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質量信息集成化系統的開發論文

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  0.引言

  改革開放以來,經過推行日本TQC方法、引進K)9000質量認證體系以及實施六西格瑪管理等質量管理方法,我國制造業總體質量管理水平有了很大的提高,但目前與國外發達國家相比仍有不小的差距。

  統計顯示,從2000年到2007年8年間,每季度國家質量技術監督局對市場消費品抽查的抽樣合格率都僅為80%左右。按照保守估算我國每年不合格品的損失高達3000億元。而這還只是對產成品的質量損失的計算,因此只是冰山一角,若考慮到在制造過程中由于質量問題所造成的企業內部返工、報廢的損失,結果將更加驚人。

  為解決我國質量管理的這種現狀,政府和企業界每年都有巨大的投入,但一直不能得到滿意的回饋,形成目前這種狀況的原因有很多,但從質量工程角度考慮,主要是相應的質量工具沒有得到應用或者是被誤用。為解決質量工具在企業中的應用問題,很多企業對員工進行質量工具的培訓,引進質量管理軟件,期望能夠最終解決問題。我們欣喜的看到,隨著企業信息化的推進,計算機和軟件技術在企業中得到大規模的推廣和應用,這也使一些基于統計知識的質量管理方法在企業中的應用變成了現實。但這些質量管理軟件和質量管理方法的應用情況究竟如何呢?

  1.我國質量管理軟件的應用情況

  為了解我國制造業企業的質量管理水平現狀,受國家發展和改革委員會委托,中國質量協會聯合天津大學管理學院對全國大中型制造業企業質量管理狀況進行了問卷調查研究。其中就企業質量管理信息化的應用情況,在所調查的105家企業中僅有22.86%的企業有在線的質量數據收集系統并應用了專門的質量管理軟件,從調查結果分析可以得到如下結論:

  (1)目前我國企業在應用現代質量工具和方法方面的結果仍不盡如人意;

  (2)在質量管理軟件的應用方面,企業與企業、行業與行業均存在巨大的差距;

  (3)觀有的質量分析系統軟件并不能完全滿足企業需要,特別是在全過程的信息集成方面;

  (4)洛單項工具之間的集成和質量工具操作的方便程度特別是對非統計專業人員的支持方面仍有待加強。造成這種局面的原因有很多,有企業規模的問題,員工素質的問題,行業的問題等。但從軟件本身來說,縱觀國內外有關集成質量管理系統的研究開發情況,雖然各種計算機輔助質量系統(CAQ)已經在各種行業內得到了應用并且取得了一定的效益,但是他們大多局限于對來料的檢驗、生產過程的在線監控等方面。而對于各種質量設計、優化和控制工具的研究可以說仍處于起步階段。早在80年代,國外學者就開始了有關質量集成軟件方面的研究,Desuy和KapxTi等人首次提出了集成質量系統的概念,隨后Hepiediai人給出了集成質量系統的框架121,Nokabad等人探討了在定制化生產環境下的質量信息系統13。近年來,國內有關這方面的探討比較多,相關的研究涵蓋了質量管理體系基本框架、模型以及質量管理系統的總體構建等方面1n。但縱觀國內外的研究成果,主要還都是集中于理論體系研究階段,由于不同行業本身存在的質量體系和設計開發方法的差異性,要建立一個通用的平臺具有相當的難度,目前實際開發并得到應用的軟件還不多見。

  為此迫切需要一套質量信息集成化管理系統,綜合應用先進的質量管理方法,保證企業產品質量的連續改進,為現代質量管理方法的推廣奠定堅實的基礎。本文以作者所在項目組開發的質量管理系統為例,說明如何以生產過程質量信息的集成為主線,實現設計信息和制造信息的共享以及質量信息和工具的集成。

  2.系統的總體設計

  2.1質量管理軟件的現狀

  目前,企業中常見的質量管理軟件分為如下三類:

  (1)質量數據分析工具。這類系統以數理統計分析為核心,強調質量數據的分析與處理。但這類軟件中的各模塊相互獨立,不能實現各種質量工具的信息傳遞與共享;另一方面,這類軟件與制造過程沒有任何聯系,僅僅是質量工程師進行數據分析的工具。

  (2)ERI系統中集成的質量管理模塊。現有的絕大多數ERP系統均包含了質量管理模塊,實現了產品制造過程中的質量信息集成。但是,ERP系統中的質量管理模塊一般僅限于數據的收集、存儲和簡單的分析,對數據進行深入統計分析的功能基本不包括在系統中。

  (3)6SSm項目管理軟件系統。主要功能是實現6SSna項目實施過程中的人員、資金、進度方面的計劃和控制,保證項目的溝通和協調。因此,這類軟件更多的是強調項目管理和各種分析結果的共享,而實施6SiSna過程中的各種原始資料和數據并不能進行集中存儲和共享;另一方面,這類軟件以項目為中心,對過程涉及很少,對產品全生命周期的質量改進支持很少。

  2.2質量系統的設計思想

  本項目組開發的集成質量管理系統,設計目標如下:

  (1)實現產品全生命周期的質量信息集成與共享;

  (2)實現多種質量工具的集成;

  (3)與ERP系統實現數據共享;

  (4)完全從底層開發統計工具,保證系統的靈活性和可擴展性。

  為實現這一設計目標,系統的主要目的是實現質量信息的集成,集成架構如圖1所示。即將產品厚部件、工藝路線、工序、關鍵質量特性(CQ)等生產過程中的要素進行集成并實現數據共享。

  系統的設計是面向產品和過程。通過產品為中心,集成整個設計和生產過程的相關質量信息,將產品的生產分解為工藝路線再細化為工序,最終對應到CTQ從而將整個設計和生產過程完整的描述出來。產品的質量管理最終歸結到對過程中CTQ的管理,使用集成的質量工具,對CTQ進行測量、分析、控制、優化,并反過來調整和指導生產,從而改進生產流程。

  3.系統功能模塊介紹

  系統的主體功能包括用戶管理、基本信息管理、質量分析、質量優化和質量控制五個模塊,同時系統還包括系統幫助模塊。具體功能結構如表1所示。

  3.1用戶管理模塊

  用戶管理模塊主要功能是對系統操作人員的權限限制,保證不同的人員對系統有不同的操作權限,而且保證每名操作人員對系統中重要信息的操作都有可追溯性。

  3.2基本信息模塊

  基本信息管理模塊主要功能是生產過程的定義。通過產品管理、工藝路線管理、工序管理和關鍵質量特性管理定義一個完整的生產過程,此生產過程定義完后會通過主界面上的三個樹型結構顯示出來。系統通過此模塊中的產品管理、零部件管理、設備管理和供應商基本信息管理與ERP或企業現有的信息系統集成起來。保證了ERP系統與集成質量管理系統中數據的共享。當然,系統的設計也考慮到有些企業目前還沒有建立起比較完備的信息化系統,因此本系統也可脫離ERBf境獨立運行。

  3.3質量分析模塊

  質量分析工具包括直方圖、排列圖、因果圖等傳統的質量工具以及多變異分析、測量系統分析和過程能力分析等,這些工具主要用在質量改進的前期階段,以定性和定量相結合的方法來發現過程的關鍵質量問題。這些質量分析工具既可以通過數據庫和相應的工序或工藝路線建立聯系,也可以作為工具單獨使用,從而保證了系統的柔性。

  3.4質量優化模塊

  質量優化工具包括質量功能展開(QFD)、實驗設計(DOE)和失效模式與效用分析(FMEA)針對已經分析出來的質量問題,充分運用質量優化工具,得到優化的工藝參數和生產條件,使關鍵質量特性有穩定理想的輸出值。

  3.5質量控制模塊

  質量控制工具主要是控制圖。按照優化的結果調整完工藝過程參數后,根據輸出值屬性的不同以及相應的工藝控制要求制作適宜的控制圖。此模塊通過從生產線上實時采集的數據繪制控制圖,允許用戶根據自身的需求選擇判異規則,能夠及時的檢測生產線的工作狀態,一旦發現控制圖出現了異常就會有相應的報警措施,提醒工程師啟動失控行動方案,從而避免不合格產品的大量出現。

  4.系統的集成

  系統的集成是整個系統的重點,系統的設計目的就是實現質量信息的集成管理,集成的應用質量工具實現企業質量的持續改進。

  4.1質量信息的集成

  信息集成最重要的特征就是信息共享和數據通信。質量信息是在系統中的定義是,產品中有關于質量管理的信息,包括產品的設計信息、原材料和零部件供應商的檢驗信息、測量工具的測量能力分析信息、工序和工藝路線的生產能力信息、生產線上的控制信息等。在傳統的設計制造過程中,由于各種質量工具信息的互不溝通,導致了大量設計和制造部門對產品質量理解的不一致,形成了一個個的信息孤島,因而降低了設計的有效性,同時也延長了設計到制造的周期,無法適應目前日趨激烈的競爭環境。

  為滿足質量信息集成的要求,系統設計通過統一的信息平臺,將質量信息通過產品生產過程的主線被分析匯總到數據庫中,各部門人員面向存儲在數據庫里的統一的質量信息,使每一個質量活動的信息都能被產品全生命周期的各個相關部門統一理角解達到信息資源的充分共享,使得產品生命周期各個階段或各個職能部門共同使用的各種質量工具的信息。這也使得管理者對所做的質量管理工作具有了可溯源性,為以后數據挖掘和知識管理奠定了數據基礎。

  4.2質量工具集成

  質量工具之間集成是我們這個系統的特色。各種質量工具都有其適用的范圍和優勢,目前對于這些單個的質量工具的應用都已有很多軟件支持,但很多質量工具并不是完全割裂的,在質量管理的過程中,只有充分利用它們之間的互補關系,才能發揮其最大的效用。目前,有關質量工具之間的集成研究也比較多|8,,但實際開發出可應用的系統并不多見。在本系統中,質量工具間的集成主要體現在以下方面。

  質量功能展開(QFD)和失效失效模式與效用分析(IMEA)之間的集成。QED是用來將顧客需求轉化為產品特征、零部件特征和生產工藝特征的工具。FEA是依據由質量目標所制定的技術文件,根據經驗分析產品設計與生產工藝中存在的弱點和可能產生的缺陷,判斷這些缺陷發生的幾率,以及發生這些缺陷產生的后果與風險,并在決策過程中采取措施加以消除。IMEA可以確定什么是關鍵顧客需求,與工程特性相關的產品的可靠性和安全性如何,與顧客需求相關的失效模式的嚴重度如何,還可以減少對嚴重度、頻度及檢測度的主觀偏見,因此其結果可被用于QID中重新評價質量屋以及設置質量計劃的目標矩陣。同時,QFD的結果可以幫助MEA中關鍵質量特性的確定,分析產品的可靠性和安全性以及工藝特征間的關系,分析故障模式的嚴重性和顧客需求間的關系并可減少在評價故障的嚴重性、可能性和可檢測性中的主觀偏差。

  QFD和試驗設計(DOE)之間的集成。QED的目的是使產品開發盡可能地面向顧客需求,以保證產品以最小的風險最可靠地滿足用戶需求,保證設計的可靠性。doe的目標是選取合適的參數取值和參數范圍,使得產品的關鍵質量特性始終接近理想值,質量損失最小,從而保證在產品質量滿足用戶需求。它們是從不同的角度,不同的方面對產品質量進行保證。然而在傳統的質量功能展開方法中,關系矩陣和相關矩陣這兩部分通常是根據人的經驗而定,這就不可避免的存在一定的主觀性風險,本系統是通過利用DOE的支持確定QED中的關系矩陣和相關矩陣,這種處理可以減少定性處理所帶來的偏差,為關系矩陣和相關矩陣的定義提供定量的支持。同時,QI對客戶需求、產品特性、零部件特性以及生產工藝的分析也為實驗設計提供了確定實驗策略方面的參考,使得實驗設計這一工程上的技術能夠更多的考慮到顧客的需求。

  以上這些質量工具間的集成更好的發揮了各種工具的優勢,還從不同程度彌補了單個工具的不足之處。

  5結束語

  隨著我國制造業的快速發展,增長模式的轉變是必然的趨勢,企業競爭中質量的核心地位將越來越得到重視,計算機和網絡技術的突飛猛進也為質量管理的信息化提供了技術支持,因此質量管理系統的應用和發展有著廣闊的前景。本系統下一階段研發的重點是完善數據實時采集和分析,開發相應的支持六西格瑪項目管理的模塊。

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