（机械制造及其自动化专业论文）面向机加工车间的产品质量管理系统研究.pdf

摘要 摘要 针对传统质量管理在制造业信息化中的不适应性，分析了质量管理系统中的问 题，结合实际项目对面向机加工车间的产品质量管理系统进行了以下研究。 1 对制造业质量管理进行了比较全面的分析，概述了制造业质量管理的发展历 程和国内外现状，论述了质量管理的发展趋势，指出了目前机械加工车间质量管理 亟待解决的问题，并对这些问题进行了深入的研究。 2 针对多品种小批量生产模式下的中小型企业车间质量信息的分散性、复杂性、 随机性等特征以及难以实现产品质量数字化管理的现状，构建了机加工质量管理系 统中的b o m ( b i l lo fm a t e r i a l s ) 体系。通过分析产品主要b o m 视图，建立了机加 工车间中b o m 体系的功能模型和体系模型，并分析了相应的b o m 管理方法，对机 加工车间的b o m 体系进行了初步设计，并对制造品质b o m ( m a n u f a c t u r i n gq u a l i t y b o m ) 作为数据采集分析的引导机制进行了验证。 3 构建了机加工车间质量数据采集分析数字化管理模型，建立了面向产品的质 量信息引导机制，并在此基础上用b o m 技术和面向对象的方法，以产品结构和配置 为指导，采用面向产品的制造品质b o m 作为产品质量数据流合理有效的载体和组织 形式来组织和管理产品质量数据。 4 对基于三坐标测量机的数据采集分析进行了深入地研究，通过编制专用接口 软件，自动从德国朗普三坐标测量机的r t f 格式文件中读取测量数据，并将其自动 转换成数据库数据，使测量结果能够直接被质量管理系统调用，进行相关零件的质 量分析，从而获得随机误差特征、系统误差趋势、误差分布规律及其产生的原因等， 最后形成质量报告和预警信息，达到控制加工质量的目的。 5 用实例验证了机加工车间质量管理和控制的可行性和有效性。最终解决了传 统的质量管理信息对制造过程的关注度不够的弊端，满足了企业对质量活动执行效 率和制造过程质量水平的追求。 关键词：质量管理系统；制造过程：三坐标测量机；小批量；控制图 洲北科技大学硕士学位论文 a bs t r a c t c o n s i d e r i n g t h a tt h et r a d i t i o n a l q u a l i t ym a n a g e m e n t c a l ln o t a d a p t t ot h e m a n u f a c t u r i n gi n f o r r n a t i z a t i o n , a n a l y z i n gt h ep r o b l e mi nq u a l i t ym a n a g e m e n ts y s t a n ， b a s e do nt h es c i e n t i f i ca n da c t u a lt e c h n i c a lp r o je c t ，i tm a k et h ef o l l o w i n gr e s e a r c ho n q u a l i t ym a n a g e m e n ts y s t e mf a c i n gt h e m a c h i n es h o p sp r o d u c t 1 o nt h eb a s i so fd e t a i l e da n a l y s i so fq u a l i t ym a n a g e m e n to fm a n u f a c t u r i n g ，i t m a k e sm o r eo v e r a l la n a l y s i so fq u a l i t ym a n a g e m e n to fm a n u f a c t u r i n g sh i s t o r ya n ds t u d y s i t u a t i o ni nt h et h e s i s t h e nr e v e a l sq u a l i t ym a n a g e m e n t sc h a r a c t e r i s t i ca n dt r e n d i t p o i n t so u tt h ep r o b l e m st h a tu r g e n tn e e dt os o l v ei np r e s e n tq u a l i t ym a n a g e m e n ti n m a c h i n es h o pa n dp r o c e s s i n gw o r k s h o pa n dd e e p l ys t u d i e st h e s ep r o b l e m s 2 a i m i n ga tt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h em i d d l ea n ds m a l le n t e r p r i s e si nt h em o d eo f m u l t i v a r i e t i e sa n ds m a l l - b a t c hp r o d u c t i o n , s u c ha ss e p a r a t e n e s s ，c o m p l e x i t ya n d r a n d o m n e s s ，a n dt h es t a t u st h a tt h eq u a l i t yd i g i t a lm a n a g e m e n ti sd i f f i c u l tt or e a l i z e ， b i l l so fm a t e r i a l s ( b o m ) s y s t e mo r i e n t i n gm a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e ma n dt h e i r m a n a g e m e n tm e t h o da r eb u i l t t h r o u g ha n a l y z i n gp r o d u c t sm a i nb o mv i e w , i tb u i l d st h e f u n c t i o nm o d e la n ds y s t e mm o d e lo fb o ms y s t e mi nm a c h i n es h o p ，a n da n a l y z e si t s c o r r e s p o n d i n gm a n a g e m e n tm e t h o d t h e ni td e s i g n st h eb o ms y s t e mi nm a c h i n es h o p p r e l i m i n a r i l y , a n d v e r i f i e sm a n u f a c t u r i n gq u a l i t yb o m ( m q b o m ) a st h eg u i d i n g m e c h a n i s mo fd a t ac o l l e c t i n ga n da n a l y z i n g 3 t h e w o r k s h o pq u a l i t yd i g i t a lm a n a g e m e n t m o d e li s a d v a n c e d ， a n d p r o d u c t o r i e n t e dq u a l i t yi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tm o d e l i sb u i l t b a s e do nt h i sm o d e l ，a s ar e a s o n a b l ea n de f f e c t i v ec a r r i e ra n do r g a n i cf o r mo fp r o d u c tq u a l i t yd a t as t r e a m , m a n u f a c t u r i n gq u a l i t yb o mi sb a s e do np r o d u c ts t r u c t u r ea n dc o n f i g u r a t i o nt or e s o l v e d a t as e p a r a t i o nb ya d o p t i n gb i l lo f m a t e r i a l st e c h n o l o g ya n do b j e c t - o r i e n t e dt e c h n o l o g y 4 i td e e p l ys t u d yt h ed a t ac o l l e c t i n ga n da n a l y z i n gb a s e do n3 - d e g r e ec o o r d i n a t e m e a s u r i n gm a c h i n e ( c m m ) ，t h r o u g hw o r k i n go u ta p p r o p r i a t i v ei n t e r f a c es o f t w a r e ，w h i c h c a na u t o m a t i c a l l yr e a dt h em e a s u r e m e n td a t af r o m3 - d e g r e ec m m sr t ff i l ea n dc a l l a u t o m a t i c a l l yt r a n s f e rt h ec e r t a i nd a t at od a t a b a s ea n dt h e n l e tq u a l i t ym a n a g e m e n t s y s t e md i r e c t l yt r a n s f e r t h em e a s u r e m e n tr e s u l ti no r d e rt oa n a l y z et h ec o r r e l a t i v e a c c e s s o r y sq u a l i t y t h i sa n a l y s i si su s e f u lt ou n d e r s t a n dt h ec h a r a c t e r i s t i co fr a n d o me r r o r s y s t e m ，t h et r e n do fe r r o r , t h eo r d e ro fe r r o rd i s t r i b u t i n ga n dt h er e a s o n sf o re r r o ra n da l s o f o r mt h eq u a l i t yr e p o r ta n de a r l yw a r n i n gi n f o r m a t i o nf o rq u a l i t yc o n t r 0 1 摘要 目；i = 目l i j _ _ i _ e i = 自目l 自i i 自l t i 目a ；目日i 目目_ 目目l ；目i _ ： 自；l 目| _ l ， 5 t h r o u g hi n s t a n c ep r o v e st h ef e a s i b i l i t ya n dv a l i d i t yo fq u a l i t ym a n a g e m e n ti n m a c h i n es h o p f i n a l l ys o l v et h ea b u s eo ft r a d i t i o n a lq u a l i t ym a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n r a r e l yc o n c e r n e dm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s ，s a t i s f yt h ed e s i r eo fe n t e r p r i s ef o rq u a l i t y a c t i v i t y e x e c u t i o ne f f i c i e n c ya n d m a n u f a c t u r i n gp r o c e s s q u a l i t yl e v e l k e yw o r d sq u a l i t ym a n a g e m e n ts y s t e m ；m a n u f a c t u r i n gp r o c e s s ；c m m ；s m a l lo r d e r ； c o n t r o lc h a r t i i i ；- i ：i b 科技大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品或成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：弓幻昂剐 乙唧年占月乡日 指导教师签名： 鸟考袭 矽砰具弓e l ， ；p - - i j l = 科技大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权河北科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 口保密，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 珠保密。 ( 请在以上方框内打“4 ) 学位论文作者躲弛嗨川指捌雠：名拶 硼i 年6 月日 可年月多日 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 引言 面对竞争激烈的2 1 世纪，我们每个人、每个企业乃至整个国家都面临着严峻的 挑战和难得的机遇。市场经济就是大浪淘沙，优胜劣汰，适者生存。众多的制造企 业己经饱尝了市场经济的残酷。如何运用信息化等技术改造传统制造业，提高全面 竞争力，实现跨越式发展是当前重要而紧迫的任务【l 捌。 市场竞争是实力的竞争，是品质的竞争，归根结底是企业管理水平和产品质量 的竞争。利用信息技术改造传统的企业管理模式，全力打造企业的核心竞争力已经 越来越成为企业的共识。由于质量是现代企业核心竞争力最基础、最根本的要素， 如何以有限的资源满足人们无限的需求和愿望，形成真正的核心竞争优势，使企业 在长期竞争中处于不败之地，是许多企业面临的严峻问题。 实现企业信息化正是解决这一问题的关键。通过信息技术优化企业质量管理流 程、整合企业资源、实现质量信息的迅速传递和响应，完成质量管理的协同运作和 质量数据的科学分析，并推进企业技术改进和品牌提升。制造执行系统( m a n u f a c t u r i n g e x e c u t i o ns y s t e m ，简称m e s ) 是管理和优化从任务投放到完成加工整个生产活动的硬 件和软件的集合。它在计划层信息管理的m r pi i e r p 与制造单元的设备控制系统之 间构筑一座信息桥梁，连接企业上层管理与工作地之间过去一直被忽略但却急需解 决的信息断层。m e s 利用当前精确的信息，报告和指导制造单元发生的实际活动， 快速响应变化条件，驱动有效的运行和过程，减少非增值活动，改善运行资产的利 润、交货期、库存周转和资金运行。它可以为用户提供一个快速反应、有弹性、精 细化的制造业环境，帮助企业减低成本、按期交货、提高产品质量。 1 2 质量管理系统综述 1 2 1 质量管理的定义 质量管理是企业为了保证和提高产品和服务质量而开展的各项管理活动的总 称。国际标准化组织质量管理和质量保证技术委员会在总结各国质量管理实践经验 的基础上，对质量管理提出了如下的定义：“确定质量方针、目标和职责，并通过 质量体系中的质量策划、质量控制、质量保证和质量改进来使其实现所有管理职能 的全部活动【3 4 j 。一 美国著名质量管理大师朱兰( j m j u r a n ) 博士1 9 9 4 年在美国质量管理学会( a s q c ) 年会上说：“2 0 世纪以生产力的世纪载入史册，未来的2 1 世纪是质量的世纪。 河北科技大学硕士学位论文 己经过去的2 0 世纪人类取得了巨大的成就：生产力高度发展，产品和服务质量不 断提高。特别是少数经济大国的经济复苏，使得国际市场竞争愈益激烈【5 1 。质量己 经成为产品进入市场的“通行证”，是社会进步和生产力发展的一个重要标志。己 经进入的2 1 世纪，由于新技术的不断涌现，顾客对新产品的质量会提出更多、更 新、更严的要求；尤其是在买方市场情况下，顾客对产品和服务质量的要求会更加 挑剔。同时，生产厂商和商业店家的产品责任和服务责任也愈益加重；社会对产品 和服务在诸如环境保护、卫生、资源利用等方面的要求也愈多、愈严。这些都构成 了质量挑战的新内容。正如美国质量管理专家哈林顿饵j h a r r i n g t o n ) 所说，这不是 一场使用枪炮的战争，而是一场商业战争，战争中的主要武器就是产品质量。可以 想象，2 1 世纪的质量战争将更为残酷，迎接2 1 世纪质量的挑战已经成为全球的共 口【“1 0 】 髟，、o 1 2 2 制造业质量管理的国内外研究现状 1 2 2 1 国外研究状况 纵观国际上对质量管理的研究，根据其研究侧重点的不一样，可以分为两种流 派： ( 1 ) 侧重于自动化技术在质量管理中的运用m e s 作为c i m s 当中的一个重 要组成部分，与c a d 、c a p p 、c a m 处于同一地位，其中的质量管理侧重于实现 质量控制、质量保证和质量信息管理的自动化。其中以德国为代表。德国是制造业 大国，德国政府科技部为使“m a d ei ng e r m a n y 成为世界上高质量的标志，出资数 亿马克进行“质量与设计”、“质量与制造 、“质量与装配 、“质量与管理 以至“质 量与时间的研究【1 1 】。德国学者对于车间执行层的质量管理的研究成果主要体现在 德国标准技术研究所( d n n 3 的技术报告中。该报告主要分析了c i m 的接口标准，讨 论了c a q 、i v i e s 、c a d 以及c i m 其他子系统的接口。 ( 2 ) 侧重于质量管理系统和方法的研究日本学者对车间执行层质量管理的 研究着眼于质量管理的优化和质量控制方法的类型。与美国和欧洲相比，日本人认 为质量问题主要是管理方面的问题。因此，日本学者针对车间执行层提出了质量问 题人人有责的观点，如开展q c 小组活动，注重对员工培训和教育，提高员工的质 量意识，培育良好的质量文化和强调员工素质的重要性。同时，提出质量管理的新 七种工具，加强了q c 的方法，并从这些方面出发来改进和完善m e s 中的质量管 理【1 2 1 。 1 2 2 2 国内研究状况 随着c m s 作为国家8 6 3 计划的重点研究项目之一，m e s 作为c m s 的子系统 和全面质量管理等先进质量管理方法一起进行了推广与普及，车间执行层的质量管 2 第1 章绪论 理在国内的研究也越来越广泛和深入。重庆大学先进制造技术研究所、西安交通大 学、北京航空航天大学、清华大学、合肥工业大学等高等院校都在从事此项研究工 作，涉及的学科范围包括管理科学与工程、机械工程、计算机科学与技术以及自动 化工程等。其中，杨世元教授的对全质量管理信息系统的总体设计进行了探讨，张 根保教授对基于质量b o m 和整合条码的质量管理信息系统进行了研究，唐晓青教 授深入研究了c i m s 环境下的c a q 开发，杨铭等对基于9 4 版i s 0 9 0 0 0 标准的车间 执行层信息系统的开发进行了探讨( 9 8 年) 。浙江万里学院的陈冬亮以福建三明钢 铁厂的钢铁生产过程制造执行系统为研究对象，对其重要环节质量控制系统的设计 进行深入的探讨和研究，并运用混合模型法建立与实现了质量控制采集子系统和质 量检验判定子系统。首都航天机械公司的王景辉以制造执行系统( m e s ) 框架模型和 思想理念为指导，结合航天产品制造车间管理现状，利用信息工程方法论和信息资 源规划工具，建立航天产品制造车间s 应用模型，在此模型的基础上进行车间 生产管理信息系统的开发应用，提高车间质量管理信息化水平。大连理工大学的刘 晓冰教授提出基于当前流行的企业资源计划制造执行系统控制三层企业集成框 架，提出了基于制造执行系统的动态质量控制系统的体系框架，并分析了其动态质 量控制原理。依据该动态质量控制与改进环，给出了基于制造执行系统的动态质量 控制系统的软件功能模型，建立了基于o p c 技术的控制集成结构和基于可扩展标 记语言的信息集成平台，实现了企业资源计划制造执行系统控制之间动态异构质 量信息的有效集成和共享。国内对于车间执行层质量管理信息系统的研究涉及各个 方面，取得了丰硕成果【1 3 1 引。 综上所述，尽管国内外针对m e s 中的质量管理研究取得不错的应用效果和成 就，但对处于多品种小批量生产模式下的机加工制造车间却不能很好的应用或者根 本不能实施，究其原因是软件体系要求企业自动化程度太高，或者流程企业下的 m e s 中的质量管理不适合离散企业。因此，本文基于m e s 平台提出了车间质量数 字化管理的方法并进行了研究。 1 2 3 质量管理的发展趋势 质量管理有以下几方面的发展趋势： 1 ) 质量管理将向集成化方向发展。一方面，它趋向于与企业的产品设计、计划、 生产、成本控制等信息系统相集成，提供产品从设计一生产一销售一售后服务等全 生命周期的质量控制及决策信息；另一方面，质量管理系统的范围越来越广，而它 的各组成部分如质量审核、质量控制、不合格品管理、供配管理等一系列内容的集 成度也越来越高。 2 ) 质量管理将从以事后检查与纠正为主的模式向以事前预防与控制为主的模式 河北科技大学硕士学位论文 转化。同时立足于给企业不同的决策需要提供支持信息，所涉及的信息将不仅仅是 历史数据，更重要的是企业有关质量控制的决策信息。 3 ) 质量管理正向网络化、智能化方向发展。未来的质量信息管理将以网络和数 据库为基础，建立各种质量评价、分析和决策系统。同时随着专家智能系统理论的 不断完善，质量管理系统就可以实现自动化的决策和控制。利用这样的系统，就能 从全局出发，分析和处理所有信息，综合评价质量和系统功能，从而大大提高企业 质量水平。 1 3 质量管理待解决的问题 1 3 1m e s 质量管理亟待解决的问题 在传统制造模式和质量理念的驱使和约束下，我国中小型制造企业的质量管理 通常仅限于质量管理部门的独立活动，质量保证体系条块分割，各部门、各环节的 质量管理活动相对封闭和分散，单纯以满足产品设计规范为目标，注重质量问题的 事后处理，难以实现对产品制造过程整体质量水平的控制。传统的质量保证技术与 手段已难以适应现代质量保证的要求，具体体现在以下几个方面： 二 ( 1 ) 质量信息处理手段落后【l9 】产品质量数据的采集与统计多采用手工方式， 效率低下，一致性差，可信度低，难以实现质量信息的及时准确采集与处理。 ( 2 ) 质量信息流动不畅通质量信息处理过程相对孤立，数据分散、缺乏规范 化，致使质量数据流动困难，信息通道不畅通，影响了质检部门与计划调度部门的 及时反馈和工艺部门的及时交流，制约了车间对质量信息的综合处理能力，难以持 续对产品质量全过程的有效控制以及产品质量的持续性改进【2 0 】。 ( 3 ) 缺乏有效的支持系统与工具质量业务流程没有相应的系统或工具来保 障，仅依靠人的自觉性和管理制度，缺乏软件系统辅助的质量管理和缺乏流程固化 的过程控制势必无法将制造质量信息同人的操作紧密联系起来，使物料进入车间加 工后，无法对车间的加工质量状况进行信息追踪，无法为企业计划层的质量决策提 供可靠的依据，造成车间质量管理效率低下，产品不合格率无法得到有效的控制【2 1 1 。 ( 4 ) 缺乏有效的质量控制技术中小型制造企业多是进行规格多样化、个性 化、技术尖端化和结构复杂化为主要特征的产品，车间缺乏小批量制造环境的统计 过程技术，既成事实的质量事故造成大量的人力物力财力浪费，却不能有效的针对 产品进行事前预防【2 2 1 。造成这些现象的原因除了国内制造企业的科学管理基础薄 弱、资金缺乏、缺少必要的员工培训等以外，从企业信息化角度来看，主要障碍之 一是缺乏一种质量数据的组织形式和载体来有效组织和管理产品的相关质量信息， 以便尽可能地利用统计分析工具和方法，来实现质量不断改善的目的。现代质量管 理优势就在于运用各种统计工具( 例如s p c ( s t a t i s t i c a lp r o c e s sc o n t r 0 1 ) 、q f d ( q u a l i t y 4 第1 章绪论 f u n c t i o nd e p l o y m e n t ) 、控制图、预控图等) 最大程度地挖掘历史质量数据中所包含 的有用的可供决策的质量信息，进而识别具体的产品及过程改进机会，质量数字化 管理的成功实施有赖于高质量的数据组织、管理、处理和存储【2 3 1 。 上述问题的存在，严重影响了我国企业质量管理的水平，极大地制约了企业竞 争力的提高。这些问题利用传统的方法已经无法得到有效解决，只有借助于以现代 信息技术为基础的数字化质量管理系统才能从根本上解决这些问题。 1 3 2m e s 中质量数字化管理 针对以上现状，车间需要一种全面可靠的质量信息的组织方式，将各部门分散 的质量信息有效的组织起来，实现质量信息的有效、快速地采集和传递，使车间质 检部门可以及时了解加工现场情况，车间计划部门根据产品及其零部件的质量状况 动态地安排生产计划等，使车间有效地实现制造全过程的质量管理，车间全体人员 能以先进的、高效率的方式参与车间数字化质量管理。 笔者提出了一种面向产品的质量信息的管理方法，以产品配置为数据引导源， 在企业数据集成的框架下，通过完整的、系统的、有效的制造品质b o m 组织形式 来管理各种质量数据，建立了完整适用的质量数据管理模型，优化车间质量数据的 管理流程，并应用于车间执行层实时信息系统一m e s ，更好地进行质量信息的采集、 传递、存储、处理，很好地解决了车间质量信息复杂、信息量庞大等问题，将分散 在车间各相关部门中的质量职能协调起来，使得车间质量管理活动构成一个有效的 整体，实现了车间质量数字化管理的目标，达到加强质量控制、提高产品质量和企 业竞争力的目的。 1 4 课题的研究内容、科学意义 1 4 1 本课题的研究内容 ( 1 ) 车间质量数据的自动化采集质量检验是零部件加工时保证零部件质量 的重要手段，质量数据采集主要实现加工过程中检验记录的录入、修改、保存和报 告等，检验过程会产生大量的质量数据，因此，在该环节准确的收集所有相关制造 质量信息是实现制造质量数字化管理的前提。本课题将针对三坐标测量机的数据采 集进行自动化处理研究。 ( 2 ) 制造过程质量的统计分析只是管理所有质量数据，而忽略了这些质量 数据所隐含的可供决策的有用质量信息，将失去寻找质量隐患的机会。本论文针对 机加工生产车间的特点，利用改进的统计分析方法对采集的加工信息进行准确、快 速、有效的统计分析，同时对不符合要求的质量信息进行分析诊断和处理，根据分 析结果帮助管理及技术人员提高加工质量和生产率、降低废品率和j n t 成本从而达 河北科技大学硕士学位论文 到质量控制的目的。 ( 3 )原型系统针对本论文所研究的内容，完善质量管理原型系统，通过 i n t e m e t 访问使用，最终应用于实际加工。 1 4 2 本课题的科学意义 研究机加工车间质量管理系统中数据采集分析就是将企业车间级的质量管理 集成到m e s 环境下，并且在m e s 环境中能够实现资源的共享、信息的交互、质量 异构数据格式的转换、质量信息孤岛之间的集成，从而满足制造执行系统敏捷性、 快速响应和快速重组的能力，对质量管理的研究具有以下意义。 1 ) 建立制造执行系统下的质量管理体系结构，并为之提供了相关的技术、方法 和应用工具。 2 ) 解决中小企业制造过程质量管理中收集信息利用不充分、相关信息资源无法 利用、反馈过程缓慢、滞后等关键问题。 3 ) 提高企业制造质量，降低生产成本，增强市场竞争力。该课题的研究不仅丰 富t * u 造执行系统下质量管理的理论，而且为制造企业的质量管理模式和运作机制 提供了理论模型和技术支持。 6 第2 章机加工质量管理系统中b o m 体系的构建 第2 章机加工质量管理系统中b o m 体系的构建 2 1b o m 理论基础 2 1 1b o m 的概念和作用 b o m ( b i l lo fm a t e r i a l s ) l j 构成一个物料项的所有子物料项的列表，也就是b o m 的管理对象是物料项【2 4 1 。在m r pi i 、c a p p 、p d m 、e i 冲和m e s 等企业信息化系统中， 物料项具有广泛的含义，它是所有产品，半成品，在制品，原材料，配套件，协作 件，易耗品等与生产有关的物料的统称【2 5 1 。b o m 是一种典型的树状结构，反映的正 是产品在形成过程中所需物料项之间的关系集合【2 6 1 。在m r pi i 、e r p 和m e s 系统中 b o m 是一种数据之间的组织关系，以自顶向下分解的形式或以自底向上跟踪的形式 提供信息，利用这些信息之间层次关系可以作为功能模块设计的基础，而其中数据 的某些表现形式是汇总报裂z 7 1 。 在产品的设计和制造过程中，b o m 是连接产品设计过程和产品制造过程的信息 桥梁，是企业进行c a d c a p p ，实施m e s m t 冲i i b r p ，实现c a m 的依据。因此， b o m 数据的正确性、一致性和完整性对企业的各种活动有着决定性影响。在机械加 工车间生产中使用b o m 作用如下【2 8 】： 1 ) 是p d m 、c a p p 、e r p 、m e s 等系统中重要的基础输入数据和集成的关键之一； 2 ) 使设计部门的设计产品信息系列化、标准化、通用化； 3 ) 协助质量监控部门进行加工过程的跟踪； 4 ) 是生产管理部门编制生产计划的依据： 5 ) 可以作为销售部门产品报价的参考； 6 1 是采购部门进行采购和外协的依据； 7 】是供应部门进行配套和领料的依据； 8 ) 作为计算机识别物料的基础依据； 9 ) 帮助决策部门进行成本的核算； 1 0 ) 进行物料、在制品等追溯。 2 1 2 产品主要b o m 视图 在产品的设计生产制造中，b o m 根据在不同阶段应用侧重点不同，存在不同时 期的b o m 视图，主要存在的b o m 形式具体如- f 2 9 】【3 0 】【3 1 】【3 2 】： 1 ) 设计b o m ( e n g i n e e r i n gb o m ，e b o m ) ，e b o m 是企业产品设计部门用来组织 和管理构成某种产品所需的零部件物料清单。产品设计人员根据客户需求或者设计 7 河北科技大学硕士学位论文 8 第2 章机加工质量管理系统中b o m 体系的构建 及量具b o m 等等。 2 2m e s 中面向产品的b o m 体系 m e s 中的面向产品的b o m 体系是以产品b o m 中的产品结构配置关系为导向，充 分利用面向对象的技术和方法，在继承设计b o m 和工艺b o m 的属性和方法的同时， 依据生产制造的规范和准则，对一些过程和方法进行重载，并增加新的有关生产制 造的属性和方法所衍生的用于车间生产制造的b o m 体系。 2 2 1b o m 体系的建模技术 企业信息系统建模作为企业信息集成的决策支持工具和方法的集合，是信息系 统开发的关键。i d e f ( i c a md e f i n i t i o n ) 和u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) 分别作为 面向结构和面向对象的建模方法得到广泛的应用，但在大型集成信息管理系统开发 过程中，单纯采用i d e f 和u m l 方法不能简洁、清晰地建立灵活、可扩展、可重用的 管理信息系冽蚓，本文将i d e f 和u m l 两种建模方法有机结合起来，构建面向产品的 质量信息管理模型。 ( 1 ) i d e f 建模方法i d e f 方法是面向结构的分析方法，包括i d e f 0 ，i d e f l x ， i d e f 2 ，i d e f 3 ，i d e f 4 等，现在常用的是i d e f 0 和i d e f l x ，其中i d e f 0 功能模型和 i d e f l x 信息模型用于描述现有的和将来的信息管理需求【3 5 】。i d e f 0 的基本思想是描 述系统的功能活动及联系，并建立信息模型作为建立数据库设计的依据。i d e f l x 主 要用来描述系统信息及其联系，用以开发“信息模型 ，将数据作为资源管理，表述 制造系统环境的信息结构和语义。 ( 2 ) u m l 建模方法【3 8 1u m l 是近些年发展起来的一种可视化建模语言，其目 标注重于软件的发展。u m l 包括五类图( 共1 0 种图形) ：用例图、静态图( 类图、对 象图、包图) 、行为图( 状态图、活动图) 、交互图( 时序图、协作图) 和实现图( 组 件图、配置图) 。u m l 建模方法全面体现了面向对象的设计思想，贯穿于系统开发的 需求分析、设计、构造以及测试等各个阶段，从而使得系统的开发标准化，同时具 有很强的扩充性。 ( 3 ) i d e f 和u m l 结合建模方法i d e f 和u m l 是目前应用较广的复杂系统设计 建模方法，两者各具优缺点：i d e f 方法最大的优点是能从系统的角度进行客观地揭 示了系统内部的活动、联系和对象及其关系，并且清楚地表示了模块之间的信息输 入输出关系，建立的模型易于理解，易于与用户交互，但它也有致命的弱点，如： 不能有效处理信息隐藏和抽象数据，不能反映问题的时空变化，系统重用性、维护 性差等。而u m l 可有效解决i d e f 方法的缺点，但它必须在特定的环境中进行，而且 用u m l 建模语言建立的系统模型复杂，需要具有较高水平的领域专家才能理解【3 9 ，加】。 本文使用i d e f 0 主要是对质量业务管理功能进行解释和分析，明确系统的开发目 9 河北科技大学硕士学位论文 标和功能；使用i d e f l x 进行数据流程模型的构建，以全面描述质量数据在质量管理 系统内的流通。利用面向对象技术进行详细设计，将信息以对象形式封装起来，使 系统具有好的维护性、扩充性和重用性，如：我们采用u m l 中的用例图和行为图进 行系统的总体功能模型的构建，用静态图描述质量信息管理过程种类及对象的关联 关系。 2 2 2m e s 中b o m 体系的构成 车间数字化制造应实现生产信息、功能和过程的完整集成，使车间所有有关制 造活动的信息流能够稳定有序的运转，数字化管理模式应贯穿于车间各个部门。据 此本文提出面向m e s 的b o m 体系作为车间制造数字化管理模式的组织体系。针对 m e s 中各个不同功能模块，b o m 体系中各个成员b o m 的外在表现不同，所管理对象 也不同，但对产品信息管理的总体方法和原理是相同的，都是采用面向对象的方法， 通过对对象的操作来实现产品制造信息统一集成管理。b o m 体系在物理结构上是分 布式的，各子功能模块间是相对独立的，但在产品制造管理流程上各成员b o m 间是 相互关联和影响的，子b o m 间的制造信息也是集成共享的。通过b o m 体系的组织模 型，如图2 2 所示，对m e s 中的b o m 体系的主要构成b o m 作如下论述。 b o m 体系 对拳 计划调睦i 零件d 批次任务信息表格d 工序级任务捧产 信息 工序级任务调度 信息d 工艺 人员与设鲁映射衰口d 设鲁与计算机名称对 应袁i d 生产异常记录表 资源管陛e l 对蕞m 批次零件质量控制卡 工序检验信息襄m 关键工序检验信亘 敦据 图2 - 2b o m 体系结构图 f i g 2 - 2s t r u c t u r ef i g u r eo f b o ms y s t e m ( 1 ) 工艺规程管理b o m 工艺规程是车间针对产品清单进行加工的依据来源， 针对产品动态的关键特性指标，由各零部件唯一的标识号引导的工艺更改单和其他 业务相配合完成动态调整。 1 0 裟舞一 材备嘶工工原设枷朋铜 r 息 触觚嗽d丽制息觥黜磅 蕊篡一 诫脯物燃| 藿 一枷一一釉 第2 章机加工质量管理系统中b o m 体系的构建 ( 2 ) 计划调度b o m 通过各零部件唯一的标识号所引导的工艺信息，基于车间 有限资源能力车间调度人员进行作业排序和调度来优化车间性能。 ( 3 )过程管理b o m 根据各零部件的唯一标识号所引导的计划和实际制造活 动来指导工厂的工作流程。 ( 4 ) 资源管理b o m 通过零部件的唯一标识号引导车间的劳动者、加工设备、 工装和物料如何协调地进行生产，并跟踪其现在的工作状态和刚刚完工情况。 ( 5 ) 制造品质b o m 主要实现的是对制造质量的检测与监控，其管理对象是处 于制造过程中的所有零部件通过各零部件唯一的标识号引导该零部件在加工过程中 所涉及的所有相关制造质量数据，通过可靠及时的统计分析，保证制造过程质量的 稳定性。除此以外，以制造品质b o m 作为制造质量数据的组织方法，可以将顾客的 最终需求逐层细化、分解和具体到每一个自制零件上，即以制造品质b o m 来引导分 解客户需求，以客户的需求间接控制制造过程质量。 ( 6 ) 数据采集b o m 根据各零部件的唯一标识号来引导来自人员、设备和底层 的控制操作数据以及质检品质规范信息、物料信息等。这些数据可由车间手工录入 或由各种自动方式获取。 2 2 3m e s 中b o m 体系的功能模型 图2 3 给出m e s 中的b o m 体系功能模型，车间接到生产加工任务，根据产品的工 艺规程查看所需设备和工装的加工状态及零部件的工时定额，车间计划部门针对生 产单元进行生产派工。在加工过程中，若在零部件的加工过程中出现超差或设备故 障，故障b o m 清单及时反馈给过程管理部门，过程管理部门及时地做出生产计划进 行调度；若出现报废情况，故障b o m 反馈给计划部门，车间生产单元重新生产派工； 产品加工完后对产品进行总检，合格进入成品库，不合格品进行返修处理。 2 2 4m e s 中b o m 体系的体系建模 m e s 中b o m 体系中信息建模如图2 4 所示，体现了面向产品的特点，它以产品配 置为数据引导源，实现了车间加工过程中数据有序的组织。 在车间的实际运作流程中，产品的加工过程对应的是车间各个职能部门间流动 的产品加工信息处理的过程，因此以各个职能部门划分的各个b o m 可以有效地管理 该部门内的产品加工信息，同时作为m e s 中b o m 体系的组成部分，又能使各部门的 制造执行加工信息流畅地在车间内部流通。所以b o m 体系各成员之间是互相影响， 互相依托的，具有因职能部门而异的独立性，但作为m e s 中b o m 体系的成员，在车 间制造执行信息的组织和管理上，它们遵守同一规则，又具有统一性和关联性。故 m e s 中的b o m 体系既是一个不可分割的整体，又是相互独立的各个部门b o m 体系的 集合。 河北科技大学硕士学位论文 图2 - 3b o m 体系功能模型 f i g 2 - 3 f u n c t i o nm o d e lo f b o ms y s t e m 图2 4m e s 中b o m 体系的信息建模 f i g 2 - 4b u i l di n f o r m a t i o nm o d e lo fb o ms y s t e mi nm e s 1 2 第2 章机加工质量管理系统中b o m 体系的构建 2 2 5m e s 中b o m 的管理 处于车间执行层的各部门都有不同内容的b o m 视图，其结构和内容是动态的。 为了实现产品数据表达的同一性，使得产品唯一相关语意贯穿各个部门，车间各b o m 信息都在设计b o m 和工艺b o m 为原始文件的基础上结合其应用领域转换而来的，实 现产品信息的一致性。不同b o m 信息的一致性依赖于各b o m 的视图转换，本文中制 造执行层的各b o m 视图的转换是通过p d m 实现的，使产品b o m 中任何一个数据的变 化，都将迅速、准确地反映到车间各相关b o m 中，即以产品为导向，减少数据的冗 余，保证车间各相关b o m 与产品b o m 之间的一致性及其各b o m 间信息的顺畅流通。 p d m 作为产品工程信息的管理平台，不仅是产品c a d 设计的信息平台，而且也 是c a p p 系统把p d m 系统作为产品工艺设计的平台，并且日益成为一种趋势一1 】【4 2 】。 m e s 把p d m 系统视为其重要的集成信息来源，m e s 从p d m 系统中提取产品b o m 数 据，包括产品的设计b o m 和工艺b o m 文件，并通过b o m 管理，把产品的设计b o m 数据和工艺b o m 数据转换成支持m e s 的各种b o m 数据，包括产品的工艺规程管理 b o m 、m b o m 、制造品质b o m 等，从而快速