本文研究的機械制造生產線質量監控支持系統(Production Line Quality Control Support System，PLocss)是一種基于小批量生產模式下零件加工過程質量監控的理論與質量控制圖技術開發的過程質量控制軟件系統，可對現代機械制造生產線的質量信息進行自動采集、分析與管理，對生產線加工工序進行實時的質量控制和診斷，以全面掌握加工過程的質量動態，及時發現工序變異，分析變異原因，調整工藝參數，改進工藝方法，提高零件合格率，降低質量成本，適時為質量管理提供決策支持。
1 系統體系結構
生產線質量監控支持系統采用如圖1所示的三層分布式體系結構，結構特點如下。
a．管理層／車間層。該層對生產線加工過程工序質量運行結果進行分析處理，以生成質量控制圖和統計表格的形式反映生產過程運行狀態，查詢運行狀態結果，對加工過程實時監控，為執行層提供過程質量決策。
b．執行層／生產線層。該層為質量工程師或工序質量技術人員對運行的工藝參數進行設置，同時對工序質量變異的原因進行分析，提出改進措施，是系統的核心層。
c．操作層／員工層。生產線設備的操作者對原始質量數據進行采集和錄入，是系統分析與處理的基礎，
圖1 生產線質量監控支持系統體系結構
2 系統功能模塊
生產線質量監控支持系統主要由質量數據采集模塊、質量控制圖分析模塊、工序失控處理模塊、工序能力分析與查詢模塊、失控信息匯總模塊等組成。
系統在對加工過程分析與處理之前可對產生過程的工藝參數進行設置，對過程質量特性進行描述，可設置用于不同質量數據類型的控制圖類型選項，能實現不同方式的質量數據錄入。
2.1質量數據采集模塊
支持系統的數據采集功能主要是由系統的操作層完成，其采集流程如圖2所示，采集的質量信息可通過以下3種方式錄入。
圖2 生產線質量數據采集流程
a.自動采集，可通過通信接口與CMM或其他的檢測儀器連接，傳輸質量信息。
b.人工錄入，可由操作者在加工過程中實時采錄過程質量信息。
c.質量數據導入，將檢測設備中的質量信息如TEXT文本格式的質量數據導入質量數據采集模塊中，充分利用客戶現有的質量數據資源，提高數據的共享能力。
2. 2質量控制圖分析模塊
系統可對零件的各種工藝參數設置相應的控制圖進行控制，系統可按用戶要求設置不同的控制圖，如過程工藝參數控制中的計量型質量數據一般采用X一R,X一S控制圖，對于計數型質量數據一般采用P, U控制圖。
當過程質量控制點不在規則范圍內或是超出控制限時，系統會報警并把失控信息通過郵件的方式發送給車間管理人員，圖3是一輸出軸加工的控制圖分析結果。
圖3 輸出軸加工過程質量控制圖分析
2.3工序失控處理模塊
系統提供有失控點原因和對策分析功能，在分析和處理失控點時可依據歷史數據、先驗知識和質量專家的經驗及技能做出決策。一旦找出失控原因，制定解決方案時，失控點才停止報警。操作人員可以從歷史記錄中查找相應的原因和對策進行失控點處理，對于新出現的原因和解決方案也可備注補充到系統中，并加以說明，以供下次使用。
圖4 失控點質量控制流程
失控點的質量控制流程如圖4所示，它充分體現了生產線質量控制的PDCA循環思想，以持續改進加工過程質量。
2. 4工序能力分析模塊
點擊“工序能力”按鈕可對當前工藝參數的工序能力進行分析，如圖5所示。系統可對采集后的質量數據進行工序能力分析與調查，自動計算零件的加工過程工序能力指數Cpk以及其他的加工能力指標值，并與標準值比較(標準值可在相關標準中查到)，通過比較可判斷零件加工狀態的工序能力是否滿足要求。如果工序能力不足，則系統會自動出現紅色報警，及時提醒質量工程師提高零件加工過程的工序能力。
圖5 輸出軸工序能力分析
2.5工序能力查詢模塊
查詢模塊用于提供多種報表查詢方式，用戶可選擇不同的條件生成所需的各類報表，如通過選擇生產日期，生成任意時間段的報表，包括周報表和月報表。報表也可直接導出到電子表格中，進行方便的批處理。工序能力報表還可按單張控制圖進行分類查詢。
2. 6失控信息匯總模塊
失控信息報表供管理層查詢當前工序失控的狀況，包括相關的原因調查和處理結果等。
3 系統特點
該系統采用了如圖1所示的三層c/s分布式結構形式，采用vc++編譯程序語言作為開發工具，在Windows操作系統平臺上實現。系統的主界面如圖6所示。
圖6 生產線質量監控支持系統主界面
a.系統采用了先進的過程質量控制理論與方法，主要針對現代機械制造生產線質量監控而開發，也適合其他小批量產品生產線的質量監督。
b.系統采用的三層分布式結構，便于用戶個性化設置，可依據不同產品的生產線進行剪裁，以適應不同流程和工藝控制的要求。
c.系統可由操作者將質量檢驗單或數據人工輸人系統，也可自動實時采集數據，對現有的質量數據可方便安全地導人系統，便于使用。
d.系統可自定義產品結構，質量特性，模板化的產品異常原因分析，故障模式定義，車間層、生產線層與操作層的日常質量監控及管理，并可根據不同的質量特性設置不同的報警方式。
e.系統可自行定義控制規則，對過程狀態實時監控，如果過程出現異常，系統自動顯示報警，分析異常原因，調查加工能力指數，預防不合格品出現。
f.系統提供了多種計量型和計數型質量控制圖等強大的圖形分析工具，如X一R,X一S, P,U控制圖等。
g.系統提供了多種報表生成功能，可將過程處理的各類工藝參數、質量特性、失控分析結果、Cpk工序能力調查等以表格的形式輸出，并能進行實時分析。
4 系統安全與維護
系統采用了多級安全控制。各功能模塊設有多級權限管理，具有強大的權限設置功能，可指定到車間的每個生產線、操作者、技術人員、產品類型等，防止非法數據進入系統。由于該系統采用了三層分布式體系結構，確保了系統的安全性、穩定性和可擴展性。系統中的數據庫服務器和應用服務器合一，并獨立于網絡服務器，因此系統具有方便的質量數據備份和恢復功能，系統維護也很簡便。
5 結束語
機械制造生產線質量監控支持系統是基于小批量生產模式下零件加工過程質量監控理論和質量控制圖技術的過程質量控制軟件系統。系統能對生產線質量信息進行科學管理，對加工過程質量數據自動采集和分析與處理，并對生產線的加工工序進行實時的質量控制和診斷，及時發現工序變異，分析變異原因，調整工藝參數，改進工藝方法，為質量管理提供決策支持。該系統經實際使用反映良好，提高了現代機械制造生產過程質量控制的自動化、信息化水平。
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