小批量产品动态质量管理实时监控系统设计

李韬

摘  要： 企业想在市场里站稳脚跟，需全力研发新产品类型，优化产品的样式与规格，由此便出现多品种、小批量产品。小批量产品的动态质量管理监控对产品管理与企业发展而言着实重要。为此，设计一种小批量产品动态质量管理实时监控系统。当用户在智能终端登录系统后，在系统中选定需监控的小批量产品类型，系统通过中间件层获取选定的小批量产品的加工车间监控程序，在控制层通过小批量产品工序质量的联合SPC策略实现小批量产品质量动态质量监控，且系统的功能层中会增设质量管理和售后质量跟踪模块，实现小批量产品质量深度管理监控，若产品质量符合标准，便将其下发至生产调度和排产模块等进行后续操作。经实验验证，所设计系统可有效实现小批量产品动态质量管理实时监控，且监控性能显著。

关键词： 产品质量管理; 质量监控; 系统设计; 监控程序获取; SPC策略; 监控测试

中图分类号： TN948.64?34; TP391                文献标识码： A                     文章编号： 1004?373X（2020）22?0036?04

Abstract： In order to keep a firm foothold in the market， enterprises need to make every effort to develop new product types and optimize product styles and specifications. As a result， multiple varieties and small batch products are appearing. As the dynamic quality control of small batch products is very important for product management and enterprise development， a real?time monitoring system for dynamic quality management of small batch products is designed. After users log into the system at the intelligent terminal and select the type of small batch products to be monitored in the system， the system can obtain the monitoring program of the processing workshop of the selected small batch products through the middleware layer， and the dynamic quality monitoring of small batch products can be realized by means of the joint SPC strategy of the process quality of small batch products at the control layer. In the system， the quality management and after?sale quality tracking module is added in the function layer to realize the in?depth management and monitoring of small batch product quality. If the product quality meets the standard， the result is issued to the production despatch and scheduling module for subsequent operations. The experimental verification results show that the designed system can effectively realize the real?time monitoring of dynamic quality management of small batch products， and the monitoring performance is significant.

Keywords： product quality management; quality monitoring; system design; monitoring program getting; SPC strategy; monitoring testing

0  引  言

伴随全球经济的高速发展，市场的竞争也逐渐激烈，每个制造企业均在大力研发卓越的产品制作技术、优化自身生产制造领域的生产技术，产品的质量需求也逐渐提升至新的高度，怎样优化产品质量已变成企业竞争力的核心因素之一[1]。现在，基于小批量产品质量控制方面，很多制造企业使用人工检测或基于车间智能数据采集仪，记载产品制作时核心工序的质量特征数据，然后按照此类数据使用Jmc，Minitab等软件画出加工件的休哈特控制图，最后监控与识别控制图完成产品质量管理监控[2]。而在现实应用过程中，小批量产品生产时，质量样本数据不多，但传统的休哈特控制图必须使用海量数据实施分析，所以不适用在小批量产品生产中[3]。并且，已有的质量分析软件不能与现实制作過程并行工作，只属于一种非动态的质量数据分析工具，对企业质量控制的自动化与智能未能起到正向作用。为此，本文设计一种小批量产品动态质量管理实时监控系统，提升小批量产品制造且质量可控性[4]。

1  小批量产品动态质量管理实时监控系统

1.1  系统结构设计

小批量产品动态质量管理实时监控系统由中间件层、控制层、功能层构成。当用户在智能终端登录系统后，在系统中选定需监控的小批量产品类型，系统会通过中间件层获取选定的小批量产品的加工车间，在控制层通过小批量产品工序质量的联合SPC策略，实现小批量产品质量动态质量监控，且系统的功能层中会增设质量管理和售后质量跟踪模块，实现小批量产品质量深度管理监控，若质量符合标准，便将其下发至生产调度和排产模块等进行后续操作[5?6]。小批量产品动态质量管理实时监控系统结构如图1所示。

其中，加工工序质量动态监控模块的功能结构如图2所示。加工工序质量动态监控模块具有实时性，在基于每个部门的协同作业里，能够完成信息共享，小批量产品质量管理人员可实时获取产品质量信息[7]。且含有查询、统计分析等操作程序，有利于高效率实现产品质量管理。加工工序质量动态监控模块中各个管理程序均采用小批量产品工序质量的联合SPC策略，实现协调运行，完成小批量产品动态质量管理实时监控[8]。

1.2  小批量产品工序质量的联合SPC策略

统计过程控制理论已被大量使用在产品质量控制工作中，当前使用最多的为休哈特控制图。而休哈特控制图的使用需要分析海量数据，但小批量生产过程中未能符合此项需求;此外，休哈特控制图对仅存在微弱差异的样本检测性能不好，漏识率较差[9?10]。与传统的休哈特控制图对比，累积和（Cumulative Sum，CUSUM）控制图和指数加权移动平均值（Exponentially Weighted Moving?Average，EWMA）控制图可以较好地判定识别时的微弱差异。为了深度分析小批量工序质量的历史数据和处理休哈特控制图对微弱差异灵敏性不好的弊端，本文使用[x-s]控制图和EWMA控制图融合的SPC控制策略，以此合理控制小批量产品质量的异常状况[11]。

式中：Y描述小批量产品的质量特征数据变换值;X描述小批量产品的质量特征数据真实检测值;[α]，H依次描述小批量产品的样本均值与小批量产品的设计公差带。

通过标准化操作后的结果不但留下了原始小批量产品质量数据的本质特性，还降低了数据的复杂水平，能够设置成网络的输入数据[12]。

将获取的小批量产品质量特征数据实施标准化变换后，构建[x-s]控制图，监测质量情况，其中均值控制图的控制线为：

把[x-s]控制图和EWMA控制图融合应用，并融合两种控制图的优点，让控制图能够较好地发掘小批量产品生产过程里的质量异常状况，实现小批量产品动态质量管理监控[15]。

2  实验分析

为了测试本文系统的有效性，将本文系统应用于某小批量产品制作工厂，该工厂主要用于制作电梯零件。

图3是该工厂使用本文系统后的车间监控界面示意图。管理人员能通过计算机显示屏监测车间的工作情况，图4是手机APP中的客户端监控界面。

把该电梯零件制造企业的电梯零件制动器生产线设成原型，使用SQL Server 2008作为后台数据单元。采用本文系统作为电梯零件制造的制动器生产线中电梯零件的零件质量管理监控工具，表1是本文系统控制下，电梯零件的质量特征数据和变换值，其中，设定10个电梯零件用于质量管理监控，每个零件设定3个样本。

分析样本质量特征数据的几组控制图能够知道，按照真实样本观测情况构建的[x-s]控制图与EWMA控制图显示电梯零件都未出现不寻常状况，按照样本观测值和预测值构建的[x-s]控制图也属正常，但EWMA控制图（图8）中样本10超出控制限（高于表1中电梯零件检测值），则样本10的质量控制图出现往上漂移情况，需要及时查看质量异常原因。

3  结  论

本文设计一种小批量产品动态质量管理实时监控系统，并将其应用在某电梯零件制造企业的生产过程里，以此分析本文系统对小批量产品动态质量管理实时监控的有效性。经实验测试结果可知，实验中所设定的10个电梯零件制作工序样本里，第10个样本存在异常，需要实施质量管理。且与实际状况相比，本文系统监控精度最大值高达0.99，监控性能可靠。

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