（机械制造及其自动化专业论文）面向离散制造的订单跟踪与产品质量追溯系统研究.pdf

摘要 摘要 为了解决面向订单与面向库存混合生产的离散制造企业订单执行过程信息 分散，导致订单执行情况无法跟踪，产品质量无法追溯的问题，对订单的执行过 程进行分析，建立了基于关键节点的订单跟踪与产品质量追溯模型，研究了系统 实现的关键技术。最后，设计并实现了面向离散制造的订单跟踪和产品质量追溯 系统，提高企业的订单按时交付能力和实现产品质量的追溯。主要的研究内容如 下： 第一章阐述了论文研究的背景。回顾了离散制造业和制造业信息化面临的挑 战，分析了订单实时跟踪与产品质量追溯的重要意义。在总结相关领域的研究现 状后，提出了目前相关研究存在的不足和有待进一步解决的问题，介绍了本文的 主要研究内容，形成了论文的总体框架。 第二章分析了订单在企业内部的业务，建立了基于关键节点的订单跟踪与产 品质量追溯模型，分析了系统的功能需求和数据需求，形成了系统的总体框架。 第三章首先分析了订单跟踪的策略，接着提出了订单扰行状态统计指标体 系。分析了产品及其组成零部件批次的形成过程，提出了基于产品批次清单的产 品质量追溯原理。最后，结合系统的数据需求，设计了基于r f i d 的数据采集方 案。 第四章介绍了系统的设计及实现。分析了系统的硬件构成和数据库，对系统 各个功能模块进行了设计和实现。系统的测试运行结果显示，企业的按时交付能 力和质量控制能力得到了明显的提高。 第五章对全文进行了总结与展望。 关键词：离散制造；订单跟踪；质量追溯；数据采集；统计指标 l i a b s l 限a c t a b s t r a c t i no r d e rt os o l v et h ep r o g r a mt h a tt h eo r d e rf u l f i l l m e n tp r o c e s si sn o t t r a n s p a r e n t a n dt h e p r o d u c eq u a l i t y c a n n o tb e r e t r o s p e c t i v e i n t h e m t o ( m a n u f a c t u r i n gt oo r d e 0a n dm t s ( m a n u f a c t u r i n gt os t o c k ) m i x e d m o d e d i s c r e t em a n u f a c t u r i n gc a u s e db yt h eo r d e rf u l f i l l m e n tp r o c e s si n f o r m a t i o ns c a t t e r i n g ， t h et h e s i sa n a l y z et h ef u lf i l l m e n tp r o c e s so ft h eo r d e r ，b u i l tt h ek e yn o d e sb a s e do r d e r t r a c k i n ga n dp r o d u c eq u a l i t yt r a c i n gm o d e la n ds t u d i e dt h ek e yt e c h n o l o g i e sf o r s y s t e mi m p l e m e n t a t i o n f i n a l l yt h eo r d e rt r a c k i n ga n dt h ep r o d u c eq u a l i t yt r a c i n g s y s t e mw a sd e s i g n e da n dd e v e l o p e dt oh e l pt oi m p r o v et h ec a p a b i l i t y o fo r d e r d e l i v e r yo n - t i m ea n dr e a l i z e dt h ep r o d u c tq u a l i t yt r a c e a b i l i t y i nc h a p t e r1 ，t h et h e s i sr e s e a r c hb a c k g r o u n dw a se l a b o r a t e d f i r s t l y ，t h e p r o d u c t i o nm o d e la n dt h ec h a l l e n g eo ft h em a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i o ni nt h ed i s c r e t e m a n u f a c t u r i n gw e r er e v i e w e d ，t h a nt h et h e s i sa n a l y z e dt h ei m p o r t a n c eo ft h eo r d e r t r a c k i n ga n dt h ep r o d u c eq u a l i t yt r a c i n gi nt h em t od i s c r e t em a n u f a c t u r i n g a f t e r s u m m i n gu pt h es t a t u so fq u o - r e l a t e dr e s e a r c hi nt h ef i e l d ，t h ec u r r e n tr e s e a r c hg a p s a n di s s u e st ob ef u r t h e rs o l v e dw a sp u tf o r w a r d a f t e ri n t r o d u c e dt h er e s e a r c hc o n t e n t a n dt h er e s e a r c hi d e a so ft h et h e s i s ，t h eo v e r a l lo r g a n i z a t i o nf r a m e w o r ko ft h ew h o l e t h e s i sr e s e a r c hc o n t e n t sw a sd e s c r i b e da tt h ee n do ft h i sc h a p t e r i nc h a p t e r2 ，t h ek e yn o d e sb a s e do r d e rt r a c k i n ga n dp r o d u c tq u a l i t yt r a c i n g m o d e lw a sb u i l ta f t e rt h ea n a l y s i so ft h eo r d e rf u l f i l l m e n tp r o c e s sw h i t e nt h e e n t e r p r i s e c o m b i n e dw i t ht h ef u n c t i o na n dt h ed a t ar e q u i r e m e n to ft h es y s t e m ，t h e f r a m e w o r ko ft h es y s t e mw a sb u i l t i nc h a p t e r3 ，a f t e ra n a l y z e dt h es t r a t e g yo ft h eo r d e rt r a c k i n g ，t h es t a t i s t i c a l i n d i c a t o rs y s t e mf o rt h eo r d e rp e r f o r m a n c ew a sg a v e o nt h eb a s eo ft h ea n a l y s i so f t h ef o r m a t i o no ft h eb a t c ho ft h ep r o d u c ta n di t sc o m p o n e n tp a r t s ，t h ep r o d u c eb a t c h l i s tb a s e dq u a l i t yt r a c i n gm e t h o dw a sp u tf o r w a r d f i n a l l y ，a c c o r d i n gt ot h ed a t a r e q u i r e m e n to ft h es y s t e m ，t h er f i d b a s e do r d e rp r o c e s sd a t ac o l l e c t i o nm e t h o dw a s i i i 浙江大学硕士学位论文 g a v e i nc h a p t e r4 ，t h ep r o g r a mo fh o wt od e s i g na n dd e v e l o pt h es y s t e mw a sd i s c u s s e d f i r s t l y ，a f t e ra n a l y z e dt h et o t a ld e s i g n i n gi d e a s ，c o m b i n e dw i t ht h es y s t e mf r a m e w o r k a n dt h ek e yt e c h n o l o g yo ft h es y s t e m ，t h eh a r d w a r es t r u c t u r ea n dd a t a b a s em o d e lw a s b u i l t ，t h e nh o wt od e s i g na n dr e a l i z et h ef u n c t i o nm o d u l eo ft h es y s t e mw a s i n t r o d u c e d a f t e ri t st e s ti na na u t o m o t i v ee l e c t r i cm o t o rc o m p a n y ，i ts h o w e dt h a tt h e c a p a b i l i t yo ft h eo r d e rd e l i v e r yo i lt i m ea n dq u a l i t yc o n t r o lw a si m p r o v e do b v i o u s l y i nc h a p t e r5 ，t h ew h o l er e s e a r c hi n t h i st h e s i sa n dp r o s p e c t sf o rf u t u r er e s e a r c h w o r kw e r es u m m a r i z e d k e yw o r d s ：d i s c r e t em a n u f a c t u r i n g ；o r d e rt r a c k i n g ；q u a l i t yt r a c i n g ；d a t a c o l l e c t i o n ；s t a t i s t i c a li n d i c a t o r i v 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿盘堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：7 毛藩嘲 签字日期：7 刃p 年弓月9 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿盘堂有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权迸望盘堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：7 茚谤 导师签名： 签字r 期：m 9 年弓月日 签字日期：沙2p 年月zp 日 致谢 致谢 在这学生时代即将结束的时候，我衷心感谢我的导师唐任仲教授在我六年多 的大学生活中，给我的学 - j 上的孜孜不倦的教诲和生活上的贴心关怀。唐老师严 谨的治学态度、渊博的学识、敏捷的思维和敏锐的洞察力给我深刻的印象，他正 直、踏实和求实的做人、做事和做学问的态度和精神使我受益匪浅，是我可以享 用一生的宝贵财富。 感谢现代制造工程研究所的祁国宁教授、潘晓弘教授、顾新建教授、邬义杰 教授、余忠华教授、杨将新教授、李培玉副教授、王正肖副教授、方水良副教授、 陈芨熙副教授以及纪杨建副教授等各位老师的照顾、指导和帮助。 感谢实验室的王志国博士、盛文露博士、叶范波博士、王国栋博士生、何正 为博士生、谢毅博士生、白翱博士生、刘运通博士生、吕景祥博士生、贾顺博士 生、郑军博士生、张俊硕士、余式汪硕士、王慧硕士、刘伟星硕士、丁伟硕士、 李俊峰硕士生、杨旭东硕士生、隋鹏飞硕士生、赵英硕士生、金伶硕士生、唐文 东硕士生以及实验室所有其他的师弟师妹们，感谢他们在课题研究、学习和生活 中给予的帮助和支持。 感谢所有关心支持我的老师和同学，特别是本科0 3 级工业工程的同班同 学，本科0 4 级和0 5 级工业工程的所有师弟师妹，硕士0 7 级机械制造及其自动 化专业的所有同学，是你们让我感受到了大学生活的乐趣和朋友之间的真情。 深深感谢生我养我教我的父母，还有我的姐姐和妹妹，他们的善良、勤劳、 朴实的品质深深的影响了我的人生，是他们支持着我走完六年多的求学之路。 最后，衷心感谢所有关心和支持过我的人。 陈晓明 二o o 年一月于求是园 i 绪论 1 绪论 【摘要】本章讨论了在混合生产的离散制造企业中，对订单执行过程的信息包括物 流信息和质量信息进行跟踪以及对产品质量进行追溯的重要性。分析了国内外对订 单跟踪，产品质量追溯和数据采集方法的研究现状，提出需要解决的问题，最后给 出了本课题研究的目的、意义、主要内容和论文框架。 1 1 引言 随着经济全球化的发展和国际分工的推进，参与国际竞争并成为全球供应链 中的重要环节是我国制造业面临的重要抉择。全球供应链的形成，要求企业能够 提供更稳定的产品供应能力，更稳定的质量水平以及实现产品质量的可追溯。我 国的离散制造业，特别是中小企业，大多处于供应链的上游企业，为下游企业提 供零部件，国际采购商对企业交付能力，质量能力提出了更高的要求。 在这种背景下，如何保证订单按时按量交货以及实现产品质量的可追溯性成 为企业管理中的关键问题。随着信息技术在制造业中的深入应用，利用信息技术 建立起订单跟踪管理系统，支持企业的订单进度跟踪，订单产品质量跟踪，提高 企业的订单交付能力，质量控制能力，利用信息技术对产品质量的形成过程信息 进行管理，实现产品质量的可追溯能力，是我国中小离散制造业的必然选择。本 文通过对离散制造企业订单执行过程进行分析建模，提出了基于关键节点的订单 跟踪与产品质量追溯模型。结合业务过程功能划分，建立起多层次的订单跟踪与 产品质量追溯系统的总体架构，研究订单跟踪的策略，形成订单执行状态统计指 标体系，根据产品及其零部件的批次组成，分析了产品质量追溯的原理及流程。 最后，设计并实现了面向离散制造的订单跟踪与产品质量追溯系统。 渐江大学硕士学位论文 1 2 研究背景 1 2 1 离散制造业面临的挑战 离散制造一般是指将原材料经过机加工形成零部件，并最后将零部件组装为 产品的制造模式。随着国际分工的进一步深化，由于低廉的劳动力成本，我国成 为了名副其实的“世界工厂”，我国离散制造业既面临着巨大国际市场的机遇， 同时也面临着竞争带来的严峻挑战。离散制造业的面临的挑战主要有以下几个方 面【l - 3 】： ( 1 ) 全球供应链的形成。经济全球化是指商品和服务贸易扩展到全球，实 现更大范围的国际分工和全球经济一体化【4 1 。经济全球化已经是共识，在这种背 景下，企业的竞争已经从单一的企业之间的竞争转变为供应链之间的竞争【5 1 。供 应链中，任何一环的脱节或者滞后都可能影响整个供应链的运作。因此，在全球 供应链的模式下，上下游企业之间的合作显得更加重要，供应链中任何一环的准 时交付都非常重要。 ( 2 ) 制造模式的转变。市场和需求的快速变化使企业再也不能根据库存情 况组织生产，而必须及时响应市场需求，快速反应，及时生产市场需求的产品或 者服务。因此，面向订单生产成为主要的生产方式。管理重心由事后管理转变为 事前预测和事中控制，能否快速组织订单生产是企业选择供应商的主要依据。 ( 3 ) 市场需求多样化。单一的产品已经不能满足市场的需求，人们在追求 产品功能多样化的同时，也要求产品的个性化。客户需求已经变得多样化，只有 能够为客户提供个性化的产品，才可能在激烈的市场竞争中获得竟争优势。产品 制造从大批量制造走向多品种少批量和大批量定制的时代。企业生产过程从单一 生产转变为多个订单同时混流生产1 6 1 。 ( 4 ) 稳定的产品质量要求。质量不稳定和忽视交货期被认为是中国企业的 通病。而很多跨国企业在选择供应商时，不但要求提供高质量的产品，而且需要 保证产品质量的稳定，即一直保持较高的产品合格率。因此需要对产品的质量形 成过程进行监控，保证稳定的质量水平( 7 1 。同时，稳定的质量也是按时交货的保 2 i 绪论 证。 ( 5 ) 产品质量追溯的要求。产品质量可追溯性是i s 0 9 0 0 0 质量保证体系的 要求，同时我国也对产品的召回作出了相关的规定i 引。通过产品质量追溯，可以 找到其他的也存在同样缺陷的产品和零部件，并对缺陷零部件和产品的生产过程 信息进行追溯。特别是在汽车和涉及民生安全的行业，建立起产品质量追溯体系 是企业不可避免的选择。 在这种挑战的面前，我国离散制造业急需提高企业对订单的按时交付能力和 质量控制能力，实现产品质量的可追溯性，要实现这样的目的，必须对订单执行 过程信息进行集中管理，实时监控订单的执行进度和产品质量，在产品质量出现 问题之后，又能反向追溯产品的质量形成过程。要实现这样的目的，不可避免的 需要信息化技术的支持。 1 2 2 制造业信息化的现状 随着国家对企业信息化的高度重视和大力推进，企业信息化上升到了落实 “以信息化带动工业化”战略的高度，成为了带动企业各项工作创新和升级的突 破口 9 1 。信息技术以及以信息技术为标志的先进制造技术在深刻的改变传统制造 业，使其成为新技术的载体或者推动力【1 0 】。制造业信息化是指利用先进的信息 技术，将制造业中的产品设计，零件采购，加工制造，过程控制，库存管理，服 务管理等业务流程进行分析并转换为信息流，建立起相应的管理信息系统，提高 企业管理水平。我国很多企业先后引进了e r p ，c r m ，p d m ，s c m 等信息化技 术，这些技术目前已经在数字化程度较高的企业发挥了重要的作用。目前，我国 制造业在应用信息化技术方面层次还比较低，主要的应用有如下几个方面： ( 1 ) c a d ，c a e ，c a m 等的应用。c a d ，c a e ，c a m 等是辅助产品设计 及分析的软件，由于这些软件的成熟和不涉及企业管理过程信息，因此这些软件 在企业的应用程度较高，应用效果也比较显著。 ( 2 ) e r p 的应用。目前我国很多企业都实施了e r p 系统，但很多企业实施 的效果都不显著，主要原因是企业自身的管理水平跟不上。另外，e r p 系统主要 是基于预测，计划和事后控制的系统，由于企业生产过程的复杂性，很多e r p 3 浙江大学硕士学位论文 系统无法对生产过程进行信息采集和信息管理，因此，e r p 系统与车间控制层之 间存在一定的信息断层。 ( 3 ) m e s 系统的应用。m e s 系统主要是为了解决企业计划层与车间现场 控制层之间的信息断层问题。m e s 能够将计划层的生产计划或者生产指令等管 理信息和加工图、工艺流程图等生产指导信息下达至生产现场各工位；另一方面 m e s 又能实时采集和处理现场生产数据并提交至计划层】。m e s 系统在流程工 业已经得到了一些应用，但在离散制造业，m e s 系统仍然处于起步阶段。主要 原因在于离散制造企业车间管理复杂，管理水平较低，而且车间过程数据无法获 取或者数据采集手段落后。 综上所述，但我国制造业信息化方面主要存在以下问题： ( 1 ) 缺乏信息系统的集成。目前我国离散制造业信息化的主要问题是引入 了多个信息管理系统，却没有将其进行集成，各个信息系统独立工作，信息不连 续，不但提高了日常维护成本，更重要的是无法达到信息共享的目的，无法真正 实现信息化所带来的优越性。因此将订单执行过程业务信息进行集中管理，是企 业管理信息系统集成的主要方向之一。 ( 2 ) 生产过程信息断层。制造业信息化涉及了大量的生产过程管理的内容， 主要包括作业计划的排产调度，在制品的管理，领料管理，在制品加工进度控制， 质量检验等，但是，由于车间生产过程的复杂性，企业往往没有建立生产过程管 理信息系统，生产过程成为了一个黑箱，信息出现了断层。因此如何将黑箱透明 化，监控订单在车间的生产情况，提高车间管理的实时性和信息的连贯性，已经 成为每个企业十分关心的问题。 ( 3 ) 缺乏实时有效的数据采集手段。由于我国离散制造企业，特别是中小 企业，自动化的程度不高，这就给制造业信息化中基础数据的采集带来了困难， 导致制造业信息化的数据滞后或者失真。由于缺乏实时有效，准确的数据，造成 信息系统数据与企业实际业务过程数据不对称，最终导致很多信息化项目建成后 见效甚微。 可见，利用先进的数据采集工具采集订单执行过程的关键数据，并将这些数 据利用信息化技术进行集中管理，才能实时的监控订单的执行状态和反向追溯产 4 1 绪论 品的质量情况，才能真正提高企业的订单按时交付能力和质量控制能力， 1 3 相关领域研究现状 1 3 1 订单跟踪研究现状 我国制造业已经处于全球供应链中的一环，特别是中小制造企业，主要是为 外企提供零部件配套，因此很多企业不再是面向库存生产，而是面向订单与面向 库存混合生产【1 2 】。我国很多学者对面向订单生产的生产模式和混合生产模式下 订单的跟踪问题进行了很多的研究。 重庆大学的杨联星等从制造企业的行业特征，产品特点，生产组织模式，保 证交货期的计划和控制策略等方面，建立了面向订单的全程供应链管理的核心业 务模型和应用技术框架【1 3 l 。上海交通大学的曹健等针对面向订单生产需要个性 化的产品和个性化的支持，提出了产品和过程集成配置的概念，介绍了利用过程 元件装配来进行过程配置的方法和关键技术1 1 4 1 。重庆大学的徐建萍等分析面向 订单的离散制造企业生产过程计划和管理的特点，在现有m r p 算法基础上，提 出基于订单驱动的改进m r p 模型【”l 。东华大学的郑晓强等通过研究e r p 的原理 并结合一个典型的义齿企业的实际情况，深入分析了生产过程中的订单跟踪，预 警和订单的分配问题，合理设计了站点模式和分配模式【1 6 】。山东大学的王桂从 等建立面向订单的生命周期模型，研究订单动态优化排程的实现策略，并针对多 订单、多产品、多制造资源下订单任务排程问题建立多目标线性整数规划模型， 并给出了模型的求解算法【17 1 。 可见，对企业在面向订单和混合生产环境下的研究主要集中在供应链管理和 生产计划与控制方面，或者仅仅是对e r p 系统的补充，或者仅仅是对订单执行 过程中的某一个环节进行跟踪，但很少对订单在企业各个部门的执行业务进行信 息集成，对订单执行过程的数据进行集中管理的，无法实现对订单总体执行过程 的监控。 浙江大学硕士学位论文 1 3 2 生产过程跟踪研究现状 对生产过程的跟踪是订单跟踪的主要内容之一，缺乏生产过程跟踪的订单跟 踪系统，是无法实现真正意义上的订单过程跟踪的。在生产过程跟踪方面，国内 外相关的学者也进行了相关的研究。 2 0 世纪9 0 年代后期，美国先进制造研究机构a m r 提出了现代制造执行系 统，重点解决车间生产管理问题。m e s 是位于上层的计划管理系统与底层的现 场控制系统之间的管理信息系统。它的应用软件有美国h o n e y w e l l 公司面向制药 行业开发的p o m sm e s ，美国的i n t e l l u t i o n 公司面向多种行业开发的f i xf o r w i n d o w s 等【外。而我国大多数离散制造企业由于其自身生产制造管理困难，底层 自动化、信息化距离实施m e s 的差距也较大，企业对m e s 的需求暂时还未突 显出来。但随着制造业信息化的不断推进，离散制造业也将对m e s 产生迫切需 求。我国很多学者也在m e s 系统思想的指导下，研究车间生产过程跟踪及控制。 东北大学的隋天中等以某企业制造过程管理和资源优化配置的研究为背景， 分析了车间生产过程管理的业务流程，建立了完整的车间级生产过程跟踪与监控 系统的功能模型和信息模型【1 8 j 。合肥工业大学的刘明周等从提高车间业务流程 的绩效出发，对生产过程进行优化控制，包括对投入产出，不合格品，库存半成 品进行控制，并建立车间总体信息框架【1 9 】。南京航空航天大学的陈蔚芳等针对 面向订单的单件小批离散制造企业，提出了基于条码技术的在制品数据采集方 法，采集车间在制品的信息。定义了不同级别的工件生产状态，对工件进行监控 1 6 1 。上海交通大学的周四军探讨了使用条形码作为信息采集手段，采集车间现场 数据，介绍了用串口中断方式实现数据采集的方法和数据采集模块与监控模块之 间实现动态数据传送的方法1 2 0 1 。南京航空航天大学的金维佳等通过对精益生产 模式的分析，结合车间在制品跟踪与管理的特点，提出了条形码在精益生产方式 下的车间在制品跟踪与管理系统模型1 2 。大连理工大学的卢晓红设计实现了符 合制造企业车间需求的包含车间系统维护、车间在制品管理、车间投产管理和车 间工序管理四个功能模块的在制品管理系统1 2 2 1 。中国航天科工集团的张连成针 对企业对各种物料的生产进度监控需求的差异，划分了生产过程的监控级别，建 6 1 绪论 立了面向生产过程的物料动态跟踪模型1 2 3 1 。武汉理工大学的陈思云等利用条形 码在生产过程进行零部件数据采集，形成了车间零部件跟踪的体系结构，使零部 件入厂物流更加顺畅，提高了物流配送的效率口4 1 。南京航空航天大学的罗虎成 在全程物流跟踪的基础上提出了厂内物流跟踪的概念。结合机械生产的特点，提 出了基于b o m 表的厂内物流跟踪系统2 5 1 。 从目前的研究状况来看，很多的车间过程跟踪与监控的研究主要针对生产计 划的优化管理，在制品的管理，物料的下料管理和物流配送方面。而对订单在车 间的加工装配进度，质量情况进行统计以反映订单在车间的总体状态方面的研究 相对较少。 1 3 3 产品质量追溯研究现状 全球市场上不断出现的产品召回事件，使得社会各界特别关注产品质量追踪 和追溯。特别是在汽车领域，生活产品等涉及到民生问题的相关领域，产品质量 的可追溯性越来越受到重视。美国、欧盟等国家先后建立了管理信息系统，对出 1 2 到当地的产品进行跟踪和追溯1 2 6 1 。不但如此，欧盟对在欧盟市场上销售的水 产类产品，要求贴有可追溯的标签，否则不允许进入欧盟市场2 7 1 。而美国也要 求在美国国内及国外从事生产、加工、包装的食品部门，必须向食品安全局进行 登记，以便进行食品安全跟踪与追溯【2 引。我国也非常重视产品质量的可追溯性， 2 0 0 4 年1 0 月1 日，由国家质检总局、国家发改委、商务部和海关总署共同制定 的缺陷汽车产品召回管理规定( 下面简称规定) 正式实施。按照规定 要求：召回是指由缺陷汽车产品制造商进行的消除其产品可能引起人身伤害、财 产损失的缺陷的过程。在实施汽车召回规定之后，我国企业制造厂商也非常重视 产品质量的可追溯性。我国国家质检总局有关专家就建议，为了更好地执行召回 法规，国内汽车制造商应尽快建立车辆识别代码系统和产品质量信息跟踪系统等 1 2 9 1 o 质量可追溯也是i s 0 9 0 0 0 质量体系的要求，它能为企业落实质量责任制提 供可靠的依据，还能分析找出产品质量的潜在缺陷，对造成缺陷的不稳定因素、 人为因素或管理因素加以控制和调整，不断提高产品质量【3 们。 7 浙江大学硕士学位论文 可见，在很多领域，建立产品质量可追溯系统已经变得非常紧迫。我国由于 企业信息化起步较晚，很多信息手段利用不完整，因此在质量追溯系统的建设方 面，仍然落后于发达国家。由于流程工业的自动化程度较高，因此很多的过程数 据可以通过一些自动化的数据采集手段进行采集，因此在流程工业，产品质量可 追溯系统的研究较为成熟。但在离散制造工业，由于生产的不连续性，因此很难 通过自动化的数据采集方式对过程数据进行采集，因此，我国离散制造业产品质 量追溯系统的建设仍然很不成熟。很多企业由于管理的水平的限制，使得产品在 经过生产和销售之后，仍然处于“状态不明”的情况，既不知道哪一批零件安装 在哪一批产品上，发现了产品缺陷之后，也很难根据缺陷产品的生产过程数据和 零部件组成情况查找到其他有缺陷的产品。由于缺乏有效的产品可追溯性，没有 产品缺陷的也会被大量的召回或者维修，浪费了大量的人力物力。针对这种情况， 国内外很多学者也进行了相关的探讨和研究。 桂林电子科技大学的曾详兴针对制造业质量追溯的数据采集量大，传统的手 工方式存在效率低下、差错率高等问题，利用r f i d 技术的工作原理构建质量追 溯系统，提高了数据采集的速度，降低差错率3 1 1 。武汉科技大学的黄婕针对我 国产品召回的背景，分析了产品可追溯性的流程和对可追溯性的管理，建立起了 可产品在供应链上的可追溯性系纠3 2 1 。北京航空航天大学的宫磊等阐述了m e s 中生产执行、数据采集和生产跟踪与其他活动之间的关系，结合离散制造过程的 特点，建立了生产跟踪和追溯的数据模型【3 3 1 。同济大学的叶明海等对汽车产品 可追溯性进行定义，并分析了缺陷汽车产品可追溯性的特点，提出了以批次管理 为核心的质量追溯方法，实现贯穿召回前和召回中的全过程追溯管理1 8 1 。国防科 技大学的谭树人等为了在显像管生产线上对单个产品加工装配工序进行质量跟 踪和追溯，提出了利用条形码识别单个显像管的方法，实现显像管全生产过程质 量跟踪和全生命周期的质量追溯f 3 4 1 。天津大学的路琨等分析了产品可追溯性包 括的两个方面，一是物料批次历史关系的可追溯性，二是制造过程的可追溯性， 结合实际的业务过程，设计了产品可追溯性系统架构1 3 5 1 。上海交通大学的刘俊 华等介绍了如何利用自动识别技术在作业中加快数据采集速度，降低错误率，最 终提高整个质量追溯管理的水平【3 6 】。 r 1 绪论 综上所述，目前大多数的研究集中在利用产品批次记录来解决产品质量追溯 的问题。综合我国离散制造企业的现状和相关的研究，我国离散制造企业在产品 质量管理和追溯方面主要存在以下问题： ( 1 ) 产品质量追溯信息分散不集中，难以利用。在生产管理过程中，很多的 质量信息分散在各个部门中，处于孤立的，局部的状态，这样就会造成决策信息 不对称，无法为质量改进提供及时、准确的决策支持。 ( 2 ) 对于质量问题和质量缺陷的追溯分析能力不足，未能找到影响质量问题 的深层次原因，并且很多的数据依赖于人工处理，效率低下，影响了质量追溯的 效率和水平。 ( 3 ) 缺乏现代化的质量过程数据采集工具。在我国很多制造型企业，质量数 据仍然采用手工记录的方式，不但出错率较高，也影响了实时性，无法及时进行 统计并发现存在的质量隐患。 ( 4 ) 企业在质量管理过程中很少采用先进的质量管理方法。很多质量追溯还 是依赖于管理人员的经验，而没有建立起相应的质量追溯系统进行科学统计和追 溯。 1 3 4 数据采集技术研究现状 在离散制造业中，由于企业的管理水平低下，很多的物流数据和质量数据仍 然采用手工采集的方式，这种数据采集方式不但效率低下，而且容易出错，更加 重要的是手工采集的数据存在一定的滞后性，不能实现实时的跟踪，无法及时的 对过程进行纠错。 目前对于车间过程数据采集和质量数据采集的研究主要集中在基于条形码 的数据采集，条形码由于其低廉的价格而受到青睐。一般的方法是采用建立物料 批次或者生产批次与条形码编码的对应关系，并在车间或者物流环节通过采集条 形码的方式，采集车间物料批次或者生产批次数据。黄淮学院的陈磊等利用条形 码技术采集车间数据，建立起车间在制品追踪和质量控制系统3 7 l 。武汉理工大 学的秦开涌等研究了条形码技术在车间数据采集中的应用，建立了系统的硬件结 构，并介绍了系统软件的实现方法【3 8 1 。南京航空航天大学的尤静在研究供应链 9 浙江大学硕士学位论文 模型与在制品跟踪管理的基础上，提出了供应链环境下的在制品跟踪管理方法， 研究了按批次和状态对在制品进行跟踪的方式，介绍了如何利用条形码对车间在 制品数据进行采集【3 9 1 。 r f i d ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) 元；线射频识别技术作为一种新型的数据 载体也越来越受到关注和重视。它是2 0 世纪9 0 年代兴起的一种自动识别技术， 其基本原理是利用射频信号和空问耦合传输特性，实现对物体的自动识别1 4 0 1 。 r f i d 是利用射频技术进行非接触双向通信，以达到自动识别目标对象并获取相 关数据的目的，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷、存储量大、 非接触性采集、读取速度快、可以无人干预等许多优点【4 1 1 。r f i d 技术已被广泛 应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域 4 2 , 4 3 。国内外很 多学者也开始研究r f i d 技术在离散制造业中的应用。广东工业大学的戴青云等 采用了r f i d 技术对车间在制品进行跟踪，讨论了r f i d 技术在车间的应用和 r f i d 技术的实现【4 4 1 。重庆大学的刘卫宁等针对计划层和执行层之间的信息断层 问题，在制造企业内部引入r f i d 标签跟踪在制品，提出了通过工位和车间控制 器配合完成生产计划的下发和现场生产数据的实时采集1 1 0 。香港大学的g e o r g e q h u a n g ，y fz h a n g 等研究了基于r f i d 技术的无线制造模式，主要采用r f i d 数 据采集对制品进行实时管理f 4 5 1 。西班牙c a s t i l l a l am a n c h a 大学的a n d r e s g a r c l ah i g u e r a 等探讨了基于r f i d 的加强型多代理控制系统【4 们。韩国d a n k o o k 大学的c h e o n s h i kk i m 等人利用r f i d 技术设计了产品信息控制系统，并将其用 于制造执行系统f 4 7 1 。 可见，国内外很多学者对车间过程数据采集方式和手段进行了研究，主要集 中在利用条形码或者r f i d 技术对车间过程数据进行采集，并研究了相应的传输 技术，数据处理方式和展示方式，但对于结合车间管理者决策需求和对根据订单 跟踪和产品质量追溯的数据需求进行相应的数据采集和处理方面的研究还比较 少。特别是我国企业车间管理水平较低，如何在车间实施数据采集方案和将采集 的数据进行集成管理应用，还有待进一步研究 1 0 1 绪论 1 4 问题的提出 我国离散制造业在面临全球制造的环境下，生产模式已从面向库存生产转变 为混合生产。在混合生产的环境下，如何保证订单的按时交付是企业管理中的主 要问题，同时，由于对质量管理的要求进一步提高，不但要求企业能够提供稳定 的质量保证能力，也需要企业在产品出现重大缺陷之后能够进行缺陷产品质量形 成过程的追溯。因此，对订单执行过程的业务进行分析，建立订单跟踪与产品质 量追溯管理信息系统，实现订单执行过程的可视化和产品质量的可追溯性，是企 业急需解决的问题。 国内外很多学者和研究机构对订单跟踪和产品质量追溯以及其支撑技术都 进行了相应的研究，但我国离散制造企业管理及信息技术落后，仍然有很多问题 需要解决。主要的问题有： ( 1 ) 订单执行过程信息分散。订单的执行是由很多业务组成，很多职能部 门参与完成，因此订单的执行过程信息分散在各个职能部门或者各个管理信息系 统中，并没有对其进行统一分析和集成管理，无法实现订单的实时跟踪和产品质 量的反向追溯。 ( 2 ) 订单在车间执行情况不透明。由于生产过程的复杂性，很多的e r p 系 统无法对生产过程信息进行采集和管理，使企业的计划层和生产现场层出现了信 息断层，生产过程形成了一个黑匣子。但是，生产是影响订单交付的最重要因素， 因此需要对订单在车间的执行过程进行监控，以便快速的相应市场需求和调整生 产。 ( 3 ) 缺乏对订单执行进度和质量的统计计算。客户或者企业管理者经常需 要了解订单的总体进度情况和质量情况，而目前，由于缺乏相应的数据支持和订 单执行状态统计指标的支持，很多企业没有对订单的实际执行进度和产品质量情 况进行实时统计计算。 ( 4 ) 质量追溯能力不足。由于缺乏数据支持和对缺陷产品质量追溯的方法 研究不成熟，很多企业无法真正做到根据缺陷产品找出其他的相关缺陷零部件和 产品批次，也无法追溯产品的生产过程信息。 1 1 浙江大学硕士学位论文 ( 5 ) 信息采集手段落后。很多企业仍然采用手工记录的方式对过程信息进 行采集，这种采集方式不但效率低下，而且容易出错，更重要的是无法实现信息 的实时集成，存在一定的滞后性。 1 5 课题研究的目的、意义和内容 1 5 1 课题研究的目的和意义 离散制造业在全球供应链形成的背景下，企业的生产模式从面向库存生产转 变为面向订单和面向库存的混合生产，如何保证订单按时交付已经成为企业管理 中的关键问题，因此需要对企业订单的执行过程进行信息跟踪，保证订单执行过 程中的物流顺畅和质量稳定，及时处理订单执行过程中的紧急事件，保证订单的 顺利执行。 在i s 0 9 0 0 0 质量体系和企业提高质量管理水平的要求下，通过对产品形成 过程的质量数据进行采集，实现产品质量追溯是企业急需解决的问题。因此，对 产品的质量形成过程进行分析，利用信息采集手段采集产品质量形成过程数据， 研究产品质量追溯的方法，帮助企业进行缺陷产品质量分析，追溯相关缺陷零部 件和产品及其生产过程信息是非常必要的。 课题将主要以国家自然科学基金项目( n o 5 0 6 7 5 2 0 1 ) “中小离散制造企业 车间生产系统远程精益驾驶舱研究”和浙江省科技厅项目( n o 2 0 0 6 c 11 2 3 7 ) “汽 车电机生产经营集成平台研究”为依托，研究离散制造业中混合生产模式下订单 跟踪与产品质量追溯系统的应用。课题将研究订单跟踪与产品质量追溯系统的关 键实现技术，并设计开发面向离散制造的订单跟踪与产品质量追溯系统。使企业 一方面可以跟踪订单在企业内部的执行状态，另一方面，当产品发货后出现质量 问题，又可以反过来追溯其他也存在缺陷的产品和零部件，并追溯其采购、加工 和装配过程信息。系统的实施可以提高企业订单的按时交付能力和企业的质量管 理水平，从而提高企业的形象。 1 绪论 1 5 2 论文研究内容和框架 论文主要研究内容是离散制造企业订单跟踪与产品质量追溯的方法及其系 统的设计，各章节的研究内容如下： ( 1 ) 第一章主要分析了当前离散制造业面临的挑战和制造业信息化的发展， 分析了建立订单跟踪与产品质量追溯系统的重要性，在总结相关领域的研究内容 后，提出本论文的研究内容和框架。 ( 2 ) 第二章主要分析了订单执行过程的业务，建立了基于关键节点的订单 跟踪与产品质量追溯模型，分析了订单跟踪与产品质量追溯系统的功能需求和数 据需求，建立起系统的总体架构。 ( 3 ) 第三章研究订单跟踪与产品质量追溯系统的关键技术，主要包括订单 跟踪的策略，订单执行状态统计指标体系，基于批次清单的产品质量追溯原理， 基于r f i d 的数据采集方案等。 ( 4 ) 第四章是研究订单跟踪与产品质量追溯系统的设计及实现方法，主要 包括数据库设计，系统硬件构成，系统的功能模块的设计与实现。最后，介绍了 系统的运行实例。 ( 5 ) 总结论文的研究内容，并对论文的研究内容进行展望。论文的总体框 架如图1 1 所示。 浙江大学硕士学位论文 ，。、 一相辚嬲叫一绪论) 文乡 哪论研究 第二章面触敞制造的订鞭躺产品质量蝴系统需求分析 ： 歹 面向 离敞 第三章系统关键技术研究 制造 ( ) o 单撕谢指0 的 ， 睢跟l 融。 ，- 踪与 、卜丸1 产品 ( 产品质量追溯原0 ( 过程数据采集方案) 质最 追溯 系统 研究 巴乡 舰 为订 单执行过程中形成关键数据的相应业务集合1 4 8 1 。从模型可以看出，业务的推进 1 7 浙江大学硕士学位论文 会产生一系列的数据。模型中，正向从订单出发表示对订单执行过程进行跟踪， 反向从产品批次出发表示产品质量追溯。因此，要对订单执行过程进行跟踪和产 品质量进行反向追溯，只要跟踪和追溯订单执行过程中记录的这些关键数据，通 过关键数据表单的主键即可建立起表单之间的关系，也就可以实现数据的跟踪和 追溯。即可从图2 2 中的业务清单和关键跟踪数据清单分别如表2 1 和表2 2 所 示。 表2 1 模型中业务清单 业务清单对应的业务过程 ， 订单落实过程 1 2生产计划制定 f 3根据生产计划进行m r p 运算，形成采购需求计划和自制件生产计划 “表示根据采购需求计划进行采购落实 t 5 表示根据采购落实记录制定采购订单，并组织采购 玷表示采购订单到货检验 ，7 表示采购订单的合格零件入库 t 8表示根据自制件生产计划发放加工工序流程卡 f 9 表示根据加工工序流程卡进行自制件加工领料 h o表示根据加工工序流程卡进行零部