本文作者：上海大眾動(dòng)力總成有限公司

朱正德先生

　　為應(yīng)對(duì)汽車行業(yè)多品種、柔性化的生產(chǎn)模式，企業(yè)需在轉(zhuǎn)換工藝規(guī)劃的同時(shí)，創(chuàng)建與之相適應(yīng)的制造質(zhì)量保證機(jī)制。本文以國(guó)內(nèi)某發(fā)動(dòng)機(jī)主流企業(yè)剛完成的“透明化工廠”項(xiàng)目為例，介紹了通過提升“qs-STAT企業(yè)版統(tǒng)計(jì)分析軟件”的功能，完成網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控的全過程，從而實(shí)現(xiàn)了從自動(dòng)數(shù)據(jù)錄入、可視化、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)顯示到數(shù)據(jù)分布模型的自動(dòng)選擇和評(píng)定及質(zhì)量信息的歸檔全面解決方案。

　　眾所周知，“工業(yè)4.0”的核心就是基于智慧工廠的智能制造，而為了確保產(chǎn)品的制造質(zhì)量，就必須遵循現(xiàn)代質(zhì)量觀念，即“質(zhì)量是設(shè)計(jì)和制造出來的，不是檢查出來的”。對(duì)于中國(guó)這樣一個(gè)汽車制造大國(guó)來說，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降本增效的目標(biāo)，強(qiáng)化工藝過程的穩(wěn)定性并進(jìn)行優(yōu)化和功能的拓展。

　　建成于2005年的上海大眾動(dòng)力總成有限公司（以下簡(jiǎn)稱“VWPT”）是一個(gè)專業(yè)生產(chǎn)小排量汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的合資企業(yè)，也是全球最大的生產(chǎn)知名EA211系列發(fā)動(dòng)機(jī)的工廠，并為多年來國(guó)內(nèi)產(chǎn)銷均據(jù)首位的上汽大眾提供了占其產(chǎn)能所需80%的發(fā)動(dòng)機(jī)。3000余名員工在2016年生產(chǎn)了165萬(wàn)臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，而2018年的計(jì)劃產(chǎn)量為195萬(wàn)，其產(chǎn)能規(guī)模已達(dá)到亞洲第一、世界第二。

　　當(dāng)前，以汽車行業(yè)為代表的現(xiàn)代制造業(yè)正大力推行“工業(yè)4.0”和國(guó)家于三年前出臺(tái)的“中國(guó)制造2025”，而通過打造透明化工廠來實(shí)現(xiàn)企業(yè)的智能制造就是一條正確的途徑。所謂“透明化”，實(shí)質(zhì)上就是在集成的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上，使企業(yè)中各職能部門在規(guī)定的要求下，按高效互動(dòng)的方式運(yùn)行，從而體現(xiàn)了智能化制造的基本特征。這有很大的意義，因此繼續(xù)執(zhí)行統(tǒng)計(jì)過程控制（SPC）這一成熟的技術(shù)無疑是十分必要的。但很顯然，為了適應(yīng)“快速、小批量、定制化生產(chǎn)”的智能化制造的需求，務(wù)必充分利用信息化技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)的SPC系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和功能的拓展。

　　早在四五年前，VWPT就通過與知名的統(tǒng)計(jì)分析軟件企業(yè)q_DAS公司的緊密合作，實(shí)施了一個(gè)覆蓋全廠的網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)制造質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，從而在打造透明工廠、實(shí)現(xiàn)企業(yè)智能制造的道路上邁出了重要的一步。該“透明化工廠”項(xiàng)目是依據(jù)企業(yè)計(jì)劃建立一個(gè)高水平質(zhì)量信息系統(tǒng)的需求而立項(xiàng)的，具有生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)集中管理、后臺(tái)自動(dòng)分析評(píng)價(jià)（CAMERA）等一系列先進(jìn)功能。經(jīng)過幾年的努力，所實(shí)施并完成的透明化工廠項(xiàng)目，不但大大地提升了企業(yè)的運(yùn)行水平和產(chǎn)品的制造質(zhì)量，也為國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)中眾多的總成廠、零部件廠以及有相似需求的不同行業(yè)和企業(yè)提供了很好的借鑒。

　　生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變對(duì)生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)提出了新需求

　　事實(shí)表明，為了應(yīng)對(duì)當(dāng)今不斷變化的汽車消費(fèi)市場(chǎng)的需求，在最大程度地適應(yīng)多品種、柔性化生產(chǎn)模式的同時(shí)，還必須提升生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的功能。以四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸生產(chǎn)線為例，多年以來，其中的軸頸磨削工序主要由專用多砂輪切入式磨床組成，基本組合包括用于加工5檔主軸頸和用于連桿軸頸（分別加工1、4檔和2、3檔）的設(shè)備各一臺(tái)。

1a

1b

圖1 傳統(tǒng)型和柔性型曲軸生產(chǎn)線示例

　　在VWPT一廠的曲軸一線（見圖1a）中，紅圈內(nèi)就是3臺(tái)磨床，工件借助機(jī)械手抓取在空中進(jìn)行輸送，并按順序逐一送入機(jī)床。但在之后建成的二廠里，具有砂輪隨動(dòng)、跟蹤功能的CNC磨床已占據(jù)了曲軸軸頸磨削加工的主導(dǎo)地位，通過對(duì)控制程序的調(diào)整，可方便地用于不同類型曲軸的磨削加工，具有很好的柔性。由于采用了一次安裝就能完成全部主軸頸、連桿頸的加工，提高了效率和精度。

　　同時(shí)，因?yàn)樵撟詣?dòng)生產(chǎn)線的工藝方案和平面布置選擇了能夠方便地?cái)U(kuò)充產(chǎn)能的魚骨形（參見圖1b中的諸多箭頭），相比傳統(tǒng)的圖1a所示的直線形工藝布置，魚骨型的方案進(jìn)一步提高了生產(chǎn)線的柔性化程度。從圖1b可見，在幾年前剛建成的曲軸二線中，磨削工序已留有可置放8臺(tái)相同機(jī)床的空間，如圖中顯示，現(xiàn)今實(shí)際配備的磨床數(shù)量是6臺(tái)。

　　此時(shí)，過程監(jiān)控系統(tǒng)將面臨由圖1b中的磨削工序流出，經(jīng)抽樣后送到生產(chǎn)旁檢具進(jìn)行測(cè)量的任何一個(gè)工件都可能存在14種不同的狀態(tài)，而如果在線檢具不加區(qū)分地進(jìn)行測(cè)量，并按傳統(tǒng)做法對(duì)所有實(shí)測(cè)值逐個(gè)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，那就失去意義了。而如果真要對(duì)此時(shí)的加工過程是否處于穩(wěn)定的受控狀態(tài)進(jìn)行分析、判斷，就必須把抽樣、測(cè)量細(xì)化到上述10多種工況中的具體一種，只有在具體地識(shí)別了某一工況后，再有針對(duì)性地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理才有意義。為此，就必須事先對(duì)那些相關(guān)的、將提供質(zhì)量信息的檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式的設(shè)置。并且要求在那些用于評(píng)價(jià)的質(zhì)量數(shù)據(jù)中，除了測(cè)量值以外，還需要包括工件批次號(hào)、機(jī)床、動(dòng)力頭（夾具）、檢具及生產(chǎn)線等信息。

圖2 常規(guī)情況下的單值進(jìn)程圖

　　當(dāng)然，根據(jù)具體情況的不同所設(shè)置的內(nèi)容會(huì)有差別，但數(shù)據(jù)格式的模式是相同的，之后就會(huì)得到如圖3那樣的反映某道工序過程運(yùn)行狀況的（單值進(jìn)程）分析圖。可見，若與圖中那看似繁復(fù)，但終究只有一條單值進(jìn)程曲線（圖2）的情況做對(duì)比，差別還是很大的。由此，結(jié)論就很明確了，即只有具備了經(jīng)過細(xì)化的過程監(jiān)控系統(tǒng)后，才能對(duì)原來無法確切和有針對(duì)性地記錄的一些異常現(xiàn)象予以識(shí)別、分析。之后再按分析、判斷的結(jié)果及時(shí)采取相應(yīng)的措施。可見隨著工藝和生產(chǎn)方式的變化，極需對(duì)傳統(tǒng)SPC進(jìn)行優(yōu)化，以使其功能必須要有相應(yīng)的拓展、提升。

圖3 經(jīng)設(shè)置后包含了過程實(shí)時(shí)監(jiān)控細(xì)化信息的分析圖   

　　在規(guī)模型生產(chǎn)企業(yè)建設(shè)高水平網(wǎng)絡(luò)化

　　過程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的必要性及主要配置

　　VWPT作為代表性的規(guī)模型生產(chǎn)企業(yè)，在過去10多年中，隨著國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)的高速發(fā)展和工廠生產(chǎn)能力的不斷擴(kuò)大，置于車間現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量點(diǎn)和在線檢具的數(shù)量也在迅速增加。但由于這些測(cè)量點(diǎn)（及在其中配置的在線檢具）均是隨著生產(chǎn)車間的建設(shè)而添加的，所以帶來了5個(gè)突出的問題：

• 測(cè)量數(shù)據(jù)的來源很分散：即測(cè)量數(shù)據(jù)分布在3個(gè)廠房的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和4個(gè)測(cè)量室內(nèi)；

• 測(cè)量數(shù)據(jù)互相孤立，即沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)無法交互；

• 測(cè)量數(shù)據(jù)無法共享，即所有測(cè)量數(shù)據(jù)保存在本地電腦，無法快速訪問；

• 現(xiàn)場(chǎng)無過程監(jiān)控，即測(cè)量人員只對(duì)單次測(cè)量有反應(yīng)，對(duì)于整體趨勢(shì)無法預(yù)判；

• 現(xiàn)場(chǎng)反饋不及時(shí)，即由于前面的原因，導(dǎo)致了質(zhì)量信息反饋到職能部門和管理層相對(duì)遲緩。

　　為了對(duì)上述問題進(jìn)行改進(jìn)，并基于德國(guó)大眾全球范圍內(nèi)推行建設(shè)透明化工廠的建議，VWPT建立了一套用于企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)制造質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，具有質(zhì)量數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)可視化、數(shù)據(jù)集中管理、后臺(tái)自動(dòng)分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)（CAMERA 系統(tǒng)）。該系統(tǒng)功能應(yīng)能夠達(dá)到以下要求：

　　第一，提供先進(jìn)的統(tǒng)計(jì)過程控制理論及方法，減小生產(chǎn)過程中的變差，從而提高生產(chǎn)效率；

　　第二，通過對(duì)質(zhì)量數(shù)據(jù)的可視化及更好的人機(jī)交互，提高工程師及相關(guān)操作人員的工作效率，提高現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)質(zhì)量數(shù)據(jù)的敏感性，并對(duì)可能的生產(chǎn)問題做出及時(shí)的反饋；
　　第三，實(shí)現(xiàn)在全廠范圍內(nèi)的，完成來自生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量數(shù)據(jù)的集中儲(chǔ)存、管理及分析；

　　第四，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)分析、加工及裝配設(shè)備驗(yàn)收、過程能力的評(píng)定提供一套統(tǒng)計(jì)分析評(píng)價(jià)策略；

　　第五，能夠提供從自動(dòng)數(shù)據(jù)錄入、可視化、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)分布模型的自動(dòng)選擇、評(píng)定及質(zhì)量信息歸檔全面解決方案。

　　進(jìn)而再對(duì)來自企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的海量質(zhì)量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)進(jìn)行分析：這些數(shù)據(jù)一般有兩類：一類是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的檢具，例如安放在三個(gè)廠房中不同生產(chǎn)線旁的Marposs檢具，它們又分為手工的Marposs檢具和重要工位的全自動(dòng)Marposs測(cè)量機(jī)（它們多數(shù)分布在GROB加工中心旁）等；另一類是精密測(cè)量室的各種檢測(cè)設(shè)備，例如Hexagon公司的CMM三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、Mahr公司的MFK形位公差測(cè)量?jī)x和Hommel公司的粗糙度儀等（圖4左側(cè)為三類/種數(shù)據(jù)源）。

圖4 網(wǎng)絡(luò)化制造質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳遞示意圖

　　本項(xiàng)目的目標(biāo)是將所有這些檢量具的測(cè)量結(jié)果不僅以紙質(zhì)的保存方式供生產(chǎn)人員參考，更多是將這些數(shù)據(jù)都保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，供現(xiàn)場(chǎng)的主管工程師用于實(shí)時(shí)分析。而對(duì)經(jīng)理層則可以通過網(wǎng)頁(yè)的方式來了解實(shí)時(shí)的產(chǎn)品質(zhì)量、OEE數(shù)據(jù)等（圖4中數(shù)據(jù)庫(kù)連接的上下部分），同時(shí)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)也會(huì)以大屏幕的方式來顯示網(wǎng)頁(yè)的測(cè)量結(jié)果，這就使得現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)人員對(duì)于整體生產(chǎn)線的生產(chǎn)質(zhì)量有了更直觀的了解，并且也可以做出更及時(shí)的反應(yīng)（如停機(jī)、換刀等）。依據(jù)VWPT 的要求，該系統(tǒng)將通過現(xiàn)場(chǎng)操作員、主管工程師、相關(guān)管理層等三個(gè)層面來實(shí)現(xiàn)企業(yè)的需求，可參見圖5。

圖5 具有三層數(shù)據(jù)可視化功能的現(xiàn)場(chǎng)制造質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的

　　現(xiàn)場(chǎng)操作員（位于圖5中左側(cè)）可通過在線檢具旁的監(jiān)視屏隨時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)的波動(dòng)情況，對(duì)其工位的生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，而各個(gè)生產(chǎn)測(cè)量室在檢測(cè)完畢交付測(cè)試的零件后，即迅速將測(cè)量數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)反饋到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)操作員在得到反饋的數(shù)據(jù)后對(duì)生產(chǎn)及時(shí)做出調(diào)整，當(dāng)一旦出現(xiàn)特殊波動(dòng)也能夠立刻反饋給現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理人員，既減少了TP和TQ的工作量，又提高了數(shù)據(jù)傳遞的效率和時(shí)效性。而這些數(shù)據(jù)得到現(xiàn)場(chǎng)操作員的確認(rèn)后歸入到中央質(zhì)量數(shù)據(jù)庫(kù)，供相關(guān)工程師們進(jìn)行查詢和分析。

　　現(xiàn)場(chǎng)的主管工程師位于圖5中間部分。利用所執(zhí)行的生產(chǎn)工藝和流程，制定合適的目錄文件并編入相應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備，以使有關(guān)的質(zhì)保和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員能方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的過濾、追溯。同時(shí)通過該系統(tǒng)，還可利用過程能力評(píng)定軟件，對(duì)來自現(xiàn)場(chǎng)各測(cè)量點(diǎn)的質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，迅速獲得短期和長(zhǎng)期的過程能力成為可能，包括利用監(jiān)控模塊隨時(shí)了解生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量趨勢(shì)。

　　而圖5中的右側(cè)，對(duì)應(yīng)的是企業(yè)相關(guān)管理層，按照現(xiàn)場(chǎng)主管工程師的預(yù)先設(shè)定，自動(dòng)報(bào)告系統(tǒng)就可以定期地自動(dòng)從中央質(zhì)量數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)取對(duì)應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)，并生成了規(guī)范的SPC的報(bào)告,可利用郵件或者公共網(wǎng)盤進(jìn)行查看，q-STAT WEB網(wǎng)頁(yè)系統(tǒng)生成了查詢網(wǎng)頁(yè)，相關(guān)管理層乃至主管領(lǐng)導(dǎo)只要對(duì)系統(tǒng)有一定了解，就可從任何一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的PC機(jī)的終端，隨時(shí)監(jiān)控整個(gè)工廠的質(zhì)量狀況。