裝備行業(yè)數(shù)字化質(zhì)量管理實(shí)踐探索

王宇飛，陳樹華，陳仁欽，李粵江，林坤澄

（1.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 511370；2.工業(yè)裝備質(zhì)量大數(shù)據(jù)工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 511370；3.廈門科易網(wǎng)科技有限公司，福建 廈門 361026）

0 引言

裝備制造是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的支柱性、基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，是提升我國綜合國力的基石。近些年我國從制造大國向制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變，對裝備制造業(yè)質(zhì)量發(fā)展提出了新的要求[1-2]。同時(shí)隨著新一代信息技術(shù)與裝備制造的深度融合，企業(yè)對數(shù)字化和智能化生產(chǎn)的認(rèn)同程度也不斷提高，產(chǎn)業(yè)向數(shù)字化方向升級已逐漸成為業(yè)界共識，裝備行業(yè)需要以數(shù)字化和智能化為手段，推進(jìn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和質(zhì)量升級[3-4]。

1 數(shù)字化質(zhì)量管理發(fā)展及趨勢

20 世紀(jì)80 年代數(shù)字化質(zhì)量管理開始受到國內(nèi)外的重視，KJ Dooley 等[5]提出集成質(zhì)量系統(tǒng)概念。Uirich Rembold 等[6]在 《計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)技術(shù)與系統(tǒng)》 中提出了質(zhì)量控制觀和計(jì)算機(jī)支持的質(zhì)量控制系統(tǒng)的遞階結(jié)構(gòu)和功能。1991 年，C Sylla 等[7]討論了質(zhì)量系統(tǒng)的開發(fā)方法和基本特征。我國很多學(xué)者對數(shù)字化質(zhì)量管理也開展了廣泛和深入的研究，龔仁偉等[8]提出基于MES 的動(dòng)態(tài)質(zhì)量管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃、實(shí)施和檢測等質(zhì)量問題的處理。齊良春等[9]提出一種通過自動(dòng)識別技術(shù)的質(zhì)量監(jiān)控及追溯方法，目前質(zhì)量數(shù)字化管理系統(tǒng)發(fā)展趨勢有以下3 個(gè)方面。

a）全流程的質(zhì)量管理

數(shù)字化質(zhì)量管理將不僅局限單一模塊質(zhì)檢環(huán)節(jié)，還包括設(shè)備檢測、裝備制造和制造傳感器等多維度的質(zhì)量管理，包括設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和售后等產(chǎn)品全生命周期的質(zhì)量管理。

b）質(zhì)量數(shù)據(jù)知識化

質(zhì)量數(shù)據(jù)將集成各類信息系統(tǒng)采集到的各類數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)融合各類異構(gòu)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)集約處理，進(jìn)一步提升質(zhì)量數(shù)據(jù)的知識化。

c）更廣泛的應(yīng)用

隨著云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化質(zhì)量管理不僅局限于單個(gè)車間，還可以通過云端數(shù)據(jù)的質(zhì)量管理實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域的一體化管理。

2 裝備行業(yè)質(zhì)量管理特點(diǎn)

裝備制造業(yè)是指為國民經(jīng)濟(jì)各部門進(jìn)行生產(chǎn)和擴(kuò)大再生產(chǎn)提供裝備的各類制造業(yè)的總稱，是機(jī)械工業(yè)的核心部分，承擔(dān)著為國民經(jīng)濟(jì)各部門提供工作母機(jī)和帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重任，其行業(yè)特點(diǎn)總結(jié)如下。

a）定制化需求高

裝備產(chǎn)品一般用于專用場合，需要滿足獨(dú)特的使用環(huán)境，所以在訂單具體需求中一般呈現(xiàn)定制化的需求特點(diǎn)。所以裝備制造業(yè)不具備很大的質(zhì)量樣本容量，傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)質(zhì)量管理往往不適宜用于裝備制造業(yè)，在生產(chǎn)過程中需要具備有強(qiáng)效的過程管理能力。

b）研發(fā)、采購和生產(chǎn)等流程復(fù)雜多樣

裝備制造業(yè)具有復(fù)雜的項(xiàng)目流程，從商業(yè)論證到技術(shù)研發(fā)環(huán)節(jié)，再到采購和供應(yīng)商管理環(huán)節(jié)，直至生產(chǎn)場地完成生產(chǎn)，每個(gè)一個(gè)環(huán)節(jié)都具有大量的工作，把這些環(huán)節(jié)連接在一起形成裝備制造項(xiàng)目的整個(gè)過程，需較高的要求。

c）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和流程約束嚴(yán)格

裝備制造業(yè)由于細(xì)分行業(yè)的劃分，無法直接遵循ISO 系列標(biāo)準(zhǔn)，所以既需要對標(biāo)ISO 這樣的國際標(biāo)準(zhǔn)，又要結(jié)合行業(yè)自身特點(diǎn)建立專用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[10]。在開展質(zhì)量管理的過程中，必須充分結(jié)合該企業(yè)所屬細(xì)分行業(yè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，找準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)進(jìn)行針對性管理，并嚴(yán)格遵守其項(xiàng)目流程，以使項(xiàng)目質(zhì)量管理更有效。

3 企業(yè)數(shù)字化質(zhì)量管理實(shí)踐

3.1 企業(yè)質(zhì)量管理現(xiàn)狀

公司目前通過ERP 實(shí)現(xiàn)銷售訂單、采購訂單和倉儲管理等功能，通過PLM 實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)，用于研發(fā)設(shè)計(jì)與圖紙生成，同時(shí)公司通過加密軟件實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)防泄密、桌面管理和行為審計(jì)等功能。但公司在系統(tǒng)數(shù)據(jù)貫通、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等環(huán)節(jié)存在脫節(jié)現(xiàn)象，質(zhì)量數(shù)據(jù)的融合流動(dòng)方面存在缺失，難以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)的高效利用。企業(yè)在生產(chǎn)過程中存在以下痛點(diǎn)。

a）質(zhì)量體系存在斷點(diǎn)現(xiàn)象

企業(yè)質(zhì)量管理在設(shè)計(jì)、采購、制造、倉儲和銷售等質(zhì)量管理之間存在斷點(diǎn)，存在管理體系文件要求和實(shí)際運(yùn)行相互脫節(jié)的現(xiàn)象，在實(shí)際執(zhí)行中沒有切實(shí)按照標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量管理體系，導(dǎo)致在生產(chǎn)過程中出現(xiàn) “兩張皮現(xiàn)象”，亟需通過規(guī)范化的規(guī)則和數(shù)字化工具固化企業(yè)質(zhì)量管理流程。

b）質(zhì)量數(shù)據(jù)管理不到位

企業(yè)中有部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲在ERP 和MES 系統(tǒng)中，部分?jǐn)?shù)據(jù)在紙質(zhì)報(bào)告、設(shè)備和員工工作電腦等介質(zhì)中。在質(zhì)量管理的過程中，難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時(shí)性、完整性、一致性和有效性，質(zhì)量數(shù)據(jù)的追溯和分析花費(fèi)時(shí)間過長和消耗資源過多。

c）數(shù)據(jù)融合不足

企業(yè)數(shù)字化建設(shè)由IT 部門牽頭，具體生產(chǎn)由車間牽頭，在生產(chǎn)和運(yùn)營過程中，存在數(shù)據(jù)未有效整合的現(xiàn)象，數(shù)據(jù)價(jià)值收益并未充分實(shí)現(xiàn)。

3.2 數(shù)字化質(zhì)量管理系統(tǒng)建設(shè)方案

項(xiàng)目圍繞企業(yè)生產(chǎn)過程中痛點(diǎn)，提出了先精益化改進(jìn)，再數(shù)字化升級，最后開展智能化場景應(yīng)用。方案以生產(chǎn)任務(wù)為核心的信息化管理開始，到各項(xiàng)要素和過程的集中管控，最終達(dá)到從采購、生產(chǎn)計(jì)劃與排產(chǎn)、生產(chǎn)作業(yè)、倉儲物流的閉環(huán)與自適應(yīng)，構(gòu)建了企業(yè)全面的數(shù)字化質(zhì)量解決管理。方案數(shù)字化建設(shè)以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)4 層構(gòu)架為基礎(chǔ)[11]，自底向上分別為：邊緣層、設(shè)施層、平臺層和應(yīng)用層，如圖1 所示。在邊緣層，在車間自動(dòng)化的基礎(chǔ)上開展設(shè)備的數(shù)據(jù)采集；在設(shè)施層，圍繞企業(yè)數(shù)據(jù)存儲需求，構(gòu)建企業(yè)私有云基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中統(tǒng)一存儲；在平臺層，針對質(zhì)量設(shè)計(jì)、設(shè)備故障分析和產(chǎn)品質(zhì)量等需求研發(fā)相關(guān)算法與數(shù)據(jù)分析模型；在應(yīng)用層，完成企業(yè)質(zhì)量設(shè)計(jì)分析、供應(yīng)商管理、生產(chǎn)過程管理、設(shè)備故障管理、倉儲管理和售后管理等質(zhì)量相關(guān)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命的質(zhì)量管理[12]。

圖1 數(shù)字化質(zhì)量方案架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.3 系統(tǒng)模塊功能

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能包括以下幾個(gè)方面。

a）質(zhì)量設(shè)計(jì)分析

本模塊根據(jù)企業(yè)需求，啟用失效模式及影響分析工具AutoFMEA 應(yīng)用，在應(yīng)用中構(gòu)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹、功能樹/網(wǎng)和失效樹/網(wǎng)，構(gòu)建產(chǎn)品 “結(jié)構(gòu)-功能-失效” 關(guān)系，開展質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié)的識別、分析和改進(jìn)。實(shí)現(xiàn)裝備產(chǎn)品設(shè)計(jì)和質(zhì)量設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)一體化，在保證FMEA 工作質(zhì)量和效率的同時(shí)還為產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的質(zhì)量管控提供了良好的數(shù)字化基礎(chǔ)。

b）供應(yīng)商管理

本模塊首先完善供應(yīng)商管理制度，對供應(yīng)商的加入、審核、評價(jià)、考核和淘汰等方面設(shè)立企業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)，并對現(xiàn)有的供應(yīng)商進(jìn)行評估，建立等級標(biāo)準(zhǔn)。并通過SRM 實(shí)現(xiàn)對供應(yīng)商的管控，提高采購到料的準(zhǔn)時(shí)率，減少采購異常對生產(chǎn)的影響。

c）生產(chǎn)過程管理

本模塊主要從生產(chǎn)任務(wù)的接收、生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)度跟蹤、生產(chǎn)各種指標(biāo)的監(jiān)控、追溯等維度進(jìn)行管理[13]，該子系統(tǒng)設(shè)計(jì)了工序首檢、巡檢信息管理、品質(zhì)管理和設(shè)備管理等模塊，實(shí)現(xiàn)對工序質(zhì)量、產(chǎn)品品質(zhì)、設(shè)備狀態(tài)的管控。通過品質(zhì)異常處理對產(chǎn)品異常進(jìn)行追蹤和報(bào)警，通過記錄不良原料、不良種類和不良現(xiàn)象等信息，為產(chǎn)品追溯提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)異常的可視化追蹤處理。

d）倉儲管理

本模塊主要從倉儲進(jìn)銷存管理、庫位管理、安全庫存管理和配送方法等維度進(jìn)行信息化管理，在系統(tǒng)中設(shè)定先進(jìn)先出原則，將廠內(nèi)生產(chǎn)過程中的檢測、包裝、裝卸、運(yùn)輸、儲存、配送和流通加工等活動(dòng)作為一個(gè)總體系統(tǒng)來構(gòu)造、組織和管理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品倉儲及物料的數(shù)字化管控。

e）售后管理

本模塊對客戶相關(guān)反饋信息整理，提供給對應(yīng)部門，并將調(diào)查信息以數(shù)字化的形式保存，實(shí)現(xiàn)售后模塊與供應(yīng)商系統(tǒng)的打通，形成統(tǒng)一閉環(huán)的管理規(guī)范。

3.4 系統(tǒng)集成

如圖2 所示，企業(yè)數(shù)字化質(zhì)量管理通過將企業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合與應(yīng)用[14-15]，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從營銷端、制造端、倉儲端、物流端和售后端全生命周期的質(zhì)量管理，其中包括PLM、ERP、MES、SRM、WMS 和CRM 等系統(tǒng)數(shù)據(jù)，覆蓋整個(gè)生產(chǎn)的業(yè)務(wù)流，包括以下方面[16]：

圖2 數(shù)字化質(zhì)量方案系統(tǒng)集成

a）通過ERP 系統(tǒng)獲取產(chǎn)品訂單和產(chǎn)品物料等基礎(chǔ)信息；

b）通過MES 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)首檢、巡檢、品質(zhì)檢測和質(zhì)量追溯等功能；

c）通過SRM 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供應(yīng)商來料的質(zhì)量管控；

d）通過WMS 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)倉儲的管控。

4 裝備行業(yè)數(shù)字化質(zhì)量管理梳理

企業(yè)數(shù)字化質(zhì)量管理的核心是發(fā)揮質(zhì)量數(shù)據(jù)價(jià)值，要做到以上目標(biāo)就需要打破數(shù)據(jù)孤島的現(xiàn)象，通過系統(tǒng)間質(zhì)量數(shù)據(jù)的串聯(lián)與匯總，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)的融合與分析，如圖3 為裝備行業(yè)數(shù)字化質(zhì)量管理流程，質(zhì)量管理覆蓋設(shè)計(jì)、采購、檢測、倉儲、生產(chǎn)和售后等環(huán)節(jié)。

圖3 裝備行業(yè)質(zhì)量數(shù)據(jù)管理流程

根據(jù)企業(yè)項(xiàng)目實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)以上裝備行業(yè)數(shù)字化質(zhì)量管理建設(shè)過程中，其關(guān)鍵特征如下。

a）數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和結(jié)構(gòu)化

質(zhì)量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和結(jié)構(gòu)化是保證數(shù)據(jù)的融合和串聯(lián)的關(guān)鍵。例如：產(chǎn)品研發(fā)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)等是企業(yè)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，要保證數(shù)據(jù)盡可能標(biāo)準(zhǔn)化定義，這樣可以保證節(jié)省后期大量的數(shù)據(jù)維護(hù)工作，加速推進(jìn)企業(yè)數(shù)字化質(zhì)量管理進(jìn)程。

b）關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的控制

根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)、難點(diǎn)和體系要求等，要在來料檢測、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、品質(zhì)檢測和售后等環(huán)節(jié)設(shè)置控制點(diǎn)，保證關(guān)鍵質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)保證錄入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，為質(zhì)量數(shù)據(jù)的分析打好基礎(chǔ)。

c）必要的設(shè)備互聯(lián)

企業(yè)的數(shù)字化質(zhì)量管理必然需要一定的數(shù)據(jù)互聯(lián)，高頻、繁瑣的數(shù)據(jù)采集難以依靠人工保證準(zhǔn)確度和效率，所以需要通過設(shè)備接口、傳感器和掃碼裝備等數(shù)據(jù)采集工具，滿足數(shù)據(jù)的采集要求。

5 結(jié)束語

企業(yè)數(shù)字化質(zhì)量管理是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要大量的資金、人員、軟件和硬件等多因素支撐，如果沒有做好詳細(xì)的規(guī)劃，則過程中將可能存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。本文以某裝備企業(yè)為研究對象，通過深入調(diào)研分析，結(jié)合企業(yè)需求研制相適應(yīng)的體系和流程，實(shí)現(xiàn)裝備企業(yè)相應(yīng)的數(shù)字化質(zhì)量解決方案，對企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量、品牌的建設(shè)和客戶滿意度的提高均有重要意義。

本文數(shù)字化質(zhì)量解決方案實(shí)際效果良好，但限于企業(yè)目前投入限制，在軟件和硬件等方面還需要進(jìn)一步投入研發(fā)，包括網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)集成和智能設(shè)備等方面的支持。