28、集成生产中的质量管理数字技术

集成生产中的质量管理数字技术

1. 引言

数字化是经济发展的现代趋势，在工业生产领域同样具有重要意义。生产领域的集成转型是影响数字化进程的因素之一，随着集成互动的增加，数字化生产的占比也会相应提高。这是因为数字化和集成转型会带来特殊的集成和数字效应，如增强竞争力、创建统一的集成和数字平台、提高工业企业的可持续性以及促进数字资源的交换。然而，集成产业的效率在很大程度上取决于其活动的标准化。因此，本文将探讨标准化、数字化和集成这三个要素在汽车工业企业中的相互作用。

2. 文献综述

在汽车行业，基于ISO/TS 16,949标准的质量管理过程的信息支持，充分体现了智能和数字方法在质量管理中的必要性。ISO/TS 16,949:2009规定了汽车生产及相关服务零件组织应用ISO 9001:2008的特定要求，该标准由国际汽车工作组（IATF）和日本汽车制造商协会（JAMA）在ISO技术委员会TC 176的支持下制定，其前身是美国的QS - 9000标准。

应用ISO/TS 16,949时，组织需要使用一系列工具。仅在ISO 9001标准中，就有超过20个要素或章节可以通过适当的IT系统提供信息支持。除了ISO 9001的要求外，ISO/TS 16,949还要求应用以下方法：
- 高级产品质量策划（APQP）
- 新项目潜在缺陷分析（FMEA）
- 测量系统分析（MSA）
- 统计过程控制（SPC）
- 产品质量问题解决流程（8D）
- 设备维护支持系统（TPM）等

APQP过程由5个阶段组成，各阶段的基本目的及在ISO/TS 16,949标准中的对应点如下表所示：
| 步骤 | 目的 | ISO/TS 16,949点 |
| ---- | ---- | ---- |
| 步骤1. 规划、概念化和质量保证计划 | 确保清楚理解客户的要求和期望 | 7.1, 7.2.1–7.2.2, 7.3.1 |
| 步骤2. 产品设计和开发 | 全面分析产品设计（原型）和开发的可行性 | 7.3.2–7.3.4, 7.3.7 |
| 步骤3. 过程设计和开发 | 设计和开发高效的生产系统，以确保满足客户的要求和期望 | 7.3.2–7.3.4, 7.3.7 |
| 步骤4. 产品和过程验证 | 在批量生产前确认产品和过程符合客户要求 | 7.3.5, 7.3.6, 8.2.3.1 |
| 步骤5. 生产和改进活动 | 维持和提高产品和过程质量 | 7.5, 7.6, 8 |

从表中可以看出，精确组织所有项目工作以及运用整套方法的硬技能和软技能是主要优先事项之一，而软件是任何质量管理系统中最重要的元素。不过，创建这样的软件包颇具难度，市场上此类软件解决方案并不多，但在某些领域仍有一些颇具竞争力的产品。

3. 质量管理软件综述

市场上有许多支持上述方法的软件产品，但大多数是国外制造且基于英文内容，生产领域的员工使用起来有一定难度。生产软件的需求取决于以下几个因素：
- 具备俄语界面及其应用方法
- 基于建议方法提供应用示例
- 能够更改输出形式（报告、协议）以满足当前需求
- 价格合理且可更新

考虑到这些因素的软件产品将更受欢迎。此外，还应实现为每个质量管理方法创建知识库的技术，这些知识库可作为培训或方法模块、存储和搜索相应方法有效解决方案的模块，以及绑定和存储所有文档的模块。

以下是部分市场上支持质量方法的信息系统：
| 信息系统 | 方法 | ISO/TS 16,949 | 可能性 |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| Attestator | SPC, MSA | | 使用SPC方法（控制图、指标、直方图）分析技术和其他过程的状态和可能性，进行测量系统分析（MSA） |
| Minitab 16 | SPC, MSA | | 提供从简单统计估计、变异分析、统计过程管理、图表到实验规划的多种不同模块 |
| Quality companion 3 | FMEA, APQP | | 提供与Minitab 16同一制造商的一系列产品和过程设计软件 |
| QiBox | APQP, ANPQP, PPAP | | 整合满足ISO/TS 16,949标准要求的所有必要工具以及新产品质量管理程序中的项目管理工具 |
| STATISTICA Quality Control (QC) | SPC, MSA | | 实现质量控制和技术过程分析的所有技术阶段，进行生产实验规划 |
| Wonderware QI analyst software | SPC | | 实时网络SPC系统，可使用所有SPC工具，将信息存储在数据库中并生成任何报告 |
| Q - DAS—solara, procella, qs - STAT, destra | SPC, MSA | | solara - 测量系统分析（MSA）；procella - 过程控制；qs - STAT - 过程评估；destra - 具有多种统计分析方法的统计软件包 |
| Windchill quality solutions products | FMEA | | 由一系列用于可靠性分析和风险管理的程序组成的软件产品，可集成到一个系统中 |
| Xfmea | FMEA | | 便于管理和报告所有类型的FMEA和FMECA，也是一套较大的可靠性分析和风险管理程序的一部分 |

4. ISO标准保障产品生命周期

著名的质量循环反映了产品生命周期各阶段的相互关系，有助于理解支持企业管理系统所需的能力范围和软件产品。该循环几乎完全体现在ISO/TS 16,949标准的第7和第8节及其描述中。

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(营销):::process --> B(产品开发):::process
    B --> C(采购):::process
    C --> D(生产过程准备):::process
    D --> E(生产):::process
    E --> F(检验和测试):::process
    F --> G(包装和存储):::process
    G --> H(销售和分销):::process
    H --> I(转移到运营):::process
    I --> J(维护、技术支持):::process
    J --> K(运营):::process
    K --> L(处置):::process

然而，质量循环图是静态的，无法反映产品开发的动态。因此，以质量螺旋来表示任何产品的开发模型更为合适，其中每一步都代表产品的改进程度。螺旋的形成与客户满意度相关，客户满意度越高，螺旋越长，品牌在市场上的寿命也就越长。

企业应区分产品开发和企业管理开发。系统开发依赖于其各个元素的发展，如在产品设计和生产中采用新方法、进行过程分析和管理，以及确保它们相互作用和管理的系统，如员工激励新方法、信息资源管理等。产品开发也可以在系统不变的情况下进行，例如通过改进和现代化设计、使用新材料等。最有价值的趋势是通过设计、生产、控制、实施等系统的发展获得新产品，理想情况下，这两个过程应相互补充，这样才能获得不断改进的创新产品，使企业在市场中保持领先地位和高竞争力。

5. 产品质量的IT模拟

质量螺旋的每个元素可以独立发展，其发展水平可能差异很大或完全不同。个别元素发展的不均衡会影响产品的整体发展。可以使用评分系统和雷达图来评估质量循环中各个元素以及产品整体的发展程度，雷达图可作为展示动态和发展程度的螺旋模型。

在产品或服务的生命周期中，生产阶段的变化最为重要，因为它是最长的阶段，需要在培训新员工、提升数字技能、购置设备、工具和配件等方面进行大量投资。项目阶段的变化相对较少且持续时间较短，但这些变化更为复杂，因为它们需要更多时间和对创新过程的深入了解。

每个阶段都伴随着对不同类型信息的分析，以确保组织内部不同部门之间、供应商与利益相关者（包括国家机构）之间的沟通和互动。信息会影响组织的整个管理系统，包括质量管理、生态和劳动保护等子系统，以及技术、财务、法律等传统管理子系统。领先的竞争组织会尝试拥有支持上述子系统的信息系统，但目前最发达和可用的信息系统主要用于会计、法律数据和生产管理，支持质量管理等类似系统的信息系统在制造企业中并不常见。

6. 研究结果

6.1 集成生产系统的标准分析与案例研究

对现代集成过程管理方法和趋势的分析表明，复杂生产系统管理工具使用不足的主要原因之一是，标准化在生产过程中的引入和实施是分散且缓慢的。新引入的标准需要经过漫长的过程才能适应特定生产活动的需求。

以下是根据对汽车行业供应商和消费者的调查数据绘制的图表，展示了标准化系统要求评估较低的原因：
| 原因 | 占比 |
| ---- | ---- |
| 集成生产结构因信息安全漏洞造成的非生产性损失 | 9.6% |
| 基于GOST要求（包括GOST R ISO 9001 - 2015）决策支持技能不足 | 7.3% |
| 集成结构中信息资产保护技能知识不足 | 12.4% |
| 员工对信息支持标准和过程方法的实践知识水平不足 | 13.5% |
| 符合TR要求的信息支持不足 | 10.8% |
| TR系统要求与企业内部标准之间的相互关系水平不足 | 8.3% |
| 集成过程的标准化水平较低 | 16.4% |
| 员工在应用现有标准方面的知识不足 | 11.7% |

对萨马拉地区工程和汽车行业经济效率的研究发现，2018 - 2021年期间，上述原因导致的总损失超过20%，主要损失与集成生产结构信息安全不足、企业信息资产保护技能缺乏以及集成过程标准化水平低有关。目前的分类中缺乏减少因不符合当前信息保护要求和标准而导致各种损失的动力。因此，本文探讨了基于质量管理工具和现代软件的企业发展特点。

6.2 集成生产系统的信息安全配置文件模拟

对本文所讨论问题的前提和监管文件的审查表明，该问题在作者所在地区具有重要意义。近年来，高等教育机构才开始要求在生产结构中形成信息安全保护过程管理主题领域的基本概念术语基础、构建能力以及知识、技能和能力的总和。

以下是对大学生构建符合利益相关者要求的“信息保护配置文件”模型的准备水平评估图表：

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(监管知识):::process --> B(数字技能):::process
    B --> C(营销分析技能):::process
    C --> D(聚类分析技能):::process
    D --> E(数学建模和预测技能):::process
    E --> F(设计技能):::process
    F --> G(质量计量方法):::process
    G --> H(生产自动化):::process
    H --> I(利益相关者):::process
    I --> J(TSU):::process

该评估于2022年进行，展示了大学生在不同技能方面的准备水平。

7. 结论

1. 根据质量循环对外部环境要求的分析，确定了生产系统对信息安全配置文件的需求。
2. 安全问题的描述包括作者确定的与质量循环各点相对应的内外部环境威胁列表。

掌握构建安全配置文件的技能将显著降低集成生产企业在互利合作中信息资产损失的风险，这也是本研究结果的实际价值所在。

未来研究方向

未来，研究人员计划在以下方向开展研究：
1. 根据质量循环的阶段构建评估目标树和评估对象风险树。

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(质量循环阶段):::process --> B(评估目标树):::process
    A --> C(评估对象风险树):::process

2. 建立“需求树” - “决策树”的逻辑联系，反映对数字信任和安全的功能要求，并对应产品制造过程中质量循环各阶段采取的信息保护措施。