質(zhì)量信息集成化系統(tǒng)的開發(fā)論文
0.引言
改革開放以來，經(jīng)過推行日本TQC方法、引進K)9000質(zhì)量認證體系以及實施六西格瑪管理等質(zhì)量管理方法，我國制造業(yè)總體質(zhì)量管理水平有了很大的提高，但目前與國外發(fā)達國家相比仍有不小的差距。
統(tǒng)計顯示，從2000年到2007年8年間，每季度國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局對市場消費品抽查的抽樣合格率都僅為80%左右。按照保守估算我國每年不合格品的損失高達3000億元。而這還只是對產(chǎn)成品的質(zhì)量損失的計算，因此只是冰山一角，若考慮到在制造過程中由于質(zhì)量問題所造成的企業(yè)內(nèi)部返工、報廢的損失，結(jié)果將更加驚人。
為解決我國質(zhì)量管理的這種現(xiàn)狀，政府和企業(yè)界每年都有巨大的投入，但一直不能得到滿意的回饋，形成目前這種狀況的原因有很多，但從質(zhì)量工程角度考慮，主要是相應(yīng)的質(zhì)量工具沒有得到應(yīng)用或者是被誤用。為解決質(zhì)量工具在企業(yè)中的應(yīng)用問題，很多企業(yè)對員工進行質(zhì)量工具的培訓(xùn)，引進質(zhì)量管理軟件，期望能夠最終解決問題。我們欣喜的看到，隨著企業(yè)信息化的推進，計算機和軟件技術(shù)在企業(yè)中得到大規(guī)模的推廣和應(yīng)用，這也使一些基于統(tǒng)計知識的質(zhì)量管理方法在企業(yè)中的應(yīng)用變成了現(xiàn)實。但這些質(zhì)量管理軟件和質(zhì)量管理方法的應(yīng)用情況究竟如何呢？
1.我國質(zhì)量管理軟件的應(yīng)用情況
為了解我國制造業(yè)企業(yè)的質(zhì)量管理水平現(xiàn)狀，受國家發(fā)展和改革委員會委托，中國質(zhì)量協(xié)會聯(lián)合天津大學(xué)管理學(xué)院對全國大中型制造業(yè)企業(yè)質(zhì)量管理狀況進行了問卷調(diào)查研究。其中就企業(yè)質(zhì)量管理信息化的應(yīng)用情況，在所調(diào)查的105家企業(yè)中僅有22.86%的企業(yè)有在線的質(zhì)量數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)并應(yīng)用了專門的質(zhì)量管理軟件，從調(diào)查結(jié)果分析可以得到如下結(jié)論：
(1)目前我國企業(yè)在應(yīng)用現(xiàn)代質(zhì)量工具和方法方面的結(jié)果仍不盡如人意；
(2)在質(zhì)量管理軟件的應(yīng)用方面，企業(yè)與企業(yè)、行業(yè)與行業(yè)均存在巨大的差距；
(3）觀有的質(zhì)量分析系統(tǒng)軟件并不能完全滿足企業(yè)需要，特別是在全過程的信息集成方面；
(4）洛單項工具之間的集成和質(zhì)量工具操作的方便程度特別是對非統(tǒng)計專業(yè)人員的支持方面仍有待加強。造成這種局面的原因有很多，有企業(yè)規(guī)模的問題，員工素質(zhì)的問題，行業(yè)的問題等。但從軟件本身來說，縱觀國內(nèi)外有關(guān)集成質(zhì)量管理系統(tǒng)的研究開發(fā)情況，雖然各種計算機輔助質(zhì)量系統(tǒng)（CAQ)已經(jīng)在各種行業(yè)內(nèi)得到了應(yīng)用并且取得了一定的效益，但是他們大多局限于對來料的檢驗、生產(chǎn)過程的在線監(jiān)控等方面。而對于各種質(zhì)量設(shè)計、優(yōu)化和控制工具的研究可以說仍處于起步階段。早在80年代，國外學(xué)者就開始了有關(guān)質(zhì)量集成軟件方面的研究，Desuy和KapxTi等人首次提出了集成質(zhì)量系統(tǒng)的概念，隨后Hepiediai人給出了集成質(zhì)量系統(tǒng)的框架121,Nokabad等人探討了在定制化生產(chǎn)環(huán)境下的質(zhì)量信息系統(tǒng)13。近年來，國內(nèi)有關(guān)這方面的探討比較多，相關(guān)的研究涵蓋了質(zhì)量管理體系基本框架、模型以及質(zhì)量管理系統(tǒng)的總體構(gòu)建等方面1n。但縱觀國內(nèi)外的研究成果，主要還都是集中于理論體系研究階段，由于不同行業(yè)本身存在的質(zhì)量體系和設(shè)計開發(fā)方法的差異性，要建立一個通用的平臺具有相當(dāng)?shù)碾y度，目前實際開發(fā)并得到應(yīng)用的軟件還不多見。
為此迫切需要一套質(zhì)量信息集成化管理系統(tǒng)，綜合應(yīng)用先進的質(zhì)量管理方法，保證企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的連續(xù)改進，為現(xiàn)代質(zhì)量管理方法的推廣奠定堅實的基礎(chǔ)。本文以作者所在項目組開發(fā)的質(zhì)量管理系統(tǒng)為例，說明如何以生產(chǎn)過程質(zhì)量信息的集成為主線，實現(xiàn)設(shè)計信息和制造信息的共享以及質(zhì)量信息和工具的集成。
2.系統(tǒng)的總體設(shè)計
2.1質(zhì)量管理軟件的現(xiàn)狀
目前，企業(yè)中常見的質(zhì)量管理軟件分為如下三類：
(1)質(zhì)量數(shù)據(jù)分析工具。這類系統(tǒng)以數(shù)理統(tǒng)計分析為核心，強調(diào)質(zhì)量數(shù)據(jù)的分析與處理。但這類軟件中的各模塊相互獨立，不能實現(xiàn)各種質(zhì)量工具的信息傳遞與共享；另一方面，這類軟件與制造過程沒有任何聯(lián)系，僅僅是質(zhì)量工程師進行數(shù)據(jù)分析的工具。
(2)ERI系統(tǒng)中集成的質(zhì)量管理模塊�，F(xiàn)有的絕大多數(shù)ERP系統(tǒng)均包含了質(zhì)量管理模塊，實現(xiàn)了產(chǎn)品制造過程中的質(zhì)量信息集成。但是，ERP系統(tǒng)中的質(zhì)量管理模塊一般僅限于數(shù)據(jù)的收集、存儲和簡單的分析，對數(shù)據(jù)進行深入統(tǒng)計分析的功能基本不包括在系統(tǒng)中。
(3)6SSm項目管理軟件系統(tǒng)。主要功能是實現(xiàn)6SSna項目實施過程中的人員、資金、進度方面的計劃和控制，保證項目的溝通和協(xié)調(diào)。因此，這類軟件更多的是強調(diào)項目管理和各種分析結(jié)果的共享，而實施6SiSna過程中的各種原始資料和數(shù)據(jù)并不能進行集中存儲和共享；另一方面，這類軟件以項目為中心，對過程涉及很少，對產(chǎn)品全生命周期的質(zhì)量改進支持很少。
2.2質(zhì)量系統(tǒng)的設(shè)計思想
本項目組開發(fā)的集成質(zhì)量管理系統(tǒng)，設(shè)計目標(biāo)如下：
(1)實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的質(zhì)量信息集成與共享；
(2)實現(xiàn)多種質(zhì)量工具的集成；
(3)與ERP系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；
(4)完全從底層開發(fā)統(tǒng)計工具，保證系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。
為實現(xiàn)這一設(shè)計目標(biāo)，系統(tǒng)的主要目的是實現(xiàn)質(zhì)量信息的集成，集成架構(gòu)如圖1所示。即將產(chǎn)品厚部件、工藝路線、工序、關(guān)鍵質(zhì)量特性（CQ)等生產(chǎn)過程中的要素進行集成并實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
系統(tǒng)的設(shè)計是面向產(chǎn)品和過程。通過產(chǎn)品為中心，集成整個設(shè)計和生產(chǎn)過程的相關(guān)質(zhì)量信息，將產(chǎn)品的生產(chǎn)分解為工藝路線再細化為工序，最終對應(yīng)到CTQ從而將整個設(shè)計和生產(chǎn)過程完整的描述出來。產(chǎn)品的質(zhì)量管理最終歸結(jié)到對過程中CTQ的管理，使用集成的質(zhì)量工具，對CTQ進行測量、分析、控制、優(yōu)化，并反過來調(diào)整和指導(dǎo)生產(chǎn)，從而改進生產(chǎn)流程。
3.系統(tǒng)功能模塊介紹
系統(tǒng)的主體功能包括用戶管理、基本信息管理、質(zhì)量分析、質(zhì)量優(yōu)化和質(zhì)量控制五個模塊，同時系統(tǒng)還包括系統(tǒng)幫助模塊。具體功能結(jié)構(gòu)如表1所示。
3.1用戶管理模塊
用戶管理模塊主要功能是對系統(tǒng)操作人員的權(quán)限限制，保證不同的人員對系統(tǒng)有不同的操作權(quán)限，而且保證每名操作人員對系統(tǒng)中重要信息的操作都有可追溯性。
3.2基本信息模塊
基本信息管理模塊主要功能是生產(chǎn)過程的定義。通過產(chǎn)品管理、工藝路線管理、工序管理和關(guān)鍵質(zhì)量特性管理定義一個完整的生產(chǎn)過程，此生產(chǎn)過程定義完后會通過主界面上的三個樹型結(jié)構(gòu)顯示出來。系統(tǒng)通過此模塊中的產(chǎn)品管理、零部件管理、設(shè)備管理和供應(yīng)商基本信息管理與ERP或企業(yè)現(xiàn)有的信息系統(tǒng)集成起來。保證了ERP系統(tǒng)與集成質(zhì)量管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的共享。當(dāng)然，系統(tǒng)的設(shè)計也考慮到有些企業(yè)目前還沒有建立起比較完備的信息化系統(tǒng)，因此本系統(tǒng)也可脫離ERBf境獨立運行。
3.3質(zhì)量分析模塊
質(zhì)量分析工具包括直方圖、排列圖、因果圖等傳統(tǒng)的質(zhì)量工具以及多變異分析、測量系統(tǒng)分析和過程能力分析等，這些工具主要用在質(zhì)量改進的前期階段，以定性和定量相結(jié)合的方法來發(fā)現(xiàn)過程的關(guān)鍵質(zhì)量問題。這些質(zhì)量分析工具既可以通過數(shù)據(jù)庫和相應(yīng)的工序或工藝路線建立聯(lián)系，也可以作為工具單獨使用，從而保證了系統(tǒng)的柔性。
3.4質(zhì)量優(yōu)化模塊
質(zhì)量優(yōu)化工具包括質(zhì)量功能展開（QFD)、實驗設(shè)計（DOE)和失效模式與效用分析(FMEA)針對已經(jīng)分析出來的質(zhì)量問題，充分運用質(zhì)量優(yōu)化工具，得到優(yōu)化的工藝參數(shù)和生產(chǎn)條件，使關(guān)鍵質(zhì)量特性有穩(wěn)定理想的輸出值。
3.5質(zhì)量控制模塊
質(zhì)量控制工具主要是控制圖。按照優(yōu)化的結(jié)果調(diào)整完工藝過程參數(shù)后，根據(jù)輸出值屬性的不同以及相應(yīng)的工藝控制要求制作適宜的控制圖。此模塊通過從生產(chǎn)線上實時采集的數(shù)據(jù)繪制控制圖，允許用戶根據(jù)自身的需求選擇判異規(guī)則，能夠及時的檢測生產(chǎn)線的工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)控制圖出現(xiàn)了異常就會有相應(yīng)的報警措施，提醒工程師啟動失控行動方案，從而避免不合格產(chǎn)品的大量出現(xiàn)。
4.系統(tǒng)的集成
系統(tǒng)的集成是整個系統(tǒng)的重點，系統(tǒng)的設(shè)計目的就是實現(xiàn)質(zhì)量信息的集成管理，集成的應(yīng)用質(zhì)量工具實現(xiàn)企業(yè)質(zhì)量的持續(xù)改進。
4.1質(zhì)量信息的集成
信息集成最重要的特征就是信息共享和數(shù)據(jù)通信。質(zhì)量信息是在系統(tǒng)中的定義是，產(chǎn)品中有關(guān)于質(zhì)量管理的信息，包括產(chǎn)品的設(shè)計信息、原材料和零部件供應(yīng)商的檢驗信息、測量工具的測量能力分析信息、工序和工藝路線的生產(chǎn)能力信息、生產(chǎn)線上的控制信息等。在傳統(tǒng)的設(shè)計制造過程中，由于各種質(zhì)量工具信息的互不溝通，導(dǎo)致了大量設(shè)計和制造部門對產(chǎn)品質(zhì)量理解的不一致，形成了一個個的信息孤島，因而降低了設(shè)計的有效性，同時也延長了設(shè)計到制造的周期，無法適應(yīng)目前日趨激烈的競爭環(huán)境。
為滿足質(zhì)量信息集成的要求，系統(tǒng)設(shè)計通過統(tǒng)一的信息平臺，將質(zhì)量信息通過產(chǎn)品生產(chǎn)過程的主線被分析匯總到數(shù)據(jù)庫中，各部門人員面向存儲在數(shù)據(jù)庫里的統(tǒng)一的質(zhì)量信息，使每一個質(zhì)量活動的信息都能被產(chǎn)品全生命周期的各個相關(guān)部門統(tǒng)一理角解達到信息資源的充分共享，使得產(chǎn)品生命周期各個階段或各個職能部門共同使用的各種質(zhì)量工具的信息。這也使得管理者對所做的質(zhì)量管理工作具有了可溯源性，為以后數(shù)據(jù)挖掘和知識管理奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
4.2質(zhì)量工具集成
質(zhì)量工具之間集成是我們這個系統(tǒng)的特色。各種質(zhì)量工具都有其適用的范圍和優(yōu)勢，目前對于這些單個的質(zhì)量工具的應(yīng)用都已有很多軟件支持，但很多質(zhì)量工具并不是完全割裂的'，在質(zhì)量管理的過程中，只有充分利用它們之間的互補關(guān)系，才能發(fā)揮其最大的效用。目前，有關(guān)質(zhì)量工具之間的集成研究也比較多|8,，但實際開發(fā)出可應(yīng)用的系統(tǒng)并不多見。在本系統(tǒng)中，質(zhì)量工具間的集成主要體現(xiàn)在以下方面。
質(zhì)量功能展開（QFD)和失效失效模式與效用分析(IMEA)之間的集成。QED是用來將顧客需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品特征、零部件特征和生產(chǎn)工藝特征的工具。FEA是依據(jù)由質(zhì)量目標(biāo)所制定的技術(shù)文件，根據(jù)經(jīng)驗分析產(chǎn)品設(shè)計與生產(chǎn)工藝中存在的弱點和可能產(chǎn)生的缺陷，判斷這些缺陷發(fā)生的幾率，以及發(fā)生這些缺陷產(chǎn)生的后果與風(fēng)險，并在決策過程中采取措施加以消除。IMEA可以確定什么是關(guān)鍵顧客需求，與工程特性相關(guān)的產(chǎn)品的可靠性和安全性如何，與顧客需求相關(guān)的失效模式的嚴重度如何，還可以減少對嚴重度、頻度及檢測度的主觀偏見，因此其結(jié)果可被用于QID中重新評價質(zhì)量屋以及設(shè)置質(zhì)量計劃的目標(biāo)矩陣。同時，QFD的結(jié)果可以幫助MEA中關(guān)鍵質(zhì)量特性的確定，分析產(chǎn)品的可靠性和安全性以及工藝特征間的關(guān)系，分析故障模式的嚴重性和顧客需求間的關(guān)系并可減少在評價故障的嚴重性、可能性和可檢測性中的主觀偏差。
QFD和試驗設(shè)計（DOE)之間的集成。QED的目的是使產(chǎn)品開發(fā)盡可能地面向顧客需求，以保證產(chǎn)品以最小的風(fēng)險最可靠地滿足用戶需求，保證設(shè)計的可靠性。doe的目標(biāo)是選取合適的參數(shù)取值和參數(shù)范圍，使得產(chǎn)品的關(guān)鍵質(zhì)量特性始終接近理想值，質(zhì)量損失最小，從而保證在產(chǎn)品質(zhì)量滿足用戶需求。它們是從不同的角度，不同的方面對產(chǎn)品質(zhì)量進行保證。然而在傳統(tǒng)的質(zhì)量功能展開方法中，關(guān)系矩陣和相關(guān)矩陣這兩部分通常是根據(jù)人的經(jīng)驗而定，這就不可避免的存在一定的主觀性風(fēng)險，本系統(tǒng)是通過利用DOE的支持確定QED中的關(guān)系矩陣和相關(guān)矩陣，這種處理可以減少定性處理所帶來的偏差，為關(guān)系矩陣和相關(guān)矩陣的定義提供定量的支持。同時，QI對客戶需求、產(chǎn)品特性、零部件特性以及生產(chǎn)工藝的分析也為實驗設(shè)計提供了確定實驗策略方面的參考，使得實驗設(shè)計這一工程上的技術(shù)能夠更多的考慮到顧客的需求。
以上這些質(zhì)量工具間的集成更好的發(fā)揮了各種工具的優(yōu)勢，還從不同程度彌補了單個工具的不足之處。
5結(jié)束語
隨著我國制造業(yè)的快速發(fā)展，增長模式的轉(zhuǎn)變是必然的趨勢，企業(yè)競爭中質(zhì)量的核心地位將越來越得到重視，計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的突飛猛進也為質(zhì)量管理的信息化提供了技術(shù)支持，因此質(zhì)量管理系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展有著廣闊的前景。本系統(tǒng)下一階段研發(fā)的重點是完善數(shù)據(jù)實時采集和分析，開發(fā)相應(yīng)的支持六西格瑪項目管理的模塊。
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