摘要： 針對當前飛機制造企業(yè)信息系統眾多、質(zhì)量信息數據來(lái)源不一致、對貫穿飛機研制全生命周期的產(chǎn)品設計制造過(guò)程數據及企業(yè)資源數據缺乏相應的數據治理與數據質(zhì)量控制等問(wèn)題，通過(guò)分析公司質(zhì)量管理現狀，構建基于大數據的質(zhì)量管控體系，挖掘關(guān)鍵質(zhì)量信息，建立QBOM目錄結構的單機質(zhì)量檔案，實(shí)現產(chǎn)品質(zhì)量管控模式從事后被動(dòng)檢驗轉變?yōu)槭虑爸鲃?dòng)預防，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量及成品率。

關(guān)鍵詞：大數據、質(zhì)量管控、QBOM、異地協(xié)同RFV、數據挖掘

1  引言

飛機制造是一個(gè)復雜的過(guò)程，質(zhì)量可追溯性要求高^[1]。目前成飛集團的質(zhì)量管理處于質(zhì)量統計階段，百分之百全檢的檢驗方式有效地保證了產(chǎn)品的質(zhì)量及可靠性，然而對質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行診斷、報警與維護的功能并沒(méi)有充分發(fā)揮，如何更加迅速且準確的進(jìn)行質(zhì)量控制及預測成為了成飛目前在質(zhì)量方面亟待解決的問(wèn)題。作為一個(gè)航空類(lèi)企業(yè)，成飛最大的生產(chǎn)特點(diǎn)就是多品種小批量?；诙嗥贩N小批量的生產(chǎn)方式，傳統的質(zhì)量控制方法在生產(chǎn)過(guò)程中出現了種種的不適應性，時(shí)常出現虛報及漏報的情況，造成生產(chǎn)過(guò)程無(wú)謂的停工檢查及返工，從而大大提高了質(zhì)量成本。

隨著(zhù)數字化與信息化建設的推進(jìn)，公司各個(gè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)系統積累了豐富的原始數據，為進(jìn)行大數據分析奠定了基礎。如何從這些數據中分析挖掘出關(guān)鍵質(zhì)量信息，用于提高產(chǎn)品質(zhì)量及成品率，是質(zhì)量控制的重點(diǎn)方向。

進(jìn)行基于大數據的飛機質(zhì)量管控關(guān)鍵技術(shù)研究與應用是成飛的企業(yè)信息化發(fā)展到信息綜合利用階段的必然需求。

2  飛機制造質(zhì)量形成過(guò)程分析

按照過(guò)程管理的模式進(jìn)行劃分，飛機制造質(zhì)量的形成過(guò)程包括工藝指令下達、生產(chǎn)指令下達、物料配套、現場(chǎng)執行、質(zhì)量記錄五個(gè)階段，最終形成單機質(zhì)量檔案，如圖1所示。

圖1 飛機制造技術(shù)架構-質(zhì)量數據集成

在工藝指令下達階段，裝配指令（ASSEMBLY ORDER,即AO）作為裝配生產(chǎn)的制造依據，是非常關(guān)鍵的工藝技術(shù)文件，以AO無(wú)紙化為突破點(diǎn)來(lái)實(shí)現工藝技術(shù)文件的無(wú)紙化，重點(diǎn)突破AO實(shí)例化及基于實(shí)例的工藝現場(chǎng)更改無(wú)紙化技術(shù)難點(diǎn)^[2]，AO的實(shí)例化依據MBOM結構及AO文檔的技術(shù)狀態(tài)、有效性和版本管理來(lái)實(shí)現，為每個(gè)架次的AO生成一個(gè)獨立的實(shí)例，物流配套信息、執行過(guò)程信息、質(zhì)量數據的采集都以獨立的AO實(shí)例為對象進(jìn)行記錄，為建立全數字化的單機質(zhì)量檔案提供數據支撐。三維輕量化數模及裝配仿真動(dòng)畫(huà)作為裝配制造的重要部分，將在A(yíng)O實(shí)例化時(shí)一并實(shí)例化，在制造執行現場(chǎng)呈現給執行工人進(jìn)行交互使用，以可視化方式指導工人進(jìn)行裝配操作。AO實(shí)例的現場(chǎng)更改則是基于獨立的AO實(shí)例進(jìn)行的工藝設計更改，其作用范圍限定于A(yíng)O實(shí)例的獨立架次有效性范圍內。AO在執行過(guò)程中，在更改流程驅動(dòng)下可進(jìn)行多次現場(chǎng)更改，每次更改將實(shí)時(shí)反饋到MES系統中，現場(chǎng)以最新版AO實(shí)例執行，確?，F場(chǎng)使用的AO有效性。

在生產(chǎn)指令下達階段，要解決生產(chǎn)指令生成、發(fā)布和傳遞無(wú)紙化。AO計劃下達時(shí)將實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)ERP庫房管理模塊的AO物料配套保障情況決定是否達到下達狀態(tài)，同時(shí)關(guān)聯(lián)PDM判定AO文檔是否發(fā)布并具備架次有效性。滿(mǎn)足物料配套條件和AO發(fā)布有效的AO計劃才能下達，并成為工段的作業(yè)計劃。工段將作業(yè)計劃分派給操作者或操作小組，工人接收作業(yè)任務(wù)進(jìn)行現場(chǎng)執行。通過(guò)計劃的逐層分解及與物料配套、AO有效性的關(guān)聯(lián)達到對生產(chǎn)的有效管控。

物料配套階段保障裝配生產(chǎn)計劃順利執行的關(guān)鍵，物料按計劃節點(diǎn)及時(shí)配套才能保障生產(chǎn)的順利執行。物料配套無(wú)紙化，從MES系統由AO的物料配套計劃驅動(dòng)，通過(guò)ERP庫房管理模塊進(jìn)行物料配套、物料配送，在生產(chǎn)現場(chǎng)由MES系統進(jìn)行現場(chǎng)物料接收、現場(chǎng)物料核實(shí)。在現場(chǎng)物料接收和核實(shí)環(huán)節，由工人、檢驗分別在無(wú)紙化AO文檔上記錄和核實(shí)物料的關(guān)鍵質(zhì)量信息，包括物料圖號、配套架次、質(zhì)量編號、數量等。AO的配套物料信息和核實(shí)質(zhì)量信息將作為AO開(kāi)工條件檢查的條件之一進(jìn)行校驗。在物料配交接環(huán)節使用二維碼技術(shù)，進(jìn)一步校對實(shí)物和信息流的一致性，確保物料實(shí)際配套的準確性。

裝配現場(chǎng)執行階段依據無(wú)紙化生產(chǎn)指令、無(wú)紙化工藝技術(shù)文件、無(wú)紙化物料配套信息?，F場(chǎng)執行面向操作層的操作者、檢驗員?，F場(chǎng)執行的無(wú)紙化包括：(1)AO實(shí)例化，由MES向CAPP提出AO實(shí)例化申請并獲取AO實(shí)例；(2)工序開(kāi)工條件核實(shí)，系統將自動(dòng)進(jìn)行工序開(kāi)工條件檢查，具備開(kāi)工條件的AO允許進(jìn)行工序的執行。(3) 工序的開(kāi)完工信息采集，工人依據無(wú)紙化的工序說(shuō)明書(shū)進(jìn)行裝配操作，并采集工序的開(kāi)工、完工信息，涉及實(shí)測記錄的工序填寫(xiě)相應記錄。(4)現場(chǎng)可視化展示，裝配現場(chǎng)執行無(wú)紙化以裝配現場(chǎng)可視化為基礎，在裝配現場(chǎng)展示AO級、工序級的三維輕量化數模以及基于三維輕量化數模的裝配仿真，指導工人操作，是現場(chǎng)工藝指導的重要輔助手段。(5)AO無(wú)紙化現場(chǎng)更改，通過(guò)對單架次應用的有效的AO實(shí)例更改，由一系列流程控制保障工藝現場(chǎng)更改的嚴謹性和現場(chǎng)執行的可行性。(6)工序質(zhì)檢及故障處置，對工序的質(zhì)檢及故障處置進(jìn)行管控，按照質(zhì)量程序文件要求自動(dòng)進(jìn)行工序開(kāi)工約束控制，避免跨越工藝流程操作問(wèn)題。(7)現場(chǎng)問(wèn)題管理，處理現場(chǎng)執行過(guò)程中的問(wèn)題，通過(guò)流程協(xié)同職能部門(mén)處理(8) 計劃執行反饋，工序執行完成，將完工信息自下而上反饋至AO層、工位層、段位層，形成執行計劃的管理閉環(huán)。在現場(chǎng)執行過(guò)程中通過(guò)流程驅動(dòng)和技術(shù)手段，提高生產(chǎn)管控的自動(dòng)化和敏捷性。

質(zhì)量記錄階段飛機裝配制對質(zhì)量控制的規范性、完整性，準確性、可追溯性都有極為嚴格的要求，因此，在無(wú)紙化裝配制造中，AO質(zhì)量文件的無(wú)紙化歸檔尤為重要。AO歸檔的質(zhì)量記錄包括：（1）AO裝配清冊，記錄飛機裝配的物料信息、質(zhì)量信息、核實(shí)信息，在從物料的配送到完工核實(shí)的流程中記錄（2）設檢工序的檢驗信息，記錄工序檢驗的結論，由現場(chǎng)工序檢驗時(shí)記錄完成。（3）現場(chǎng)實(shí)測記錄表，記錄制造過(guò)程中需實(shí)時(shí)測量的技術(shù)指標數據，由工人、檢驗等人員錄入、簽字記錄完成。（4）工序故障及質(zhì)量單據信息，由工序檢驗發(fā)起相關(guān)不合格品通知單、不合格品審理單等質(zhì)量單據審理信息及處置結論（5）AO更改記錄，記錄AO的歷史更改記錄及現場(chǎng)更改的內容、簽審信息等。(6)AO歸檔信息，由系統自動(dòng)進(jìn)行AO歸檔條件的綜合判定，當AO執行完成并滿(mǎn)足歸檔條件時(shí)，允許進(jìn)行AO電子歸檔。AO的質(zhì)量歸檔文件與質(zhì)量證明文件、質(zhì)量報告等其他質(zhì)量信息一并匯總，以BOM為牽引形成單機質(zhì)量檔案。

3  基于大數據的質(zhì)量管控

以全面提升成飛公司飛機制造質(zhì)量管控水平為宗旨，開(kāi)展了基于規則大數據分析的質(zhì)量管控技術(shù)研究。研究復雜產(chǎn)品質(zhì)量管控技術(shù)在航空制造業(yè)的應用情況，分析并梳理成飛公司質(zhì)量管理的現狀。以“精準定位”、“反哺生產(chǎn)”為管控目標，構建基于大數據分析的質(zhì)量管控體系。研究基于MaHout數據挖掘技術(shù)的應用模式，實(shí)現流程依據挖掘出的關(guān)鍵信息自動(dòng)控制質(zhì)量管理的集成應用?；陲w機產(chǎn)品制造過(guò)程質(zhì)量檢驗與控制業(yè)務(wù)，研究基于統計過(guò)程控制方案及穩定性預警技術(shù)，實(shí)現產(chǎn)品制造過(guò)程質(zhì)量管控模式從事后被動(dòng)檢驗轉變?yōu)?/span>事前主動(dòng)預防，從而達到提高產(chǎn)品質(zhì)量及成品率。建立質(zhì)量管控平臺，開(kāi)發(fā)完成生產(chǎn)計劃執行情況數據分析、物料配套數據分析、現場(chǎng)執行數據分析、檢驗數據分析，與PDM/CAPP/ERP等系統的集成，實(shí)現生產(chǎn)質(zhì)量的全過(guò)程管控。梳理零件、裝配生產(chǎn)制造的質(zhì)量控制業(yè)務(wù)流程，建立業(yè)務(wù)流程對應的質(zhì)量指標數據，實(shí)現業(yè)務(wù)流程與指標數據采集的協(xié)同管控。研究單機質(zhì)量交付狀態(tài)清理的業(yè)務(wù)流程和大數據分析相關(guān)技術(shù)，實(shí)現單機質(zhì)量交付狀態(tài)的快速清理。建立QBOM的目錄體系結構，通過(guò)數據分類(lèi)和整理，實(shí)現QBOM目錄結構的單機質(zhì)量檔案管理。

2.1 總體架構

基于大數據的質(zhì)量管控總體技術(shù)架構如圖2所示，整體分為大數據技術(shù)集成環(huán)境、大數據應用開(kāi)發(fā)工具和大數據業(yè)務(wù)應用三個(gè)部分。

圖2 系統架構圖

大數據技術(shù)集成環(huán)境是進(jìn)行大數據分析的技術(shù)和平臺基礎。搭建基于云計算和HDFS的虛擬化資源池、存儲資源池、網(wǎng)絡(luò )資源池以及基于Spark的計算資源池，形成能夠處理各類(lèi)數據的大數據分析環(huán)境，主要處理的數據包括結構化數據、非結構化數據及半結構化數據等按數據結構劃分的數據和工藝設計數據、工裝數據、制造過(guò)程數據、檢驗數據等按業(yè)務(wù)劃分的數據。大數據應用開(kāi)發(fā)平臺工具是進(jìn)行質(zhì)量管控的中間層，主要包含分布式計算引擎、業(yè)務(wù)數據接入系統、數據清洗轉換過(guò)程、數據分析系統和數據共享系統。大數據業(yè)務(wù)應用層是質(zhì)量管控的業(yè)務(wù)分析層，主要包括構建質(zhì)量管控體系、構建QBOM單機數字化質(zhì)量檔案、實(shí)現質(zhì)量管控指標等內容。

2.2 主要內容

基于大數據的飛機質(zhì)量管控的復雜性首先體現在實(shí)物相關(guān)的質(zhì)量信息數據分類(lèi)多、數據信息大、質(zhì)量數據流程復雜等特點(diǎn)，本次技術(shù)研究主要以業(yè)務(wù)流程為導向，建立了質(zhì)量信息采集控制管理流程，從開(kāi)始零件原材料下料到零件投產(chǎn)，后續制造質(zhì)量數據采集、到零件交付歸檔，以及在實(shí)際制造過(guò)程中的實(shí)測記錄值等，都有嚴格的流程控制，系統梳理了每一個(gè)控制流程節點(diǎn)應該采集的數據值信息，規范了質(zhì)量數據信息采集的流程和數據的規范性，建立了飛機制造過(guò)程質(zhì)量管理體系。

從裝配環(huán)節來(lái)說(shuō)，同樣梳理相應的質(zhì)量管理流程和數據采集數據信息，同時(shí)裝配主要質(zhì)量很大程度上也取決于配套零件、成品、標件等子件信息數據，系統通過(guò)配套管理和二次配套管理有效解決裝機信息管理問(wèn)題，同時(shí)與質(zhì)量單據信息系統集成，包括質(zhì)量單據系統與設計集成，實(shí)現廠(chǎng)所協(xié)同管控的質(zhì)量管控體系，不僅實(shí)現了實(shí)際AO質(zhì)量 信息管理，同時(shí)AO對應裝機子件的質(zhì)量信息一起通過(guò)大數據技術(shù)建立實(shí)時(shí)分析關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現AO質(zhì)量體系建立。

建立以QBOM為目標的單機質(zhì)量檔案?；诖髷祿娘w機質(zhì)量管控的主要目標是實(shí)現以QBOM為目標的單架次產(chǎn)品質(zhì)量檔案的輸出管理，系統從FO歸檔、AO歸檔、交付狀態(tài)清理三個(gè)環(huán)節分別建立零件FO檔案、裝配AO檔案、單架次產(chǎn)品質(zhì)量信息檔案。FO歸檔實(shí)現了零件生產(chǎn)制造過(guò)程所有質(zhì)量信息的無(wú)紙化的歸檔。AO 歸檔實(shí)現了裝配生產(chǎn)制造過(guò)程所有質(zhì)量信息的無(wú)紙化的歸檔。單機質(zhì)量檔案主要通過(guò)系統設計的合格證管理、條碼技術(shù)使用、加上應用系統圖號、質(zhì)量編號、件號等信息，建立了零件與裝配的松耦合的關(guān)系，同時(shí)通過(guò)系統設計和相關(guān)技術(shù)的使用，系統通過(guò)對合有效管理，有效解決裝配環(huán)節對合對單機質(zhì)量的影響，從而實(shí)現了生產(chǎn)管理與質(zhì)量管理的協(xié)同，最終實(shí)現以QBOM為目標的單架次產(chǎn)品質(zhì)量檔案歸檔管理。

在國內首創(chuàng )了跨廠(chǎng)所異地協(xié)同RFV（不一致處理單）全過(guò)程數字化、流程化處理機制，解決了制造過(guò)程中不一致處置和裝配執行集成管控的應用難題，實(shí)現了跨平臺異地產(chǎn)品裝配制造執行過(guò)程質(zhì)量信息和過(guò)程的閉環(huán)管理?；谌S數模工藝指令構建了集生產(chǎn)執行管控、工藝變更控制、物流配送、質(zhì)量追溯于一體的管控模型，基于QBOM建立了單機數字化質(zhì)量檔案，實(shí)現了裝配制造現場(chǎng)無(wú)紙化和三維可視化。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

（1）基于分類(lèi)算法的工藝改進(jìn)管理 

本項目通過(guò)對保留原因分類(lèi)和故障原因關(guān)聯(lián)分析，找出了影響工藝設計的關(guān)鍵因素，通過(guò)改進(jìn)措施，降低了此因素的發(fā)生概率，從而提高了工藝設計成功率。

（2）實(shí)現多樣化數據采集及分析，將分散數據集中管理，建立企業(yè)級質(zhì)量數據庫

通過(guò)本項目將ERP、PDM、RFV等多個(gè)生產(chǎn)系統中質(zhì)量相關(guān)的結構化數據，以及這些系統的日志文件，圖形文件等非結構化數據進(jìn)行統一采集和管理，建立了企業(yè)級質(zhì)量數據庫。

（3） 高效的數據分析功能

本項目通過(guò)使用Spark數據分析工具，能夠快速的找出影響某一指標的關(guān)鍵因素，實(shí)現高效分析。

（4）基于統計過(guò)程控制（SPC）的質(zhì)量管控技術(shù)

結合飛機產(chǎn)品制造過(guò)程質(zhì)量管控業(yè)務(wù)實(shí)際，對基于統計過(guò)程控制（SPC）及穩定性預警的質(zhì)量管控技術(shù)進(jìn)行研究，為制造過(guò)程關(guān)鍵工序提供質(zhì)量過(guò)程統計、分析、預警、診斷全面過(guò)程管理的決策方案，及時(shí)發(fā)現關(guān)鍵工序生產(chǎn)過(guò)程的變異，消除異常波動(dòng)，使生產(chǎn)制造處于穩定狀態(tài)。

統計過(guò)程控制即應用統計學(xué)相關(guān)理論及技術(shù)對過(guò)程中的各個(gè)階段應用控制圖進(jìn)行監控，對異常的點(diǎn)進(jìn)行診斷分析，從而達到保證和改進(jìn)質(zhì)量的目的。本次研究基于統計過(guò)程控制的質(zhì)量管控方案主要包括以下內容：

? 質(zhì)量信息管理

實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵工序的質(zhì)量信息管理，提供及時(shí)的、基于分析的報告和警示，滿(mǎn)足管理生產(chǎn)、審計和工業(yè)標準化質(zhì)量報告的要求。

? 統計過(guò)程控制與分析

實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵工序的過(guò)程管理、持續過(guò)程改進(jìn)、提供詳盡全面的一元及多元小批量的SPC分析，并對過(guò)程異常進(jìn)行報警。統計過(guò)程控制（SPC）技術(shù)使用統計控制圖對過(guò)程績(jì)效及其波動(dòng)因素進(jìn)行監控和分析。通過(guò)建立統計控制圖，可以實(shí)時(shí)地對生產(chǎn)過(guò)程的各種輸出特性進(jìn)行統計監控與分析，以便及時(shí)發(fā)現導致質(zhì)量特性發(fā)生變化的異常原因，并及時(shí)剔除或減少異常原因，使質(zhì)量特性的波動(dòng)處于統計穩定狀態(tài)。統計過(guò)程控制及分析模塊基于質(zhì)量特性的相關(guān)性分析、過(guò)程能力分析等關(guān)鍵技術(shù)，提供用于常規過(guò)程管理、持續過(guò)程改進(jìn)、針對不同特點(diǎn)和類(lèi)型的SPC控制圖（包括一元常規控制圖、小批量計量值控制圖、多元計量值控制圖），并提供報警系統（通過(guò)判斷控制限、警示限及違反模式進(jìn)行監控過(guò)程的報警）。

? 統計過(guò)程診斷

通過(guò)對工序質(zhì)量影響因素的分析，實(shí)現對過(guò)程異常發(fā)生原因和地點(diǎn)的診斷，為迅速解決質(zhì)量問(wèn)題提供方向和目標。統計過(guò)程診斷（SPD）模塊根據質(zhì)量指標的一元及多元性，分別采用不同的方法，對異常工序或對多質(zhì)量指標中的異常質(zhì)量指標進(jìn)行定位，從而幫助操作人員及時(shí)識別、判斷、分析和處理異常，并對生產(chǎn)進(jìn)行改進(jìn)。該模塊基于主成分分析法(PCA)來(lái)實(shí)現多元SPD的診斷，其基本思路如下：尋找一組新變量（即主成分）來(lái)代替原變量，當SPC控制圖出現異常點(diǎn)，就需要通過(guò)制作各主成分的單變量控制圖，將各質(zhì)量特性的對失控主成分的貢獻率進(jìn)行比較分析，從而實(shí)現工序異常判斷。

4  結束語(yǔ)

本文研究了基于大數據的飛機質(zhì)量管控關(guān)鍵技術(shù)，將現代信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、現代測量技術(shù)相結合，綜合應用于飛機的產(chǎn)品設計、工藝設計、生產(chǎn)制造及檢驗檢測等生命周期管理的各個(gè)階段^[3]。應用大數據平臺集成各個(gè)業(yè)務(wù)系統質(zhì)量數據，通過(guò)產(chǎn)品模型的質(zhì)量控制、質(zhì)量數據的自動(dòng)采集、分析與反饋控制以及質(zhì)量信息資源的共享和質(zhì)量管理的協(xié)同，建立一套以數字化、集成化、網(wǎng)絡(luò )化、協(xié)同化為特征，預警和報警相結合的飛機制造質(zhì)量管控框架系統。本技術(shù)應用于飛機生產(chǎn)過(guò)程，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

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