遲修東 朱 敏 孟偉東

（1.山東中煙工業(yè)有限責任公司青島卷煙廠,山東 青島 266101;2.銅陵學院,安徽 銅陵 244000）

1.引言

在知識經(jīng)濟環(huán)境下，隨著信息技術的高速發(fā)展，企業(yè)通過現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)（CIMS）統(tǒng)一、高效、靈活地實現(xiàn)企業(yè)計劃、生產(chǎn)、服務及管理過程柔性化，因此，CIMS信息集成系統(tǒng)已成為企業(yè)管理不可或缺的基礎設施[1]之一。目前，企業(yè)已形成以企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）為上層、以生產(chǎn)執(zhí)行分系統(tǒng)（MES）為中間層、以生產(chǎn)及物流自動化分系統(tǒng)為底層的三層信息化管理架構，極大地提高了企業(yè)精細化管理及制造水平。CIMS系統(tǒng)的實施，為企業(yè)提供了大量工藝、質量等數(shù)據(jù)信息，網(wǎng)絡信息技術、數(shù)據(jù)庫存儲技術和高性能網(wǎng)絡平臺的建設，為企業(yè)生產(chǎn)質量信息系統(tǒng)的實施提供了數(shù)據(jù)保證[2]。為了穩(wěn)步推進“卷煙上水平”工作的進度，就必須保證“質量上水平”工作的順利實施,因此，在CIMS系統(tǒng)上構建了生產(chǎn)質量信息系統(tǒng)，以保證實時生產(chǎn)過程（SPC）控制、西格瑪水平（SIGMA）測量及多維度、多角度質量檢驗(UNILAB)分析等質量控制指標的完成，最終實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的管理。CIMS體系結構如圖1所示。

2.體系與結構

系統(tǒng)基于J2EE的B/S體系構建，通過WebService接口交換數(shù)據(jù)。以關鍵質量指標管理、相關工藝參數(shù)管理為基礎，過程監(jiān)控、參數(shù)西格瑪水平評價、分析診斷為核心，形成了一個監(jiān)控、評價、分析診斷、不斷修正、持續(xù)改進的管理系統(tǒng)平臺。生產(chǎn)質量信息系統(tǒng)由SPC系統(tǒng)、西格瑪測評系統(tǒng)和生產(chǎn)質量檢驗系統(tǒng)組成。生產(chǎn)質量信息系統(tǒng)體系結構如圖2所示。

圖1 CIMS體系結構

質量管理平臺模塊和報表查詢模塊位于系統(tǒng)的最頂層。其中，質量管理平臺模塊主要是用來記錄和查詢生產(chǎn)質量信息的變化和更新。包括：新增和修改工藝參數(shù)、工藝參數(shù)標準；新增工藝牌號、工藝流程以及每月下發(fā)的工藝技術標準等。報表查詢模塊是根據(jù)企業(yè)需要，用戶依據(jù)產(chǎn)品質量數(shù)據(jù)等查詢條件，對工序號、機臺號、班組號、牌號、車間代碼等西格瑪水平參數(shù)進行查詢。對企業(yè)的質量管理提供數(shù)字化依據(jù)和決策支持。

圖2 生產(chǎn)質量信息系統(tǒng)的體系結構

中間層主要由三個子系統(tǒng)組成，其分別是：SPC系統(tǒng)、西格瑪測評系統(tǒng)和質量檢驗系統(tǒng)。

SPC系統(tǒng)以控制圖的形式實時展示制絲工序和卷包工序生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)。制絲工序主要有水分、溫度、精度、流量、比例等關鍵指標；卷包工序主要有缺陷類（煙支空頭、煙支漏氣、煙支過輕、煙支過重、廢品率、缺嘴率；小包剔除率、小包廢品率、小包空頭率、小包缺支、條盒剔除率、條盒廢品率）和消耗類（盤紙消耗、水松紙消耗、嘴棒消耗、鋁箔紙消耗、小盒盒片單耗、小包透明紙單耗、條盒單耗、條盒透明紙單耗）等控制指標。當生產(chǎn)過程出現(xiàn)異常趨勢時，系統(tǒng)就會出現(xiàn)預警提示，讓操作人員能及時關注并判斷系統(tǒng)異常，及時發(fā)現(xiàn)問題并幫助操作人員進行判斷。

西格瑪測評系統(tǒng)是按照西格瑪管理模式，以行業(yè)指導原則為基準，計算出企業(yè)級、車間級、班組級、工段級的西格瑪水平，查找質量短板，提高質量水平。

質量檢驗系統(tǒng)是制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）架構中的一個模塊，也是數(shù)據(jù)的提供層，記錄產(chǎn)品質量的檢驗數(shù)據(jù)，為關鍵性能指標的考核提供依據(jù)。

最底層也就是數(shù)據(jù)提供層。在本系統(tǒng)中，包括制絲工序和卷包工序的所有采集數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)由底層的PLC通過GE的IFIX軟件完成數(shù)據(jù)的傳輸。

2.1 SPC系統(tǒng)

SPC（Statistical Process Control，統(tǒng)計過程控制）是為了貫徹預防原則，應用統(tǒng)計方法監(jiān)控生產(chǎn)過程中的各個階段，從而改進與保證產(chǎn)品質量[3]。SPC技術的出現(xiàn)，使得產(chǎn)品質量管理由被動的“事后把關”模式發(fā)展到主動的“事前預防”模式。運用SPC技術將采集到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)分析計算后以控制圖[4]表現(xiàn)出來，當數(shù)據(jù)出現(xiàn)不合格趨勢時系統(tǒng)自動預警，現(xiàn)場人員可及時處理報警信息，調整生產(chǎn)過程，可以有效地避免不合格品的產(chǎn)生，從而大大降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，同時也提高了企業(yè)的競爭能力。

圖3 SPC系統(tǒng)功能模塊圖

該系統(tǒng)基于ASP.NET開發(fā)，采用組態(tài)控件顯示，以Wonderware公司的QI Analyst8.0產(chǎn)品作為系統(tǒng)支撐平臺。其功能如圖3所示。主要功能為：

(1)制絲車間SPC模塊管理。制絲車間是卷煙廠進行SPC管理的核心。主要是在線實時分析模塊和歷史回溯模塊，并在歷史回溯分析中增加了同牌號不同批次的統(tǒng)計分析對比。對實時的生產(chǎn)運行系統(tǒng)，提供及時有效的數(shù)據(jù)不僅可以給操作人員提供良好的技術支持，使系統(tǒng)保持在最佳的生產(chǎn)狀態(tài)，避免損失的出現(xiàn)；同時，提供了實時參數(shù)點的均值、標偏和CPK計算以及相關參數(shù)點的同步展示，也為不斷地總結生產(chǎn)經(jīng)驗，提高生產(chǎn)過程能力提供了平臺。有利于經(jīng)驗的傳承和發(fā)展。

(2)報警信息管理。報警信息系統(tǒng)是SPC系統(tǒng)中重要的一環(huán)。當生產(chǎn)過程出現(xiàn)異常的情況，如數(shù)據(jù)點落在了控制限之外等。系統(tǒng)就會根據(jù)系統(tǒng)預設的報警規(guī)則進行報警，提示操作人員進行處理，使過程盡快恢復到穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)卷包SPC管理。卷包車間的機組分為卷接機和包裝機。根據(jù)需求，主要針對了生產(chǎn)過程中的剔除和消耗進行分析和控制。為實施企業(yè)降能減耗提供了新的管理依據(jù)。

2.2 西格瑪測評系統(tǒng)

以國家煙草專賣局發(fā)布實施的《卷煙制造過程西格瑪水平測評導則》行業(yè)標準[5]為基點，導入西格瑪水平管理思想，將參數(shù)化控制作為核心手段，以穩(wěn)態(tài)過程控制作為評價模型，以過程制造能力評價作為測算模型，基于CIMS系統(tǒng)，構建了生產(chǎn)過程西格瑪水平測評系統(tǒng)。該系統(tǒng)為煙草行業(yè)內企業(yè)間的多點聯(lián)合生產(chǎn)提出了一種模式。其體系結構如圖4所示。

西格瑪水平測評系統(tǒng)注重關鍵性能指標CPK(Complex Process Capability index)的計算，更強調數(shù)據(jù)的離散程度和整體的合成[6]。系統(tǒng)功能包括：過程西格瑪水平計算管理、過程質量統(tǒng)計管理、公式庫管理、數(shù)據(jù)預處理、基礎數(shù)據(jù)管理、工藝標準管理等。

(1)業(yè)務數(shù)據(jù)管理功能，包括西格瑪水平計算、修改和查詢。根據(jù)測評模型的層次查詢西格瑪水平數(shù)值，并進行修改和重新合成操作。

(2)西格瑪水平計算管理功能由過程西格瑪水平計算管理模塊和過程質量統(tǒng)計管理模塊組成。該功能在針對流程性產(chǎn)品（如煙絲）的生產(chǎn)過程西格瑪水平數(shù)值采用標準差進行計算，而對含有缺陷的質量檢驗統(tǒng)計過程西格瑪水平數(shù)值則采用百萬分概率缺陷參數(shù)DPMO (Defects Per Million Opportunities)進行計算。并依照工序、車間和企業(yè)三層關系進行合成處理。

圖4 卷煙制造過程西格瑪測評系統(tǒng)體系結構

(3)公式庫管理功能對系統(tǒng)測評模型中采用的標準西格瑪測評公式進行管理。用戶提供的特殊計算公式可通過該功能中的自定義模式進行處理。西格瑪測評模型在進行計算時可以自動引用公式庫中的相關計算公式，以提高計算自動化水平。

2.3 質量檢驗系統(tǒng)

采用先進成熟的軟件技術，以ISA-95質量管理模型為基準，實現(xiàn)對產(chǎn)品的從原材料、半成品、成品之間的生命周期管理。主要是對煙絲、梗絲、薄片的過程檢驗、卷包過程檢驗、包裝卷制、包裝標識、主流煙氣、常規(guī)化學分析的檢驗、感官評吸和材料、原料檢驗。主要功能為：

(1)規(guī)范管理。相關操作人員可以通過標準LIMS接口，將產(chǎn)品規(guī)范管理模塊中所定義的產(chǎn)品類型、檢驗標準、版本號等產(chǎn)品檢驗基礎信息儲存到質量檢驗系統(tǒng)中。

(2)過程觸發(fā)。系統(tǒng)可以在工單管理過程中，根據(jù)工單執(zhí)行的狀態(tài)值，手動或自動觸發(fā)生產(chǎn)過程質量檢驗請求，該檢驗請求可關聯(lián)觸發(fā)相關檢驗人員的產(chǎn)品檢驗工作提示信息，以簡化檢驗人員的樣本取樣及產(chǎn)品檢驗工作，繼而通過工作效率。

(3)過程檢驗。在質量檢驗過程中，系統(tǒng)通過與實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的連接，自動提取實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的關鍵指標數(shù)據(jù)，以方便對產(chǎn)品檢驗樣本的檢測工作。

3.技術實現(xiàn)

3.1 用戶單點登錄。系統(tǒng)中所有的子系統(tǒng)共享一個身份認證系統(tǒng)。身份認證系統(tǒng)將用戶登錄信息和用戶信息庫相關聯(lián)，對用戶進行身份登錄認證；用戶身份認證成功后，身份認證系統(tǒng)生成唯一的用戶認證標志（ticket），并返還給所有子系統(tǒng)，以幫助子系統(tǒng)判斷用戶登錄的有效性。

3.2 數(shù)據(jù)采集和歸檔。西格瑪水平測評系統(tǒng)通過OPC采集器每六秒實時采集一次生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)后存儲在Historian數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)可對每個Tag點的采集頻率和采集相位進行獨立或批量設置、定義。系統(tǒng)支持數(shù)據(jù)緩存功能，能夠極大地緩解網(wǎng)絡連接不穩(wěn)定所造成的數(shù)據(jù)存儲問題。系統(tǒng)可自定義設置歷史數(shù)據(jù)歸檔時間，數(shù)據(jù)歸檔時先對原始數(shù)據(jù)采用偏差、斜率等壓縮算法進行壓縮處理，提高磁盤存儲空間的利用效率。

3.3 數(shù)據(jù)過濾。系統(tǒng)中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)按照干頭、過程、干尾、結束等生產(chǎn)狀態(tài)進去區(qū)分，以便于實現(xiàn)全批次數(shù)據(jù)采集。并通過MES系統(tǒng)Simantic平臺下的實時數(shù)據(jù)管理模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)過濾。

3.4 數(shù)據(jù)轉存。系統(tǒng)通過JOB方式定期對卷包綜合測試臺、MES質量管理系統(tǒng)和KPI(Key Performance Indicator)指標管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行封包、轉存處理操作。

3.5 業(yè)務信息轉存。系統(tǒng)通過OPC方式對制絲和卷包車間的工單批次、班別、班次、產(chǎn)量等生產(chǎn)業(yè)務信息進行轉存處理操作。

3.6 數(shù)據(jù)檢索。質量檢驗數(shù)據(jù)的存儲結構可使用外部報告軟件，通過Universe數(shù)據(jù)模型與報表管理模塊實現(xiàn)無縫連接，從而做到了對數(shù)據(jù)檢索處理的快速和高效。

3.7 海量數(shù)據(jù)的存儲及實時交互。系統(tǒng)采用實時數(shù)據(jù)庫技術，對多數(shù)據(jù)源（Oracle 10g數(shù)據(jù)庫、Access數(shù)據(jù)庫、關系數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫RTDS/OPC/INSQL等）的共971個點的數(shù)據(jù)進行了生產(chǎn)過程動態(tài)數(shù)據(jù)的實時采集與監(jiān)視處理。

3.8 版本控制。系統(tǒng)支持法規(guī)遵從、21CFR11審計跟蹤，完整記錄和控制更改歷史和對象版本等信息，保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性。

4.總結

構建生產(chǎn)質量信息系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)離散的、簡單的手工操作方式，代之以自動采集、實時在線、網(wǎng)絡控制等特點成為企業(yè)信息化不可缺少的一部分，實現(xiàn)由離線控制變?yōu)檫^程實時監(jiān)控，實現(xiàn)從“事后檢驗”到“預防不合格品產(chǎn)生”。同時，關注于整個產(chǎn)品質量的全過程的分析，提供了從企業(yè)整體西格瑪水平到具體的關鍵性能指標的CPK的判斷，這些對提高產(chǎn)品可控性和產(chǎn)品質量管理水平具有重要的現(xiàn)實意義，也為全面質量管理提供了一種數(shù)字化的應用。

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