（机械制造及其自动化专业论文）基于现代造船模式的质量信息管理系统的研究与开发.pdf

青岛科技人学研究生学位论文 i i l l lliii ii ii iii iiuiil y 2 0 4 0 2 2 0 基于现代造船模式的质量信息管理系统的研究与开发 摘要 船舶建造工程是一项复杂的系统工程，在生产过程中既有大量零部件的加工 制造，又有复杂的分段装配，其生产复杂性仅次于飞机制造业。我国的船舶制造 规模自从1 9 9 5 年以来一直保持着世界第三的地位，而且在生产数量上呈逐年成 上升趋势。但是，随着世界造船模式的发展及人民币升值，我国船舶制造业逐渐 失去了劳动力成本的优势，产品的质量逐渐为各个造船企业的核心竞争力。面对 顾客对质量的高要求和激烈的国际竞争，质量管理信息化成为信息时代船舶制造 业追求成功的一种战略思想和有效的技术手段。 本文以与青岛某造船厂的横向合作项目为平台，以“基于现代造船模式的质 量信息管理系统 为课题进行研究，较为系统地研究了基于现代造船模式的质量 信息管理系统的相关理论、关键技术、系统体系结构和应用软件的开发实旌。 论文的主要内容安排如下： ( 1 ) 阐述了系统的研究背景和意义，叙述了国内外的相关研究现状和研究趋 势。指出了研究与开发质量信息管理系统的必要性，讨论了论文的主要内容。 ( 2 ) 在对现代造船模式一般工艺流程的研究的基础上，进行质量信息管理系 统的需求分析，分析了企业一般的质量管理流程，建立系统的功能模型。 ( 3 ) 针对企业质量管理活动的各个阶段，建立了各阶段的逻辑信息模型，设 计了系统的物理数据库。 ( 4 ) 基于质量信息管理系统的质量决策技术的研究。将数据仓库技术引入到 质量信息管理中，对质量数据进行分析建模，建立了质量信息多维数据仓库模型， 以支持质量决策。 ( 5 ) 质量信息管理系统的开发与实现。依照软件工程的开发理念，采用快速 原型型和模块化开发方法对质量信息系统进行设计、开发与应用。 ( 6 ) 总结论文的主要研究成果和论文的主要内容，并说明未来需更进一步所 开展的工作。 关键词：现代造船模式质量信息管理系统功能模型逻辑信息模型质量 数据仓库 基于现代造船模式的质量信息管理系统的研究与开发 青岛科技大学研究生学位论文 r e s e a r c ho nq i sb a s e do nm o d e r ns h i p b u i l d i n gm o d e a b s t r a c t s h i pc o n s t r u c t i o ni sac o m p l e xs y s t e me n g i n e e r i n g ，t h e r ea r et o om a n yp a r t s p r o c e s s i n ga n db l o c ka s s e m b l ei np r o d u c t i o np r o c e s s ，c h i n a ss h i p b u i l d i n gi n d u s t r y s i n c e1 9 9 5h a sm a i n t a i n e dt h et l l i r dp o s i t i o n ，a n dt e n d e dt oi n c r e a s ey e a rb yy e a r a s t h ew o r l ds h i p b u i l d i n gm o d eo fd e v e l o p m e n ta n da p p r e c i a t i o no ft h er e n m i n b i ， c h i n a i s s h i p b u i l d i n gi n d u s t r yg r a d u a l l y l o s tl a b o r a d v a n t a g e ，t h eq u a l i t y i s i n c r e a s i n g l yb e c o m i n gt h ec o r eb u s i n e s so fe a c hs h i p b u i l d i n gc o m p e t i t i v e n e s s f a c e d t h eh i g hq u a l i t yr e q u i r e m e n t so fc u s t o m e ra n df i e r c ei n t e r n a t i o n a lc 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 ti n f o r m a t i o nb e c o m eas u c c e s s f u l as t r a t e g i ct h i n k i n ga n de f f e c t i v e t e c h n i c a lm e a n sf o rs h i p b u i l d i n gi n d u s t r ya ti n f o r m a t i o na g e t h i sp a p e rr e s e a r c hf o rah o r i z o n t a lc o o p e r a t i o np r o j e c t sw i t has h i p y a r do fq i n g d a o ， n a m e dw i t h ”r e s e a r c ho nq i sb a s e d0 1 1m o d e ms h i p b u i l d i n gm o d e ”，b a s e dm o d e m s h i p b u i l d i n gm o d et os t u d yq i so nt h et h e o r y , k e yt e c h n o l o g i e s ，s y s t e ma r c h i t e c t u r e a n da p p l i c a t i o ns o f t w a r ed e v e l o p m e n ta n di m p l e m e n t a t i o n t h em a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h e f i r s t c h a p t e rb e g i n sw i t ht h eo v e r v i e wo fq i sa f t e ri l l u s t r a t i n g t h e b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo fq i s ，t h er e s e a r c hs t a t u sa n dd e v e l o p i n gw e n d t h e n i n t r o d u c et h en e c e s s i t yo ft h er e s e a r c h a tl a s t ，d i s c u s st h ea i ma n dm a i nc o n t e n to f t h i sd i s s e r t a t i o n ( 2 ) b a s e do ng e n e r a lp r o c e s so fm o d e ms h i p b u i l d i n gm o d e ，r e s e a r c ht h es y s t e m s n e e d sa n a l y s i s ，t h e ns t u d yt h eg e n e r a lm a n a g e m e n tp r o c e s so fe n t e r p r i s e ，a tl a s tm a k e t h ee s t a b l i s h m e n to fs y s t e m sf u n c t i o n a lm o d e l ( 3 ) t o w a r d st h eq u a l i t ym a n a g e m e n ta c t i v i t i e si ne n t e r p r i s e sa l ls t a g e s ，e s t a b l i s ha l o g i c a li n f o r m a t i o nm o d e lo f e a c hs t a g e ，d e s i g no ft h es y s t e m sp h y s i c a ld a t a b a s e ( 4 ) s t u d yt h et e c h n o l o g yo fd e c i s i o n m a k i n gb a s e do no i s b r i n gd a t aw a r e h o u s e t e c h n o l o g yi n t oq u a l i t y 础o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，a n a l y s et h ed a t aa n dm o d e l i n g ，t h e n e s t a b l i s hm u l t i - d i m e n s i o n a ld a t aw a r e h o u s em o d e lo fq u a l i t yi n f o r m a t i o nt os u p p o r t q u a l i t yd e c i s i o n ( 5 ) i na c c o r d a n c ew i t ht h es o f t w a r ee n g i n e e r i n gc o n c e p t s ，u s er a p i dp r o t o t y p i n g a n dm o d u l a rm e t h o d o l o g yt od e v e l o pt h es y s t e m 1 1 1 基丁现代造船模式的质量信息管理系统的研究与开发 ( 6 ) s u m m a r i z e st h em a i nr e s e a r c hr e s u l t sa n dc o n t e n ta n da n dp u t sf o r w a r dt h e f u t u r er e s e a r c hi nt h i sf i e l d k e yw o r d s ：m o d e ms h i p b u i l d i n gm o d eo i sf u n c t i o n a lm o d e li n f o l o g i c a lm o d e l q u a l i t yd a t aw a r e h o u s e i v 青岛科技大学研究生学位论文 1 1 研究背景与意义 1 绪论 我国船舶工业的发展正处于百年不遇的战略机遇期。胡锦涛总书记等中央 领导同志对我国船舶工业明确指示：“中国不仅要成为世界第一造船大国，还要 成为世界造船强国 1 1 1 。国家“十二五发展规划纲要明确提出将船舶行业列 为国家支持的重点行业。船舶工业是综合工业之冠，关联国民经济1 1 6 个产业 部门中的9 7 个部门，其发展能带动相关产业联动发展，促进产业结构升级。 船舶制造业是综合性加工装配工业，是劳动密集型、资金密集型和技术密 集型产业，它通过与上下游产业的广泛联系，对于促进我国国民经济发展、社 会稳定和提高我军装备现代化水平、巩固国防起到重要作用【2 】。船舶制造业如 ， 同其它制造业一样，随着科学技术的发展，市场竞争越来越激烈。国际航运市 场不断的变化又使得船舶用户对船舶的性能，规格，品种不断提出新的要求， 多品种，小批量成为主导生产形式。为了在激烈的市场竞争中取胜，船舶制造 行业就必须大幅度地缩短新船型的研发周期和建造周期，快速灵活地组织生产； 以最快的速度开发生产出高质量、低成本、高附加价值的新船型，满足船东的 个性化需求。船舶工业与一般制造业一样，应用先进的建造技术不断改造传统， 技术，改造旧的造船生产流程，形成全新的现代造船模式，从而提高生产效率， 获取最大的经济利益【3 1 - 5 1 。为此，近年来国际国内上许多造船研究组织致力于 现代造船模式的研究，他们的研究以技术为根本，从模式发展整体观出发，将 造船模式整体地、动态地表达了船舶制造业的存在形式和活动方式。同时许多 新的思想、新的概念和新的方法导致了许多新的制造方式的出现。比如计算机 集成制造( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n g ) 、敏捷制造( a g i l em a n u f a c t u r i n g ) 、 精益生产( l e a np r o d u c t i o n ) 、柔性制造( f l e x i b l em a n u f a c t u r i n g ) 、成组技术( g r o u p t e c h n o l o g y ) 等。这些新的技术和生产方式对于提高船舶产品的质量、提高劳动 生产率、缩短产品设计和建造周期、降低生产成本、提高企业的竞争能力有着 极其重大的作用。 中国造船业自进入国际船舶市场以来，取得了显著成绩。但造船行业生产 效率低、效益低、竞争力不强等一系列问题并没有得到彻底的改变【6 】。近几年 来，国内造船企业集团大力推进造船模式转换，从造船的生产作业体系和生产 管理体系上实施现代集成造船模式，取得了一定效果。但我国中小型造船企业 基于现代造船模式的质量信息管理系统的研究与开发 对标准化重视不够，对信息化，自动化程度低、人员素质不强，质量管理停留 在检验控制阶段，而预防性质量控制没有得到很好的应用。 根据以上几点，我国目前船舶企业面临着许多挑战，其中如何优化生产工 艺、提高与控制生产阶段的质量是船舶企业当前所遇到的主要问题。因为，过 硬的质量不但可以帮助企业降低生产成本、应对错综复杂的市场变化、提高企 业竞争力、扩大市场占有率，还能够提高企业的市场信誉，帮助企业打造世界 知名品牌，实现成本效益型向质量效益型转变。 传统的生产过程质量管理包括质量数据采集、质量文档的管理、对质量数 据的统计分析、质量计量器具管理、故障分析与诊断等。传统的质量管理手段 缺乏高效率的质量数据采集、处理和决策手段，存在一定的漏洞与不足，比如 因为很多时候都采用事后检验的方式，不利于及时进行质量反馈与质量改进， 质量管理效率低成本高。还有质量检验效率低，不能都实现对产品的全面质量 检验等。 随着计算机在生产中的大规模应用，信息技术与现代质量管理技术的紧密 结合，这些都很大程度的推动了计算机集成质量信息管理系统的研究与发展， 并且成为企业和高校应用与研究的热点。 u r e m b o l d 等人于1 9 8 5 年首次提出了质量控制的观点和基于计算机技术的 质量信息管理系统的结构体系与功能。 1 9 8 7 年，美国的k a p o o r 教授等提出了集成质量信息系统( i n t e g r a t e da i d e d q u a l i t ys y s t e m ，i q s ) i 拘观点，他们认为集成质量信息系统必须覆盖企业的各个层 次和产品的全生命周期，强调以企业长远质量目标为基础的质量计划【7 1 。也是 在1 9 8 7 年，t u r t l e 教授在总结了以往的学术成果的基础上，提出了计算机辅助 质量系统( c a q ) i 拘概念，这个后来被学术界广泛接受的。计算机辅助质量系统 主要用计算机对质量数据进行采集、分析、传递和处理，来实现质量监控、质 量控制、质量管理的自动化【8 1 。集成质量信息系统侧重从质量计划和质量控制 的角度展开研究，用闭环的质量控制系统将企业中与质量相关的过程和资源控 制起来。i q s 和o q 在控制范围和集成程度上虽然有所区别，但它们都是在计 算机的支持下实现企业质量管理、质量保证和质量控制的自动化，因此有时统 称为自动化的质量系统。 也是在1 9 8 7 年，英国学者t a n n o e k 在第四届欧洲自动化制造会议中提出质 量系统集成化的战略，认为质量系统的集成是质量信息的集成【删。在1 9 9 0 年， t a n n o c k 博士又提出了用于制造的质量信息系统自动化集成战略，系统的描述 了集成质量信息系统的结构设计和改进方法，提出了质量数据采集和管理的集 成化解决方案。 2 青岛科技大学研究生学位论文 自上世纪九十年代以来，世界各国广泛出现了对质量信息管理系统研究的 热潮。集成质量系统在c i m s 中的重要性也日益凸显。1 9 8 9 年美国还专门组织 了名为“c i m s 中的计算机集成质量系统 的国际会议，讨论了质量信息管理 系统的结构体系、建模技术、洲与c a q 的集成、生产检测的柔性自动 化、质量信息系统中的知识工程与专家系统等问题【9 1 。时至今日，计算机质量 信息系统已经成为了现代制造系统的一个重要组成部分，在保证产品质量、赢 得市场竞争、提高企业素质方面正发挥着越来越重要的作用。 因此，在规模不断扩大、订单的急剧增加、客户需求日益多样化的情况下， 为了继续保持产品质量在行业内的地位，提高产品的市场竞争力并扩大市场份 额，结合企业的实际发展情况和信息技术在现代工业生产中已经产生的巨大推 动力和已经取得的巨大成绩，船舶企业可以建立以先进的信息技术和质量管理 理论为支持的质量信息系统，以突破传统的质量管理在空间、时间和信息处理 能力等方面的限制，对产品生命周期的全过程进行集成的和全面的质量管理， 从而大大提高企业质量管理工作的效率和水平，增强企业的协同竞争力。，j 通过建立质量系统管理系统，整合从原材料到最终客户的面向供应链的质 量信息采集平台，加强和规范原材料质量检验、上游供应商信息管理、样品信 息管理、生产过程质量控制、中间产品质量控制、生产工序跟踪和设备运行情 况监控等。同时，将目前各环节的纸质表格记录转变为计算机数据库来记录和 管理，彻底解决各业务环节信息不共享、不易处理的问题，实现对产品全生命 周期质量信息的动态管理和追溯。另外，在质量信息系统可追溯性管理和信息 集成的基础上，进行基于数据挖掘的质量分析与决策，提高质量信息系统的智 能化程度和企业质量决策水平。 1 2 国内外研究状况及发展趋势 1 2 1 国外研究现状 欧美发达国家对i q s 的研究比对c a d 、c a p p 、c a m 的研究大约迟五年m 。 欧洲国家起初对i q s 的发展也没有给予太多的关注，e x p e r i t 工程1 3 9 】中最初确 定的2 4 个c i m s 分系统就没有包含i q s ，但随着c i m s 的发展，欧美国家已经 越来越重视对i q s 的研究。与质量信息管理系统的方面相关的研究受到越来越 学者的关注，出现了很多与i q s 相关的科研项目。在1 9 8 9 年一个名为“c i m s 中的计算机机床质量系统 的会议中，学者们讨论了i q s 的结构体系、建模技 术、q 址删系统的集成、柔性自动化检测技术以及i q s 中的知识专家系统 等。西方国家对质量信息集成的研究，起初是对大批规模生产情况下的质量信 3 基丁现代造船模式的质鼍信息管理系统的研究与开发 息处理技术的研究，进而是对多品种小批量生产的质量信息技术的研究【4 7 1 。 目前，德国对i q s 方面的研究在世界上处于领先地位。德国是制造业大国， 德国政府旨在将“德国品质”标榜为世界上高质量的代名词，每年投入大量资 金进行生产质量相关的研究，比如设计质量、生产质量、质量与管理等等。他 们将质量信息管理系统看作是现代集成制造系统中的一个必不可少组成部分， 与c a d 、c a p p 、c a m 处于同一地位，侧重于实现质量控制、质量保证和质量 信息管理的自动化。同时，计算机辅助质量管理技术也开始广泛应用于制造业， 比如著名的美国波音飞机公司、通用汽车公司、美国数字设备公司、德国弗里 德里希哈芬公司等均通过实施质量信息管理系统。提高了生产效益的同时，也 开发了其市场价值。 日本研究人员对质量管理系统的研究侧重于对质量信息管理系统的优化和 质量控制方法的研究。与欧盟和美国相比，日本认为质量问题主要是生产管理 方面。所以，日本研究人员提出质量问题人人有责的观点，比如开展质量控制 小组活动，将质量控制小组从生产部门推行到企业的各个部门，以及提出了全 面质量管理的概念。日本学者同时提出了新的七种质量管理工具，加强了质量 控制的方法。此外，日本学者更加注重提高员工的质量意识，培育良好的质量 文化，将质量管理的理念灌输到每一个员工的意识之中。并且从以上方面出发 来完善和改进质量信息管理系统。目前，日本对质量信息管理系统方面的研究 重心集中于对基于先进制造技术的质量结构体系的研究1 2 9 1 。 1 2 2 国内研究现状 随着国家将c i m s 列为8 6 3 计划中的重点研究课题之一，在国家各类研究 计划和政策的推动下，从2 0 世纪8 0 年代后期开始，国内众多学者经过广泛和 深入的研究，已经取得了大量有价值的研究成果。同时一批实力较强的企业和 质量要求较高的行业，已经开始建立与实施自己的质量信息系统，并取得了巨 大收益【1 。 杨旭，王东鹏【1 0 l 等人对基于c i m s 环境下的质量信息系统( o m i s ) 的结构框 架进行了分析，提出基于产品全生命周期的q 蛔系统的功能模型和信息模型， 阐述了c a q 与c i m s 其它模块的信息流程。王卫华【1 2 】等人研究了质量信息管 理系统中质量过程的柔性工作流模型和系统的异常处理机制，系统柔性建模和 异常处理等问题，推动了工作流技术在企业质量管理活动中的应用。高晓兵【1 3 】 等人将数据仓库技术引入到质量信息管理中，对海量质量数据进行处理建模研 究，阐述了数据仓库的相关概念，重点研究了多维建模技术，从多维模型的理 论出发，研究了多维数据建模关键技术和建模方法。曹旭峰、杨世元【1 4 l 等人就 4 青岛科技大学研究生学位论文 信息技术对质量管理的影响作了系统地分析和总结：基于系统工程、并行工程、 多a g e n t 系统等理论和方法，对质量信息集成系统进行了分析和研究，建立了 质量信息集成系统模型，并以该模型为指导研究了质量信息集成系统的实施方 案，并设计出基于c s 和b s 混合模式的质量信息集成系统网络架构方案，还 就实施质量信息集成系统的关键技术( 包括数据库集成技术、跨平台技术等) 做 了一定深度的探讨。徐庆丰、段桂江【1 5 】等人提出了一种基于配置平台构建质量 管理系统以实现质量过程控制和柔性扩展的方法，详细介绍了配置平台的构建 方法。该系统具有较好的过程化管理支持能力，有助于帮助建立并展开基于过 程的质量管理；同时，系统所具有的过程柔性与表单柔性使系统能够较好地适 应和满足现代制造环境中过程与表单的动态多变，此外，具有过程柔性的配置 平台为系统开发人员提供了良好过程配置与表单配置环境，能够显著减少系统 的开发和部署时间。苏海涛【1 6 1 等人运用模糊集理论、灰色系统理论、神经网络 理论等现代理论，建立“全质量管理系统多种相关数学模型，并运用现代信 息技术、计算机新技术对“全质量”管理系统进行实用研究，为研究成果转化 为生产力提供了实现方法和技术路线；运用系统论、信息论、控制论及并行工 程等理论，将现代企业的质量监控和质量管理融合在一起，并引入信息科学、 计算机技术、测控技术、数学方法等开展多学科的交叉研究，建立了基于质量 信息技术集成的“全质量 管理系统，为现代企业质量管理的研究引入新思路 和新方法。李成、高建民【r 7 】等人本文提出了一种基于过程控制的i q s 系统的体 系结构及其应用实例。该系统具备集成质量系统的基本功能要求，具有过程控 制、柔性结构、可集成等特点。就文中所述的不合格品管理实例而言，应用本 系统后，一是有效地避免了不合格品管理的过程失控；二是可以轻松地将质量 管理目标和责任，通过过程控制落实到各个具体环节、落实到人，大大提高了 工作效率 三是能够根据企业的要求，对业务过程进行快速重构；四是可以进行 过程分析、过程优化，实现持续改进，提高企业的质量管理水平，增强顾客满 意度。 从国内学者对质量管理系统的研究现状来看，质量管理信息呈现出集成化、 网络化和智能化的特点，下面分别介绍。 ( 1 ) 集成化 集成化的质量信息管理系统把原来互相分割的质量保证单元、控制体系与 技术通过网络和数据库系统联系起来，建立一个有机整体。h e r p r e d i aja 【1 8 】等 人研究了信息化和集成化环境下的质量信息管理系统架构。指出了集成的质量 信息管理系统应该实现内部功能集成、纵向集成、过程集成、外部功能集成和 知识集成五个方面的集成。 5 基于现代造船模式的质量信息管理系统的研究与开发 ( 2 1 ) 网络化 随着经济的全球化以及信息技术、计算机技术和生产管理模式f 即时生产、 柔性制造、云计算、虚拟制造等1 的迅猛发展和广泛应用，越来越多的质量信息 管理系统使用了开源的软硬件结构体系，通过现代化企业管理制度，将企业的 内部资源和外部资源整合成一个相互联系的网络，实现了供应链上每一个环节 的信息共享和技术协同，将分布式信息高效集成，大幅提高了企业的生产效率 市场竞争力【1 9 1 。 o ) 智能化 很多时候，质量问题的出现往往存在模糊性和不确定性，质量判断和决策 需要从海量的、不全面的生产过程信息、产品设计信息、经营管理信息等各种 信息中，抽取隐藏其中具有潜在价值的、事先不清楚的知识和信息，但是传统 的质量分析工具不可能完成这个工作【3 7 】。【加】。所以，需要一个智能化的质量信息 管理系统来支撑船舶建造过程的质量预测与决策。 1 2 3 发展趋势 根据以上对质量信息管理系统的国内外研究现状的分析，我们可以了解到， 处理质量问题所用的手段和方法在不断的完善和改进，而且这个过程是和科学 技术的不断进步和生产力水平的提高紧密结合的。质量控制技术的发展和应用 和计算机技术和信息技术在企业生产中的实施应用为现代制造企业的质量管理 提出了更高的要求。采用前沿的质量控制理论，充分利用计算机网络的高效率、 计算机的高性能、服务器的大容量存储能力和实时准确的传输能力的智能化质 量管理己成为了近年来的国内外研究热点。我们可以预测，随着信息技术的发 展，质量信息管理系统未来将会向网络化、集成化和智能化的方向发展。 1 3 本文研究主要内容 本文以与青岛某造船企业的合作项目为平台，以“基于现代造船模式的质 量信息管理系统 为课题展开研究，在对现代造船模式船舶建造过程工艺流程 和质量控制方法研究的基础之上，结合企业的生产特点，围绕船舶建造过程质 量信息展开研究，系统地研究现代造船模式下船舶建造过程的质量信息系统的 背景、理论、关键技术、系统体系结构和应用软件的开发与实施。 论文研究的主要内容如下： ( 1 ) 对现代造船模式下船舶建造一般工艺流程进行研究，分析生产过程中 的质量控制点；然后通过分析企业的质量管理活动建立质量信息模型，使用 6 青岛科技人学研究生学位论文 i d e f o 方法对实际业务流程进行建模；最后，在需求分析的基础上，从模块化 系统设计出发，进行系统的功能分析与设计，为系统的详细设计和实施打下基 础。 ( 2 ) 根据现代造船模式对质量管理的要求，对质量信息管理各个阶段的逻 辑信息模型和系统的数据库结构进行研究。 ( 3 ) 支持质量决策数据仓库技术的研究。首先，明确搭建质量数据仓库对 企业进行质量管理的意义，确定现代造船模式下质量数据仓库的结构体系；接 着，建立质量数据仓库的数据模型；最后，进行复杂质量信息的分析和规则的 提取，发现海量的质量数据中存在的规律，从而支持生产质量决策。 ( 4 ) 质量信息系统的开发与实现。遵循软件工程的理念，采用快速原型模 型和模块化开发方法对质量信息系统进行设计、开发与应用。主要完成的工作 有系统总体结构设计、系统数据结构设计及数据库开发、系统实际应用。 1 4 本章小结 本章首先明确了建立基于现代造船模式质量信息管理系统的背景与意义， 分析了研究与开发质量信息系统的必要性。同时阐述国内外的研究现状和发展 趋势。最后，讨论了论文的目标与主要内容。 7 基于现代造船模式的质量信息管理系统的研究与开发 2 基于现代造船模式质量信息管理系统的需求分析 2 1 现代造船模式的生产流程及其生产特点 所谓现代造船模式，就是以统筹优化理论为指导，应用成组技术原理，以 中间产品为导向，按区域组织生产，壳( 船体建造) 、舾装作业、涂装作业在 空间上分道，时间上有序，实现设计、生产、管理一体化，均衡、连续地总装 造船的建造模式【圳。 2 1 1 基于现代造船模式理论的生产特点 ( 1 ) 现代造船模式是以成组技术的制造性原理和相似性原理以及系统工程 的统筹优化理论为理论基础的。 ( 2 ) 现代造船模式是根据成组技术的制造原理，建立以中间产品为导向的 生产作业体系。 ( 3 ) 现代造船模式的生产作业体系以中间产品为生产任务包的方式来体现 中间产品导向原则。 ( 4 ) 现代造船模式的基础是根据相似性原理，按照作业性质、阶段、类型、 区域分类成组并应用成组技术对生产作业任务进行分解而建立的区域造船的组 织形式。 ( 5 _ ) 应用系统工程的统筹优化理论，协调用成组技术原理建立起来的现代 造船生产作业体系相互关系的准则【1 9 2 1 l 。以“船体为基础、舾装为中心、涂装 为重点的管理思想，把壳、舾、涂不同性质的三大作业类型，建立在空间分 道、时间上有序的立体优化排序。而设计、生产、管理一体化，指设计、生产、 管理三者有机结合，在设计思想、建造策略和管理思想的有机结合中，以正确 的管理思想作为三者结合的主导。 ( 回现代造船模式强调生产的科学管理，尤其是通过工程计划对各种中间 产品在船舶建造过程中的各种信息进行强化管理，实现作业在空间上分道、时 间上有序、逐级、均衡、连续地总装造船。 总结起来，现代造船模式就是以科学管理和生产设计为基础，中间产品为 导向，实现壳、舾、涂一体化和设计、生产、管理一体化区域造船。 2 1 2 现代造船模式的生产工艺流程 8 青岛科技大学研究生学位论文 根据现代造船模式的管理思想和生产准则，不同的企业虽然在规模上、对 于不同的船型采用的建造方法上存在较大的差异。但是所有的船舶型号在建造 内容和生产过程上具有很大的相似性，可以采用以下方法进行归纳： ( 1 ) 以中间产品为导向的逐层分解的方法将船舶生产过程分解成一系列容 易控制的标准子流程，确定每个标准子流程间的约束关系，形成标准生产过程 模型库。 ( 2 ) 根据船舶型号对生产流程进行分解、组合，形成以船舶型号为管理对 象的标准生产过程模型库。 生产过程标准化管理的思想包括两方面的内容：第一是以中间产品为导向 对生产过程进行分解，这是从船舶产品自身结构的复杂性出发；第二是生产过 程的逐层分解，基于生产过程的层次性，是一个由粗到细的分解过程。其中， 通过组合船体建造子流程形成生产主线，舾装、涂装相关子流程作为主线的补 充附着于主线之上，实现建造在空间上的分道和时间上的有序。 现代造船模式下的以中间产品为导向的船舶建造主流程如图2 1 所示，可 以归纳为：从原材料准备到号料加工；从中小组立到分段组装，从分段预舾装 到分段总装，从总段预舾装到船坞搭载，最后到码头试验交船，中间穿插着涂 装工作。总装生产线流程实行u 字型布置，体现了壳、舾、涂一体化的管理思 想。 匣圈臣司 8 圈 8 厂涂菇 1j 图2 - 1 现代造船模式生产核心流程 f i g 2 1t h e v , o r ew o r k f l o wo fm o d e m s h i p b u i l d i n gm o d e 在造船的主流程中，按板材、型材和平面、曲面、立体等不同的分类分别 组织建立生产流程，实现空间分道、时间有序，逐级总装的生产组织方式，进 而形成以中间产品为导向、壳、舾、涂一体化总装造船生产线。将管子加工和 舾装件制作则从主流程中分离出来。管子加工按大管、中管、小管和直管、弯 9 基于现代造船模式的质量信息管理系统的研究与开发 管分类，形成管加工生产线。对于舾装件分类扩散，进行专业化生产。加工完 成后以托盘为主体集配至需要安装的分段制造级。涂装则自下而上贯穿所有制 造级，主要包括分段涂装、船台涂装、码头涂装等。 详细作业流程可以根据加工内容进行分别设计： 切割分线 按平板加工、弯板切割、小零件切割加工、型材下料加工、内部构件切割 加工等划分切割加工线，改变集群式小批量作业为统一流水线作业。 分段建造分道 按分段的生产特征如平面分段、曲面分段、上层建筑分段对生产线进行划 分，在分段进行装配之前，将部件、组件的装配作为中间产品，从分段装配作 业中分离进行单独加工，为实施部件、组件装配分道创造条件。 总组定位 遵循“小分段，大总段”的生产准则，分段尽可能划分成小单元，可以提 高分段的制作效率；在吊装之前进行总段组合，为区域舾装和区域涂装做准备； 舾装分区 根据船型的结构特征划分舾装区，固定其基本作业单元的生产场地、生产 设备和生产任务； 托盘物流 根据成组技术的相似性分类原理安排管装生产，以中间产品为导向的安排 舾装件加工，以托盘化的管理思想确定物流； 涂装渗透 船体建造和舾装作业起先各自分流，从分段阶段起合二为一，涂装作业阶 段则通过跟踪补涂渗透到船体和舾装作业阶段； 壳、舾、涂一体化：组织“系统”运行，贯彻两个“一体化( 设计、制造、 管理一体化；壳、舾、涂一体化) 的管理思想。基于现代造船模式的作业流程 总体方案如图2 2 所示。 因为不同的企业自身的实际情况不一样，所以不存在适用于所有企业标准 的作业流程。需要企业在现代造船总体方案的基础上，从企业自身的生产布局 出发，结合生产标准、控制能力和管理水平，对企业实际生产流程进行层层分 解，形成企业管理实际需要的标准生产流程。当然，形成的生产流程也并非一 成不变，随着生产水平和管理水平的提升，企业可以对其作业流程做出持续的 优化。 1 0 青岛科技火学研究生学位论文 r 。j 船舶设计 一一- 一： l 生产设计 图2 - 2 基于现代造船模式的作业流程 f 毽2 2t h e w o r kf l o wb a s e d0 1 1m o d e m s h i p b u i l d i n gm o d e 2 1 3 质量控制点分析 如上节所述，以中间产品为导向的总装化船舶建造主要流程包括：从原材 1 1 基于现代造船模式的质量信息管理系统的研究与开发 料准备( 板材、焊材等) 到号料加工，从小合拢、中合拢到分段合拢，从各个 分段预舾装到分段总装，从各个总段预舾装到船坞合拢，直至最后的码头试验 ( 系泊试验、航行试验) 交船，中间穿插着涂装作业。总装生产线实行u 字型 布置，体现壳、舾、涂一体化思想。 在造船的主流程中，按板材、型材和平面、曲面、立体等不同的分类分别 组织建立生产流程，实现空间分道、时间有序，逐级总装的生产组织方式，进 而形成以中间产品为导向、壳、舾、涂一体化总装造船生产线。将管子加工和 舾装件制作则从主流程中分离出来。管子加工按大管、中管、小管和直管、弯 管分类，形成管加工生产线。对于舾装件分类扩散，进行专业化生产。加工完 成后以托盘为主体集配至需要安装的分段制造级。涂装则自下而上贯穿所有制 造级，主要包括分段涂装、船台涂装、码头涂装等。 图2 - 3 现代造船生产控制主流程 f 适2 - 3t h ef l o wo fp r o c e s sc o n t r o lb a s e do nm o d e ms h i p b u i l d i n gm o d e 参照总装化造船的生产流程，按照生产进度反馈和质量信息反馈的需要， 以及质量管理体系确定各个阶段质量控制点和控制内容。确定完质量控制点以 后，按确定的控制内容对各个控制点进行质量数据采集，根据采集到的质量信 息，形成质量反馈和生产进度反馈来监控生产质量状况，及时反映与质量标准 存在差异的控制点。其中，生产进度反馈主要是指包括反馈生产计划与作业指 令；而质量信息反馈主要是对号料切割、零件及构件加工、船体分段建造以及 舾装托盘的质量状态进行跟踪反馈。 总装造船生产线可分为下料加工、分段组立、分段预舾装、船台搭载、船 台舾装、下水以及航行试验等七大质量控制点。生产、物资、技术等部门按照 工程管理的要求完成总装造船生产主流程上主要工艺的生产、物资、技术准备 青岛科技大学研究生学位论文 工作，为在造船主流程上不连贯的各监控点提供所需的各种前期准备资料。 ( 1 ) 控制点1 ：号料加工。 号料加工一般包括船体基本构件的套料切割和加工，处于船体制造的最低 制造级，主要包括零件、构件的料切割、成型加工和边缘加工。其准备工作包 括船体放样、钢材预处理。下、号料加工作为船舶建造质量管理活动的首个控 制点，其质量要严格控制。生产管理部门以计划下达的作业指令为主体组织加 工。质检人员根据施工图纸，对不同的工序按检验内容、精度标准进行尺寸精 度检验。将质量信息进行及时的反馈。 ( 2 ) 控制点2 ：分段合拢。 分段合拢是实施船体分道作业线最典型的一道工序，对分段合拢的质量控 制包括组立过程中对分段进行的尺寸和外形测量、焊缝质量检验以及分段完工 后的完整性检验。将质量数据进行及时反馈。 ( 3 ) 控制点3 ：分段预舾装。 分段预舾装是在分段或总段的适当阶段，将分段或总段所属的舾装件或舾 装单元安装在分段或总段上。此阶段要按舾装件的安装图及相关技术资料对分 段预舾装的质量进行质量检验并进行信息反馈。包括分段预舾装区域的分段、 托盘是否按计划集配完成。 h ) 控制点4 ：船台搭载。 船台搭载为船体建造的最后一个制造级，由生产部门根据已完成预舾装的 分段并考虑搭载顺序的基础上完成搭载工作。对此阶段的质量控制通常以大合 拢需要的分段是否已按计划分段预舾装完成，并按区域划分图、各种布置图、 安装图、大合拢焊接工艺进行质量检验并进行信息反馈，同时可以以分段为主 体对分段组立以及分段预舾装阶段进行追溯。以总段、分段为主体实时反映搭 载状态，可以图形的形式直观反映船体搭载进度和质量信息。 ( 5 ) 控制点5 ：船台舾装。 船台舾装主要指的是船内舾装，当船舶搭载形成机舱敞开区域时，按区域 为主体开展得船台舾装工作。同时可开展船体内部的涂装工作。可从如下几个 方面反馈船台舾装状态和质量情况。 生产进度反馈：生产管理部i - 铝f j 定的船台( 船坞) 舾装计划、船台( 船 坞) 搭载状态。 质量信息反馈：按各种安装图、原理图、布置图等相关技术进行质量检 验并进行信息反馈。 ( 6 ) 控制点6 ：船舶下水。 当船舶在船台上( 或船坞内) 建造到预定工程量时，用过专用设备将船舶 基于现代造船模式的质量信息管理系统的研究与开发 移到水中以系统和区域为主体进行码头作业。下水作为造船生产管理的一个较 为重要的监控点，主要监控此阶段操作过程是否按照建造方针、系泊试验大纲、 工程线表的下水时间。以船舶为主体反馈完工状态和质量信息。 仍控制点7 ：船舶试验。 船舶试验包括系泊试验、倾斜试验和航行试验，共分两个试验阶段完成。 码头舾装作业完成后，企业组织按照试验阶段计划在保障试验大纲的基础上进 行船舶试验。船舶试验是以系统为对象对船舶设计、建造完工后的各种性能指 标进行全面试验，以检查船舶的完整性和可靠性是否满足设计要求。 生产准备：系泊试验计划、航行试验计划等。 工程计划反馈：以项目( 系统) 为主体反馈船舶试验进度。同时对航行 试验等关键节点的完工状态加以反映。 2 1 4 质量信息指标与质量管理流程 质量指标是企业对其质量体系运行状况的考核依据。船舶企业一般要依据 其上级单位对其下达的质量指标进行分解后下发给所属的各个部门，然后根据 质量部门的检验结果统计、分析出各部门的质量数据，并与下达的质量指标进 行比较，得出该部门质量工作是否达标的结论。 ( 1 ) 船企质量指标项目 根据船企的生产特点，其质量指标项目一般设置如下： 检验项目报验一次合格率 船体焊接x 光片透视一次合格率 质量损失率 船舶焊接x 光片透视一次合格率 交验项目一次合格率 锻件废品率 机械加工工时综合废品率 ( 2 _ ) 质量指标统计方法 质量指标统计按产品按部门( 部门可包括部、车间、班组等子项) 进行分 类汇总 船舶焊接一次合格率主要统计主船体、管系、压力容器等焊接质量 一次报验合格率按交验验收证明书统计 一次交验合格率按产品质量交验票统计 ( 3 ) 质量信息 质量管理体系运行的适宜性与有效性，包括质量目标完成情况；内、外 1 4 青岛科技大学研究生学位论文 部质量管理体系审核结果。 产品合同信息 设计、工艺信息 过程控制及发展趋势 中间产品质量信息 采购产品及供方的有关信息 售后产品质量问题及顾客满意度测量 船东、验船师对产品实现过程的意见及备忘录 质量信息管理流程如图2 - 4 ： 图2 - 4 质量信息管理流程 f i g 2 _ 4t h ef l o wo fp r o c e s sc o n t r o lb a s e do nm o d e ms h i p b u i l d i n gm o d e 2 2 质量信息管理系统的功能分析与设计 基于以上对现代造船模式下造船工艺特点的分析和质量控制点的分析，接 下来将结合离散制造业质量信息管理系统的设计思路，进行基于现代造船模式 的船舶建造过程质量信息系统的需求分析和功能设计。船舶建造过程质量信息 系统需要针对船舶建造过程生产中质量管理的特征，提供质量基础数据管理、 质量检验与质量控制、质量分析和质量报表等过程质量管理功能。通过实施以 企业信息化系统为基础的质量信息管理，可以帮助企业规范业务流程、降低质 量成本、提高质量决策水平并最终获得竞争优势。 基于现代造船模式的质量信息管理系统的研究与开发 2 2 1 系统角色与功能分析 质量信息系统的功能需要通过各种系统角