基于活动履历表的制造执行系统质量信息传递过程研究

严晓光，居 桦，杨 毅

（1. 华中科技大学 机械科学与工程学院，武汉 430074；2. 开目信息技术有限责任公司，武汉 430074）

0 引言

制造执行系统（MES, Manufacturing Execution System）是连接企业上层管理与下层自动控制系统的桥梁，起着信息传递与沟通的作用。在MES十余个基本功能中，制造过程的质量管理功能扮演了十分重要的角色，MES的出现，避免了传统质量管理采集手段落后、采集频率低、管理不规范、过程控制能力差等缺点。企业可以通过MES获得制造过程所有的静态和动态质量数据，形成巨大的数据集合，为质量活动的设计、执行、评价和改进提供丰富的数据基础[1]。

目前，对质量信息数字化、MES质量功能定义、总体方案设计等方面的研究已取得明显成果，但对MES中质量信息传递的研究还相对薄弱，使得管理、设计与制造环节之间的信息通道不够顺畅，导致车间制造执行层与设计层和管理层实时、双向的交流难以实现。鉴于这种情况，本课题依托于武汉开目MES产品，对MES质量管理功能、质量信息及其传递模型进行了分析，将质量活动履历表（ARF, Activity Resume Form）作为质量信息的传递载体，并应用在实际产品中以保证质量信息的完整性、有效性、有序性和开放型。

1 MES质量信息流框架

制造执行系统质量管理功能是指能够从产品质量设计入手，以规程为基本依据，按产品系列从原料进厂直至成品出厂进行以质量为中心的全过程最优化控制，并在数据收集功能得到的加工、测定数据的基础上，进行在线质量分析、质量报告制作，进行产品的质量控制与质量判定等[2]。质量管理模块各功能之间存在着紧密关系，连接的纽带就是质量数据的传递，通过质量信息的上传下达，MES管理着质量活动的执行，保证制造过程的质量。

MES系统中存在着海量的数据交换，其质量信息流中包括了信息源、信息的采集、信息的统计、分析、评价及处理等环节[3]，在各部门、人员甚至设备之间有着复杂的质量信息流。为了更好的分析信息传递过程，构造质量活动履历表，先说明KMMES质量功能各模块及所涉及到的职能部门。

1.1 MES质量功能模块

在企业管理模型中，制造执行系统接收上层的生产计划，按照产品质量特性对质量参数进行分解，形成比较详细的工序级质量控制规范，然后在生产过程中对系统的稳定性进行控制，通过各种质量统计分析手段和控制方法，反复检验当前的质量水平是否达到了控制目标，并不断地将决策信息和评估报告反馈到执行层，以对生产过程进行反馈式的闭环控制。武汉开目MES系统经过大量的工业应用以及现场实践，形成了以下六个主要质量管理功能模块：

1）质量目标规范：根据设计层和管理层设定的质量目标，产生制造过程质量检验计划。包括了执行层工序及检验计划规范、检验活动的方式和内容以及各个质量特性所要达到的质量目标。

2）质量信息记录：保存综合质量信息的数据库，包括与质量活动有关的履历表、工序质量检验信息、最终检查是否合格的判定结果以及是否修复等内容。

3）在线质量检验：对现场加工产品的质量状况进行实时监控。现场设备和人员自动或手动对工序质量数据进行采集，检验结果会反馈给相关执行层人员，然后通过MES系统把原始的质量数据转化为对应的质量控制参数保存。

4）计量器具维护：包括质检部门对计量器具的日常维护日志以及器具精度等信息。

5）质量统计分析与控制：选择合适的质量控制工具和控制图，分析当前的质量水平，以此为依据判断是否按现有条件继续生产，决定制造是否能进行下道工序，并作为质量人员不断改进生产过程质量的重要依据。

6）质量评估与改进：质检及管理人员依据质量报表，分析缺陷原因，评估当前加工水平，形成改进意见，并将决策结果反馈给执行层。

作为制造执行系统的重要组成部分，质量信息贯穿于整个生产活动，涉及到了决策、设计、质检、执行等多个部门，这就要求质量信息的传递过程是有效的、协调的、全面的，能够将各个相互独立的质量保证单元通过计算机网络有效结合起来。

1.2 MES质量功能信息流分析

制造执行系统中包含了产品在制造加工过程中所涉及到的对质量有影响的所有信息[4]。这些质量信息至始至终伴随着产品的生产过程，并不断地发生数量和内容上的变化，在这一环节有两个重要因素，分别是“职能”和“数据”。“职能”关系着质量信息的属性配置，用于表明该属性的来源以及服务对象，“数据”则是质量信息的载体和具体体现。“职能”可以通过追踪信息来源，进行属性配置进行管理，“数据”则能够通过计算机网络和数据库环境进行储存、传递与分配。

目前的MES中虽然拥有大量的质量数据，但由于质量信息具有的分散性、随机性、复杂多样性等特征[5]，存在冗余数据过多、信息利用率低下等问题，本文研究工作中采用了质量活动履历表（ARF）这一数据形式，可以较好地避免这些缺点，提升质量数据的处理水平，使质量管理活动具有更强的可控性。

2 质量活动履历表在MES中的应用

传统意义上，质量活动履历表即质量活动的记录清单，是企业生产管理和质量控制部门在实际制造和管理过程中生产某种零部件的所有质量活动信息的集合。

开目MES中，质量活动履历表不仅是活动清单，而且存储了与产品质量活动相关的所有信息。它作为所有质量信息的载体，包含了若干功能子模块，虽然质量管理各模块功能不同，质量数据的外在表现形式不同，所代表的对象也不同，但质量ARF对其管理的总体方法和原理是相通的，都是采用设置属性的方法，通过对属性的操作来实现质量管理的内容。

2.1 质量ARF结构及作用

本课题所采用的质量ARF是一种典型的，由若干属性组成的表述质量信息结构组成的表结构。其物理结构上是分布式的，各属性间相互独立，但通过MES系统配置各质量信息的关联性质，能够在质量管理流程上建立起各属性之间的映射关系，使所有属性的质量信息做到集成与共享。

完整的质量活动履历表结构由六个属性组成，分别是质量规范属性、采购质量属性、生产加工属性、生产及检验人员属性、计量器具属性以及质量数据属性。每一个属性代表了质量控制的一个环节，描述了该环节所具有的性质和方法，因此也可以说质量ARF是描述产品制造结构关系的各制造质量属性的集合。图1所示为面向制造执行系统质量活动履历表的组织与关联模型图，对象ID是产品的唯一标识号，通常还有该产品的规格号或订单号，这也是其所有质量信息的唯一索引。质量规范属性是质量活动的指导文件，直接作用于采购质量、生产及检验人员、计量器具以及质量数据属性；生产及检验人员属性包含两个部分，该产品的生产加工人员以及相关质量检验工序质检人员信息；质量数据属性与人员及计量器具相关联，并对照质量规范，判断产品是否合格。

产品质量很大程度上由制造过程的质量来保证[6]。以制造执行系统为平台，建立质量活动履历表，作为生产中所有相关制造信息的组织形式，不仅可以实现产品制造质量的可记录性和可追溯性，又能保证制造质量信息有较好的完整性、有效性、有序性和开放型。

2.2 质量ARF的生成与调用

在企业的实际运作过程中，生产制造的各个阶段对应的是各个职能部分[7]，质量信息是在各部门之间流动的，结合制造执行系统，质量信息的流动是同时存在于职能部门和MES质量管理功能模块中的，通过质量ARF的生成与调用，可将这两者有机的结合起来。

其生成主要来源于参与质量活动的各个职能部门对其属性的操作，如图2所示，质量规范属性由设计部门及管理部门结合行业标准及自身企业能力共同决定，确定关键质量点和质量参数，并经过派工，得到具体实施人员及设备信息。采购质量属性来自采购部门，采购部门按照质量规范对供应商品质进行检验。生产加工属性包含了加工设备名称、加工过程等相关信息。生产人员及质量检验人员的ID号、参与的工作存储于生产及检验人员属性中。计量器具属性来自于质检部门对计量器具的日常维护信息。质量数据属性一方面来自质检部门的检测结果，另一方面来自于加工设备的在线测量。

质量ARF的生成与质量活动息息相关，其调用则与MES质量功能模块的使用密切贴合，质量规范属性与质量目标规范功能相对应，制定质量实施准则。在线质量检测功能需要关联质量活动履历表的质量规范、检验人员、生产加工和计量器具四个属性。质量统计分析与控制功能要调用质量数据属性中的数据信息。质量信息记录功能包含了履历表质量数据的保存、更改等操作。质量评估与改进功能更是涉及到了整个质量履历表的所有属性，进行整体流程的分析，进行质量持续改进。

3 MES应用质量活动履历表实例

质量活动履历表可以有效管理各职能部门内的质量信息，使它在整个企业内部畅通无阻，并且作为MES质量数据的集合载体，能够被管理模块直接调用。MES质量管理功能的设计与实现应紧密贴合质量活动履历表的生成与调用，本文选取KMMES作为实例对其各个功能模块进行说明。

如图3所示，在KMMES中，产品质量信息存在于质量活动履历表中，在履历表中记录了产品的质量规范、质量检验数量、检验工序的要求、工序合格数量、超差数量、废品数等信息。

在车间中，检验员通过质检设备对产品进行检验，然后通过触摸屏，将结果输入履历表，如图4所示。再就是如果出现质量超差情况，如工人在加工时，发现毛坯有质量缺陷等，可作相应的质量报警，反馈生产现场的质量问题，如图5所示，这一操作也会传递到在质量ARF中。

车间现场人员在生产过程中所上报的质量信息、触发的质量报警事件，通过看板可以非常直观的反馈到相应的管理者，以便及时得到处理。

车间生产过程中质量数据采集完成后，统计分析模块调用质量ARF数据，生成需要的质量数据/图形统计报表，如产品超差率、废品率；质检任务执行信息表；质量报警信息汇总表等等，以便分析生产过程出现的质量问题。

质量活动履历表在制造执行系统中，作为质量数据的有效载体来管理与生产制造环节相关的所有质量数据，基本实现了制造质量数据的完全采集、准确分类和有序存储。

4 结束语

以质量活动履历表为重要基础的质量管理系统已在一些企业中得到了实际应用。在某企业中通过质量履历表中的信息，能够按时间、批次等条件汇总数据；常用的统计指标包括：一次交检合格率，综合废品率，关键、重要件超差率，外协产品入厂检验合格率，外购器材入厂检验合格率等。

系统进一步、深化应用的重点之一是拓宽“质量活动”的内容，将经营、生产活动中的进度、定额、能耗、材料消耗等也纳入广义质量跟踪范围，使质量管理系统更有效地支持经营绩效。

[1] 张妮迪. 基于MES的质量管理信息系统的研究[J]. 世界标准化与质量管理, 2007, 4(4): 39-43.

[2] 中华人民共和国电子行业标准. 企业信息化技术规范(SJ/Z 11362-2006) [S]. 北京: 中华人民共和国工信部,2006, 12: 37.

[3] 赵涛, 吕新业, 孙造杰. 基于CIMS环境的企业质量信息流及其处理流程研究[J]. 工业工程与管理, 2002, 6(5):26-29.

[4] 杨光. 集成质量系统与质量管理过程技术研究[D]. 大连:大连理工大学, 2004.

[5] 杨朋, 张根保, 任显林. 面向产品全生命周期的质量信息表达体系研究[J]. 机械设计与制造, 2007,3(3): 88-91.

[6] 黄学文. 制造执行系统(MES)的研究与应用[D]. 大连: 大连理工大学, 2003.

[7] 刘晓冰. 面向产品全生命周期的xBOM的研究[J]. 计算机集成制造系统, 2002, 12(4): 56-59.