移动数字化平台在离散制造企业产品质量管控中的应用场景与工程实践

舒正

（南京南瑞继保电气有限公司，江苏南京 211102）

随着新一代信息技术与制造业融合发展的持续演进，大量离散制造企业启动了数字化转型工作，以精益生产为理念，充分发挥信息技术和工业技术的融合优势，把切入点放在提升生产执行管控、完善计划排程、变更响应、库存管理、设备互联互通等能力上。通过系统集成、数据融合，提高生产效率和产品品质，支撑企业运营管理水平持续提升，充分发掘系统和数据价值。

与流程工业智能工厂的高自动化水平相比，离散制造业“小批量、多品种、个性化”的生产特点导致了底层制造环节生产工艺的复杂性，对生产设备的智能化要求高、投资大。因此，离散制造业需要实现生产设备网络化、生产数据可视化、生产过程透明化，做到纵向、横向和端到端的集成，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，从而持续推动智能工厂建设。

一、离散制造企业的产品质量控制需求和难点

（一）离散制造企业的产品质量控制需求分析

离散制造最典型的特点是按需定制、小批量多品种。因此，离散制造企业对产品的质量控制难度和成本相对较高，企业对质量管控的需求主要集中在生产调度、软硬件联动、产品追溯、质量监测以及数据展示的透明化等方面。

1.问题管理

建立问题管理平台，提高问题处理过程的闭环管理能力；同时结合质量信息统计，建立质量异常预警机制。

2.质量监控

建立质量监控系统，实现跨工厂的质量风险管理，通过精细的返工控制，实现生产过程拦截和闭环处理。

3.设备管理

建立关键生产设备档案，推进设备运行监测，为生产提供设备能力数据，及时预警质量风险。同时，融合设备维保计划、备件管理等功能，实现设备管理信息化，确保系统管理设备健康。

4.供方管理

细化分级分类，完善供货品类库，采集各环节履约和质量信息，建立动态综合评价体系，为基础器件选型提供参考依据。同时，打通供应链数据壁垒，提高产品的可追溯性，发生质量问题时，能够对供应商提供的产品进行有效追踪，从源头分析质量问题的影响程度。

5.产品追溯

通过各级产品及其部件的关系数据，实现产品全生命过程的正反向追溯，不断提高质量问题“一键定位”的能力，拓展追溯的深度和广度。

6.质检管理

建立与大小生产衔接紧密的进货、出厂检验管理平台，实现检验需求识别、提醒、预警，集成检验工作需求信息，不断提升检验效率。

（二）离散制造企业的产品质量管控难点

质量是企业生产的灵魂，质量管理模块能够有效帮助企业及时了解并且掌握企业产品质量的实际状况，有效利用质量分析数据明确产品质量问题，并且加以改正。同时，可以利用质量数据对产品质量的稳定性进行分析，优化其预防措施，从而提高企业的整体质量管理水平[1]。

常规来说，按业界标准建立设备管理、产品追溯、质量跟踪、返工控制、返修管理等质控模块，并提供质量检测和控制服务，打通系统隔阂，已经可以提供全面的生产管控能力。但在离散制造企业的实际生产过程中，存在如下难点。

1.实时性

企业的产品生产分为面向需求的大生产和面向库存的小生产两种生产模式，存在产品结构复杂、产量高的特点。由于目前仍然采用人工采集质量数据的方式，导致常规的质量管控手段无法实时兼顾两种生产模式。

2.准确性

产品生产周期短、生产业务链长，各模块的质量数据结构复杂、差异大，通过数据采集系统采集到的制造环节数据全面性不足，质检人员仍然使用人工判断并快速处理的工作方式，整体信息准确率不高。

3.渗透性

产品结构和产线复杂，位置和空间都存在限制，使用常规的电脑工作站无法紧贴生产空间，质量数据的收集和指令下达都无法高效渗透到产线终端，导致无法精准控制质量风险和影响范围。

二、移动数字化平台的技术选型及技术框架

（一）当前工业场景下的移动应用情况

对于已经开展智能化改造的离散制造企业，其生产设备和技术先进，支撑精细化管理的ERP、MES、PLM等系统和数据集成初具规模，通过应用集成技术提高效率，对生产计划执行和生产过程进行控制，可以提高订单排产、进度跟踪等能力，实现优化车间管理、提升产品质量控制水平。其基于离散制造的管理要求，普遍通过送货机器人、条码自动识别技术，提高生产自动化水平和数据采集效率，实现生产体系的一体化管理，并通过数据融合提高数据一致性和利用价值。

大部分离散制造企业使用移动应用主要用于支撑生产执行、仓库管理等业务，这些移动应用与相应的PC端管理系统是共生关系，作为桌面系统的延伸。由于历史原因和技术架构问题，有很大一部分应用是基于早期的工业移动设备PDA，系统应用和开发主要基于WinCE/Windows Mobile操作系统。

2010年之后，随着智能手机和移动操作系统的普及，IPad、Android设备等工业移动设备逐步应用于工业制造领域，原有PDA设备在应用升级、扩展性、适配性等方面的劣势逐渐暴露出来。为加快普及开放和廉价的移动设备，企业都在加快开展基于Android系统的工业移动设备的应用研究，尽快建立相关应用开发模式和平台，打造快速构建、发布移动应用的能力，并投入实际应用，逐步替代原有PDA，并以此来为物联网技术的应用打好基础。作为互联网技术的有效增益，物联网技术也能进一步帮助企业有效地梳理企业信息化管理和智能生产模式[2]。

（二）面向可持续发展的移动数字化平台技术选型

1.Vue

Vue是一套用于构建用户界面的渐进式框架。Vue采用自底向上增量开发的设计方式，具有轻量、数据双向绑定、指令交互、组件化、路由灵活等特点，通过简单的API可实现响应式的数据绑定和可组合的视图组件。

近年来，Vue生态比较完善也得到了广泛关注，其在桌面端和手机端都具有多种高效的UI开源组件库。Vue在国内拥有众多开发者（见图1），社区上针对Vue的问题也能得到快速响应，越来越多的移动开发团队将前端框架确定为Vue。移动办公系统要提供一个开放的平台，让每个人都可以在这个开放的平台中及时解决工作上的问题，塑造有问题就解决的文化[3]。此技术框架能较好平衡学习成本和运维效率，对业务需求具有良好的响应能力。

图1 Vue的检索量

2.微服务

微服务适合于业务逻辑复杂的项目，衍生于SOA，提倡将企业的信息化业务进行服务化封装，从而提升信息服务的复用性、灵活性和可靠性。

微服务架构支持企业将业务逻辑通过服务方式沉淀下来，不同开发团队在各个场景都可以通过服务开发、应用、组装支撑复杂的业务应用，每个团队可以独立开发、部署，不用关注其他业务的底层逻辑。拆分相对独立的服务也是挑战，需要团队熟悉业务逻辑同时也对微服务架构经验丰富[4]。

微服务的部署系统比较复杂，因为每个服务有各自的数据库，在多个服务间实现事务查询时需要特殊的机制。微服务使用Docker进行部署作为发展趋势，优点在于保证开发环境和正式环境的一致、方便快速部署、支持弹性计算。

兼顾SOA的基本思想和主流技术方案，将传统ESB与容器进行结合，并集成文档管理和监控机制，确定了基本的技术框架，见图2。

图2 中台微服务架构

3.Flutter跨平台框架

Flutter是Google公司推出的前端开发框架，最初目标只是为了满足移动端跨平台的应用开发需求。开发人员可使用 Flutter在iOS和Android上快速构建高质量的原生用户界面。如今，Flutter正在被越来越多的开发人员和组织所使用，已开始扩展为同时面向移动端、Web端、桌面端以及嵌入式设备开发应用。开发者可通过一套代码库高效构建多平台应用。Flutter开源、免费，拥有宽松的开源协议，可以方便加入现有工程中，对企业用户来说，比较适合自用项目开发[5]。

Flutter组件采用现代响应式框架构建，对前端界面进行组件化拆分。通过参数对组件的展示进行控制，从而根据移动设备的型号、种类进行自适应调整，保证最佳视觉效果，把界面适配的开发工作量降到最低。

此外，Flutter的优势还包括：

（1）快速开发和迭代。Flutter具有热重载功能，能够为开发过程提供更高的效率。另外，Flutter SDK还允许我们修复崩溃并继续从应用程序停止的地方进行调试。

（2）页面流畅、样式美观。针对不同Android和iOS等不同操作系统，Flutter提供风格不同的控件，以满足不同平台的设计理念。

（3）提供原生性能。Flutter提供了一种响应式视图，无须JavaScript做桥接，强大的API使得实现复杂的页面效果成为可能。界面上的图片数量越来越多，Flutter的优势也会越来越明显。

（4）灵活的跨平台开发。Flutter可以单独作为开发框架完成整个APP开发，也可以与现有原生代码相结合实现Hybrid混合模式开发。

（三）移动数字化平台架构

产品质量管理系统（QMS）依托于企业智能制造系统，是产品质量管理的主要业务流程和数据的载体，QMS移动应用应从业务逻辑上与其保持一致，作为QMS的延伸而存在。

QMS移动应用以网络平台为开发媒介，主要运用WEB2.0和SOA为主要开发模式。在满足系统建设需求的基础下，提出一个相对层次明确、耦合性低的多层解决方案，为QMS系统提供一个足够强大的移动业务承载平台，主要包含表示及决策层、组件及业务层、基础及安全层，见图3。其中，基础及安全层起整体架构的支撑作用，保障上层应用的计算、交互、安全及可靠性；组件及业务层是核心的业务逻辑层，将基础计算能力与业务需求进行有机融合，为前端应用提供准确、高效的数据支撑；表示及决策层直接面向使用者，遵循特定的规范与业务层进行人机和数据交互，提供直观、高效的应用界面[6]。

图3 移动平台架构

业务应用主要覆盖如下方面：

1.质量管理模块

作为核心模块，质量管理模块能够有效帮助企业及时了解并掌握产品质量的实际状况，有效利用质量数据分析产品质量存在的问题，并且加以改正。同时，可以对质量的稳定性进行分析，优化其预防措施，从而提高产品生产过程及交付品的整体质量水平。

2.采购管理模块

采购管理作为企业开展各种活动的背后力量，全面管理供应商信息以及相关业务活动，实现采购订单的高效生成、询价、招投标和签订，并且要监管供应商按合同约定发货、到货检验、货款支付的整个过程。在这基础上，还要确保企业可以方便、准确查询采购订单的执行进度和执行状况。

3.运营管理模块

运营管理模块即企业积极运用一些精益化的生产工具，根据全面生产管理理论对生产现场进行精准化管理，从而提高整体生产的质量，达到客户满意的状态，减少生产成本的浪费，进而优化整个生产过程。

4.售后服务管理模块

工程交付管理模块作为产品交付的最终环节，主要提供物料信息、工程图纸合理化管理，以及现场产品台账信息、现场施工管理信息以及工程变更信息等。此阶段的产品质量问题直接影响企业形象和项目交付，并且对后续的维护工作产生深远影响。

此外，要关注移动应用安全，解决数据加密、加密文件安全阅读、安全访问浏览器问题。要结合企业情况做定制化开发，广泛应用基于安全支撑框架SDK的开放式系统架构，实现灵活调用[7]。

三、移动数字化平台在产品质量管控的典型应用场景

面对产品质量控制的种种困难和紧迫需求，南京南瑞继保电气有限公司（以下简称“企业”）作为一家典型的离散制造企业，结合自身特点，深入开展了多场景的数字化实践。从整体来说，随着行业技术标准的细分，产品种类不断增加，产品个性化定制需求越来越突出，多品种、小批量、短交期、变化多对生产管理提出了高要求。为了响应这些要求，南瑞继保持续推进智能工厂的建设，将精益生产、自动化生产推向整个生产过程，提升信息化水平，减少数据孤岛，实现生产全过程的数字化管理。为更好满足产能要求，企业采用大生产和小生产结合的生产模式。大生产为按单生产模式，对订单下达、需求分解、计划生成、厂内试验、物流发运进行全过程管控；小生产为按库生产，与大生产计划相结合，根据销售订单需求及预测，并和实际产能结合进行生产备料。以上两个生产过程关系紧密，需精准协同。

近年来，企业全面提升面向客户需求的产品高品质交付能力，落实一系列支撑智能制造发展的能力体系建设计划，已全面启动从单点自动化到综合集成自动化的数字化转型，大力发展柔性自动化智能工厂，兼顾局部和全局优化，避免信息孤岛、自动化孤岛，推动企业智能制造和数字化转型，并在多个业务场景实现了移动数字化平台应用。

（一）设备管理

基于QMS主体业务架构，通过移动应用，可以在生产设备监测和设备点检两个方面开展工作。

生产设备监测方面，基于设备标签管理体系，对生产设备进行唯一标识，移动设备通过扫码获取设备基础信息、运维计划，并实时查看设备运行情况、备件情况、数采系统的数据上送情况，结合设备生产状态，主动判断生产订单执行质量，提高对生产异常、订单执行的控制能力。通过设备数据的连接，可以直观展现生产环境（温湿度）、车间能耗情况，支撑生产管理人员快速决策，见图4。

图4 典型质检APP

点检管理方面，质控人员可以通过移动设备直接扫码开展设备点检工作，结合设备资料记录设备运行的参数，管理人员也能实时获取点检工作的进度。

（二）产品检验

产品检验涵盖产品生产交付全过程的业务节点，包括元器件检验、半成品检验、成品检验、总装测试等过程，检验种类分为电气检验、机械检验、功能检验等。检验工作对实时性要求非常高，通过移动应用可以有效提升检验发现问题处理和情况反馈效率。

在移动APP的支持下，进一步扩大产品元器件的质检和跟踪范围，企业对关键元器件的质检覆盖率达到94.15%，同步实现了质量追溯，有效提升产品质量问题定位的准确性，见图5。

图5 元器件物料质量管理覆盖率

同时，对大型设备来说，移动设备可以随身携带，不论高处还是狭小空间，工作人员都可便捷开展检验工作，实时处理问题和上传产品质量数据。

（三）返工控制

由于质量管理的特殊性，离散制造企业返工控制存在三种管理方式：按条码范围进行返工管理、改制管理、技改管理，各有特点[8]，通过移动应用可以对其不足之处进行有效补益。

1.提升各种方式兼容性

返工需求的维护途径多，都通过桌面端进行维护，影响效率。如果通过移动端适时操作，能大幅提升返工管理的实时性和渗透性。

2.扩大节点覆盖范围

虽然有统一的返工需求检查接口，但是由于管理方式存在差异，仅有部分工序在操作时设定了检查节点，尤其是工程现场操作，返工需求管理覆盖较少。此时，通过移动应用就能有效扩大返工需求检查的范围，将质量控制手段落到实处。随着移动平台推广，返工控制点在所有工序的覆盖率由63%提升到89%。

3.提高返工定位的精准性

产品数据分散于多个系统，各系统在数据衔接时的自动化功能相对薄弱，无法快速且完整定位到返工范围和待返工产品清单。随着移动应用的普及，扫码识别将成为常态，通过移动设备扫码，可以很方便开展相关工作，见图6。

图6 通过移动设备将返工检查与工序进行集成

（四）产品维修管理

产品维修模块整体流程沿用常规的发现异常、送修、返回的业务模式，由于业务规模、生产模式和产品种类的不同，部分功能无法满足业务的发展需要，如大型装备、紧急问题处理、外购件问题等，须协同各个处理环节并提出改进方案。在生产过程中，通过移动APP应用，实时实地开展维修工作，保证产品维修处理的及时性、准确性和覆盖率，快速响应，保障质量管控措施有效执行。

针对维修管理工作，通过产品标签上的条码（一维或二维）可以高效读取数据，并通过移动设备扫码，快速识别产品类型、编号等数据，实时录入异常信息，保证了录入效率和反馈的及时性。同时，通过移动设备扫码能更好对维修工作进行全过程控制，提升了业务协同和维修控制的精准性。基于移动APP中的产品维修模块，产品维修处理的时间在半年内从112小时降到68小时，大幅提升了质量问题的响应能力，见图7。

图7 产品维修处理效率

四、移动数字化平台在离散制造企业质量管控中的实践成效与应用展望

企业基于质量管控系统的基础业务逻辑，通过移动应用架构的支持，开发了如返工管理、产品检验、自动校核、产品维修等多项APP和微应用。

在移动应用开发方面，采用微服务、VUE+Flutter的方式有效保证了开发进度，技术框架的成熟度高、社区资源丰富。通过按车间、按流程分步实施的方式，推动QMS各项应用从原有WinCE系统平稳切换到Andriod/iOS移动平台，经过一年左右的时间，新设备已全面替换原有WinCE的PDA，并有效接入工作人员手机上（通过原生APP/钉钉微应用等形式），在生产执行各环节深化了移动应用，提高了生产执行、质量管控的时效性，见图8。同时，将原有服务接口全部迁移到企业中台进行微服务管理，PC端和移动端共享接口，提高了数据及处理逻辑的一致性。

图8 质量管理移动应用

在移动平台的促进下，企业产品质量管控系统作为生产信息化管理的重要模块，借助移动APP的支撑作用，优化并重组了产品生产过程的各种质量控制点，更好落实了管控手段，大幅提升了企业对制造过程的实时监控以及动态管控能力，提升了质量控制的力度和质量问题的响应能力，降低了质检人员的劳动强度，从而助力企业高效率、低成本制造出高质量的产品，实现管理价值。

综上所述，离散制造企业在智能制造发展进程中，应充分利用移动平台及相关技术手段，增强产品质量管控的执行能力，以质量管控的实时性、准确性、渗透性为基本依托点，通过数据的快速交互和响应，优化生产工艺和业务流程，实现信息自感知、优化自决策、控制自执行的先进产品质量管控能力，促进企业战略性发展、管理机制完善、成本管理更优，进而推动离散制造企业数字化进程。