铸造生产过程质量控制系统应用

唐钟雪，苏志东，胡进林，冯周荣

（共享铸钢有限公司，宁夏 银川 750021）

0 引言

近代质量管理的发展大致经历了三个阶段：第一阶段是20 世纪30 年代之前的质量检验阶段，企业设立了专职的质量检验部门，专门负责产品质量的检查工作，第二阶段是20 世纪40—50 年代的统计质量控制阶段，对工序进行分析，及时发现生产过程中的异常状况，迅速采取对策加以消除。第三阶段是20 世纪60 年代以后的全面质量管理阶段，发明了各种各样的质量管理工具，并倡导全员参与[1]。

铸造企业的过程质量管理经过几十年的发展，管理理念、管理模式、管理手段已经比较成熟，但是质量管理效果总是不尽如人意。质量管理人员根据发现的形形色色的质量问题，不断的改进流程、改进制度、改进量化等，使得管理方法表面上看起来越来越完善，但是除了使我们的管理更加臃肿和复杂外[2]，质量问题依然层出不穷。究其原因主要在于有了很好的理念、模式、手段，最根本的如何来执行却难以保证，缺乏一个有效的管理系统来使质量管理得到有效的落实。所以本文结合当今互联网信息技术，研究制定了一套信息化、数字化的过程质量管理系统，该系统将工艺信息、生产计划信息整合成手机过程控制终端系统，使过程控制质量得到大幅度提升，从而提高铸件产品的质量。

1 基于数字化的过程质量管理系统架构

根据目前现有的三大系统：SAP 系统、PLM 系统、生产MES 系统集成建立过程质量控制系统（如图1 所示）。其各自功能如下：

图1 过程质量控制系统架构 Fig.1 System architecture of process quality control

（1）SAP 系统（Systems Applications and Products in Data Processing）是一款用于ERP（企业资源计划）管理的软件，是一个基于客户/服务机结构和开放系统的、集成的企业资源计划系统[3]。SAP软件能够实现企业资源的有效整合，能够对企业的信息流、物流、资金流三大流实施一体化的管理，为企业的管理带来极大方便。SAP 软件在企业考虑人力、资金、时间及信息等的基础上，将企业生产经营中的库存信息、生产计划、运输及销售服务等考虑在内，进一步实现企业资源的调配及优化[4-5]。作为过程质量管理的基础，提供产品代码信息、订单数量信息、订单交货信息等。

（2）PLM（Teamcenter）系统是将单个软件应用，转变为在SOA 的基础上建立的，跨专业、跨项目阶段和计划的真正集成化的PLM 解决方案，为大小制造企业提供了平台可扩展性、应用丰富性以及可配置性[6]。Teamcenter 是全世界最广泛使用的PLM 系统。PLM 能够有效地管理研发过程的图文档，能够在一个产 品的全生命周期里统筹所有资源信息，能够保证产品数据的整性、正确性、一致性，能够解决企业产品研发过程中的频繁变更、可追溯性差的问题，并且能够实现数据的版本管理等功能[7]。PLM 平台完成了产品数据的“删繁化简”，将以前需要人手工存储的产品三维数据和二维图纸标准化和数字 化，将它们统一地放在共享数据库中，为产品的协同设计提供了可能[8]。该系统与SAP 系统集成后，将产品代码导入Teamcenter 平台，工艺设计人员将设计好作业指导书、关键过程质量参数与产品代码建立关联自动输出到对应的数据，且根据工艺设计的变化动态更新，确保工艺是最新版本。

（3）生产管理系统MES，是一套面向制造企业车间执行层生产信息化管理系统[9]。我公司根据铸钢件生产流程及特点自主研发了一套用于生产管理的系统，主要功能为根据产品代码建立产品的生产制造流程，工序生产节点计划，在制统计，入库统计，OTD（及时交货率统计等）。在过程质量控制系统中主要是将产品的作业指导书、关键质量参数与工序进行关联实时更新，为现场员工提供准确的工艺和生产信息。

（4）智造运营（过程质量控制）系统为我公司自主开发的手机APP 系统，主要功能为员工在手机端提供一个便利的查询、汇报终端系统。通过该系统，员工可以看到当天的生产计划，以及对应产品的作业指导书、该工序需要控制的关键质量参数。

2 过程质量控制系统应用

Teamcenter 整合大多数的CAD 等各种自动化软件，包含的数据集范围也十分广泛[10]，因此Teamcenter 系统可以将各种形式的作业指导书、关键过程质量参数输出（图2、图3），工艺设计人员将产品工艺设计完成后，编制每一道工序的专项作业指导书和关键过程质量参数控制表（图4、图5），并且与产品代码、工序代码相关联，通过接口输出功能将该文件输出到数据供过程质量控制系统调用。

生产管理系统（MES 系统）根据产品的代码、铸件号确定铸件的生产流程及工序计划（图6），然后下达到手机系统。

过程质量控制系统（智造运营）作为现场手机终端APP 系统，以产品的代码作为索引、将铸件号、工序计划与作业指导书、工序关键质量参数进行集成关联在一个平台中，现场人员以手机号登陆后可以方便的产品自己当班生产计划（图7）。

图2 设计平台的专项作业指导书输出 Fig.2 Special operating instructions output of design platform

图3 关键过程质量参数输出 Fig.3 Key process quality parameter output

图4 专项作业指导书 Fig.4 Special operating instructions

查询到当班生产计划后，班组长即组织当班开始学习专项作业指导书，掌握产品的操作流程、重要质量信息（图8）。

作业指导书学习完成，员工开始准备生产物料，同时班组长开始组织检测上序转过来的半成品过程质量状况（图9），如果上序过程质量参数100%合格，则本序给予上序一定的质量奖励金额，如果发现有不合格的质量参数则上序按不合格类型和数量补偿本序，同时该不合格信息自动集成到公司不合格管理系统进行纠正、预防处理。通过这种方式来促进大家的自主管理意识，真正体现过程质量控制的三不原则“不制造缺陷、不接受缺陷、不传 递缺陷”。

图5 各工序关键质量控制参数 Fig.5 Key quality control parameters of each process

图6 MES 系统排产 Fig.6 MES Scheduling System

图7 生产流程、生产计划查询 Fig.7 Production process and plan inquiry

图8 专项作业指导书查询培训 Fig.8 Special operating instructions inquiry training

图9 检查上序过程质量参数 Fig.9 Check the sequence process parameters

班组长检查完上序质量之后，按照作业指导书要求、关键质量参数组织本序生产，然后在系统中自检质量参数控制情况（图10）。自检结束后系统自动将本序完工信息传输到生产MES 系统中进行完工汇报，班组获得本序的生产定额，将本序的半成品移交给下序。

每个工序完工后的结果，过程质量控制系统将每个班组的当月的过程质量控制符合率、索赔和被索赔的金额动态更新（图11），使每个班组都能清晰明了的知道自己的产品质量水平和实时的质量奖罚状况，真正做到全员关注质量，全员提升质量。

图10 检查本序过程质量参数 Fig.10 Check current process parameters

图11 班组过程质量符合率和索赔金额统计 Fig.11 Team process quality compliance rate and claim amount statistics

3 过程质量控制系统应用效果

（1）生产质量融合：过程质量控制系统（手机APP）将MES 中所有的生产计划与产品相关的作业指导书、关键过程质量参数集成，将关键过程质量参数评价与MES 系统完工汇报集成，完全实现了质量控制与高效生产的智能融合。

（2）数字化图形化：过程质量参数以图形比对、数据比对为基础，为产品过程质量的统计分析提供基础数据，实现过程记录真实、准确、及时的信息反馈，促进产品质量的改进。

（3）过程控制能力：通过全员参与、上下序互检、质量索赔的市场化运营的质量控制的方式，公司专职检查员人数减少80%，关键过程质量参数符合由66%上升到91%，产品质量焊补率下降50%。

4 结语

在数字化、信息化时代，制造业需要积极的利用先进的信息技术来改变传统思维，采用互联网的思维来解决生产制造过程中的各个信息断点和孤岛。共享铸钢的铸造生产过程质量控制系统的应用解决了质量控制如何有效运行的最基本问题，通过系统集成实现工艺、生产信息的无缝集成，通过手机终端显示的模式解决了现场信息及时反馈的问题，通过检查量化模式的改进，促进了全员参与质量改进的积极性。