着前后顺序关系的过程组成的，每个过程都有自己独特的内容和性质，一个过程可以嵌套另一个，整修过程中的数据便是通过这些过程不断完善的。过程管理的任务是对整个整修流程进行控制，可以定义、管理和控制用户在整修过程中的各种操作和执行过程，并使该过程在任何阶段都可以回溯，同时为整修过程中的人员提供一个高效、可靠的基于网络的协同环境，支持并行工程的实施。
 
本章小结
    本章对整修质量管理活动进行了详细的业务流程分析，并根据客户需求总结了整修质量管理系统的需求，在此基础上建立了基于PDM/MES的整修质量管理系统系统的体系框架，分析了整修质量管理系统与PDM、MES之间的信息交互，并根据此体系框架设计了系统的功能模块，将系统分为整修计划管理、整修过程质量控制、整修工艺管理、质量问题跟踪、物料管理这几个模块，详细介绍了各功能模块的作用。最后简单介绍了PDM/MES对整修质量管理系统贡献最大的几种核心技术:数据采集技术、车间生产调度技术、数据及过程管理技术。
 
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