張輝，支烽耀，仝維超，張東陽

(1.合肥工業(yè)大學儀器科學與光電工程學院，安徽合肥 230009； 2.上海航天電子技術研究所，上海 201109)

0 引言

產品質量是企業(yè)的命脈。質量管理體系是確定質量方針、目標和職責，并通過質量體系中的質量策劃、控制、保證和改進來使其實現(xiàn)的全部活動[1]。Q-DAS作為廣泛應用于車輛零部件領域的軟件，專注于質量管理應用，并在此基礎上開發(fā)了過程能力測定、過程控制、過程評估、過程優(yōu)化等功能[2]。用戶將測量信息存儲在以DFD和DFX為后綴的K域文件中，Q-DAS進行數(shù)據(jù)分析并將分析結果以圖片或文檔形式導出。

互聯(lián)網時代，一切測量都在尋求“入網”，使數(shù)據(jù)具有實時性、溯源性。文獻[3-5]中實現(xiàn)了信息化電子病歷系統(tǒng)、智能線路巡檢系統(tǒng)、地圖交互系統(tǒng)。文獻[6]中在“互聯(lián)網+”的背景下研發(fā)了質量資源管理系統(tǒng)。

本文作者基于Q-DAS軟件，設計了一套車輛零部件質量管理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用C/S架構，將數(shù)據(jù)集中器作為客戶端，PC端數(shù)據(jù)集中管理軟件作為服務器，服務器集中收集客戶端質量數(shù)據(jù)，通過Q-DAS軟件對客戶端數(shù)據(jù)的分析、處理實現(xiàn)質量管理。

1 系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)整體構架如圖1所示。根據(jù)工廠實際生產情況，分為分廠、線體、工序、數(shù)據(jù)集中器、氣動/電感量儀5個層級。量儀使用氣動、電感等方式進行測量，通過RS232串行總線連接至數(shù)據(jù)集中器。數(shù)據(jù)集中器將質量數(shù)據(jù)同自身IP地址等信息綁定，打包發(fā)送至數(shù)據(jù)集中管理軟件。

圖1 系統(tǒng)總體架構

系統(tǒng)C/S架構如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)C/S架構

服務器為數(shù)據(jù)集中管理軟件，通過局域網集中收集各數(shù)據(jù)集中器的測量數(shù)據(jù)。軟件將質量數(shù)據(jù)存儲為Q-DAS可識別的路徑和格式，以進行后續(xù)質量管理。

系統(tǒng)設計以過程控制為理論基礎，將生產過程中的每一個活動作為一個過程，并形成一個網絡節(jié)點。數(shù)據(jù)集中管理軟件對質量數(shù)據(jù)進行集中收集、歸檔，實現(xiàn)企業(yè)自上而下的管理。同時，通過對質量數(shù)據(jù)的溯源，能夠及時準確定位問題并解決問題。

2 數(shù)據(jù)集中器設計

2.1 數(shù)據(jù)集中器硬件設計

數(shù)據(jù)集中器采用某公司的32位ARM核心處理器STM32F103VCT6作為主控器[7]。硬件系統(tǒng)包括電源模塊、MCU模塊、氣動/電感量儀接口(RS232)、實時時鐘、EEROM外部存儲器、人機交互模塊、U盤存儲模塊及以太網模塊。U盤存儲模塊選用文件管理控制芯片CH376[8]，以太網模塊選用了支持全硬件 TCP/IP協(xié)議的網絡接口芯片W5100[9]。數(shù)據(jù)集中器硬件總體框架如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)集中器硬件總體框架

2.2 數(shù)據(jù)集中器軟件設計

數(shù)據(jù)集中器軟件搭載μC/OS-Ⅲ嵌入式操作系統(tǒng)。μC/OS嵌入式操作系統(tǒng)具有高度可移植性，特別適合于微處理器和控制器[10]。在μC/OS操作系統(tǒng)中，使用信號量、消息郵箱和消息隊列3種方式實現(xiàn)任務間的通信和數(shù)據(jù)交互。軟件系統(tǒng)任務邏輯及數(shù)據(jù)交互方式如圖4所示。

圖4 客戶端操作系統(tǒng)任務及交互方式

程序啟動并完成系統(tǒng)初始化后，創(chuàng)建主任務及多任務環(huán)境。各任務創(chuàng)建完畢后進入阻塞狀態(tài)，等待相應的信號量。當串行口接收到測量數(shù)據(jù)時，響應中斷服務程序，發(fā)送信號量，喚醒相應的任務執(zhí)行。任務執(zhí)行完畢后，反饋處理信號，并繼續(xù)等待下一次執(zhí)行?？蛻舳塑浖鞒倘鐖D5所示。

圖5 客戶端軟件流程

3 數(shù)據(jù)集中管理軟件設計

3.1 數(shù)據(jù)集中管理軟件總體設計

數(shù)據(jù)集中管理軟件使用.NET平臺的C#語言完成開發(fā)。軟件總體設計如圖6所示。

圖6 數(shù)據(jù)集中管理軟件總體設計

軟件主要分為視圖(View)和功能模塊(Model)兩部分。視圖部分實現(xiàn)窗體的顯示及窗體之間的邏輯控制；功能模塊部分進行網絡數(shù)據(jù)的通信、數(shù)據(jù)包的處理和質量數(shù)據(jù)的存儲。

3.2 數(shù)據(jù)管理軟件窗口設計

窗口UI設計采用.NET平臺的WinForm工具實現(xiàn)。主窗體主要使用樹形視圖TreeView和列表視圖ListView設計UI界面。軟件主界面如圖7所示。

圖7 數(shù)據(jù)集中管理軟件主界面

使用數(shù)據(jù)集中管理軟件，可配置、獲取和下傳K域、數(shù)據(jù)集中器網絡參數(shù)、測量項參數(shù)，還可配置數(shù)據(jù)文件存儲路徑等。

3.3 數(shù)據(jù)管理軟件網絡通信設計

網絡通信利用.NET環(huán)境下的Windows套接字(Socket類)實現(xiàn)。根據(jù)文獻[11]，服務器端網絡通信的實現(xiàn)，總結為以下步驟：

(1)將套接字綁定本地端口，初始化套接字；

(2)將套接字初始化為服務器模式，并開始監(jiān)聽客戶端連接；

(3)客戶端請求連接時，采用異步方式建立連接，保存客戶端信息，監(jiān)聽客戶端數(shù)據(jù)；

(4)采用異步方式接收客戶端數(shù)據(jù)，并解析數(shù)據(jù)包，完成數(shù)據(jù)存儲；

(5)完成數(shù)據(jù)解析后，根據(jù)解析結果向客戶端返回處理結果，并利用異步方式完成數(shù)據(jù)發(fā)送。

4 質量管理方法

4.1 Q-DAS質量管理方法

K域是使用Q-DAS完成質量管理的重要參數(shù)。通過分級的方式，對不同分廠、線體、工序層級下的所有量儀K域進行統(tǒng)一配置。系統(tǒng)主要使用的K域如表1所示。

通過配置的K域，Q-DAS軟件自動根據(jù)K域名稱讀取相應信息。Q-DAS的監(jiān)控模塊對生產過程實時監(jiān)控，對不合格的零部件、過程能力不足的工序進行報警提示；報告模塊通過統(tǒng)計過程控制的評定方式，生成統(tǒng)計圖和報表供用戶查看。

表1 K域配置

4.2 Excel數(shù)據(jù)分析方法

Excel文件的讀寫利用NPOI動態(tài)鏈接庫實現(xiàn)，并借助Excel宏對數(shù)據(jù)進行SPC分析，計算統(tǒng)計過程控制中Cp、Cpk等參數(shù)，生成SPC報告。以某孔內徑為例，報告結果柱狀圖如圖8所示，其中包含質量數(shù)據(jù)各參數(shù)計算值和質量分布圖。

圖8 SPC柱狀圖報告結果

取前100個質量數(shù)據(jù)作為樣本值，繪制樣本值曲線；并將質量數(shù)據(jù)每5個作為一個子組，計算子組內的平均值和極差。報告結果曲線圖如圖9所示。

圖9 SPC曲線圖報告結果

5 結束語

以過程控制和質量管理為理論依據(jù)，以網絡化的氣動/電感量儀為基礎，以嵌入式、計算機技術為手段，基于Q-DAS軟件設計了一套車輛零部件質量管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用C/S架構，數(shù)據(jù)集中器作為客戶端，完成對量儀質量數(shù)據(jù)的收集；數(shù)據(jù)集中管理軟件作為服務器，接收客戶端數(shù)據(jù)后，完成數(shù)據(jù)解析、存儲。操作管理人員可在服務器端實時獲取、查看各客戶端測量數(shù)據(jù)。

在設計系統(tǒng)時，通過發(fā)揮網絡在質量管理中的集成作用，使數(shù)據(jù)的傳送與共享更加方便、快捷。在構建系統(tǒng)框架的基礎上，設計硬件電路，編寫軟件，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。目前系統(tǒng)工作穩(wěn)定，能夠可靠地組建質量管理網絡，進行質量數(shù)據(jù)的自動采集、歸檔與管理。

最后，使用Q-DAS質量管理軟件了解各生產環(huán)節(jié)過程能力，及時、準確地定位問題并解決問題，提高了產品的生產效率和質量水平。該系統(tǒng)降低了產品的廢品率和消耗，提高了企業(yè)的經濟效益和市場競爭力，使企業(yè)有更好的發(fā)展前景。