第9章 智能制造的质量管理系统

——建设方案《智能制造应用基础》高等教育出版社第9章智能制造的质量管理系统

9.19.29.3智能制造的产品质量管理产品质量智能控制策略智能控制与诊断的硬件结构与软件设计9.4控制系统硬件简介9.1节智能制造的产品质量管理第9章

智能制造质量管理9.1智能制造的产品质量管理产品质量管理使得车间进入最佳的工作状态，从而实现产能最大化，同时能过及时的发现与监督生产过程中出现的质量问题，并得到有效反馈和处理，形成生产——管理——生产联动机制，这要求生产车间及时向有关部门反馈加工过程的产品质量相关信息，依据此信息对原材料、生产工艺、设备状况等环节做出调整，从而最小化产品质量损失。9.1智能制造的产品质量管理-QMS的建立分析

一种针对智能制造系统建立统一信息平台下的质量管理系统。能够解决质量监控过程的时效性问题，及时有效反映车间生产质量情况，协助质量管理人员对生产质量信息进行多角度多层面的统计和分析，全局掌握质量控制全过程并有效实施职责范围内的监督管理职能。定义传统的人工管理：

实时掌握产品质量状态难、质量信息时效性准确性差、时间跨度长导致数据冗长，难以进行分析、应用，达到提升产品整体质量水平的目的。9.1智能制造的产品质量管理-QMS的功能模块设计QMS包括产品质量检验、产品质量分析和产品质量控制三个主要环节，细分为六个功能模块。9.1智能制造的产品质量管理-MES系统中的质量模块简介MES是企业信息化系统的重要组成部分，主要用于生产过程的监控和管理，以提高生产执行的效率和质量。

质量模块是MES系统中的一个关键模块，用于实时监控生产过程中的质量问题，并及时采取措施进行纠正和预防。9.1智能制造的产品质量管理-MES系统中的质量模块简介MES质量模块主要功能主要特点质量数据采集和分析实时性质量问题追溯可视化不良品管理信息集成质量控制计划的制定和执行灵活性质量文档管理可扩展性9.2节产品质量智能控制策略第9章智能制造质量管理9.1产品质量智能控制策略智能制造作为现阶段制造业的关键发展方向，已经深度渗透和改变了传统的制造模式。在智能制造环境下，产品质量控制是企业不可或缺的重要环节。智能制造环境下的产品质量控制策略是当前制造业发展的核心问题。具体针对产品质量的智能控制主要有三种：反馈控制、直接数字控制和最有控制。9.1产品质量智能控制策略-反馈控制反馈控制是指在某一行动和任务完成之后，将实际结果进行比较，从而对下一步行动的进行产生影响，起到控制的作用。

其特点是：对计划决策在实施过程中的每一步骤所引起的客观效果，能够及时做出反应，并据此调整、修改下一步的实施方案，使计划决策的实施与原计划本身在动态中达到协调。9.2产品质量智能控制策略-反馈控制反馈控制是指在某一行动和任务完成之后，将实际结果进行比较，从而对下一步行动的进行产生影响，起到控制的作用。

优点：抑制任何内、外扰动，控制精度高。缺点：引入反馈支路后可能导致系统出现不稳定。9.2产品质量智能控制策略-直接数字控制直接数字控制（DirectDigitControl，简称为DDC系统），是用一台计算机对被控参数进行检测，根据设定值和控制算法进行运算，机的输出直接作用于控制对象。直接式数字控制系统9.2产品质量智能控制策略-最优控制对一个受控的动力学系统或运动过程，从一类允许的控制方案中找出一个最优的控制方案，使系统的运动在由某个初始状态转移到指定的目标状态的同时，其性能指标值为最优。最优控制是指在给定的约束条件下，寻求一个控制，使给定的系统性能指标达到极大值（或极小值）。它反映了系统有序结构向更高水平发展的必然要求。它属于最优化的范畴，与最优化有着共同的性质和理论基础。对于给定初始状态的系统，如果控制因素是时间的函数，没有系统状态反馈，称为开环最优控制，如果控制信号为系统状态及系统参数或其环境的函数，称为自适应控制。9.2产品质量智能控制策略-最优控制解决最优化控制问题的常见方法：（1）局部参数最优化和整体最优化设计方法;（2）预测控制中的滚动优化算法;（3）稳态递阶控制;（4）系统优化和参数估计的集成研究方法.9.3节智能控制与诊断的硬件结构与软件设计第9章智能制造质量管理9.3智能控制与诊断的硬件结构与软件设计

智能控制：由智能机器自主地实现其目标的过程，是一类无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标的自动控制，实际只是研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律，研制具有仿人智能的工程控制与信息处理系统的一个新兴分支学科。

智能诊断系统：智能诊断系统是基于知识的系统，它以知识处理为研究内容，以基于知识寻求提高系统智能化程度和诊断准确率为目标。智能诊断技术是以计算机和人工智能技术为基础，集多学科于一体的综合性技术，它的出现为提高现代复杂工程技术系统的可靠性开辟了一条新途径。9.3智能控制与诊断的硬件结构与软件设计-系统的硬件结构智能监视与诊断系统的体系结构形式，主要由其核心部件——微型计算机硬件及各种输入输出通道组成。

对于普通要求的比较小的应用系统可采用单机系统；对于高可靠性系统，即使系统规模不大，但为了可靠，也常采用双机系统；

对于规模较小，但系统各部分相对比较集中时，则常采用中、小型微机搭配构成的主从式集散控制系统；

对于规模大，且分散在各地的系统应采用多微处理机分散控制系统或分布式数据采集处理系统。9.3智能控制与诊断的硬件结构与软件设计-系统的软件设计系统软件不论是通用机还是专用机都必须包含两大部件：系统监控软件（或者是操作系统）和系统应用软件。（1）操作系统监控软件监控程序属于小系统（或单机系统）低级管理程序（常固化在EPROM中），而操作系统是较大的系统或多机的高级系统管理软件，它们都是用来自动化管理内部硬件系统及外设的工具。（2）系统应用软件的结构设计系统的应用软件设计应尽量使用成熟的功能软件包，如数据处理系统软件包、控制系统软件包及某些应用生成软件等，以帮助软件开发。9.4节控制系统硬件简介第9章智能制造质量管理9.4控制系统硬件简介-传感器传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。几种典型传感器9.4控制系统硬件简介-传感器传感器的特点：微型化、数字化、智能化等。

传感器的分类：热敏元件、光敏元件、气敏元件、磁敏元件、等十大类。

传感器的组成：一般由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源四部分组成。传感器的组成9.4控制系统硬件简介-传感器传感器的发展与智能传感器一阶段

始于20世纪50年代，结构型传感器出现二阶段

始于20世纪70年代，固体型传感器逐渐发展三阶段

由20世纪末开始，智能型传感器出现并快速发展智能传感器是计算机技术与检测技术相结合的产物，能够对外界信息具有一定检测、自诊断、数据处理以及自适应能力，是当前传感器的主流。智能传感器结构9.4控制系统硬件简介-信号变换与接口电路信号变换是将信号从一种形式转换成另一形式的过程，通常依靠转换元件和转换电路来实现的。转换元件是将敏感元件输出的非电物理量转换为电学量。转换电路是将敏感元件或转换元件输出的电路参数量转换成便于测量的电量，或将非标准的电压、电流转换成统一的电流、电压信号。

9.4控制系统硬件简介-信号变换与接口电路常见的变换方式：

（1）简单直接变换

该变换的误差是各个环节相对误差之和，故该种计分表精度较低。当仪表的某个环节非线性，则整个仪表就存在非线性，信息能量传输效率较低，转换电路与检测元件间需考虑阻抗匹配，具有结构沿反方向变化的物理量，其优点是简单、结果可靠、价格便宜。

9.4控制系统硬件简介-信号变换与接口电路常见的变换方式：

（2）差动式变换该方式采用两个性能完全相同的转换元件，感受敏感元件的输出量，并把它转换两个性质相同的信号。差动式变换亦称补偿式变换，目的是消除环境条件变化对敏感元件的影响。

9.4控制系统硬件简介-信号变换与接口电路常见的变换方式：

（3）平衡式变换亦称反馈式变换，指信号变换环节为闭环式结构。根据平衡时比较器的输入信号和反馈信号之间是否有差值，平衡式变换可分为有差随动式变换和无差随动式变换。9.4控制系统硬件简介-信号变换与接口电路常见的变换方式：

（4）数字式变送器检测单元能够完成被测过程参数的信号输入，并且直接与各种传感器连接。数字式变送器的核心是微处理器，因而各种信号在变送器内部进行交换和处理时均采用数字信号方式。9.4控制系统硬件简介-信号变换与接口电路接口是CPU和外设之间的连接设备，用于缓存和转发数据，接口电路主要实现以下功能：1）解决主机CPU和外围设备之间的时序配合以及通信联络问题；2）解决CPU和外围设备之间的数据格式转换以及匹配问题；3）解决CPU的负载能力和外围设备端口选择问题9.4控制系统硬件简介-信号变换与接口电路接口电路还可实现端口的可编程功能以及错误检测功能，一个端口通过软件设置既可作为输入口又可作为输出口，或者作为控制口，使用非常灵活方便。同时，多数用于串行通信的可编程接口芯片都具有传输错误检测功能，如可进行奇/偶校验、冗余校验等。接口硬件包含基本逻辑电路、端口地址译码电路以及供选电路。其中基本逻辑电路包括命令寄存器、状态寄存器以及数据缓冲寄存器；端口地址译码电路根据地址总线上的信号确定是否选中该接口的某个寄存器（端口）；供选电路是接口电路与其它部件的连接电路，如与中断控制器连接以实现中断方式的数据传送。9.4控制系统硬件简介-显示与记录设备对于数据采集、处理或测控系统，其数据输出与记录工具在系统中也占据相当重要的位置，它涉及被检测的信息能否重现输出的中间或最后结果并以清晰、精确、可靠的形式表达和保存起来。常用的显示设备有各类字符管、灯示管、CRT、存储式示波器、图示仪及模拟式或数字式万用表等。常用的记录装置，按记录介质的不同又分为硬拷贝和软拷贝，所谓硬拷贝就是以能用人眼直接观察、直接理解的信息形式记录下来的，如X-Y记录仪、点阵打印机等。而软拷贝的特点是以间接的方式，不能直接理解的形式记录存储信息，必须进行某种变换处理后才能直读。常用的软拷贝即是软磁盘、硬盘、磁带等，大都是以数字数据形式保存。9.4控制系统硬件简介-可编程控制器可编程控制器（ProgrammableLogicController，简称PC或PLC），是一种数字运算操作的电子系统，专门在工业环境下应用而设计。它采用可以编制程序的存储器，用来在执行存储逻辑运算和顺序控制、定