制造业生产异常的诊断及其管理措施的构建.docx

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制造业生产异常的诊断及其管理措施的构建

制造业生产异常的诊断及其管理措施的构建

[摘要]对制造业生产异常响应管理系统进行信息化、智能化方案的设计与构建，提高其处置的及时性、实现异常响应的规范化管理，是企业降低生产与管理成本、完善精益生产管理体系、提升企业整体管理水平不可缺少的环节。

分析过程异常的原因，进行异常归类，并对异常控制所需的信息进行采集分析，针对生产过程普遍面临的因人员、设备、质量、物料等异常事件不能及时反馈和处理而影响生产问题的众多因素和难以控制的现状，设计一种对其进行异常控制的策略，构建一种可支持异常事件信息动态采集、综合查询分析和快速处理的生产异常诊断及管理系统，并在总结多数制造企业异常处理规程的基础上，提出规范的、普遍适用的异常处理流程，可为同类型企业在生产管理中的异常诊断与处置提供有益的参考与借鉴，这对于构建环境友好型、资源节约型社会极具意义。

[关键词]制造业；资源环境；精益管理；异常控制；方法措施

[中图分类号][文献标识码]A[文章编号]

Constructionofdiagnosticmanufacturinganomalyanditsmanagementmeasures

Abstract:

thedesignandconstructionofinformatizationofmanufacturingindustry,theproductionmanagementsysteminresponsetoabnormalintelligentscheme,toimprovethestandardizedmanagementofthedisposaloftimeliness,andabnormalresponse,istheenterprisestoreduceproductionandmanagementcosts,improvetheleanproductionmanagementsystem,improveenterprisemanagementlevelisanindispensablelink.Analysisofthecausesofabnormal,abnormalclassification,andabnormalcontrolinformationrequiredforacquisitionandanalysisofmanyfactors,theproductionprocessgenerallyfacebecauseofpersonnel,equipment,materialquality,abnormaleventscannotfeedbackandtimelytreatmentandproductionproblemsanddifficulttocontrolthesituation,adesignoftheanomalycontrolstrategy,constructsasupportincidentinformationcollection,comprehensiveanalysisandfastprocessingproductionexceptiondiagnosisandmanagementsystem,basedonthesummaryofthemajorityofmanufacturingenterprisesexceptionhandlingcode,exceptionhandlingprocesses

proposeduniversalnorms,,canprovideusefulreferenceforthesametypeofbusinessdiagnosisandtreatmentinproductionmanagement,totheconstructionofenvironment-friendly,resource-savingsocietyofgreatsignificance.

Keywords:

Manufacturingindustry;Resourcesenvironment;Fineprofitmanagement;Exceptionallycontrols;Methodmeasure

引言

企业的管理包括正常情况的维持和异常情况的处置管理，而异常情况的发生及延迟解决不仅造成企业经营成本的上升，而且也影响企业的长远发展。

异常管理的实施和完善在很大程度上保证了企业更好地满足客户，提升公司经营绩效，最大限度底降低了异常给企业带来的损失。

随着市场竞争的日益激烈，现代制造企业需要不断提高对不确定性因素的快速反应和处理能力，以维持和提高企业综合竞争力。

在理想状态下，所有生产任务都将按照工序的详细生产计划顺利平滑完成。

但是在实际生产过程中，由于生产任务品种多、批量小和质量要求高等特点，致使生产过程环境的复杂性大大提高，容易引起生产异常。

当前，制造企业面对的不确定性因素越来越多，这些因素包括企业内部条件变化的不确定性和企业外部环境变化的不确定性两大方面。

对于大多制造企业来说，车间生产过程的复杂性和不可预测性导致物料异常、设备异常、人员变更、生产计划变更和紧急任务插入等异常情况时有发生。

车间异常事件的发生时常会造成生产停工，甚至长时间停产，从而影响企业生产任务的执行和产品质量及订单交货期。

因此，现代制造企业迫切需要一种对车间生产异常事件进行有效管理的实时管理系统，以实现对生产异常事件的监控、采集、传递、预警、处置、评价等一体化集成运行，从而提高企业对异常事件的快速反应和处理能力。

目前国内外的专家和学者已经对车间现场的生产异常事件进行了不少的研究和探讨，其中主要包括以下几方面：

1.车间生产设备异常事件管理的研究现状。

车间现场的生产设备是企业进行生产活动的主要生产因素之一，对于制造企业来说，对其车间生产设备异常事件进行有效的管理与监控以保证生产设备的正常运行显得尤为重要。

东南大学陈丽娟等人以电厂为背景，提出了MES系统数据仓库的双层体系结构，给出了电厂MES系统数据仓库的概念模型和数据模型，并介绍了MES系统数据仓库在电厂设备故障预报警方面的应用。

2.车间生产过程中质量异常事件管理的研究现状。

车间生产过程中质量异常事件管理

是产品质量管理的重要环节，也是产品质量管理方面问题的主要来源之一。

目前国内外许多专家和学者对车间生产过程中质量异常事件的管理和监管进行了大量的研究，已经取得了许多有价值的研究成果。

如：

ShankarChakraborty，DigantaTah提出了一种咨询决策支持系统，该系统能帮助收集质量统计数据，并能对其进行分析，从而能实现与质量相关的决策支持。

3.生产异常管理趋势。

当前，国内外已有不少专家和学者在车间生产现场信息管理和监控方面进行了大量的研究，并取得了可喜的成果。

近年来，随着计算机技术、网络技术的迅速发展和先进的制造思想的提出，MES得到了长足的发展，结合MES等先进管理思想和理念对车间生产现场经常出现的生产异常事件进行有效管理，提升企业的快速反应能力已经成为一种新的发展趋势。

目前，这些研究成果为车间生产过程信息的管理和监控能力的提升提供了有力的支持，本文旨在构建一种能支持生产异常事件信息的动态采集、实时传递、快速处理和综合查询分析的车间生产异常事件实时管理系统。

一．生产异常的形成与类型

1.生产异常的形成

生产管理是公司经营管理的重点，是达成企业经营宗旨和盈利目标的重要途径。

生产管理一般包括三个部分：

生产组织活动、生产计划活动和生产控制活动。

通过不断优化生产管理系统，企业可以达成这样一种生产方式，它技术和经济上具备可行性、物质和环境条件所允许，能够迅速调整在生产过程中发生的各种关系，使之符合所制定的产能计划的需求，从而实现生产活动的目标，保证产品质量可靠、产量交期让客户满意。

正常的生产程序下，所产出的成品，均会呈现稳定的分布情形，然而，经过长时间的生产过程，难免会产生一些不良品。

造成不良品的原因，一种是机遇性原因，是不可避免的，也是无法控制的；另一种是非机遇性原因，又称异常原因，属于人为因素，它会对我们的生产和品质产生严重的影响，所以必须采取有效的管理和预防措施，进行异常分析和处理，唯有如此，才能保证持续地大规模生产和取得长期的持续改善。

车间现场管理是在生产第一线进行的综合管理，就是要把生产活动中的五个要素即人、设备工装、加工方法、材料物资和信息有机协调地组织起来，以保证优质、高效、低耗、均衡、安全地进行生产。

车间现场管理是通过现场的生产管理者来进行的。

产品生产过程由一系列生产环节所组成，一般包含加工制造过程、检验过程、运输过程和停歇过程等。

不论由于何种原因造成的产品生产过程的中断，均属停歇过程。

在生产现场，这种停歇过程多被称为生产异常，管理人员每天、每时都要进行有效的协调，以消除生产活动中的障碍，发掘生产中的潜力，完成生产任务。

异常问题处理得好坏，不仅直接影响产品的质量，而且还涉及整个车间乃至整个企业生产的有效性及经济性。

异常多数是指事物向不好的方向发展。

生产异常是指因生产流程、作业方法、机器设备、研发设计、材料等因素而造成的生产线上不合格品数量上升或生产效能下降的情况，是生产过程中造成的进度延迟或生产停工现象，它会造成生产浪费，并严重影响企业的生产能力。

如果生产过程处于异常波动时，我们称之为生产工序处于失控状态。

本文所指的生产异常是指造成制造部门停工或生产进度延迟的情形，由此造成的无效工时，亦称为异常工时。

按照工业工程方法进行生产异常处理的流程大致为：

了解实际生产状况，取样分析结果，以文字表达在异常联络单上经部门主管核实后，通知制造生产部门和品质管理部门处理结果。

而当生产发生异常时，一般都是从处理流程、异常工时计算和责任处理三大内容来进行考虑，以便制定适时的应对办法。

2.生产异常的主要类型

对异常事件的分类管理是车间生产异常事件管理和预警的基础。

由于企业性质及生产类型不同，对生产异常的分类侧重点也不尽相同，如有的企业将制程异常视为主要的生产异常，而有的企业则将计划、物料、品质等异常视为主要生产异常。

产品生产制造过程中，由于人、设备、材料、质量、工艺、技术等的不稳定性，容易产生缺料、设备异常、材料异常等情况。

按实际生产过程造成生产异常的原因不同可以将生产异常分为五种主要类型，包括计划异常、物料异常、设备异常、制程品质异常、设计工艺异常、水电异常等，为了找到及时判断异常产生的标准、依据和处理方法。

生产车间经常出现的生产异常主要包括：

设备故障、实际进度提前或滞后以及紧急任务插入等。

而这些异常均能导致任务的计划进度发生改变，为使任务满足交货期要求或提高设备利用率，必须对这些异常扰动事件做出正确处理。

对异常的排除应从这几个方面着手，如下表所示：

生产异常的类型

类型

主要内容

解释

人员异常

出勤异常

人员安全事故

人员新增

健康异常

人的操作失误或错误。

调动、迟到、早退、旷工、请假及刷卡等而导致人员紧张

工伤、出行、卫生等

新人训练、上岗检定等

一般疾病、传染性疾病等

作业人员的个人技能和责任心就成为影响产品工序质量的主要因素。

人的差错又可分为：

人为技能差错、人为规则差错；设备的运行异常。

设备异常

一般异常

重要异常

严重异常

新设备导入

机械故障，电气故障，动力问题，控制系统故障。

影响动作、产出品异常等

部件损坏、产出品批量报废等

设备本体损毁、产出品全部报废等

工装、量具、仪器因设备、工装不足或故障等原因而导致的异常。

设备的异常通常会通过设备运行时的电流、电压、机体温度、机械振动等多个方面表现出来。

物料异常

供料异常

运输异常

储存异常

出货异常

质量异常

自制、外购的原材料出现的异常等

运输过程中发生碰撞、翻倒、淋湿等原因造成的异常

在储存过程中造成的物料变形、氧化、过期等

由于包装、报送、船期等造成的异常

产品的外观、功能、安全规则等原因未达标造成异常

因物料供应不及时（断料）、物料品质问题等导致的异常。

方法异常

操作异常

教导异常

处理异常

作业按顺手方式或与标准作业指导书等不符

对员工工作教导方法不对造成的异常

指在处理异常时所应用的方法不适合而又造成的异常

信息。

本道工序产品的质量取决于上道工序的质量，因此，上道工序传递的信息要准确和及时。

控制的重点是生产检验人员所提供的计量，质量测试的信息，这些信息必须准确而及时，为下道工序提供指导。

生产计划异常

计划变更

因生产计划临时变更或安排失误等导致的异常。

质量异常

来件质量问题

制程品质异常

因产品设计或其他技术问题而导致的异常，或称机种异常。

设计工艺异常，因制程中出现了品质问题而导致的异常，也称制程异常。

其他异常

安全异常

环境异常

突发异常

水电异常

工业安全事故，消防安全事故

由环境的变化事项而造成的异常

由一些不可预期的突发事件造成的异常

因水、气、电等导致的异常。

二．生产异常的现状分析

生产线上的设备、工艺、环境、操作人员以及所加工零部件的材料等因素一个或多个发生变化时，系统故障就发生了。

1.生产的正常波动与异常波动。

由一些偶然性生产因素产生的质量波动现象我们称为正常波动。

偶然性生产因素是指在产品生产中经常对质量起作用的因素，例如生产设备受外面影响引起的微小震动，工人在生产操作过程中的微小的技术变化，不均匀的材料硬度，生产刀具的正常磨损，生产工艺参数随时间的微小变化等。

这些偶然性变化对产品质量影响很小，而且其质量波动现象是随机的，没有规律的，在技术上很难消除，在生产中难以预测并査明。

如果生产过程中处于正常波动时，我们称此生产工序处于受控状态。

由系统性生产因素（异常的因素）产生的质量波动现象我们称为异常波动。

例如生产设备调整不恰当，夹具定位不准，员工操作违反作业规程，材料牌号与要求生产的产品不符，外界环境变化较大不利于生产等。

这些系统性生产因素的变化对产品质量影响很大。

但是，这些系统性因素在一定时间，一定条件下，其变化是有规律可循的，并通过一些检测手段可以测量的，能够采取一定的有效措施避免和消除或减少其影响的，使生产工序处于可控制状态。

2.生产现场管理方面存在着许多问题。

如：

生产常用报表的数据收集、传送仍采用人工方式，易造成资料的准确性和及时性的缺陷；管理人员对现场生产状况掌握不够及时或不够准确；生产异常处理的单据（如制程异常联络单）需人工跑单作业，效率低下；设备损失工时偏高，生产效率低；产品不良率、报废率有待降低，单位产品成本还较大；随着客户对产品质量、交期、弹性的要求越来越高，生产现场现有管理模式渐渐不能满足客户需求。

3.生产异常的处置过度依赖于经验判断。

信息滞后导致管理人员桌台摆放的往往是昨天或更早时间的汇报单和异常处理申请。

从信息论的观点来看，过程的各种参数检测数据和表观现象是系统内部的各种反应表现出来的“信息”。

由于生产过程的异常诊断长期以来都是依赖熟练操作人员的经验进行的，操作人员在长期生产实践中，积累了大量的、丰富的异常诊断经验。

然而，最困难的是获取和整理那些仅存于专家头脑中，遇不同状况能随机应变的知识，即专家自己尚未进行过条理性组织的启发性知识。

典型的如“遇到什么现象，采取什么措施”的知识，这些知识本身可能是不完备的，甚至不同专家的知识有相互矛盾的地方，但它们对实际问题的求解却非常有效。

4.传统处理方式不能适应现代制造业生产的要求。

车间生产异常事件的处理往往需要各个部门之间的通力协作，传统制造企业异常事件的处理是按照从车间生产异常事件发生到异常事件处理结束的串行方式进行管理的，整个处理过程中的信息流主要依靠传统的人工、电话、报表等信息传递方式，这种方式采集和传递效率低、信息出错率高、汇总分析能力差、速度慢且易失真，难以及时做到部门的有效协调，使得相关管理人员不能及时、准确地响应异常事件，容易造成资源浪费和内部矛盾，严重降低企业生产效率和利润率，更难以及时做出处理并对生产异常事件进行有效的预测与防控，甚至在操作人员或管理人员拿到数据报表时情况可能就已对生产造成了新的影响。

5.现实中缺乏异常事件处理的信息化智能化平台。

当车间生产异常事件发生时，由于缺少一个支持异常事件处理的信息化平台，管理人员与生产现场事件处理人员和操作工人之间难以实时地进行信息交互和业务协同，以致难以对异常事件及时做出响应和快速制定出有效解决方案。

信息、报表数据滞后，导致企业反应迟钝，无法及时避免和应对错误。

信息不能共享，各部门之间缺乏及时必要的沟通，各自为政，极易造成“信息孤岛”，并且造成许多工作的重复进行。

企业要提高企业综合竞争力，需要突破异常事件信息传递的瓶颈，需要一个支持异常事件信息快速传递的系统应用到日常生产实际中。

6.降低生产异常成本及其损失的使命要求。

制造过程中的异常具有不确定性、不稳定、随机发生、异常种类多等特点。

由于生产异常，如质量异常造成的返工、返修、报废等质量成本上升；设备故障之后的维修费用增加；异常的发生消耗了有效的生产时间；组织内异常处理速度慢，导致现场在制品降低；设备故障、物料短缺、质量问题等都会造成部分工序暂停或生产计划变更，进而造成现场在制品增多、在制库存积压。

等等，这些都会给企业带来不同程度的经济损失，降低了企业效益。

因此，避免、减少和缩短生产异常的发生，就是相应提高了企业的生产力。

7.大数据时代为解决生产异常提供了智力支持。

由于车间现场的复杂性和许多不可预测的影响因素，生产及其装配过程中各环节都可能会出现导致生产中断的异常现象，这些异常影响了整个车间乃至企业的生产效益，针对企业因订单改变、物料供应短缺等原因造成物料加工中断，进而导致生产计划滚动和重排而出现停滞的现象。

而一旦车间发生异常事件，管理人员及高层领导又往往不能在第一时间准确、及时地撷取相关信息，更难以及时地做出决策支持。

随着全球化、知识化、科技化、信息化、智能化的快速发展，各行各业迎来了大数据时代。

近年发展起来的过程监控技术能采集大量实时生产数据，这为生产过程的异常控制提供了强有力的智力支持。

三．生产异常的处理方法及流程

“诊断”的本质是在分析异常现象的基础上，由现象推断出异常原因。

异常诊断是根据系统采集到的实时生产数据所反应出的信息进行的，可以说，实时生产数据是异常诊断的基础。

异常诊断需要把复杂的系统看作一个整体，诊断的着眼点不在于局部表观的现象，而在于过程中多层次、多因素、多变量的综合性关系，包含了系统论的思想。

①判断异常类型；②分析引起异常的原因；③采取措施，消除异常；④故障诊断所需知识必须依据于现生产的知识积累。

（一）生产异常的分析与判断

生产工序质量控制的对象是引起质量波动的工序因素：

人、机、料、法、环，在企业生产现场管理中简称为4M1E。

生产工序质量控制的中心任务就是使产品质量在生产过程中维持正常波动。

在生产作业过程中，对产品生产同一道工序，即使由同一名工人同一台生产设备上，用同一种材料，按同一作业标准与生产工艺方法，生产出同一种产品或零配件，其产品形状，大小，精度等质量特性值也不可能是完全相同，这就是产品的质量波动，引起这种产品质量波动的主要因素就是人、生产设备、材料、作业方法和生产环境。

外部市场的变化对企业内部的管理提出了更高的要求，企业是一个由输入到输出的转换系统，企业管理的目的是使得人、机、料、法、环、测、信息等生产要素处于可控状态，能够按时、低成本、高效率地进行生产，而异常情况的发生会使得有序生产发生紊乱，因此，对异常进行及时响应和规范化管理是每个企业关注的焦点。

1.企业的生产是一个闭环系统。

异常原因分析无论是在工业生产上，还是在商业管理方面都具有重大的实际意义，通过异常情况来查找出原因也是异常诊断的目的，这也是实时数据仓库中主动决策的根本动机。

异常原因分析一般都需要领域知识作为依托，对现场实际情况进行调研，将能够引发异常的各种原因总结出来，并定义好原因的判断准则，同时这些判断标准在生产过程中能够及时修订。

利用异常模式预测的结果可以对异常原因进行进一步的分析，传统的异常原因分析基本上是通过判断准则来进行的。

因此，判断准则的好坏决定了异常原因分析的准确性和有效性。

生产计划人员需要在预计生产异常和确定现有生产问题的基础上，对这些生产异常和生产问题进行分析，找出问题产生的原因。

在确定问题产生的原因后，计划人员需要向有关责任单位提出建议，变事后补救为事前控制。

针对无法克服的生产问题，计划人员需要在考虑各方因素后重新修订生产计划。

2.产生异常的根本原因探究。

生产发生的异常也就是产品制程中的异常，制程的起伏变化是造成品质变异的主要根源，而品质变异的大小也是决定产品优劣及生产有效性的关键。

对比分析五种异常类型，可知造成异常的主要原因有两种：

共同原因和特殊原因。

共同原因又可称系统原因、非人为原因、偶然原因、机遇原因，是指制程中变异因素在统计管制状态下，其产品的特性有固定的分配，如操作者细微的不稳定性、同批材料内部结构不均匀性、气候及环境的恶化等。

特殊原因又称可避免原因、人为原因、非机遇原因、异常原因、局部原因，是指制程中变异因素不在管制状态下，其产品特性没有固定的分配，如操作者未按照作业标准及指导书（SOP）作业、机器设备的不正确调整、操作人员的变动等。

由此对比可知，特殊原因所造成的异常是可以且必须排除的，而有共同原因所造成的异常则可根据其发生的情形判别其是在规格以内的变异还是在规格以外的变异。

规格内为合格，规格外为不合格，要进行排除。

3.各种异常处理的方法及主要对策。

在日常生产过程中，经常会出现生产异常现象。

如：

因客户订单资料变更，交货期提前及生产制造过程异常，机械设备发生故障等因素造成产品质量，数量，生产周期偏离原定计划等现象，对生产效率的提高和交期产生严重的影响。

因此，要对生产异常有预防措施并制定切实可行的对策。

发生异常时，必须采用5W1H六大提问技术加以确认，让当班操作在必要的时候开启自动装置，并将重点方法教会给操作者，还应立即与有关部门联系。

异常处理最主要的方法即为改善，对于生产企业来说，除了对发生的异常进行改善排除外，更为行之有效的方法则是防范异常的发生。

根据计划调整，迅速作出合理的工作安排，保证生产效率，使总产量保持不变；安排因计划调整而遗留的产品、半成品、原材料的盘点、入库、清退等处理工作；安排因计划调整而闲置的人员做前加工工作；安排人员以最快速度做计划更换的物料、设备等准备工作；利用计划调整的时间做必要的教育训练。

（二）生产工序质量因素控制措施

1.生产人员因素

企业生产任何加工方式都离不开人的操作，即使是目前最先进的自动化生产设备，也还是需要人通过其配置的电脑去操作和控制其生产加工方式。

造成生产人员失误的主要因素有：

产品质量意识差，生产作业时粗心大意，不遵守公司规定的生产作业规程，员工责任性不强，生产操作技术没经过岗位培训不熟练，以及由于从事的工作简单，并且是重复做同一动作，员工产生麻痹思想和厌烦情绪等。

对此，可采取如下预防措施：

（1）对员工加强产品生产质量意识教育，提高企业员工的责任心。

（2）对员工经常进行岗位技术培训，特别是一些新进员工，未经培训不得上岗，要求员工熟练并严格遵守生产作业操作规程。

（3）生产和检验人员要加强产品自检和首件产品检验工作，并适当增加产品生产过程中的检验频次。

（4）加强生产过程控制，做好过程检验，如：

首件检验，巡回检验，完工检验，末件检验。

（5）根据有关技术要求加强最终检验控制，防止不合格品出厂和流入到用户手中。

（6）人员异常的处理。

对于企业来