质量管理系统应用案例分享

（一）在CIMS中集成质量系统的背景、作用及实现形式

1.背景

（1）基本概念。1974年美国Joseph Harrington博士提出计算机集成制造（Computer Integrated Manufacturing,CIM）概念以来，CIM的理论和实践应用得到了很大的发展，受到世界各国的广泛重视，许多企业都研究建立了计算机集成制造系统（CIM-system,CIMS），并以此作为企业在市场竞争中取胜的关键手段。作为CIMS组成部分的集成质量系统（Integrated Quality System,IQS）的概念，是在CIM概念提出10年后才出现的。1984年美国的Illinois大学Urbana分校的S.Cr.Kapoor等人首先在AIIE会议上提出集成质量系统的概念。

集成质量系统就是指在计算机集成制造系统（CIMS）环境中，把质量系统内部相互分离的单元质量保证技术通过计算机网络有机地结合起来，及时采集处理与质量有关的信息，使质量活动协调进行，以提高质量系统对多变的质量需求及制造环境的适应能力，使产品质量持续稳步的提高。

目前国外对集成质量系统有两种提法，一种是为了与CAD、CAPP、CAM相比较，将其表示为CAQ；另一种是把它看成相对独立的系统，表示为IQS。我们认为一个较完善的CIM环境下的集成质量系统应该覆盖产品的整个生命周期，从需求分析开始，直到售后服务，它应该不同于传统的质量系统，也不应该是大量手工过程的简单计算机化，考虑到质量系统的特殊性，它应该比CAD、CAM等更广泛和复杂，具有组织特征，因此，本文主要采用IQS的概念。

国外对IQS的研究比CAD、CAPP、CAM的研究大约迟五年。在欧洲的EXPERIT工程中最初定义的二十四个CIM子系统中唯独没有IQS，但随着CIM技术的进一步发展，西方人逐渐开始对IQS引起重视。20世纪90年代以来，在世界范围内，出现了研究、开发、实施IQS的热潮。IQS在CIM中的重要性也越来越明显。1989年由SME组织，以CIM为主题的年会“工厂自动化”还专门组织了“CIMS中的计算机集成质量系统”国际会议，在会议上讨论了CAD/CAM与IQS的集成，生产检测的柔性自动化等问题。德国政府科技部为使“Made in Germany”成为世界上高质量的标志，出资数亿马克进行“质量与设计”、“质量与制造”、“质量与装配”、“质量与管理”以至“质量与时间”的研究。一些大型企业如美国麦道飞机公司，福特汽车公司，DEC公司均由运行集成质量系统取得了经济效益在中国，随着CIMS的推广应用，开发和运行集成质量系统已成为我国制造企业CIMS系统工程必不可少的组成部分。

（2）国内外关于集成质量系统的研究现状。国外对IQS的研究，首先是对大批量生产情况下的质量信息处理技术方面的研究，进一步的研究是多品种小批量的质量信息技术。Feigenbaum于1983年讨论了SPC技术与自动化数据采集的连接问题，使用计算机有助于产生一种环境，在这种环境下质量人员可以正确而有效地使用质量信息，这种自动质量信息反馈可以改善产品质量等级.J.W Drewery研究了基于SPC技术的计算机辅助质量控制技术，指出这样一个系统必须包括：①带有接口的电子测量设备；②有处理统计模型的微机和提供打印服务的打印机；③能为有操作员和质量工程师使用的先进软件。

Nichols分析了传统质量系统在小批量制造环境中的局限性，于1987年指出质量信息的反馈时间是影响质量控制的致命弱点。Graham指出在JIT环境下，检验与其他制造功能的通信连接是影响质量系统的有效性的关键，快速的质量信息反馈是提高质量水平的重要手段。较为系统地研究IQS的是英国学者Tannock博士，他在1987年的第四届欧洲自动化制造会议中提出质量系统集成化的战略，认为质量系统的集成是质量信息的集成，并以IDEFO方法对装配过程的质量功能进行了简单的分解和设计说明。在1990年Tannock提出用于制造的质量系统自动化和集成的战略，文章系统地描述了IQS的结构化设计和改进过程，提出了质量数据采集和管理的集成化方法。

德国学者对CAQ的研究主要体现在德国标准技术研究所（DIN）的技术报告中。该报告分析了CIM的接口标准，讨论了CAQ与CIM其他子系统的接口。该报告定义的功能仅仅包括：检验规划，执行情况，检验数据评价与检验活动控制等。对于IQS来讲它的意义显然是不完善的，仅仅是IQS与CAD/CAPP/CAM向集成的部分，而进一步的还应该有质量信息系统、指标系统、标准化及计量测试系统等。在1989年德国学者L.winter.halder更详细地讨论了CAQ与PPS（生产计划与控制），CAD与BDE（企业管理）的集成，给出了CAQ的信息及分层结构。总之，德国人对CAQ的研究较早，内容广泛，从市场对CAQ的需求到CAQ与CIM的集成等许多方面，其研究是平领先于其他发达国家。

日本学者对质量系统的研究着眼于质量控制方法。与美国和欧洲相比，日本人认为质量问题主要是管理方面的问题，因此，日本人提出了质量问题人人负责的观点，并广泛开展QC小组活动，把制造过程的QC小组推广到设计、采购等部门，使QC小组在全厂范围内普及。QC方法上，1979年日本人提出质量管理的七种新工具（关联图法、KJ法、系统图法、矩阵图法、数据矩阵分析法、PDPC法和箭条图法），它们最适合于解决方针管理、人才培养和TQC推进问题。田口型管理工程是日本的试验设计最高权威田口玄一博士Dr.G.Tagnchi提出的，他把生产系统的质量管理分为线内和线外管理。

我国企业在70年代后期大力推广全面质量管理，在控制图、抽样检查、工序精度的统计分析、研究质量控制的其他工具、分配量规及质量控制简易法、可靠性分析与计算方面作了大量的研究与应用。但是就企业整体的质量控制水平来说，与国外差距相当大，由于我国质量管理水平很低，许多质量系统的单元技术还很落后，因此，集成质量系统应用及研究的进展较人们的期望有较大的距离。

2.作用

CIMS环境下的IQS系统是一个集自动检测技术、自动控制技术和质量信息管理技术为一体的综合系统，它运用计算机进行自动化的质量数据的采集、分析、处理、传递，实现质量控制、质量保证、质量管理的自动化，对制造企业在战略上和策略上均有十分重要的意义：

（1）在企业战略上。

①产品质量对制造企业具有前所未有的重要作用。随着社会经济和生产力的发展，贸易竞争日益激烈，工业产品的质量水平已成为经济和技术的决定性因素之一，它直接反映了国民经济发展的水平和速度。对一个制造企业而言，在企业为市场和利润进行的斗争中，质量是最为有力的战略武器，是企业求得生存、提高效益的关键。

在我国，制造企业长期以来存在的主要问题是产品质量问题。每年由于产品质量带来的经济损失达数百亿元。运用计算机及信息技术，实现质量系统自动化，提高质量管理水平，对提高我国制造企业市场竞争能力具有特殊重要的意义。

②IQS系统有效地支持企业实施全面质量管理。全面质量管理强调“三全”，要求全体人员和各部门的参与和对全过程的管理。要实现这一目标，一方面取决于完善的管理机制，同时取决于不同部门之间及时的信息交换和及时地向不同层次（从操作者到企业的高层决策者）提供正确而充分的信息。质量部门需要及时了解用户的反馈信息，生产部门需要根据产品及其零部件的质量状况动态地安排生产计划。IQS系统在计算机网络的支持下实现企业内部各部门间及企业集团间质量信息的自动传递，及时地向各个层次人员提供正确的产品及过程质量信息，以便及时作出响应。

③IQS系统是企业实施先进生产模式的基础。面对国际市场的新挑战，为了求得生存和发展，越来越多的企业正在向先进的生产模式转变。企业在向柔性化和高效化发展过程中，在实现产品开发、生产管理及产品制造等自动化过程中若忽略了自动化的质量系统，则落后的质量控制手段、滞后的信息反馈、大量有用的质量信息的丢失等，都将成为企业有效运行的薄弱环节。

（2）在企业策略上。

①能实现对急剧增长的、大量的质量数据的有效管理。在现代化的制造企业中质量信息猛增。其主要原因是：第一，产品性能的完善化、结构的复杂化、精细化和功能的多样化使产品所包含的设计信息、工艺信息及与其相适应的质量信息猛增；第二，消费的个性化、市场的多变性，以及由此而产生的多品种、小批量的柔性化生产趋势，促使质量信息剧增；第三，在线检测、监控、补偿技术的发展和广泛应用使检测数据大量增加，因此需要有效的管理手段；第四，制造企业规模的扩大，跨地区、跨行业和跨国制造企业的形成，都极大地增加了信息量。

②能高质量地、及时地提供国际合作生产所需各种报告和控件。为了实现国际合作生产，必须得到合作伙伴的信任，合作伙伴不仅要对产品质量进行评价，还要对质量体系进行评价，这已成为贸易成交和国际合作的前提。计算机辅助的质量控制、质量保证以及所产生的报告和文件可能提供最充分的客观证据。

③为各个层次的决策者提供决策支持。在计算机网络和数据库系统的支持下，自动化的质量系统可以向各个层次的决策者提供快速而正确的各类信息和决策支持，以便根据变化了的情况及时作出决策。

④提供先进的质量控制手段，缩短故障响应时间，减少故障损失。作为先进生产模式的典型代表，CIMS要实现产品上市快，高质、低耗、服务好、环境清洁的目标，其中质量是最为重要的一个方面，所以有效的质量管理是实现这一目标的必要条件和基础。IQS系统是现代先进制造技术、现代先进质量管理思想、信息处理技术和企业质量保证体系的有机结合，这就决定了IQS系统是企业实现CIMS的基础和重要组成部分。

CIMS环境下的IQS系统能够大量存在于设计、制造、管理及市场中与质量有关的数据得到有效的采集、存储、评价与处理。相对于CIMS中的计算机网络和数据库系统，IQS系统可以说是其他应用分系统的软支撑，它的有效运行，可以获得一系列的控制环，以此形成一组互相协调的资源与过程，保证系统作为一个整体达到其质量目标。

3.实现形式

计算机集成制造系统（CIMS）一般划分为四个功能分系统：管理信息系统（MIS）、技术信息系统（TIS）、质量信息系统（QIS）、制造自动化系统（MAS），集成质量系统与传统意义上的质量信息系统是有所不同的，在CIMS环境下，集成质量系统从功能和概念上都超越了传统的质量信息系统，它以质量管理为主线，将企业的生产经营活动有机的结合成为一个整体。

传统QIS偏重于对“质量评价”信息的管理，忽视了对“质量标准”信息的管理，即质量链的管理，因此，事实上QIS的设计中包含了一个隐含的假设：即顾客需求是已经明确了的。基于这样的假设，QIS在设计和实施中把重点放在了质量评价信息的管理和CIMS各个分系统的数据接口上。这样的质量系统设计在有意无意中把企业的质量管理和企业的生产经营放到了对立的位置上，在注重生产经营优先的企业，质量系统的实施往往被安排在CIMS应用工程的后期。

从质量链管理的角度，企业集成质量系统对“质量评价”和“质量标准”两种质量信进行综合管理。在CIMS环境下，集成质量系统对质量链的管理要借助CIMS的其他功能分系统共同完成。企业质量工作的重点在两个方面：面向产品质量的管理和面向过程质量（工作质量）管理。面向过程质量的管理最终目的也是保证产品质量。面向过程质量的管理是沿产品质量信息链展开的，顾客需求确定产品质量标准，由此启动后续的质量管理工作，对每一笔订单产品的质量进行跟踪控制和管理，力求产品一次合格，对质量事故进行预防。对于采用重复生产方式组织生产的制造企业，因为其生产销售的产品大多属于设计定型产品或通常只需作少量设计变更，所以其产品的质量管理实际上主要集中在市场预测、商业决策、制造、销售和服务四个阶段。在MIS系统的MRPⅡ处理流程中，质量信息沿顾客需求—合同—生产计划—车间作业计划/采购计划的链路传递，MRPⅡ产生的车间作业计划/采购计划及技术信息系统产生的技术文件共同构成下一步产品制造阶段质量控制的标准，因此，从广义上讲MRPⅡ是企业质量管理体系的一个子集，它将顾客需求信息中的经济性要求和时间性要求分解细化为生产计划和指令，对产品生产进行指挥和控制。

产品质量管理在MRPⅡ流程中的具体要求是：将顾客需求信息正确转化为MRPⅡ的输出信息和保证MRPⅡ输出的计划（信息）正确实施。顾客需求信息正确转化为MRPⅡ输出信息的前提是保证输入MRPⅡ的数据及实施的转化方法（算法）是正确的，MRPⅡ的输入数据可分为两类：目标数据和辅助数据。目标数据是顾客订单（包括预测订单）所反映的顾客需求；辅助数据包括各种BOM表、工作中心参数、成本中心数据、库存信息、制造提前期和采购提前期数据等。要保证MRPⅡ输出计划能够正确实施必须针对其制定并执行完善的质量控制计划，建立相应的质量评价记录，对此ISO9000系列标准制定了详细的要求。从对信息流的分析可看出，集成质量系统将质量管理哲理具体化为质量程序，内嵌于企业的各项经营活动中。在MRPⅡ中，质量程序被集成到各个软件模块里，以算法程序的形式实现物料需求计划和能力资源均衡。

在质量信息的传递过程中，顾客对产品质量的功能、规格、价格、性能等方面的需求是通过产品的设计和制造阶段实现的。这方面的“质量标准”信息由TIS系统处理，在CIMS环境中，所有与产品相关的数据由PDM系统（Product Data Management）进行管理，数据的正确性由内嵌于PDM中的质量程序保证。质量评价信息通常由质量确认工作得出并表现为质量记录的形式，通过MRPⅡ中财务模块的功能，可以将质量评价结果转换为货币表达形式。

（二）集成质量系统（IQS）的结构

1.功能结构

一个有效的集成质量系统必须与企业的质量体系相适应，不同的企业一般均根据本企业的实际需要设计，开发和运行适合本企业的IQS系统。分析质量环中各个阶段即相应的质量活动，一般认为IQS系统包括如下的功能：质量计划、检测与质量数据采集、质量评价与控制、质量综合信息管理。系统布局见图5-10。

图5-10 IQS系统布局

2.层次结构

由于IQS系统各功能模块中的活动分布在企业的不同层次上进行，按照其涉及的范围和活动的内容，可将IQS系统分为计划决策层、管理控制层和执行层三个层次。

（1）计划决策层：IQS系统的计划决策层为企业质量目标和质量方针的决策提供支持，并将已确定的质量方针进行分解与落实，建立IQS系统与CIMS其他子系统，如CAD和制造资源计划等之间的联系等。计划决策层的主要任务为：质量方针、质量计划的制定；质量指标的分解、质量指标的综合与分析；检测计划的生成与管理；质量成本分析、核算与管理、质量数据分布字典管理。

（2）管理控制层：IQS系统的管理控制层使质量部门实施和完成检测计划、建立质量数据采集模型，对由执行层获得的质量数据进行分析，生成质量报告和质量证书。管理控制层的任务包括：测试设备、人员和程序的调度与控制；检测程序的生成、修改与存储；检测结果按零件类或产品类统计分析；产品质量诊断；质量报告生成。

（3）执行层：IQS系统的执行层的任务是在制造过程中的不同阶段，采用不同的检测仪器或设备进行检验与数据采集，并对制造过程进行控制，使返修品和废品为最少。因此执行层的主要任务为：质量数据采集，预处理与符合性检查，生产过程质量监控与控制。

图5-11 IQS系统层次结构及其数据传愉

IQS系统的层次结构及数据传输如图5-11所示。由计划决策层到管理控制层到执行层的数据传输是质量计划逐层向下分解细化的过程，而由执行层到管理控制层到计划决策层是质量信息归纳、汇总的过程。

（三）企业质量信息流分析

企业生产经营活动的目的是使自己的产品满足特定用户的特定需求，以获取利润。“质量”从两方面对企业产生影响：成本和收益。从企业的质量管理工作角度看，质量是一个复合约束，这个复合约束由来自外部的用户需求和来自企业内部的需求（获利需求）共同构成，而企业质量管理工作则是这种复合约束在企业生产经营活动中的具体实现。把质量视为复合约束，它可分解为反映顾客需求的外部需求和反映企业需求的内部约束。在企业生产经营过程中，体现外部约束的质量信息是沿产品寿命周期以链的方式流动并发生作用的，体现内部约束的质量信息则是以环（螺旋）的方式流动并发生作用。图5-12反映了质量信息的链式传递。

图5-12 质量信息链

沿质量信息链传递的是顾客对产品质量的要求，即产品的适应性标准。在现代企业高度的分工体系中，质量信息在传递链的不同环节表现为不同的形式—客户需求的各种代用标准：客户需求分析结果、商业决策结果（包括设计任务要求、市场策略、加工任务指令等）、技术文件（设计图、工艺文件、外协外购合同条款）等。最终企业将质量信息物化为具体的产品和服务交付顾客，从而完成一次产品质量信息的链式传递。纵观整个信息链，质量概念以两种形式存在并发生作用：“质量标准”和“质量评价”，在链中传递的是“质量标准”，而“质量评价”则反映质量信息链中各项工作结果与其质量标准的符合程度。

现代企业经营理论认为：市场不仅是企业经营的终点、更是企业经营的起点，同样，产品质量管理也必须以市场为起点。顾客需求是产品质量的最终标准，包括4个方面的要求：功能性要求（包括可用性、可靠性、可维护性、安全性、适应性）、经济性要求、时间性要求及服务性要求。从质量信息链图上可看出，企业通过市场分析活动捕捉客户需求，当这一阶段结束时，市场分析结果成为替代质量标准用以指导下一步的企业商业决策活动，即质量标准进行了一次传递，与此同时，一个质量评价信息相应产生。在其后的企业经营活动中，质量标准分别以两种方式指导其后的企业活动：以设计任务书的形式指导技术决策和设计工作，传递顾客需求中功能性要求、经济性要求和时间性要求；以生产调度指令的形式指导产品生产制造工作（包括物资供应、外购外协），传递顾客需求的时间性要求；以市场策略的形式指导产品的销售及服务工作，传递顾客需求的服务性要求和时间性要求。在产品制造阶段，质量标准由商业决策产生的生产调度指令（反映时间性要求）和技术决策/设计工作产生的产品技术文件（反映功能性要求和经济性要求）共同构成。(www.xing528.com)

在质量信息链式传递的每一步都必然产生“质量评价”信息，体现企业需求的内部质量约束是以“质量评价”信息为起点发生作用的，其信息流动方式为：采集“质量评价”信息→信息处理→制定质量改进计划→执行计划→巩固改进成果→采集“质量评价”信息→……这种质量改进螺旋可以不同的规模进行，既可是全企业范围，也可以是一个部门，或者是某个工序。

企业的质量职能是通过实施一系列相互关联的质量程序实现的。每个质量程序由“方法”和“数据”两个要素构成。其中“方法”是一定管理哲理和技术规范的具体体现，并具备可执行性，质量程序中的“方法”可以通过适当的软件将其中事务性、常规性的流程实现自动化，辅助质量管理人员进行质量管理。“数据”是质量信息的载体和具体体现，主要以四种形式存在：质量目标数据（质量标准）、质量评价记录，中间数据（质量控制参数）、辅助数据（计量标准、质量法规等）。在CIMS环境中，质量程序中的“数据”可以通过计算机网络数据库环境进行储存、传递、分配、管理。

【习题】

一、选择题

1.FMS中，完成制造任务的执行系统为（）。

A.加工系统

B.物流系统

C.控制系统

D.管理系统

2.柔性制造系统的设备利用率（）。

A.低

B.高

C.根据产量波动D.先低后高

3.CIMS的特点是强调制造全过程的系统性和（）。

A.集成性

B.目的性

C.整体性

D.层次性

4.在计算机统一控制下，由自动装卸与输送系统将若干台数控机床或加工中心连接起来而构成的一种适合于多品种、中小批量生产的先进制造系统为（）。

A.柔性制造系统B.柔性制造单元

C.智能制造单元D.计算机集成制造系统

5.柔性自动化的工艺基础是（）。

A.成组技术

B.数控技术

C.计算技术

D.仿真技术

6.FMC是（）。

A.柔性制造系统B.柔性制造单元

C.柔性制造线

D.柔性装配

二、名词解释

1.PDCA循环。

2.质量管理。

3.计算机网络系统。

4.数据库。

三、简答题

1.CIMS的定义是什么？

2.管理信息系统有哪些特点?

3.何谓CAPP？CAPP的主要作用是什么？

4.CAPP的基础技术包括哪些方面?

5.什么是CAD、CAM和CAD/CAM?

6.简述柔性制造系统的三种类型。

7.构成计算机网络系统的要素有哪些？

8.简述数据库管理系统的定义及功能。