（机械设计及理论专业论文）mes中质量管理模块的分析与设计.pdf

摘要 制造执行系统( m e s ) 是位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的面向 车间生产的管理系统。它能提供生产计划的执行、跟踪及相关资源的当前状态信 息，辅助用户对生产的管理。它在企业计划管理层与车间底层控制之间架起了一 座桥梁，填补了企业级管理层和底层控制之间的“鸿沟 ，是面向车间生产管理 和控制的一种有效工具。 质量管理是制造执行系统的核心模块之一，质量对企业的生存与发展有巨大 的影响。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。 当今世界生产力高度发展，国际市场竞争日益激烈，质量是决定胜负 的重要因素。质量管理是m e s 的重要内容，m e s 系统则是质量管理水平提高的 新手段。 作者以“m e s 中质量管理模块的分析与设计”为题进行了研究，在分析了 国内外对制造执行系统( m e s ) 研究和应用的基础上，探讨了m e s 中质量管理 模块的研究与开发。主要着眼于机械产品加工过程中的工序质量控制和管理并开 发了相应的原型系统。 本文的叙述从制造执行系统的产生背景与发展趋势开始，分析了m e s 的各 大功能模块，阐述了质量管理模块在m e s 中的重要性。其次通过研究质量管理 的基本理论，以现代质量管理基本原理为指导，并结合制造执行系统对质量管理 模块的要求，构建了m e s 中质量管理模块的功能结构和模型。本文的研究重点 是统计过程控制技术的基本原理和思想，着重介绍了工序控制技术、直方图分析、 控制图技术，包括控制图的设计原理、类别以及工序质量控制在企业产品质量管 理中的应用。最后，作者采用面向对象的分析方法，对自己所参与开发的m e s 系统中质量管理的实现做了深入阐述，介绍了m e s 系统中的质量管理体系结构 设计和数据库设计的实现。 关键词：制造执行系统，质量管理，控制图，质量控制 a b s t r a c t m a n u f a c t u r ee x e c u t i v es y s t e m ( m e s ) i st h em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m c o n n e c t i n gt h em a n a g e m e n ts y s t e ma n dt h es h o pf l o o rc o n t r o ls y s t e mb e l o w i tc a n p r o v i d ep r o d u c t i o nd e s i g ni m p l e m e n t a t i o n ，t r a c k i n ga n dr e l e v a n tr e s o u r c ei n f o r m a t i o n ， a s s i s tt h eu s e rt om a n a g et h ep r o d u c t i o n t h em a n u f a c t u r ee x e c u t i v es y s t e mh a s f i l l e d ”t h eg a p ”b e t w e e nt h ee n t e r p r i s em a n a g e m e n ts y s t e ma n dt h es h o pf l o o rc o n t r o l s y s t e m s i ti sa ne f f i c a c i o u si m p l e m e n tf a c e st h ew o r k s h o pp r o d u c t i o nm a n a g e m e n t a n dt h ec o n t r 0 1 q u a l i t ym a n a g e m e n ti so n eo ft h ec o r e si nm a n u f a c t u r ee x e c u t i v es y s t e m ；i th a s g r e a te f f e c to nt h ee n t e r p r i s es u r v i v a la n dd e v e l o p m e n t n 圮2 0 t hc e n t u r yi sac e n t u r y f o rp r o d u c t i v i t y ；t h ef o r t h c o m i n g21s tc e n t u r yi sac e n t u r yf o rq u a l i t y ”t 1 1 i sw a ss a i d b yt h ew o r l d r e n o w n e dq u a l i t ym a n a g e m e n te x p e r t - d r j m j u r a no nt h ea n n u a l m e e t i n go fa m e r i c a ns o c i e t yo fq u a l i t yc o n t r o li i l19 9 4 i nt o d a y sw o r l d ，t h el l i g m y d e v e l o p e dp r o d u c t i o np o w e rh a sl e dt oa ni n c r e a s i n g l yc o m p e t i t i v ei n t e r n a t i o n a l m a r k e t q u a l i t yi s a i li m p o r t a n tf a c t o r 洫t h eo u t c o m eo ft h ec o m p e t i t i o n q u a l i t y m a n a g e m e n t i sa ni m p o r t a n tp a r to fm e s ；m e sw i l li m p r o v et h eq u a l i t ym a n a g e m e n t s y s t e mt oan e ws t a g e n l ea u t h o rt a k e st h e ”m e si i lt h eq u a l i t ym a n a g e m e n tm o d u l eo ft h ea n a l y s i s a n dd e s i g n ”嬲at i t l et oc o n d u c ta s t u d y i nt h ea n a l y s i so ft h ed o m e s t i ca n df o r e i g n r e s e a r c ha n dm a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m so nt h eb a s i so fa p p l i c a t i o n s ，t h ea u t h o r d i s c u s s e dt h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fq u a l i t ym a n a g e m e n tm o d u l ei i lm e s m a i n l yf o c u s e d o n p r o c e s s i n go fp r o d u c t sq u a l i t yc o n t r o l d a t aa n dp r o c e s s m a n a g e m e n t ，d e s i g n e d t h e q u a l i t ym a n a g e m e n ts u b s y s t e m s i n 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 ，a n da p p l i e dt ot h ee x a m p l e s a tf i r s t ，t h i sp a p e rd e s c r i b e dt h eb a c k g r o u n da n dd e v e l o p m e n tt r e n d so ft h e m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m s ，i n t r o d u c e dt h ef u n c t i o n so fe a c hm o d u l e ，a n d e x p l a i n e dt h ei m p o r t a n c eo fq u a l i t ym a n a g e m e n tm o d u l ei nm e s s e c o n d l y , a u t h o r r e s e a r c h e dt h eb a s i ct h e o r yo fq u a l i t ym a n a g e m e n t ，b a s e do nt h eb a s i cp r i n c i p a l so f m o d e mq u a l i t ym a n a g e m e n t ，a n dc o m b i n e dw i t ht h er e q u i r e m e n t sf o rq u a l i t y m a n a g e m e n tm o d u l ei 1 1m e s c o n s t r u c t i o no ft h es t r u c t u r ea n df u n c t i o nm o d e lo f q u a l i t ym a n a g e m e n tm o d u l ei s a tl a s t t h j ss t u d yf o c u s e do nt h es t a t i s t i c a lp r o c e s s c o n t r o lt e c h n o l o g y f o c u s e do np r o c e s s i n gt h ec o n t r o lt e c h n o l o g y , h i s t o g r a ma n a l y s i s ， c o n t r o lc l a nt e c h n i q u e s ，i n c l u d i n gt h ec o n t r o lo ft h ed e s i g np r i n c i p l e so ft h ep l a n , c o n t r o lp l a n sa n dt h et y p eo fq u a l i t yc o n t r o lp r o c e s s e si nt h ee n t e r p r i s ep r o d u c t t t q u a l i t ym a n a g e m e n t i nt h ea p p l i c a t i o n a tl a s t ，t h ea u t h o ru s e do b j e c t - o r i e n t e dm e t h o d i nt h er e a l i z a t i o no fq u a l i t ym a n a g e m e m s u b s y s t e m ， a n dt h ea r c h i t e c t u r ed e s i g na n d d a t a b a s ed e s i g n k e yw o r d s ： m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ，q u a l i t ym a n a g e m e n t , c o n t r o lc h a r t ，q u a l i t yc o n t r o l i i i 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 经济一体化的浪潮席卷全球，社会化生产与地域资源优势的整合，给中国企 业成为“世界制造工厂”提供了前所未有的机遇。然而正从传统计划经济体制向 现代市场经济体制转变的中国企业，面临着迫切的改革形势。尤其是自从中国加 入w t o 以来，中国企业将在同等的条件下参与国际市场竞争，这意味着中国企 业未来的管理和发展必将面临着更加激烈的内外市场竞争与挑战。 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 ge x e c u t i o ns y s t e m ) 是近1 0 年来在国际上迅速发展、面向车间层的 生产管理技术与实时信息系统。它在整个企业信息化集成系统中起着承上启下的 作用，它是生产活动与管理活动信息沟通的桥梁，是实施信息化最有效手段之一。 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 1 制造执行系统的形成背景 制造业运行模式的演变和信息技术的进步是促进制造业信息化发展的两个 基本动力，这也是推动制造执行系统( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ，m e s ) 发展的两个原动力川。 在企业信息化的早期阶段，企业经营管理的信息化与生产设备的自动化作为 两个独立的模块发展。由于不同部门按照各自的目标建立自己独立的信息系统以 及当时环境的限制，最终阻碍了企业整体信息化的进程并导致以下问题的产生： ( 1 ) 信息孤岛。信息孤岛是指企业内部信息在水平方向上的断裂。它是指 在一个单位的各个部门之间由于种种原因造成部门与部门之间完全孤立，各种信 息( 如质量管理、设备维护、生产调度、过程控制等信息) 无法或者无法顺畅地 在部门与部门之间流动。造成相互之间数据冗余、功能重叠等问题，从而严重影 武汉理工大学硕士学位论文 响企业内部各部门的协调性、阻碍了企业信息化的发展。 ( 2 ) 信息断层。信息断层是指企业生产信息在垂直方向上的阻断。由于客 户对产品要求的多样化，势必要求企业生产方式进行不断的调整和更新。导致企 业级的业务管理系统无法得到及时准确的实际生产信息，不能把握生产现场的真 实情况，造成上层计划的制定越来越困难，准确性和可行性难以得到保证。同时， 由于生产现场人员与设备得不到切实可行的生产计划与生产指示，使车间调度系 统失去了它应有的作用。这种上下级的信息交流障碍_ 信息断层是公司内的经 营管理系统与工厂级的生产管理系统不能整合的本质原因。 2 0 世纪8 0 年代中期以后，伴随着客户对产品需求的多样性，企业的生产模 式有大批量的刚性生产向多品种小批量的柔性生产转变；同期由于计算机网络和 大型数据库等信息技术的发展，企业的信息系统也由局部的、事后处理方式转变 为全局的、实时处理方式。在此期间，在管理系统软件领域出现了从m r p ( m a t e r i a l sr e q u i r e m e n t sp l a n n i n g ，物料需求计划) ，到m r p i i ( m a n u f a c t u r i n g r e s o u r c ep l a n n i n g ，制造资源计划) ，直至e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ，企 业资源计划) 系统的迅速普及；在过程控制领域p l c ( p r o g r a m m a b l el o g i c c o n t r o l l e r s ，可编程逻辑控制器) 、d c s ( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ，分布式控制 系统) 得到广泛的应用瞄1 。 尽管企业信息化使得企业取得了一定的经济效益。还有一个重要的环节被忽 略了：上述管理系统主要是对企业的管理数据进行处理和运算，主要应用在计划、 预测、分析等方面，对企业生产过程的主体生产现场管理却没有涉及到。这 就造成了在计划过程中得不到切实可行的作业计划，车间管理人员无法跟踪产品 的生产过程，不能有效的控制在制品库存。根本原因是在生产管理系统的计划层 和生产过程控制层之间存在一个信息流通上的断层。 针对这种状况，美国的调查咨询公司a m r ( a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gr e s e a r c h ) 于1 9 9 0 年1 1 月首次提出制造执行系统( m e s ) 的概念，作为解决企业信息集成的 解决方案。两年后美国的m e s a ( m 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 s s o c i a t i o n ， 制造执行系统协会) 作为促进m e s 普及和标准化团体，经常发布关于i v i e s 的白 皮书，以及用户使用m e s 后的效果调查报告。 1 2 质量管理的研究现状 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，存在两个不同 的研究方向引： ( 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 2 武汉理工大学硕士学位论文 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 n g 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。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 i n ) 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 、 m 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 方法的研究。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i v i e s 中的质量管理。 在我国，随着c i 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 i 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 体设计进行了探讨旧。，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u 1 ，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哺1 。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 m e 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u 。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n 造执行系统过程控制系统三层企业集成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。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 统过程控制系统之间动态异构质量信息的有效集成和共享u 。国内对于车间执 3 武汉理工大学硕士学位论文 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。 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制造型企业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，制造型企业不具备要求的设 施条件；或者流程企业下的m e s 中的质量管理不适合离散企业；不同的企业生 产模式要求m e s 中的质量管理有着特殊的要求。 一方面制造执行系统在现代企业车间的生产组织与管理中起着不可或缺的 作用，是企业信息化的重要组成部分。但是目前m e s 存在的以上问题严重地影 响着m e s 功能的有效实现，对企业车间生产的快速发展起着制约的作用，阻碍了 企业信息化的顺利发展。2 0 0 1 年中国加入w t o 以后，中国在制造业区域的优势 愈发明显，中国成为全球最大的生产制造基地只是一个时间问题。车间生产管理 一直是企业管理的重点和难点，发达国家经过4 0 多年的努力，己经在车间生产 管理的理论和实践中取得了卓越的成就，我国制造业要迎接国际企业所带来的竞 争和合作，车间生产管理就变成了严重制约我国制造型企业发展的一个滞后的环 节，同时也是一个迫切需要解决的关键问题。对m e s 技术进行研究可以有效提 升企业生产车间的管理水平。 另一方面，由于m e s 系统起到连接企业上层的计划系统与下层的控制系统 的桥梁作用，因此m e s 技术的研究对企业信息的整体集成起到至关重要的作用， 也是企业信息化水平深层次推进的需要。 目前我国对m e s 技术的研究主要集中在m e s 的构件化以及通用性上，很 少有文章是针对目前企业车间出现的具体问题，充分考虑车间制造过程中存在的 大量的不确定性因素下开展研究工作，因此缺乏出现这些非常规信息条件下的科 学的决策方法。导致m e s 缺乏足够的敏捷性与智能性，难以适应日益不确定的 车间制造环境，而且大大增加了m e s 的开发和使用成本，严重影响了m e s 这 一先进的车间生产管理与控制技术在我国的推广应用与普及。 本文的研究结合企业车间生产中遇到的实际问题，在研究m e s 理论的基础 上，结合制造执行系统的发展趋势与目前存在的问题，对制造执行系统的相关关 键技术质量管理进行了研究，提高制造执行系统的智能性、敏捷性和可集成 性，对我国m e s 的推广和使用具有重要的现实意义。 1 3 论文研究的意义 当今，质量己成为全世界的共同语言，是现代工业社会和各国经济建设中一 个受到普遍关注的突出问题。世界质量管理研究院副主席哈林顿认为，西方国家 的工业企业不良品质量成本约占制造成本的2 0 - 3 0 。据国外学者估计，全世界 4 武汉理工大学硕士学位论文 每年因质量问题造成的损失占社会总收入的1 5 1 4 。当前我国产品质量水平能 达到国际先进水平的只有1 3 左右，有6 5 的产品落后于世界先进水平2 0 年左右。 由此可见，特别对于中国企业而言，提高质量水平的任务任重道远。 制造业水平的提高，不单是采用设备自动化，提高生产管理信息系统的效 率显得更为重要。在我国，m r p i i 、e r p 已逐渐趋于成熟与普及，而面向制造执 行层的m e s 软件在开发与应用方面还比较薄弱。随着企业信息化应用水平的不 断提高，企业逐渐认识到实现企业计划层与车间执行层的双向信息流交互，通过 连续信息流来实现企业信息全集成，是提高企业生产效率的一个重要因素。因此， 通过m e s 来实现企业信息的全集成，形成实时的e r p 、m e s 、p c s 是提高企业 整体管理水平的关键，这对企业制造业整体水平的提升具有重要意义。 质量管理的发展历史先于制造执行系统，但是m e s 的出现以及普及，更能 有效地实现“以时间为关键 的制造思想，因而在发达国家推广非常迅速，并给 工厂带来了巨大的经济效益。质量是企业的生命，是企业参与竞争的支柱之一。 在当今社会，质量己成为全世界企业间共同语言，是现代工业社会和各国经济建 设中倍受重视的问题。无论是发达国家还是发展中国家，都加大了对产品质量和 服务质量的重视，努力寻求提高产品质量和服务质量的有效途径。 对于企业来说，产品的质量管理状况是m e s 系统的核心以及企业赖以生存 的核心。实施m e s 系统具有如下几个方面的意义： ( 1 ) 可以提高生产管理的技术含量和企业的信息化水平，适应现代化企业 生产管理需要。 ( 2 ) 根据生产现场的实时数据进行排产和调度，可以提高排产和调度的效 率，提高了生产管理的实时性、科学性。 ( 3 ) 通过加强质量控制，可以提高产品质量，为计算生产成本提供了依据， 为建立数字化企业提供了坚实的基础。 1 4 论文研究的主要内容 基于m e s 理论，并结合作者在攻读硕士学位期间参加的项目中获得的经验 和体会，论文主要从目前m e s 系统存在的影响、车间生产发展的问题出发，有 针对性地研究m e s 中的质量管理技术的运用。在介绍m e s 产生背景，分析m e s 现状、存在问题以及发展趋势的基础上，重点针对我国制造型企业车间生产管理 上存在的问题，提出了相应的解决方案，本文将对以下内容进行研究： ( 1 ) 通过对m e s 中质量管理模块的功能的研究，依据质量管理的指导思想， 对m e s 中的质量管理模块进行过程分析和需求分析，建立支持实时性的m e s 系 统的质量管理模块。 5 武汉理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 根据企业自身产品的生产特点，采用实时质量控制。一方面对工序能 力过程监控，另一方面采用直方图、控制图等进行分析和判断，深化对产品质量 控制的研究。 ( 3 ) 通过对生产控制中得到的数据进行收集和分析，找出产品质量的波动 因素，对产品质量进行分析与改进。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章m e s 与质量管理 2 1m e s 的基本概念 2 1 1m e s 的定义 美国先进制造研究机构a m r ( a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gr e s e a r c h ) 将制造执 行系统( m e s ) 定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的、面 向车间层的管理信息系统 ，它是实现车间生产管理与控制功能的各种软硬件的 集合。它为操作人员管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源( 人、设备、 物料、客户需求等) 的当前状态信息。根据调查结果，a m r 于1 9 9 2 年提出的如 下图2 1 所示的三层的企业集成模型。 计划层( 面向客户) 执行层( 酉i 每辜闫生产控翻) 控制层面向生产作业现场) 图2 1m e s 的三层结构图 制造执行系统协会m e s a 的定义是：“m e s 能通过信息传递，对从订单下 达到产品完成整个的过程进行优化管理。当工厂里面有实时事件发生时，m e s 能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对他们进行指导和处理。这种 对状态变化的迅速响应使得m e s 能够减少企业内部没有附加值的活动，有效的 指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力、改善物料的流 通性能，又能提高生产回报率。m e s 还通过双向的直接通讯在企业内部和整个 产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息u 副。 m e s a 对于m e s 的定义强调了以下三点： ( 1 ) m e s 是对整个车间制造过程的优化，而不是单一解决某个生产瓶颈。 ( 2 ) m e s 必须提供实时收集生产过程数据的功能，并做出相应的分析和处理。 ( 3 ) m e s 需要计划层和控制进行交互，通过企业的连续信息流来实现企业信 息集成1 引。 m e s a 协会白皮书( m e s aw h i t ep a p e rn o 3 ，1 9 9 7 ) 中提出说明企业资源 规划( e r p ) 、m e s 与控制系统间的作业互动与信息流模式，图2 2 所示。图 7 武汉理工大学硕士学位论文 中左边e r p 系统需随时注意产品库存量、客户订单状况与材料需求，然后将这 些信息传送至m e s 系统，由执行系统进行生产或安排库存以满足客户订单需求。 对m e s 而言，这一层就是生产的计划层。 实时工厂管理钿e s 在 r - 中的数据渡) 控钥参囊 摄作指令 计划 订单 图2 2m e s 信息流程图 中间部分为m e s 系统，负责完成产品制造工作，产品的规格、型号、参数 等相关资料储存于此系统中，m e s 将此产品相关资料转化为作业程序提供给控 制系统之作业人员或机器设备来使用。 右边部分为控制系统，当作业程序、相关流程、文件及其它相关生产需求 项目就绪，控制系统便运用所有工厂内相关资源( 软、硬件及人员) 负责完成生 产制造过程以达成产品生产目标。 由上可知，关于m e s 的定义存在一些不同的表述。但是，以下几点共识还 是普遍被接受的： ( 1 ) m e s 在整个企业信息集成系统中承上启下，是生产活动与管理活动信息 沟通的桥梁。 ( 2 ) m e s 采集从接受订货到制成最终产品全过程的各种数据和状态信息，目 的在于优化管理活动。它强调是当前视角，即精确的实时数据。 ( 3 ) 从对实时的要求而言，如果说控制层要求的实时的时间系数为1 ，那么， m e s 的时间系数为1 0 ，e r p 的时间系数为1 0 0 u 钊。 2 1 2m e s 的典型结构 由于m e s 在产品从工单发出到成品产出的整个过程中，扮演生产活动最佳 化的“信息传递者 的角色，m e s 必然要具有多种功能并且能够同时为生产、 8 武汉理工大学硕士学位论文 质检、工艺、物流等多个部门服务，这就决定了i v i e s 的结构设计必须满足以下 原则： ( 1 ) i v i e s 应该是一个分布式的计算机系统： ( 2 ) i v i e s 系统能够与企业的其他制造信息系统相联接，从而提供高效的企 业管理功能： ( 3 ) “它以生产行为信息为核心，为企业决策系统提供直接的支持”( m e s a 1 9 9 7 ) - 由于工厂可能会从不同的软件供应商购买适合自己的m e s 模块，或将车间 现有的各种管理系统集成为m e s 功能的一部分，其结果导致许多工厂的m e s 系统实际上是一个大杂烩。每个系统都有各自的处理逻辑，数据库，数据模型和 通信机制。又因为m e s 应用常常是要满足关键任务的系统，这样的系统就很难 随技术的更新而进行升级。 图2 3m e s 典型结构模 一个基于统一软硬件平台的m e s 系统往往采用工业p c p l c h m i 等设备作 为车间内各生产单元( 生产区域) 功能站的主要构件，通过对各个生产单元的数 据收集和反馈，组成覆盖全厂或者整个流水线的、满足闭环生产管理需要的开放 式以太网络。采用m e s 数据库服务器作为系统核心，进行实时数据存取和比照， 实现生产信息的监视、控制和生产过程的管理。系统以大型关系型数据库技术为 设计基础，便于大量实时数据的存储、比对、运作，产生各类统计分析报表，并 9 武汉理工大学硕士学位论文 基于稳定的w e b 应用，提供标准的网际网络的浏览查询和远程资料索取。当前 典型的m e s 结构模型如上图2 3 所示。 在企业内部，各功能站通过局域网对m e s 服务器进行交互操作，同时其他 各查询终端也通过局域网查询m e s 处理后提供的数据、报表和图形。在企业外 部，通过i n t e m e t 可以连接到m e s ，在设定的权限范围内对系统进行信息发布 或读取操作。公司内部管理、外部机构以及其它相关业务单位通过m e s 联系形 成了一个紧密的整体，做到实时信息共享，使业务流程变得有序而高效u 引。 2 2 m e s 中质量管理的研究与发展 2 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u 引。 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。蚴已经过去的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。质量已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( h 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驯。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识。 2 2 2 质量管理的发展阶段 任何- i - j 科学的发展都有其内在的规律性，质量管理学科的发展就是以社会 对质量的不断要求为驱动力。按照质量管理在工业发达国家实践中的特点，质量 管理的发展一般可以划分为以下几个阶段n 钔3 9 1 ： 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 质量检验阶段。 这一阶段的时间是从2 0 世纪初到3 0 年代末。其主要特点是以事后检验为主 体。在此之前，工厂的产品检验都是通过工人的自检来进行的。换句话说，那时 的工人既是操作者又是检验者，制造和检验的质量职能统一集中在操作者身上， 因此被称为“操作者的质量管理 。2 0 世纪初，科学管理的奠基人f w t a y l o r 提出了操作者与管理者的分工，建立了“工长制 ，并将质量检验的职能从操作 者身上分离出来，由工长行使对产品质量的检验。这一变化分离了操作与检验的 职能，强化了质量检验的职能，称为“工长质量管理 。随着科技进步和生产力 的发展，企业的生产规模不算扩大，管理分工的概念被提出来了。在管理分工概 念的影响下，企业中逐步产生了专职的质量检验岗位，有了专职的质量检验员， 质量检验的职能从工长身上转移给质量检验员。后来一些企业又相继成立了专门 的质量检验部门，使质量检验的职能得到了进一步的加强。这称为“检验员质量 管理 。 这样就将质量检验作为一种管理职能从生产过程中分离出来，建立了专职质 量检验制度，这对产品质量起到了积极的重要作用。在这方面，大量生产条件下 的互换性理论和公差概念也为质量检验奠定了理论基础。质量检验人员利用各种 测试和检测手段，对零部件和产品进行检查，做出合格与不合格判断，不允许不 合格品进行下道工序或出厂，起到了有效的把关作用。然而此时的质量检验是基 于事后检验，检验信息反馈不及时，造成了质量不合格的“既成事实 ，造成了 很大的损失。因此，在此阶段，萌发了“预防 的思想，从而导致了质量控制理 论的诞生。 ( 2 ) 统计质量控制阶段。 这一阶段的时间从2 0 世纪4 0 年代到5 0 年代末。其主要特点是从单纯依靠 质量检验事后把关，发展到工序控制，突出了质量的预防性控制和事后检验相结 合的管理方式。由于质量检验阶段的“事后检验 、“全数检验”存在的不足， 一些质量管理专家、数学家开始注意质量检验中的弱点，并设法运用数理统计的 原理来解决这些问题。 在2 0 世纪2 0 年代，美国贝尔( b e l l ) 实验室以休哈特( w a s h e w h a r t ) 博士为首 的过程控制组和以道奇( h f d o d g e ) 博士为首的产品控制组对质量管理从质量检 验阶段发展到统计质量控制阶段做出了重要的贡献。1 9 2 4 年休哈特博士提出了 “事先控制，预防废品的概念，并且应用数理统计原理发明了具有可操作的 “质量控制图 ，用于解决事后把关的不足。1 9 3 1 年道奇博士和罗米格提出了 抽样的概念和抽样方法，并设计了可以运用的“抽样检验表”，用于解决全数检 验和破坏性检验所带来的问题。应该指出，上述两项研究成果有着深远的影响， 武汉理工大学硕士学位论文 从3 0 年代到现在，质量控制统计方法至今都未能跳离这个大框框。 虽然质量控制理论和质量检验理论在二三十年代就己经提出，但是由于当时 西方发达国家全面处于经济萧条期，所以当时这些理论乏人问津。直到世界大战 期间，由于军工产品的飞速发展，国防工业迫切需要保证军火质量。在美国国防 部的强制条件下才获得了广泛应用。由于其效果的显著性，在战后遂风行全世界。 由于此时的质量管理将质量的预防控制和事后检验相结合，重视定量分析， 强调“用数据说话”，标志着质量管理工作步入了科学化并开始走向成熟，从 “事后把关 变为预先控制，并很好地解决了全数检验和破坏性检验问题h 。 统计质量控制技术的应用减少了不合格品，降低了生产费用。但是也存在许多不 足之处，其主要问题是： 1 ) 它仍然以满足产品标准为目的，而不是以满足用户的需要为目的； 2 ) 它仅偏重于工序管理，而没有对产品质量的整个过程进行控制； 3 ) 统计技术难度大，主要靠专家和技术人员，难以调动广大工人参与质量 管理的积极性； 4 ) 质量管理与组织管理未密切结合起来，质量管理仅限于数学方法，常被 领导人忽视。并且随着生产朝现代化和大规模化发展，产品生产的技术和组织都 日趋复杂，影响产品质量的因素也相应多样化和复杂化，单纯的统计控制技术已 不能满足质量管理要求。随着大规模系统的涌现和系统科学的发展，质量管理也 走向系统工程的道路。 ( 3 ) 全面质量管理阶段。 这一阶段的时间从2 0 世纪6 0 年代开始至今。5 0 年代末，科学技术突飞猛 进，大规模系统开始涌现，人造卫星、第三代集成电路的电子计算机等相继问世， 并相应的出现了强调全局观点的系统科学；随着原苏联经济的复苏，日本经济的 崛起，美国独霸的局面慢慢消退，国际贸易竞争加剧，要求进一步提高产品质量。 这些都促使了全面质量管理的诞生。提出全面质量管理的代表人物是美国的费根 堡姆与朱兰等。所谓的全面质量管理就是“三全管理 h 引： 1 ) 全面的质量管理。质量管理的对象不仅是狭义的产品质量，而且扩展到 工作质量和服务质量等等，即广义的质量。 2 ) 全过程的质量管理。对产品的质量管理不限于制造过程而且扩展到市场 研究、产品开发设计、生产技术准备、采购、制造、检验、销售和售后服务等全 过程。 3 ) 全员的质量管理。企业把“质量第一、人人有责”作为经营管理的基本 指导思想，将质量责任落实到全体职工，人人都为保证和提高质量而努力。 事实上，上述的“三全管理”就是系统科学中的全局观点的反映。全面质量 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 管理理论虽然发源于美国，但真正取得成效的却是在日本。我国近2 0 年来，结 合国情和经济改革的实践，在推行全面质量管理方面取得了巨大的成就。但是整 个工业产品的质量水平仍严重落后于世界先进水平，这些都必须要用实事求是的 科学态度加以总结和改进。 ( 4 ) 计算机辅助质量管理阶段h 引。 8 0 年代以后，科学技术水平又有了新的大发展，社会生产力提高，人们认 识到用“全面质量管理 来概括质量管理问题已远远不够，计算机在质量管理、 质量保证、质量控制中的应用比它在产品设计和制造领域中的应用的晚一些。很 长一段时间计算机的应用仅限于单项检测技术和质量控制技术，而没有形成系 统。9 0 年代中期以来，计算机集成制造( c i m ) 、并行工程( c e ) ，精良生产( l p ) 、 敏捷制造( 6 峋等先进制造模式及其相关技术的发展，促进了计算机辅助质量系 统( c a q ) 的产生、发展及其在制造企业的实际应用。 应该看到，质量管理发展的四个阶段不是孤立的、相互排斥的，前一个阶段 是后一个阶段基础，后一个阶段是前一个阶段的继承和发展。 2 2 3 质量管理的发展趋势与集成 随着c i m s 技术在中国的发展以及新型生产模式的出现，c a q 系统正逐步 向i q s 系统发展，集成质量系统与c i m s 的其他分系统有机结合，通过及时采集、 处理、传递质量信息，对产品质量的整个生命周期进行协调处理，提高企业对多 变的市场环境以及产品质量要求的快速适应能力。质量管理的发展趋势也侧重于 以下几个方面： ( 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，同时提供产品从设计生产销 售售后服务等