制造质量控制企业模型分析

1、制造质量控制企业模型分析SY0707325熊耀华摘要：制造质量控制是企业对产品组成中自制件的加工质量进行控制，是企 业质量管理模块的重要组成。本文通过IDEF建模方法构建了制造质量控制的功 能模型、过程模型以及数据模型，进一步分析与阐述了流程中各部分的功能，指 明了数据信息之间的关联与交流，为企业制造质量控制系统的开发搭建了雏形。关键词：IDEF，制造质量控制，企业模型IDEF建模方法IDEF的基本概念是在20世纪70年代提出的结构化分析方法的基础上发展 起来的。结构化分析方法在许多应用问题中起到了很好的作用。它在降低开发费 用、减少系统中的错误、促进交流的一致性及加强管理等方面都产生了效益。

2、1981 年美国空军公布的 ICAM（Integrated computer aided manufacturing）工程中用了名 为“IDEF”的方法。IDEF是ICAM Definition Method的缩写，后来就称之为 Integrated Definition Method。IDEF最初主要由以下三种模型组成：IDEF0 （功能模型）：描述系统的功能活动及其联系；IDEF1X （信息模型）：描述在该环境下信息的结构和语义；IDEF2（动态模型）：描述制造系统随时间变化的各种行为。后经美国KBSI公司的发展，IDEF已逐渐形成一整套从各个方面分析设计 复杂系统的方法家族，包括IDEF

3、0-IDEF14。IDEF方法的每一种模型在系统分析 的某一方面都是强有力的分析工具。1.1IDEF0 方法IDEF0的基本思想是结构化分析方法，来源于结构化分析设计技术方法。 IDEF0模型由一系列图形组成，是对一个复杂事物的抽象和规范化描述。按照结 构化方法自顶向下、IDEF0逐步求精的分解原则，IDEF0的初始图形首先描述最 一般、最抽象的特征，确定系统的边界和功能概貌；然后对初始图形中所包含的 各个部分按照IDEF0方法进行逐步分解，形成对系统较为详细的描述并得到较 为细化的图形表示，这样经过多次分解，最终得到的图形细致到足以描述整个系 统的功能为止。IDEF0模型是真实世界中事物功能

4、的抽象，事物的功能用方框图表示，同时 抽象出作用于功能的相关要素。盒子代表活动，活动的一般形式如图1.1所示。图1.1活动的一般表示输入：功能需要处理的数据，箭头标注在活动的左边；输出：功能处理得到的数据，箭头标注在活动的右边；控制：说明控制变化的条件和环境，或者说约束，箭头标注在活动的上 边；机制：作用在活动底部的是机制，它说明执行的事物可以是人或设备。1.2IDEF3 方法IDEF3是过程描述获取方法（process description capture），是一种为获取对 过程的准确描述所使用的方法。IDEF3为收集和记录过程提供了一种机制，它以自然的方式记录状态和事件 之间的优先和因果

5、关系，为表达一个系统、过程或组织如何工作的知识提供一种 结构化的方法。IDEF3可以适用于以下用途:记录在调研过程中产生的原始数据； 确定信息资源在企业的主要业务流程中的作用；记录决策过程，特别是关于制造、 工程和维修的产品定义数据的决策过程；管理数据配置和更改控制策略定义；进 行系统设计和分析；提供模拟模型。IDEF3用两个基本组织结构场景描述和对象来获取对过程的描述。“场 景描述”可以看作：（1）在一个组织中，需要用文件记录下来的一种特殊的重复 出现的情景；（2）描述了一个组织或系统阐明的一类典型问题的一组情况；（3） 过程赖以发生的背景。“对象”则是任何物理的或概念的事物。这些事物，是领

6、域中的参加者认识 到的，或谈到的，那些发生在该领域中的过程描述的一部份。1.3IDEF1x 方法IDEFlx是一种语义数据模型化技术，用来描述系统的信息及联系，建立信 息模型，可作为数据库设计的依据，支持概念模式，并具有所期望的一致性、可 扩展性和可变换性。IDEFlx把实体一一联系方法应用到语义数据模型中，其最 初形式是在P.P.S(Peter)Chen的实体联系模型化概念与P.P(Ted)Codd的关系理论 的基础上发展起来的。除了图形表达和模型化过程方面的改进外，IDEFlx还对 语义进行了增强和丰富。由于IDEFlx在建立信息模型方面具有上述许多优势， 因此，当前对它的研究和应用很广泛

7、。IDEFlx方法的作用是在需求分析时对所建系统的信息资源进行分析和交 流。从IDEFlx的角度看信息系统，它不但包括自动化系统的成分，也包括非自 动化的成分，如人员，文件柜，电话等等。与数据库设计方法不同，IDEFlx是 分析以下问题的一种方法：企业信息的采集、存储和管理；信息的管理规则；企 业内信息之间的逻辑关系；缺乏良好的信息管理导致的问题。IDEFlx的目标之一就是为信息分析提供一个结构化的、规程化的方法。 IDEFlx可以减少建模过程中的不完整性、不精确性、不一致性和不准确性。同 时，IDEFlx建模奠定了数据库设计基础，给出了信息结构定义，提供了反映基 本信息需求的需求说明，是描述

8、企业信息需求的一个有效方法。制造质量控制2.1制造质量控制的含义及措施产品质量是制造业企业以客户为中心战略的三大核心问题之一。制造质量控 制即是对产品组成中自制件的加工质量进行控制。企业以质量控制为手段的一切 措施都是为了满足客户对产品质量的要求。企业通过对制造过程忠的原料、半制品、成品、和商品全面、全过程的质量 检测，确保客户手中的产品符合合同规定的全部质量保证条款；企业通过对制造 过程的工艺、设备、能源的在线检测，确保产品在线制造过程中的质量都能控制 在制造工艺技术的要求范围内；企业通过对产品质量问题的追踪，充分利用产品 质量的反馈信息，发现质量隐患，以便控制和改善产品质量的薄弱环节；企业

9、通 过对各种质量因素的分析，突出主要矛盾，为稳定并进一步提高产品整体质量提 供解决途径和手段;质量通过一系列质量保证措施，确保产品质量的稳定和提高。2.2制造质量控制模型构架企业制造质量控制主要包括以下功能：制造过程中对原料、半制品、成品和商品质量检测的综合。制造过程中对工艺、设备和能源在线检测的综合质量追踪的综合。产品质量因素分析。质量控制措施的制定和实施。上述五个部分，其中在制造过程中对原料、半制品、成品和商品的检验、测 试是质量控制的最直接的措施，从其中的数据可以直接反映出产品制造过程的质 量状况。然而这是一种“事后”、被动的质量控制方式，它只是起“卡关”作用。 在制造过程中，在线检测并

10、控制工艺、设备和能源参数，虽然是一种“间接”的 质量控制方式，但是一方面，因为在线动态测试，有问题可以立刻反映出来，能 给予快速及时控制；另一方面即使是间接的，如果确实抓住了影响产品质量的“关 键参数”检测并控制，却是实施质量控制的最有效手段。质量追踪虽然也是“事 后”去“追踪”，但对于质量隐患的发现，尤其对原来往往没有重视的质量因素 的追究，具有重要意义。上述三个方面，是从不同的角度去发现全来年给问题的 检测手段，它们是必要的，并且相互取长补短，使得人们能及时、全面地发现制 造过程中的各种质量问题。产品质量因素分析与质量控制措施的制定和实施两部分是从产品质量总体 状况出发，进一步分析影响产品

11、质量的主要因素，以便制定并实施一系列质量控 制措施，来稳定、改善和提高产品的总体质量水平。因此制造质量控制的组织流 程图如图2.2所示。图2.2制造质量控制组织流程2.3制造质量控制的功能模型根据对制造质量控制模型的功能分析以及组织流程，利用IDEF0方法进行 制造质量控制的功能建模。质量控制活动分为质量检测综合、在线检测综合、质 量追踪综合、质量控制因素分析、质量控制措施制定与实施五个子活动，按照质 量管理规范、质量目标以及ISO9000族质量管理体系对原料信息、设备信息、 工艺信息等生产信息进行全面地质量控制，并对各种质量控制措施进行实施效果 检定，如图2.3.1所示。原料信息质量检测综合

12、在线检测综合质量追踪综合质量控制措施制定与实施措施实施效果,设备维护与更换USED AT:CONTEXT:NOTES： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10质量目标ISO9000 族质量措施质量因素工艺参数质量因素安咿品甲母龄 质量因素质量控制因素分析质量控制因素设备参数反馈信息方差分析结果*表单信息经办信息数据采集制造人员相关分析工艺技术回归分析质量控制NODE:TITLE:NUMBER:A0DATE: 2008-2-14REV: 2008-2-15AUTHOR:熊耀华PROJECT:质量控制企业模型方差分析质量规范回归分析结果质量指标板相关分析结果 QWORKINGREADERDATE

13、DRAFIRECOMMENDEDPUBLICATION图2.3.1活动A0质量控制2.3.1质量检测综合质量检测综合是对产品以及物料的直接质量检验，包含对原料、半制品、成 品以及商品的质量检测。其基本对象包括：质检属性：包括质检代码、质检名称、质检品代码、质检项目代码、 质检参数代码、质检设备代码、表单代码等。质检品属性：包括质检品代码、质检品名称、类别、样本计量单位、 样本数等。质检项目属性：包括质检项目代码、质检项目名称、项目类别和主要 质检参数。质检参数属性：包括质检参数代码、质检参数名称、质检数据合格标 准等。表单属性：包括表单代码、表单名称、经办代码、周期类别等。经办属性：包括提交方

14、经办单位、接受方经办单位等。质量检测综合是质量控制的最直接的措施，为进一步的质量控制因素分析以NUMBER:及质量措施的制定提供了基本的依据。其功能模型如图2.3.2所示。NODE:A1TITLE:质量检测综合图2.3.2活动A1质量检测综合2.3.2在线检测综合在线检测综合是对设备参数以及工艺参数进行实时控制，包含设备检测以及 工艺检测两部分，涉及企业管理中的设备的管理以及工艺的管理两大模块。设备检测包括对所有设备资源的检测，包括生产设备、辅助生产设备、运输 设备、加热或冷却的能源设备、环保设备、控制计量设备等。其基本对象包括设 备状态、设备维护以及设备检修，以保证设备的正常运行。工艺检测是

15、对工艺规程和工艺状况进行全面的检测以对工艺进行及时的调 整，以保证产品生产完全符合工艺要求。在线检测综合是对制造质量进行控制的间接措施，却对保证产品质量在生产 过程中始终保持在技术要求之内起着极为重要的作用。其功能模型如图2.3.3所 示。2.3.3质量追踪综合质量追踪是对制造质量控制的后溯措施，其依据质量信息反馈单所提供的信 息，追寻发生质量问题的产品制造过程中的质量检验情况、工艺执行状况和设备 运行状况，为进一步分析质量工艺数据，以确定发生质量问题的全面情况，进一 步实施因素分析，找出质量问题的范围、程度和因素以解决质量问题提供依据。质量信息反馈来自两个方面，一是用户对产品质量的信息反馈，

16、主要反映产 品(批次或单个)的质量问题。质量追踪的基本对象包括：质量信息反馈：包括质量信息反馈代码、质量信息反馈名称、信息来 源代码、信息内容代码和表单代码。制造物流质量检验追踪：包括包括问题产品代码、分段工序名、分段 工序物流代码、分段工序质检代码等。制造过程工艺状况追踪：包括包括问题产品代码、分段工序名、分段 工序物流对应时间段工艺状况代码等。制造过程设备运行状况追踪：包括问题产品产品代码、分段工序名、 分段工序物流对应起始时间、分段工序物流对应时间段生产设备报警状态代码等。表单：包括表单代码、表单名称、经办代码等经办：包括经办代码、提交方、接受方等。对象之间的关联如图2.3.4所示：图2

17、.3.4质量追踪对象关联图根据质量追踪对象的关联，将质量追踪活动分为物流质检追踪、物流工艺追 踪、物流设备追踪以及质量追踪结果综合四个子活动，其功能模型如图2.3.5所 示。2.3.4质量控制因素分析质量控制因素分析是制定企业质量措施的基础。影响产品质量的因素是众多 的，有原料、设备和操作等各方面的因素。质量控制因素分析的核心部分即是针 对产品质量主要指标影响的因素进行定性、定量分析。不同的产品，这些因素对 各个质量指标的影响是不同的。因此必须依据有关的专业知识、通过对企业的生 产实践数据以及必要的试验数据的分析来建模并由此掌握质量控制的主要目标、 方法和手段。分析影响产品质量主要因素有三个研

18、究步骤：确定研究对象：有关产品质量的主要目标。通过相关分析：确定同研究对象相关度高的质量控制因素。通过回归分析，研究这些质量控制因素同产品主要质量目标之间的定 量关系。质量控制因素分析常用到两类算法：相关分析与回归分析。前者涉及从众多 因素中找出关系密切的因素；后者用于分析相关因素同质量指标的定量关系。相关分析：相关分析是一种常用于研究变量之间密切程度的统计方法。 可以用相关系数作为描述质量控制因素同产品主要质量指标之间线形 相关程度的定量指标。回归分析：在确定质量控制因素之后，进一步分析它们同主要质量指 标之间的定量关系，可采用回归分析。此时，以质量控制因素为控制 变量，主要质量指标为因变量

19、，用一定的回归模型来拟合因变量和自 变量的数据，通过确定模型参数得到回归方程。为了研究不同因素对质量指标的影响，质量控制因素分析常常使用方差分析 这种有效的数理统计方法对各组样本的均值是否有显著性差异进行检验。2.3.5质量控制措施制定与实施质量措施是指为了稳定、改善和提高产品质量水平，采取的各种技术的、管 理的控制措施。质量措施有很多种类，从性质来分，一类是技术措施，另一类是 管理措施；从目标来分，一类是稳定措施，另一类则是有关工艺、设备和操作的 控制措施；从方法来分，一类是通过规则、标准的制定来控制，另一类则是通过 各种生产过程中的干预加以控制。一、质量措施的制定质量措施的制定是一项复杂的

20、工程，其制定的基础就是质量控制因素的分 析，制定的标准和规则还须经过生产实践的考核，其中不利于产品质量水平的稳 定的、不符合制造环境实际的，必须加以修改。质量措施的制定涉及两类：质量检验标准、规则的制订与修改质量检验是包括从原料采购入库检验、投料检验至各个制造工序半制 品检验、成品检验一直到出厂商品检验的整个制造过程中最重要的、最全 面的质量控制措施。检验的标准、规则制定是企业对产品质量定义的法定 文件。它一般包含产品的功能指标、性能指标、技术条件、环境条件、分 级和处理规则。规范、完整、科学的质量检验标准和实施规则是企业质量 体系是否完善的重要标志。这些标准和规则，在生产实践过程中还须加以

21、修改，以确保其在任何情况下的效用。过程质量控制措施的制定与修改过程质量控制措施是指在工艺、配方、设备、操作以及能源供应等制 造过程中各要素符合标准和规则所采用的措施。过程质量控制措施的制定 即是其标准和规则的制定。在生产实践中，这些标准和规则还须加以修改， 以便更好地稳定并进一步提高产品质量水平。质量措施制定的对象包括：物料质量检验标准制定与修改工艺条件标准制定与修改工艺配方标准制定与修改设备运行条件标准制定与修改制造过程操作规定制定与修改综上所述，质量措施制定活动可以分为质量检验标准、规则的制订与修改以 及过程质量控制措施的制定与修改两个子活动，其功能模型如图2.3.6所示。工艺条件标准制定

22、与修改工艺配方标准制定与修改设备运行条件标准制定与修改制造过程操作规定制定及修改塞0NUMBER:1=1表单信息USED AT:WORKINGCONTEXT:RECOMMENDED5质量措施制造人员NODE:A51TITLE:质量措施的制定AUTHOR:熊耀华DATE: 2008-2-15READERDATEDRAFTNOTES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10PUBLICATION原料信息工艺参数设备参数PROJECT:质量控制企业模型REV: 2008-2-15质量措施物料质量检验标准制定与修改方差分析结果相关分析结果质量控制因素质量指标回归分析结果质量检验标准、规则的制定与修改

23、过程质量控制措施的制定和修改图2.3.6活动A51质量措施的制定二、质量控制措施的实施质量控制措施的实施，涉及到实施过程中的全程监控和实施结果的数据分析。其对象包括：(1)质量检验标准修改后效果：包括工序代码、质量检验标准修改代码、修,疽 生产运行与管理(论文)改前存在问题项名、修改前问题统计数据、修改后效果统计数据等。(2)工艺条件标准修改效果：包括工序代码、工艺条件标准修改代码、标准 修改前存在问题项名、问题统计数据、修改后效果统计数据、问题统计 样本数、效果统计样本数等。工艺配方标准修改效果：包括工序代码、工艺配方标准修改代码、标准 修改前存在问题项名、问题统计数据等。设备运行条件标准修

24、改效果：包括工序代码、设备代码、设备运行条件 标准修改代码等。操作规定修改效果：包括工序代码、制造过程操作修改代码、修改前存 在问题、修改后效果等。综上所述，质量控制措施的制定与实施是企业决策层质量控制的核心部分， 其功能模型如图2.3.7所示。AUTHOR:熊耀华PROJECT:质量控制企业模型WORKINGREADERDAIEDRAFTRECOMMENDEDPUBLICATIONDATE: 2008-2-15REV: 2008-2-15CONTEXT:原料信息工艺参数工艺条件标准制定与修改设备参数制造过程操作规定制定及修改表单信息质量检验标准修改效果工艺技术设备维护与更换:K设备运行条件标

25、准修改效果工艺条件标准修改效果工艺配方标准修改效果设备运行条件标准制定与修改 工艺配方标准制定与修改质量措施物料质量检验标准制定与修改要0心呻弋近乌吹*、妁#;、/五乌吹瓠2洗 制造过程操作规定修改效果NODE:TITLE:质量控制措施制定与实施A5NUMBER:图2.3.7活动A5质量控制措施制定与实施2.4制造质量控制的过程模型制造质量控制是一个随生产循环而迭代进行的循环增益过程，其各活动之间:、，u生产运行与管理（论文）并不存在明确的同步或者异步关系，多数活动是在产品生产过程中不分先后并行 执行。质量检测、在线检测以及质量追踪伴随着整个生产过程，但质量检测所获取 的质检数据以及在线检测所

26、获取的工艺、设备状态信息又为质量追踪提供了直接 的分析依据。同时，质量检测、在线检测以及质量追踪所分析得到的质量因素是 质量控制因素分析的基础，而质量控制因素分析又是质量控制因素制定与实施的 基础。在不合格产品的后期处理过程中，质量追踪又成为发现质量隐患、追究忽 视的质量因素的有效手段。随着生产的循环进行，上述活动相互协助，不断推动 产品质量的进一步稳定与提高。根据对制造质量控制过程的分析，利用IDEF3对制造质量控制进行过程建 模，如图2.4.1所示。USED AT:AUTHOR:熊耀华PROJECT:质量控制WORKINGREADERDATEDRAFTRECOMMENDEDPUBLICAT

27、IONDATE: 2008-2-15REV: 2008-2-179E密生成新在制品 3:；NOTES： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0质量检测 0质量追踪 0质量控制因素分析 0质量控制 措 施制定质量控制33-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-? 0进入代装品库:-29J13对象/质量指标，质量控制因素2：,】：心：.；：=：心:芯，2.7-?.-?-?-?.|-图2.4制造质量控制过程模型一、质量检测质量检测根据生产过程可分为半制品检测、成品检测以及商品检测三个活 动。这三个活动之间是异步或关系，在复杂生产过程的同一时间，三个活动可能 同时展开；但为了完成质量检测的目的

28、，三个活动必须有一个完成并提供质检数 据，因此其过程模型如图2.4.2所示。、，u生产运行与管理（论文）图2.4.2质量检测过程模型在线检测在线检测包含设备检测以及工艺检测两部分，为了保证生产完全符合技术要求，设备检测以及工艺检测必须并行进行。只有设备运行状况以及工艺状况都正常才能进行进一步的生产，二者是异步与的关系，过程模型如图2.4.3所示。USED AT:AUTHOR:熊耀华DATE:2008-2-15PROJECT:质量控制REV:2008-2-17.CONTEXT: 口 . Q 口WORKINGREADERDATEDRAFTRECOMM ENDEDODO &PUBLICA TION5

29、.1NOTES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10图2.4.3在线检测过程模型气*生产运行与管理（论文）三、质量追踪依据所获取的质量反馈信息的不同，质量追踪可分为物流质检追踪、物流工 艺追踪以及物流设备追踪三个活动。在质量控制过程中，信息流是复杂的，可能 包含了质检、设备以及工艺的全部反馈信息，因此这三个活动是异步或的关系， 并且质量追踪的实现至少须一个活动的完成。过程模型如图2.4.4所示。2.5制造质量控制的数据模型根据对制造质量控制各功能模块基本对象的分析，明确了由质检数据、工艺 数据质量因素数据质量控制因素数据质量控制措施数据的数据信息流程，通过IDEFlx建模方法，构建制造质

30、量控制的数据模型如图2.5所示。质检/I质检代码质检名称 质检品代码 质检项目代码 质检设备代码 质检数据获取质量因素/14 质量因素代码 工艺代码(FK) 质检代码(FK)应检对象类型质检项巨/2质检品/3质检参数/4质检设蓄/ 5质量控制因素代码 质量因集代甫(FK)精检项目代码-质检代码(FK)精检品代码- 质检代码(FK)精检参数代码-质检代码(FK)质检项目名称I质检品名称项目类别I I类别、： ：质检参数名称I质检设备对象类型工艺/7设备状态/II设备维护/12工艺代码设备状态代码工艺名称 工艺规程代码 工艺状况代码 工艺调整代码质检设备代码(FK) 质检代码(FK)设备维护代码1 质检设备代码(F质检代码(FK)工艺对象类型工艺规程工艺状况79设备状态名称设备报警属性设备故障/