质量信息集成化系统的开发论文
0.引言
改革开放以来，经过推行日本TQC方法、引进K)9000质量认证体系以及实施六西格玛管理等质量管理方法，我国制造业总体质量管理水平有了很大的提高，但目前与国外发达国家相比仍有不小的差距。
统计显示，从2000年到2007年8年间，每季度国家质量技术监督局对市场消费品抽查的抽样合格率都仅为80%左右。按照保守估算我国每年不合格品的损失高达3000亿元。而这还只是对产成品的质量损失的计算，因此只是冰山一角，若考虑到在制造过程中由于质量问题所造成的企业内部返工、报废的损失，结果将更加惊人。
为解决我国质量管理的这种现状，政府和企业界每年都有巨大的投入，但一直不能得到满意的回馈，形成目前这种状况的原因有很多，但从质量工程角度考虑，主要是相应的质量工具没有得到应用或者是被误用。为解决质量工具在企业中的应用问题，很多企业对员工进行质量工具的培训，引进质量管理软件，期望能够最终解决问题。我们欣喜的看到，随着企业信息化的推进，计算机和软件技术在企业中得到大规模的推广和应用，这也使一些基于统计知识的质量管理方法在企业中的应用变成了现实。但这些质量管理软件和质量管理方法的应用情况究竟如何呢？
1.我国质量管理软件的应用情况
为了解我国制造业企业的质量管理水平现状，受国家发展和改革委员会委托，中国质量协会联合天津大学管理学院对全国大中型制造业企业质量管理状况进行了问卷调查研究。其中就企业质量管理信息化的应用情况，在所调查的105家企业中仅有22.86%的企业有在线的质量数据收集系统并应用了专门的质量管理软件，从调查结果分析可以得到如下结论：
(1)目前我国企业在应用现代质量工具和方法方面的结果仍不尽如人意；
(2)在质量管理软件的应用方面，企业与企业、行业与行业均存在巨大的差距；
(3）观有的质量分析系统软件并不能完全满足企业需要，特别是在全过程的信息集成方面；
(4）洛单项工具之间的集成和质量工具操作的方便程度特别是对非统计专业人员的支持方面仍有待加强。造成这种局面的原因有很多，有企业规模的问题，员工素质的问题，行业的问题等。但从软件本身来说，纵观国内外有关集成质量管理系统的研究开发情况，虽然各种计算机辅助质量系统（CAQ)已经在各种行业内得到了应用并且取得了一定的效益，但是他们大多局限于对来料的检验、生产过程的在线监控等方面。而对于各种质量设计、优化和控制工具的研究可以说仍处于起步阶段。早在80年代，国外学者就开始了有关质量集成软件方面的研究，Desuy和KapxTi等人首次提出了集成质量系统的概念，随后Hepiediai人给出了集成质量系统的框架121,Nokabad等人探讨了在定制化生产环境下的质量信息系统13。近年来，国内有关这方面的探讨比较多，相关的研究涵盖了质量管理体系基本框架、模型以及质量管理系统的总体构建等方面1n。但纵观国内外的研究成果，主要还都是集中于理论体系研究阶段，由于不同行业本身存在的质量体系和设计开发方法的差异性，要建立一个通用的平台具有相当的难度，目前实际开发并得到应用的软件还不多见。
为此迫切需要一套质量信息集成化管理系统，综合应用先进的质量管理方法，保证企业产品质量的连续改进，为现代质量管理方法的推广奠定坚实的基础。本文以作者所在项目组开发的质量管理系统为例，说明如何以生产过程质量信息的集成为主线，实现设计信息和制造信息的共享以及质量信息和工具的集成。
2.系统的总体设计
2.1质量管理软件的现状
目前，企业中常见的质量管理软件分为如下三类：
(1)质量数据分析工具。这类系统以数理统计分析为核心，强调质量数据的分析与处理。但这类软件中的各模块相互独立，不能实现各种质量工具的信息传递与共享；另一方面，这类软件与制造过程没有任何联系，仅仅是质量工程师进行数据分析的工具。
(2)ERI系统中集成的质量管理模块。现有的绝大多数ERP系统均包含了质量管理模块，实现了产品制造过程中的质量信息集成。但是，ERP系统中的质量管理模块一般仅限于数据的收集、存储和简单的分析，对数据进行深入统计分析的功能基本不包括在系统中。
(3)6SSm项目管理软件系统。主要功能是实现6SSna项目实施过程中的人员、资金、进度方面的计划和控制，保证项目的沟通和协调。因此，这类软件更多的是强调项目管理和各种分析结果的共享，而实施6SiSna过程中的各种原始资料和数据并不能进行集中存储和共享；另一方面，这类软件以项目为中心，对过程涉及很少，对产品全生命周期的质量改进支持很少。
2.2质量系统的设计思想
本项目组开发的集成质量管理系统，设计目标如下：
(1)实现产品全生命周期的质量信息集成与共享；
(2)实现多种质量工具的集成；
(3)与ERP系统实现数据共享；
(4)完全从底层开发统计工具，保证系统的灵活性和可扩展性。
为实现这一设计目标，系统的主要目的是实现质量信息的集成，集成架构如图1所示。即将产品厚部件、工艺路线、工序、关键质量特性（CQ)等生产过程中的要素进行集成并实现数据共享。
系统的设计是面向产品和过程。通过产品为中心，集成整个设计和生产过程的相关质量信息，将产品的生产分解为工艺路线再细化为工序，最终对应到CTQ从而将整个设计和生产过程完整的描述出来。产品的质量管理最终归结到对过程中CTQ的管理，使用集成的质量工具，对CTQ进行测量、分析、控制、优化，并反过来调整和指导生产，从而改进生产流程。
3.系统功能模块介绍
系统的主体功能包括用户管理、基本信息管理、质量分析、质量优化和质量控制五个模块，同时系统还包括系统帮助模块。具体功能结构如表1所示。
3.1用户管理模块
用户管理模块主要功能是对系统操作人员的权限限制，保证不同的人员对系统有不同的操作权限，而且保证每名操作人员对系统中重要信息的操作都有可追溯性。
3.2基本信息模块
基本信息管理模块主要功能是生产过程的定义。通过产品管理、工艺路线管理、工序管理和关键质量特性管理定义一个完整的生产过程，此生产过程定义完后会通过主界面上的三个树型结构显示出来。系统通过此模块中的产品管理、零部件管理、设备管理和供应商基本信息管理与ERP或企业现有的信息系统集成起来。保证了ERP系统与集成质量管理系统中数据的共享。当然，系统的设计也考虑到有些企业目前还没有建立起比较完备的信息化系统，因此本系统也可脱离ERBf境独立运行。
3.3质量分析模块
质量分析工具包括直方图、排列图、因果图等传统的质量工具以及多变异分析、测量系统分析和过程能力分析等，这些工具主要用在质量改进的前期阶段，以定性和定量相结合的方法来发现过程的关键质量问题。这些质量分析工具既可以通过数据库和相应的工序或工艺路线建立联系，也可以作为工具单独使用，从而保证了系统的柔性。
3.4质量优化模块
质量优化工具包括质量功能展开（QFD)、实验设计（DOE)和失效模式与效用分析(FMEA)针对已经分析出来的质量问题，充分运用质量优化工具，得到优化的工艺参数和生产条件，使关键质量特性有稳定理想的输出值。
3.5质量控制模块
质量控制工具主要是控制图。按照优化的结果调整完工艺过程参数后，根据输出值属性的不同以及相应的工艺控制要求制作适宜的控制图。此模块通过从生产线上实时采集的数据绘制控制图，允许用户根据自身的需求选择判异规则，能够及时的检测生产线的工作状态，一旦发现控制图出现了异常就会有相应的报警措施，提醒工程师启动失控行动方案，从而避免不合格产品的大量出现。
4.系统的集成
系统的集成是整个系统的重点，系统的设计目的就是实现质量信息的集成管理，集成的应用质量工具实现企业质量的持续改进。
4.1质量信息的集成
信息集成最重要的特征就是信息共享和数据通信。质量信息是在系统中的定义是，产品中有关于质量管理的信息，包括产品的设计信息、原材料和零部件供应商的检验信息、测量工具的测量能力分析信息、工序和工艺路线的生产能力信息、生产线上的控制信息等。在传统的设计制造过程中，由于各种质量工具信息的互不沟通，导致了大量设计和制造部门对产品质量理解的不一致，形成了一个个的信息孤岛，因而降低了设计的有效性，同时也延长了设计到制造的周期，无法适应目前日趋激烈的竞争环境。
为满足质量信息集成的要求，系统设计通过统一的信息平台，将质量信息通过产品生产过程的主线被分析汇总到数据库中，各部门人员面向存储在数据库里的统一的质量信息，使每一个质量活动的信息都能被产品全生命周期的各个相关部门统一理角解达到信息资源的充分共享，使得产品生命周期各个阶段或各个职能部门共同使用的各种质量工具的信息。这也使得管理者对所做的质量管理工作具有了可溯源性，为以后数据挖掘和知识管理奠定了数据基础。
4.2质量工具集成
质量工具之间集成是我们这个系统的特色。各种质量工具都有其适用的范围和优势，目前对于这些单个的质量工具的应用都已有很多软件支持，但很多质量工具并不是完全割裂的'，在质量管理的过程中，只有充分利用它们之间的互补关系，才能发挥其最大的效用。目前，有关质量工具之间的集成研究也比较多|8,，但实际开发出可应用的系统并不多见。在本系统中，质量工具间的集成主要体现在以下方面。
质量功能展开（QFD)和失效失效模式与效用分析(IMEA)之间的集成。QED是用来将顾客需求转化为产品特征、零部件特征和生产工艺特征的工具。FEA是依据由质量目标所制定的技术文件，根据经验分析产品设计与生产工艺中存在的弱点和可能产生的缺陷，判断这些缺陷发生的几率，以及发生这些缺陷产生的后果与风险，并在决策过程中采取措施加以消除。IMEA可以确定什么是关键顾客需求，与工程特性相关的产品的可靠性和安全性如何，与顾客需求相关的失效模式的严重度如何，还可以减少对严重度、频度及检测度的主观偏见，因此其结果可被用于QID中重新评价质量屋以及设置质量计划的目标矩阵。同时，QFD的结果可以帮助MEA中关键质量特性的确定，分析产品的可靠性和安全性以及工艺特征间的关系，分析故障模式的严重性和顾客需求间的关系并可减少在评价故障的严重性、可能性和可检测性中的主观偏差。
QFD和试验设计（DOE)之间的集成。QED的目的是使产品开发尽可能地面向顾客需求，以保证产品以最小的风险最可靠地满足用户需求，保证设计的可靠性。doe的目标是选取合适的参数取值和参数范围，使得产品的关键质量特性始终接近理想值，质量损失最小，从而保证在产品质量满足用户需求。它们是从不同的角度，不同的方面对产品质量进行保证。然而在传统的质量功能展开方法中，关系矩阵和相关矩阵这两部分通常是根据人的经验而定，这就不可避免的存在一定的主观性风险，本系统是通过利用DOE的支持确定QED中的关系矩阵和相关矩阵，这种处理可以减少定性处理所带来的偏差，为关系矩阵和相关矩阵的定义提供定量的支持。同时，QI对客户需求、产品特性、零部件特性以及生产工艺的分析也为实验设计提供了确定实验策略方面的参考，使得实验设计这一工程上的技术能够更多的考虑到顾客的需求。
以上这些质量工具间的集成更好的发挥了各种工具的优势，还从不同程度弥补了单个工具的不足之处。
5结束语
随着我国制造业的快速发展，增长模式的转变是必然的趋势，企业竞争中质量的核心地位将越来越得到重视，计算机和网络技术的突飞猛进也为质量管理的信息化提供了技术支持，因此质量管理系统的应用和发展有着广阔的前景。本系统下一阶段研发的重点是完善数据实时采集和分析，开发相应的支持六西格玛项目管理的模块。
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