文/朱正德

面向智能制造的汽車質(zhì)量管理創(chuàng)新

文/朱正德

如果說德國(guó)的“工業(yè)4.0”是德國(guó)在面對(duì)美國(guó)的信息產(chǎn)業(yè)和中國(guó)的制造成本壓力下，試圖摸索未來工業(yè)生產(chǎn)的途徑、重建產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)的戰(zhàn)略選擇，那么“中國(guó)制造2025”，則代表了中國(guó)在由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)型過程中的頂層設(shè)計(jì)和路徑選擇。

事實(shí)上，無論是“工業(yè)4.0”還是“中國(guó)制造2025”，都是以智能制造為主導(dǎo)的一次生產(chǎn)方式的大革命，旨在通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間的虛擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。而實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程的技術(shù)基礎(chǔ)就是：信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)的高度融合，網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件等與自動(dòng)化技術(shù)的深度交織。

生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控模式功能的演化和拓展

具體來說，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是作為智能制造核心和基礎(chǔ)的工業(yè)軟件，如統(tǒng)計(jì)過程控制（SPC）、企業(yè)資源管理（ERP）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、產(chǎn)品生命周期管理（PLM）等核心軟件在生產(chǎn)型企業(yè)中的地位將顯得更為重要；二是集成了傳感（即“采集”功能）、計(jì)算、通信的工業(yè)電子是智能制造的硬件主體，如用于識(shí)別的條碼、二維碼、RFID等技術(shù)，以及各類先進(jìn)傳感器和數(shù)控技術(shù)在工廠中的應(yīng)用愈加普遍；三是從規(guī)劃開始，就為發(fā)展新穎的制造技術(shù)并迅速用于實(shí)際生產(chǎn)提供了廣闊的舞臺(tái)。顯然，只有將上述三者充分結(jié)合，才能逐步構(gòu)建起一個(gè)真正的智能制造系統(tǒng)。

1. 提升生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控能力和水平的必要性和具體措施

近年來，作為邁入“工業(yè)4.0”的第一步，制造方式已逐漸從產(chǎn)品零部件的規(guī)?；a(chǎn)，經(jīng)歷了按市場(chǎng)需求轉(zhuǎn)為中、小批量的生產(chǎn)方式，并最后將會(huì)發(fā)展到基于個(gè)人需求的定制化生產(chǎn)模式。

自上世紀(jì)八十年代起，基于休哈特理論的統(tǒng)計(jì)過程控制（SPC），逐漸在以汽車制造業(yè)為代表的批量生產(chǎn)企業(yè)獲得了越來越普遍的應(yīng)用。但隨著市場(chǎng)特別是汽車消費(fèi)市場(chǎng)的變化，以及隨之對(duì)產(chǎn)品制造工藝的影響，那些傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)過程控制模式已很難再滿足企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控的需求了。為適應(yīng)市場(chǎng)需求，企業(yè)必須采取多品種混線的柔性生產(chǎn)方式，顯然，這與長(zhǎng)期沿用的品種單調(diào)、大批量生產(chǎn)方式有很大的不同。以缸體、缸蓋等箱體類零件加工為例，近年來以傳統(tǒng)的組合機(jī)床、專機(jī)為主的生產(chǎn)線已逐漸被由多軸加工中心組成的柔性生產(chǎn)線所取代，且生產(chǎn)線布置也由原來的“串行”改變成為“并行”。

以某發(fā)動(dòng)機(jī)廠的一條缸蓋生產(chǎn)線為例，其中一道以銑、鏜為主的工序，是由7臺(tái)完全相同的雙軸加工中心承擔(dān)的。這就意味由這道工序流出，經(jīng)抽樣后送到生產(chǎn)線旁用檢測(cè)器具進(jìn)行測(cè)量的任何一個(gè)工件，都可能存在14種不同的加工狀態(tài)。此時(shí)，假如工序間的檢測(cè)器具仍然不加區(qū)分地進(jìn)行測(cè)量，即還是按照之前的方式對(duì)它們進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，那就完全失去了SPC的意義。因?yàn)樵谶@種情況下，若要對(duì)制造過程是否處于穩(wěn)定的受控狀態(tài)、有否異常性狀進(jìn)行分析、判斷，就必須把抽樣、測(cè)量細(xì)化到上述14種工況中的具體一種，只有在識(shí)別了確切的某一工況后，才能進(jìn)行有針對(duì)性地?cái)?shù)據(jù)處理。而這類情況在其他零件的生產(chǎn)中也同樣存在，即同一道工序往往布置了多臺(tái)相同的機(jī)床加工，或者是某一道工序的設(shè)備上帶有多個(gè)動(dòng)力頭（夾具）服務(wù)于流過的零件。因此，這時(shí)若執(zhí)行SPC，就必須事先通過對(duì)那些相關(guān)的檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式的設(shè)置，并且使用于評(píng)價(jià)的質(zhì)量數(shù)據(jù)中除了測(cè)量值以外，還包括工件批次號(hào)、機(jī)床、動(dòng)力頭（夾具）、檢測(cè)器具及生產(chǎn)線等相關(guān)信息。

圖1 經(jīng)拓展后的生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

圖1是經(jīng)拓展后的生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例示意圖。圖中左側(cè)是現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量信息的來源，左側(cè)的上方為一臺(tái)位于生產(chǎn)線末端進(jìn)行100%測(cè)量的終檢機(jī)，下方是車間現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)測(cè)量室的一臺(tái)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（其他眾多設(shè)置于工序間的在線檢測(cè)器具均被略去）。但隨著企業(yè)推行柔性化生產(chǎn)方式，位于車間的生產(chǎn)測(cè)量室的作用日益重要，抽檢的范圍、頻次也越來越規(guī)范，而且由測(cè)量室、實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的可靠性更高。從圖1可見，所有的輸出信息通過“數(shù)據(jù)上傳軟件”經(jīng)由服務(wù)器進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)，再利用統(tǒng)計(jì)分析軟件（例如企業(yè)版q_STAT），各職能部門就可方便地按自身需求對(duì)生產(chǎn)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行觀察、監(jiān)控，并在必要時(shí)及時(shí)做出相應(yīng)處理。

2. 采集數(shù)據(jù)內(nèi)涵的演變?yōu)樘岣咂髽I(yè)信息化水平做出重要貢獻(xiàn)

一般來說，生產(chǎn)型企業(yè)中涉及到的數(shù)據(jù)包括兩大塊，其一是與企業(yè)基本狀況相關(guān)的信息和類似于生產(chǎn)計(jì)劃及銷售、原料（半成品）、產(chǎn)品庫(kù)存等企業(yè)管理方面的數(shù)據(jù)；其二則是由傳感器件采集的信息，包含各種測(cè)量數(shù)據(jù)，以及用于實(shí)時(shí)反映制造過程狀態(tài)的信息，其中既有與工序相關(guān)的，又有即時(shí)反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的。而如果人們還是持著原來那種只是把信息理解為測(cè)量數(shù)據(jù)，不包含有細(xì)化的、諸如加工信息（設(shè)備、夾具、動(dòng)力頭等，以及工件自身）在內(nèi)的其他信息，那顯然完全無法適應(yīng)現(xiàn)今企業(yè)在柔性化工作環(huán)境下，對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)施有效的產(chǎn)品制造質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。

因此，為了在汽車行業(yè)繼續(xù)有效地運(yùn)行SPC，還需要在信息采集、處理等方面做不少工作。此外，為應(yīng)對(duì)汽車召回制度在國(guó)內(nèi)的實(shí)行，實(shí)現(xiàn)真正意義上的精確追溯，企業(yè)也必須執(zhí)行上述有針對(duì)性的措施。但為了達(dá)到這些目標(biāo)，還得通過“軟硬兼施”的辦法來拓展功能，以提高自身的生產(chǎn)過程信息化水平。這樣，只要企業(yè)采用更穩(wěn)定的工藝，即使抽檢頻次日趨降低，對(duì)生產(chǎn)過程的控制效果依舊不受影響?！败浻布媸钡姆桨赴ㄒ韵聝蓚€(gè)方面：①基于前面所介紹的那種經(jīng)過完善和細(xì)化了的過程監(jiān)控系統(tǒng)，如q_STAT這類統(tǒng)計(jì)分析軟件，再予以進(jìn)一步的拓展；②作為實(shí)施自動(dòng)識(shí)別、信息采集和數(shù)據(jù)載體的基礎(chǔ)，生產(chǎn)線上產(chǎn)品的編碼技術(shù)經(jīng)歷了條形碼、二維碼和近幾年獲得快速發(fā)展的電子芯片技術(shù)，從而大大地提升了企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信息化水平。

與現(xiàn)代企業(yè)相匹配的質(zhì)量體系MMS系統(tǒng)的推出及其創(chuàng)新意義

圖2 在“TS16949”質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)中涉及的五大核心工具

基于“工業(yè)4.0”的特點(diǎn)以及汽車制造業(yè)在邁向智能化制造的過程中，對(duì)于與現(xiàn)代企業(yè)相匹配的質(zhì)量體系需具備的核心應(yīng)用流程（包括質(zhì)量體系的數(shù)字化和測(cè)量器具與傳感器網(wǎng)絡(luò)及大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析之間的關(guān)聯(lián)性）做以下說明。

首先，汽車制造企業(yè)都需遵循汽車行業(yè)質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)，即“ISO16496”或“TS16949”質(zhì)量體系，在TS16949中，APQP、FMEA、MSA、PPAP、SPC并稱為五大核心工具（見圖2），并貫穿整個(gè)產(chǎn)品從研發(fā)至批量生產(chǎn)，直到最終產(chǎn)品交付的全過程。而之前，五大核心工具的使用流程和表格太多，以至于企業(yè)在貫穿整個(gè)質(zhì)量體系流程時(shí)，花費(fèi)了巨大的人力、物力，可是在FMEA分析環(huán)節(jié)所獲得的反饋信息卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。為此，知名的測(cè)量技術(shù)公司海克斯康及其合作伙伴IQS公司將企業(yè)質(zhì)量體系轉(zhuǎn)化為數(shù)字化體系平臺(tái)。借助這一數(shù)字化平臺(tái)，就可清晰并輕松地完成質(zhì)量體系中各種流程的跟蹤執(zhí)行，并將上百種質(zhì)量系統(tǒng)的管理圖表，變成數(shù)字化格式來管理、執(zhí)行。

圖3 組成MMS系統(tǒng)的八個(gè)模塊單元示意圖

另外，剛剛提到的質(zhì)量體系中的FMEA、MSA和SPC都離不開數(shù)據(jù)作為支撐。而客觀地說，之前所提到的TS16949中，APQP、FMEA、MSA、PPAP、SPC等五大核心工具，發(fā)揮它們作用的前提條件，就是要找出它們的內(nèi)在聯(lián)系（參見圖2）。只有如此理解和處理，才能真正地從基于“工業(yè)4.0”特點(diǎn)來進(jìn)行規(guī)劃，而未來的質(zhì)量系統(tǒng)應(yīng)該包含以下關(guān)鍵技術(shù)：①體系流程自動(dòng)化與系統(tǒng)管理；②測(cè)量與傳感器網(wǎng)絡(luò)；③網(wǎng)絡(luò)化通訊基礎(chǔ)構(gòu)架；④自動(dòng)化或在線測(cè)量系統(tǒng)；⑤嵌入式大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)邏輯軟件；⑥統(tǒng)計(jì)監(jiān)控?；谝陨线@些特點(diǎn)，海克斯康將該系統(tǒng)定義為MMS系統(tǒng)，即測(cè)量管理系統(tǒng)，乃是從企業(yè)未來發(fā)展的構(gòu)架出發(fā)，通過MMS系統(tǒng)將用戶的ERP、PLM、MES系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，形成完整的PLM鏈條，以及符合產(chǎn)品質(zhì)量體系流程的PACD數(shù)字化軟件管理平臺(tái)。

目前MMS系統(tǒng)大致可分為八個(gè)模塊單元（見圖3）。通過圖3 組成MMS系統(tǒng)的八個(gè)模塊單元示意配置以上模塊，用戶就可以實(shí)現(xiàn)：①進(jìn)行定時(shí)/實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)監(jiān)控，使用戶只需要登錄網(wǎng)頁(yè)，即可獲取豐富的質(zhì)量信息對(duì)周期數(shù)據(jù)的匯總；②通過全面的數(shù)據(jù)分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)SPC的過程能力分析、完成動(dòng)態(tài)問題點(diǎn)的導(dǎo)入、質(zhì)量成本的監(jiān)控記錄，以及FMEA動(dòng)態(tài)改善等；③建立完整的尺寸制造鏈監(jiān)控管理，打破供應(yīng)的黑匣子生產(chǎn)，使供應(yīng)商的管理透明、可控、高效，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化傳輸，提高各部分協(xié)同、溝通效率和程序變更管理可視化、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)推送；④對(duì)設(shè)備狀態(tài)、資源狀態(tài)（包括測(cè)量設(shè)備）、運(yùn)行狀態(tài)、周期維護(hù)管理提醒、檢驗(yàn)周期及系統(tǒng)配置和應(yīng)用功能配置等要素的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖4 未來制造型企業(yè)質(zhì)量管理系統(tǒng)的設(shè)想圖

圖4是一張關(guān)于未來制造型企業(yè)質(zhì)量管理系統(tǒng)的設(shè)想圖，通過網(wǎng)絡(luò)化的連接，使不同層次的管理人員都能在網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用、查看、監(jiān)控、執(zhí)行檢測(cè)設(shè)備，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，使質(zhì)量系統(tǒng)在真正意義上進(jìn)入“工業(yè)4.0”時(shí)代。所以，為能適應(yīng)未來制造型企業(yè)質(zhì)量管理系統(tǒng)的需求，為此而打造數(shù)據(jù)鏈質(zhì)量監(jiān)管與智慧數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，是極其重要的。鑒于該系統(tǒng)乃是以檢測(cè)設(shè)備及其傳感器所采集的產(chǎn)品質(zhì)量的大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的，故依照未來制造型企業(yè)質(zhì)量管理系統(tǒng)的構(gòu)想，必須打通不同設(shè)備和不同軟件之間的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過統(tǒng)計(jì)分析等眾多專業(yè)的數(shù)據(jù)處理方式、快速反饋加工，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的高效決策，同時(shí)，也為未來的創(chuàng)新提供真實(shí)而強(qiáng)有力的依據(jù)。

（作者單位：上海大眾動(dòng)力總成有限公司）