復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在質(zhì)量管理中的應(yīng)用研究

王福紅，郭進(jìn)利，索　琪，張　乾

(上海理工大學(xué)管理學(xué)院，上海 200093)

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復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在質(zhì)量管理中的應(yīng)用研究

王福紅，郭進(jìn)利，索琪，張乾

(上海理工大學(xué)管理學(xué)院，上海 200093)

摘要:以PCBA生產(chǎn)過程中的潛在質(zhì)量失效因素為節(jié)點(diǎn)，以潛在質(zhì)量失效因素之間的關(guān)系為邊，建立質(zhì)量失效因素加權(quán)網(wǎng)絡(luò)。研究該加權(quán)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)果表明：質(zhì)量失效因素網(wǎng)為無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)，服從冪律分布；根據(jù)點(diǎn)權(quán)強(qiáng)度、集聚系數(shù)、介數(shù)、特征向量值找到重要和關(guān)鍵質(zhì)控點(diǎn)。將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論與魚骨圖、FMEA等定性質(zhì)量工具相結(jié)合，可有效彌補(bǔ)FMEA的不足；在微觀和宏觀兩個(gè)層面找到關(guān)鍵的質(zhì)量失效因素，更容易抓住質(zhì)量管控的重點(diǎn)；執(zhí)行相應(yīng)的質(zhì)量預(yù)防和改進(jìn)措施；可提高零缺陷質(zhì)量管理系統(tǒng)建立的效率和全面質(zhì)量管理的效果；復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可作為質(zhì)量數(shù)據(jù)挖掘的一種有效工具和分析方法；為PCBA產(chǎn)業(yè)的質(zhì)量管理提供理論和實(shí)踐上的借鑒意義，并為質(zhì)量預(yù)防和質(zhì)量改進(jìn)提供了一種全新的研究視角。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)；質(zhì)量失效因素網(wǎng)；PCBA；零缺陷；FMEA

中國是制造業(yè)大國，電子電器產(chǎn)品的加工在制造業(yè)中占重要地位，在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，核心的“軟件”部分最終都要通過“硬件”部分來實(shí)現(xiàn)其功能；為數(shù)眾多的電子企業(yè)正是構(gòu)制“硬件”的重要場所，無論是火箭升空的電子控制設(shè)備，還是日益普及的個(gè)人電腦和手機(jī)，無一不依賴于電子工業(yè)的飛速發(fā)展[1]。電子工業(yè)的飛速發(fā)展離不開質(zhì)量管理，質(zhì)量管理又是典型的復(fù)雜性系統(tǒng)。

自從小世界網(wǎng)絡(luò)和無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)被提出，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的應(yīng)用已經(jīng)逐漸滲透到自然、工程、管理、物理、社會科學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用于質(zhì)量管理領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者也進(jìn)行了有益探索，高魯斌等[2]將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)相關(guān)理論方法引入城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)失效因素的分析中；方愛麗等[3]將復(fù)雜性理論應(yīng)用到計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量系統(tǒng)分析之中，耿金花等[4]認(rèn)為產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)是典型的復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)；高齊圣等[5]認(rèn)為：ISO9000族標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上就是質(zhì)量系統(tǒng)中各工序要素之間的一個(gè)契約型文件，而質(zhì)量管理系統(tǒng)本質(zhì)上就是由工序組成的一個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這些研究大部分是將企業(yè)的整個(gè)質(zhì)量系統(tǒng)看成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，而沒有深入到企業(yè)的具體質(zhì)量實(shí)踐活動中。本文在上述學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合質(zhì)量管理案例，將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論[6-7]應(yīng)用到質(zhì)量管理實(shí)踐活動中，以PCBA(Printed Circuit Board Assembly)的生產(chǎn)流程為例，將影響產(chǎn)品質(zhì)量的失效因素作為節(jié)點(diǎn)，以它們之間的因果關(guān)系或相關(guān)關(guān)系為邊，以FMEA[8-11]分析中的RPN(Risk Priority Number)系數(shù)為邊權(quán),建立了質(zhì)量潛在失效因素加權(quán)網(wǎng)。研究整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)拓?fù)涮卣?，從宏觀上找到影響產(chǎn)品質(zhì)量的潛在的關(guān)鍵因素和關(guān)鍵制程，即找到質(zhì)量管控的關(guān)鍵質(zhì)控點(diǎn)；有針對性地著力消除和控制關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處的潛在質(zhì)量失效因素，提高了產(chǎn)品質(zhì)量管理的效率和水平。

1質(zhì)量失效因素加權(quán)網(wǎng)絡(luò)的建立

1.1PCBA的生產(chǎn)工藝流程簡介

PCBA加工在各行各業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛，其質(zhì)量水平從一定程度上代表著中國電子電器制造業(yè)的水平[12]；因此提高PCBA加工的質(zhì)量水平對提高中國的產(chǎn)品質(zhì)量有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。PCBA是指在PCB的空板上，經(jīng)過SMT(表面貼裝技術(shù))上件，再經(jīng)過DIP插件的制造過程。PCBA加工采用標(biāo)準(zhǔn)流程：IC(Integrated Circuit)程序燒入—錫膏印刷—表面貼裝—回流焊前目檢—回流焊—AOI(Automatic Optical Tester)檢驗(yàn)—外觀檢驗(yàn)—貼流水號-DIP(插件)—波峰焊前目檢—波峰焊—手工補(bǔ)焊/修正—剪腳—ICT(In Circuit Tester)—FCT-(Function Compliance Test)—噴三防漆—打膠—FQC(Final quality check—OQC(Outgoing quality check)，共19道工序。

1.2對PCBA生產(chǎn)工序進(jìn)行魚骨圖分析

對PCBA生產(chǎn)工藝流程中的第一道工序：“IC燒程工序”進(jìn)行魚骨圖分析；如圖1所示。表1是對第一道工序進(jìn)行FMEA分析的結(jié)果，根據(jù)魚骨圖和FMEA的分析結(jié)果，總結(jié)出IC燒程工序的7個(gè)主要質(zhì)量失效因素：程序版本錯(cuò)誤；程序沒有燒入；軟件變更流程執(zhí)行問題；設(shè)備保養(yǎng)不到位；元器件本身問題；ESD造成器件損傷；人員培訓(xùn)不到位或人員能力不足。

1.3質(zhì)量失效因素相關(guān)分析矩陣的建立

根據(jù)1.1-1.2分析，需要建立IC燒成工序的質(zhì)量失效因素相關(guān)分析矩陣。在質(zhì)量失效因素相關(guān)分析矩陣的建立過程中，將工序級潛在質(zhì)量失效因素：程序燒錯(cuò)和程序沒有燒入視為中間節(jié)點(diǎn)，將影響工序級的潛在質(zhì)量失效因素(如表1中所示)：軟件變更執(zhí)行流程問題，設(shè)備保養(yǎng)不到位、元器件本身問題、ESD造成器件損傷、人員培訓(xùn)不到位或人員能力不足等5個(gè)失效原因視為葉子結(jié)點(diǎn)。每一道工序發(fā)生不良，都會對產(chǎn)品的功能或外觀產(chǎn)生不良，因此將產(chǎn)品的功能和外觀不良作為系統(tǒng)級潛在質(zhì)量失效因素，將系統(tǒng)及潛在質(zhì)量失效因素作為根節(jié)點(diǎn)?；谶@種層次結(jié)構(gòu)，將影響PCBA質(zhì)量不良的系統(tǒng)級、工序級、要素級的所有潛在失效因素統(tǒng)稱為質(zhì)量失效因素。將潛在質(zhì)量失效因素看作節(jié)點(diǎn)，將潛在質(zhì)量失效因素之間的因果關(guān)系或相關(guān)關(guān)系看成邊進(jìn)行連接。在建立加權(quán)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，對風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了歸一化處理：在FMEA分析中，潛在失效因素的最大RPN系數(shù)=S(嚴(yán)重度)×O(發(fā)生的頻度)×D(可探測度)=10×10×10=1 000，將表1中RPN列的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)值除以最大風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)(1 000)所得到的數(shù)值作為邊權(quán)；IC燒程工序的質(zhì)量失效因素矩陣如表2所示。

PCBA生產(chǎn)過程中的19道工序，每一道工序都以IC燒成工序?yàn)槔?，進(jìn)行步驟1.2-1.3的分析，建立基于整個(gè)生產(chǎn)流程的質(zhì)量失效因素相關(guān)分析矩陣。

1.4質(zhì)量失效因素網(wǎng)絡(luò)的建立流程

質(zhì)量失效因素網(wǎng)絡(luò)建立的流程為：對每一道工序的質(zhì)量失效因素進(jìn)行魚骨圖分析；對每一道工序的質(zhì)量失效因素進(jìn)行FMEA;總結(jié)出每一道工序的質(zhì)量失效因素;建立零質(zhì)量缺陷質(zhì)量失效因素相關(guān)分析矩陣；結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)評估系數(shù)RPN，建立質(zhì)量失效因素加權(quán)矩陣；建立加權(quán)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)；分析復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)拓?fù)涮匦?；從系統(tǒng)地角度把握關(guān)鍵工序和質(zhì)控點(diǎn)。

1.5質(zhì)量失效網(wǎng)絡(luò)的建立

在PCBA的19道工序生產(chǎn)中，將每一道工序都采用1.1-1.3步驟進(jìn)行分析，建立每一道工序的質(zhì)量失效因素相關(guān)分析矩陣。共找到77個(gè)質(zhì)量潛在失效因素，建立所有工序總的質(zhì)量潛在失效因素(77個(gè)因素)相關(guān)矩陣，以潛在失效因素為節(jié)點(diǎn)，以它們之間的因果關(guān)系或相關(guān)關(guān)系為有向邊，建立如圖2所示的質(zhì)量失效網(wǎng)絡(luò)模型。

2質(zhì)量失效因素網(wǎng)的靜態(tài)特征分析

2.1節(jié)點(diǎn)度及節(jié)點(diǎn)度分布、累計(jì)度分布

節(jié)點(diǎn)度：節(jié)點(diǎn)vi的鄰邊數(shù)目ki稱為該節(jié)點(diǎn)的度，即

(1)

度分布:定義P(k)為網(wǎng)絡(luò)中度為k的節(jié)點(diǎn)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中所占的比率。也就是說，在網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)抽到度為k的節(jié)點(diǎn)的概率為P(k)。

累計(jì)度分布：表示度不小于k的節(jié)點(diǎn)的概率分布。它與度分布的關(guān)系為

(2)

利用Ucinet軟件對節(jié)點(diǎn)累計(jì)度分布進(jìn)行擬合發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的度分布近似具有冪律的特性，冪指數(shù)為2.203；如圖3所示。從圖3可以看出；度數(shù)相對較低的節(jié)點(diǎn)占了大部分，但是存在度數(shù)較高的節(jié)點(diǎn)；質(zhì)量潛在失效因素網(wǎng)是無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的理論，點(diǎn)權(quán)強(qiáng)度越大，表明節(jié)點(diǎn)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中擁有更高的地位以及重要性。在質(zhì)量潛在失效網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)權(quán)強(qiáng)度越高，表示如果該節(jié)點(diǎn)失效，對產(chǎn)品的質(zhì)量和質(zhì)量管理水平影響較大，因此預(yù)防和避免該節(jié)點(diǎn)的失效，能夠快速和有效地提高產(chǎn)品的質(zhì)量管理水平。

2.2點(diǎn)權(quán)強(qiáng)度

加權(quán)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)i的點(diǎn)權(quán)(點(diǎn)權(quán)強(qiáng)度)Si(t)為與節(jié)點(diǎn)i的關(guān)聯(lián)邊上的權(quán)重Wij(t)之和，即

(3)

其中,Ω(i)為節(jié)點(diǎn)i的鄰居節(jié)點(diǎn)的集合。點(diǎn)權(quán)Si(t)還可以用鄰接矩陣元素表示為

Si(t)=∑aij(t)Wij(t)

(4)

其中，aij(t)為網(wǎng)絡(luò)在時(shí)刻t的鄰接矩陣元素。

點(diǎn)權(quán)強(qiáng)度較大的節(jié)點(diǎn)見表3。

2.3平均最短路徑長度

網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間經(jīng)歷邊數(shù)最少的一條簡單路徑的邊數(shù)稱為兩節(jié)點(diǎn)之間的距離。網(wǎng)絡(luò)的直徑D定義為所有距離中的最大值。

(5)

其中,N為節(jié)點(diǎn)數(shù)，dij為節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間的距離。

平均最短路徑長度L定義為所有節(jié)點(diǎn)對之間距離的平均值，它描述了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間的平均分離程度。

(6)

通過對質(zhì)量失效因素網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)分析，得到網(wǎng)絡(luò)的直徑為5，平均最短距離為1.791。任意兩個(gè)質(zhì)量潛在失效因素之間最多通過5個(gè)中間質(zhì)量因素就能發(fā)生聯(lián)系。一個(gè)質(zhì)量因素一般只需要通過2個(gè)中間質(zhì)量因素就能找到有與之相聯(lián)系的質(zhì)量因素。如果一個(gè)因素出現(xiàn)質(zhì)量問題，傳播和擴(kuò)散將是一個(gè)快速的過程。PCBA質(zhì)量失效網(wǎng)絡(luò)的平均距離小，說明PCBA加工流程中的質(zhì)量改進(jìn)活動比較容易進(jìn)行，產(chǎn)品質(zhì)量水平提升的空間較大，能夠?qū)CBA加工過程中的質(zhì)量預(yù)防和管理活動標(biāo)準(zhǔn)化，形成標(biāo)準(zhǔn)化管理，有利于質(zhì)量預(yù)防和改進(jìn)工作，有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量。對新進(jìn)入此行業(yè)的企業(yè)進(jìn)行質(zhì)量管理輔導(dǎo)，在較短的時(shí)間內(nèi)大幅度提高質(zhì)量水平是可行的。

2.4集聚系數(shù)

在許多網(wǎng)絡(luò)中存在節(jié)點(diǎn)的鄰點(diǎn)互為鄰點(diǎn)的情況，這種性質(zhì)稱為集聚性，網(wǎng)絡(luò)的集聚性可以用平均集聚系數(shù)加以定量描述。平均集聚系數(shù)是指在網(wǎng)絡(luò)中與同一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接的兩節(jié)點(diǎn)之間也相互連接的平均概率。如果要計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的平均聚類系數(shù)，首次要計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)頂點(diǎn)的聚類系數(shù)。頂點(diǎn)聚類系數(shù)指在該頂點(diǎn)的鄰點(diǎn)中，直接相連的鄰點(diǎn)對占所有可能存在的鄰點(diǎn)對的比例。即

Ci=2Mi/(ki(ki-1))

(7)

其中，ki為與節(jié)點(diǎn)vi直接相連的節(jié)點(diǎn)數(shù)，這ki個(gè)節(jié)點(diǎn)之間，可能存在的最大邊數(shù)為ki(ki-1)，Mi為實(shí)際存在的邊數(shù)。由此可見，只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)至少擁有兩個(gè)鄰點(diǎn)才能夠算出頂點(diǎn)聚類系數(shù)。網(wǎng)絡(luò)的平均集聚系數(shù)為所有頂點(diǎn)聚類系數(shù)的平均值，即

(8)

C的取值在0到1之間，當(dāng)C=1時(shí)表示在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)兩兩之間都直接連接。PCBA質(zhì)量失效因素網(wǎng)的平均集聚系數(shù)為0.108，與之相對應(yīng)的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)的集聚系數(shù)為0.032；無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的平均集聚系數(shù)大于隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)的集聚系數(shù)。質(zhì)量因素網(wǎng)中的集聚系數(shù)最大的節(jié)點(diǎn)如表4所示。

節(jié)點(diǎn)的聚類系數(shù)越大，說明失效因素之間的相關(guān)性較大，是進(jìn)行質(zhì)量改進(jìn)和預(yù)防的重點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，對集聚系數(shù)大的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)量改進(jìn)和預(yù)防，往往可以連帶消除其他相關(guān)的失效因素，提高質(zhì)量預(yù)防和改進(jìn)的效率，在生產(chǎn)實(shí)踐的質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，上述集聚系數(shù)大的節(jié)點(diǎn)，往往是引起產(chǎn)品功能失效的主要質(zhì)量因素和關(guān)鍵質(zhì)控點(diǎn)。這一結(jié)果與傳統(tǒng)的質(zhì)量工具——魚骨圖和帕拉圖的分析結(jié)果是一致的。

2.5質(zhì)量因素的介數(shù)

介數(shù)是一個(gè)重要的全局幾何量。節(jié)點(diǎn)vi的介數(shù)含義為網(wǎng)絡(luò)中所有的最短路徑之中，經(jīng)過節(jié)點(diǎn)vi的數(shù)量。它反映了節(jié)點(diǎn)vi(即網(wǎng)絡(luò)中有關(guān)聯(lián)的個(gè)體)的影響力。節(jié)點(diǎn)vi的介數(shù)可以用式(9)來計(jì)算。

(9)

介數(shù)指標(biāo)主要側(cè)重于考察網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)對信息流動的影響力。介數(shù)越大，表明節(jié)點(diǎn)對于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)對之間沿著最短路徑傳輸信息的控制能力越強(qiáng)，節(jié)點(diǎn)越重要[12]。在質(zhì)量失效因素網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)的介數(shù)越大，表明流經(jīng)該節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量失效因素節(jié)點(diǎn)對之間的最短路徑數(shù)越多，即流經(jīng)該節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量失效因素越多。當(dāng)該節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量失效因素發(fā)生時(shí)，沿著傳輸路徑，會級聯(lián)引起更多質(zhì)量潛在失效因素發(fā)生；說明在該節(jié)點(diǎn)所代表的質(zhì)量失效因素對其他節(jié)點(diǎn)影響越大。對整個(gè)質(zhì)量失效因素網(wǎng)絡(luò)的影響也越大。因此，消除介數(shù)較大的質(zhì)量失效因素，能夠有效地提高產(chǎn)品的質(zhì)量水平，介數(shù)較大的節(jié)點(diǎn)，就是質(zhì)量預(yù)防和改進(jìn)的關(guān)鍵工序。在實(shí)際工作中，將回流焊工序和錫膏印刷設(shè)置為“關(guān)鍵工序”，這與表5中回流焊工序、錫膏印刷工序的介數(shù)較大相一致；另外，實(shí)際工作中也將其錫膏過多或過少、錫膏粘度不良、波峰焊爐參數(shù)設(shè)置不當(dāng)、回流焊爐溫設(shè)定不當(dāng)、印刷偏移作為了質(zhì)量管控的關(guān)鍵質(zhì)控點(diǎn)；這也與表5中介數(shù)較大的節(jié)點(diǎn)相一致?？傊?，在實(shí)際生產(chǎn)中，關(guān)鍵工序和重點(diǎn)工序的設(shè)置與所建立的質(zhì)量失效因素復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的介數(shù)的理論相吻合。

2.6特征向量值

特征向量強(qiáng)調(diào)節(jié)點(diǎn)之間的相互影響關(guān)系，節(jié)點(diǎn)的重要性不僅與其連接的邊數(shù)目有關(guān)，而且和連接節(jié)點(diǎn)的重要性成線性關(guān)系，節(jié)點(diǎn)可以通過連接重要度的節(jié)點(diǎn)間接提升自己在網(wǎng)絡(luò)中的重要性。節(jié)點(diǎn)vi的特征向量指標(biāo)可定義為

(10)

該網(wǎng)絡(luò)特征向量值較大的8個(gè)節(jié)點(diǎn)如表6所示。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論研究表明：特征向量值高的節(jié)點(diǎn)往往與網(wǎng)絡(luò)中的重要節(jié)點(diǎn)相連；并且在實(shí)際管理實(shí)踐中，雖然節(jié)點(diǎn)容易被疏忽。在質(zhì)量潛在失效因素網(wǎng)絡(luò)中，上述8個(gè)特征向量值高的節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)中的重要節(jié)點(diǎn)(功能不良和外觀不良)相連接，因此當(dāng)上述質(zhì)量失效因素出現(xiàn)時(shí)，也會對產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生重大的影響，因此特征向量值高的節(jié)點(diǎn)；也是質(zhì)量預(yù)防和質(zhì)量改進(jìn)關(guān)注的焦點(diǎn)。在質(zhì)量管理實(shí)踐中，對一年來的客戶投訴、生產(chǎn)維修數(shù)據(jù)、客戶退貨維修數(shù)據(jù)中的質(zhì)量問題進(jìn)行根因分析后，發(fā)現(xiàn)有80%以上的質(zhì)量問題是由表6中的原因引起的。特征特征向量值高的質(zhì)量失效因素是實(shí)際生產(chǎn)中；往往是進(jìn)行質(zhì)量預(yù)防和改進(jìn)的重要節(jié)點(diǎn)，這也說明特征向量值的理論研究對質(zhì)量管理實(shí)踐有指導(dǎo)意義。

2.7質(zhì)量因素網(wǎng)的同配性和異配性

基于最鄰近平均度值得度-度相關(guān)性分析，如果度大的節(jié)點(diǎn)傾向于和度大的節(jié)點(diǎn)連接，則網(wǎng)絡(luò)是度-度正相關(guān)的；反之，如果度大的節(jié)點(diǎn)傾向于和度值小的節(jié)點(diǎn)連接，則網(wǎng)絡(luò)是度度負(fù)相關(guān)的。同樣，不考慮質(zhì)量失效因素網(wǎng)的方向性，對加權(quán)無向網(wǎng)絡(luò)來說，用較大權(quán)重的邊是傾向于與度值大的節(jié)點(diǎn)相連還是傾向于與度值小的節(jié)點(diǎn)相連，來判斷質(zhì)量失效因素網(wǎng)是正相關(guān)還是負(fù)相關(guān)。

節(jié)點(diǎn)vi的最鄰近平均度值定義為

(11)

(12)

其中，ki，kj表示節(jié)點(diǎn)vi的度值，aij為鄰接矩陣元素，wij為邊權(quán)。若所有節(jié)點(diǎn)滿足若kw_nn,i>knn,i，則表明具有較大權(quán)重的邊傾向于連接具有較大度值的點(diǎn)，若kw_nn,i

3復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論對質(zhì)量管理水平的提升

3.1對全面質(zhì)量管理效果的提升

從表3中可以看出，(先不考慮產(chǎn)品功能不良和外觀不良這兩個(gè)根節(jié)點(diǎn))點(diǎn)權(quán)強(qiáng)度最大的因素是：員工能力不足和操作失誤，點(diǎn)權(quán)強(qiáng)度值處于第二位的因素是設(shè)備保養(yǎng)與管理問題。這種分析結(jié)果與質(zhì)量管理實(shí)踐活動中所提提倡的全面質(zhì)量管理TQM[13-14](Total Quality Management)和TPM[15](Total Productive Equipment Management)理念相一致；從理論上驗(yàn)證了TQM和TPM的實(shí)踐活動具有科學(xué)性。本文所研究的PCBA的生產(chǎn)，是一種典型的機(jī)器化生產(chǎn)和手工生產(chǎn)相結(jié)合的生產(chǎn)工藝，質(zhì)量依靠員工的素質(zhì)和良好的設(shè)備管理能力；這一分析結(jié)果也與實(shí)際情況相符合。全面質(zhì)量管理強(qiáng)調(diào)全員的、全過程、全企業(yè)的品質(zhì)管理，TPM強(qiáng)調(diào)全員參與生產(chǎn)與維修，使設(shè)備性能最優(yōu)。TQM的基本要求是：依靠全體職工，“以人為本”，提高人的素質(zhì)，調(diào)動人的積極性，使人人做好本職工作，通過抓好工作質(zhì)量來保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量。另外全面質(zhì)量管理強(qiáng)調(diào)質(zhì)量改進(jìn)，并且是持續(xù)的質(zhì)量改進(jìn)，就不得不依全體靠員工；人和設(shè)備無疑是質(zhì)量管理中最重要的因素。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)圖4所示：能更直觀、更全面找到與“員工能力不足和操作失誤”相關(guān)的所有質(zhì)量失效因素；從而更加全面、更有針對性地開展全局視角下的“員工能力不足和操作失誤”的質(zhì)量預(yù)防、質(zhì)量改進(jìn)和質(zhì)量控制工作；按照如下的措施更有效地提高了企業(yè)的全員質(zhì)量管理水平。

1)將員工重新進(jìn)行崗位分工，共分為7類：操作工，檢驗(yàn)員，測試員，設(shè)備操作員，物料操作員(兼任班組長)，工藝工程師，設(shè)備工程師。為了保證員工的工作質(zhì)量，按照上述質(zhì)量失效因素，建立了員工上崗制度；定義了上述員工的崗位職責(zé)—員工能力矩陣—年度培訓(xùn)計(jì)劃—編制了(內(nèi)外)培訓(xùn)教材—培訓(xùn)考核-取得上崗資格—月度/年度績效考核。

2)建立企業(yè)質(zhì)量價(jià)值觀：企業(yè)全體成員的質(zhì)量價(jià)值觀的綜合表現(xiàn)，建立質(zhì)量管理人人有責(zé)的企業(yè)質(zhì)量文化的核心內(nèi)容。

3)以不斷提高全員的員工操作技能為核心，提高工作技能：不管是操作工，還是設(shè)備工程師，工藝工程師每年按照年度計(jì)劃內(nèi)訓(xùn)和外訓(xùn)，努力提高員工的工作技能。

4)提倡一次做對的零缺陷質(zhì)量管理活動，倡導(dǎo)全員的質(zhì)量預(yù)防和改善活動，如果員工當(dāng)月沒有操作失誤，則享受員工月度質(zhì)量獎。

同樣的，根據(jù)圖5，找到點(diǎn)權(quán)強(qiáng)度值處于第二位因素的“設(shè)備保養(yǎng)和管理不當(dāng)”相關(guān)的所有質(zhì)量失效因素；更加全面、更有針對性地開展全局視角下的“設(shè)備保養(yǎng)和管理不當(dāng)”的質(zhì)量預(yù)防、質(zhì)量改進(jìn)和質(zhì)量控制工作。按照如下的措施更有效地提高企業(yè)的全員生產(chǎn)維修水平。

1)重新建立了公司的關(guān)鍵設(shè)備清單：IC燒成器(新增)；錫膏印刷機(jī)及表面貼裝機(jī)；回流焊機(jī)；AOI光學(xué)自動測試儀；波峰焊機(jī)；電烙鐵(新增)；ICF/FCT(新增)；自動噴漆機(jī)、冰箱、銀網(wǎng)、剪角機(jī)(新增)。作為重點(diǎn)管控的設(shè)備。A公司以前關(guān)鍵設(shè)備清單是按照設(shè)備的價(jià)格來制定的，以前的關(guān)鍵清單中只有：錫膏印刷機(jī)及表面貼裝機(jī)、回流焊機(jī)、AOI光學(xué)自動測試儀、波峰焊機(jī)；根據(jù)質(zhì)量失效因素網(wǎng)絡(luò)的分析，在關(guān)鍵設(shè)備清單中增加了IC燒成器、ICT/FCT、冰箱、電烙鐵、鋼網(wǎng)、剪腳機(jī)等；加強(qiáng)了這些的設(shè)備的管理。

2)新修訂了公司的設(shè)備控制程序：建立設(shè)備驗(yàn)收—設(shè)備維修鑒定-設(shè)備報(bào)廢流程，制定了設(shè)備年度保養(yǎng)計(jì)劃—月度保養(yǎng)計(jì)劃—日保養(yǎng)計(jì)劃；并建立了月度保養(yǎng)計(jì)劃完成情況的績效監(jiān)督機(jī)制。建立各級設(shè)備操作指導(dǎo)書，對重要的檢測設(shè)備進(jìn)行年度/月度/日常的校驗(yàn)管理制度。對關(guān)鍵的設(shè)備進(jìn)行備份和提前維護(hù)，減少了停機(jī)時(shí)間。

3)中小企業(yè)人力資源有限，導(dǎo)入TPM耗費(fèi)的人力和物力資源較多，但可以導(dǎo)入TPEM(Total productive equipment Management)[16]管理，根據(jù)關(guān)鍵設(shè)備清單，使TPEM的導(dǎo)入工作更容易抓住重點(diǎn)。提高TPEM導(dǎo)入的效率和降低TPEM導(dǎo)入的成本；節(jié)省了質(zhì)量成本。

3.2對零缺陷質(zhì)量管理水平的提升

在本文的研究中，首先要利用FMEA工具一一列舉PCBA生產(chǎn)過程存在的所有質(zhì)量失效因素；再按照質(zhì)量失效因素之間的相關(guān)關(guān)系建立了質(zhì)量失效因素分析矩陣，最后建立復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)圖，通過復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)參數(shù)分析發(fā)現(xiàn):點(diǎn)權(quán)強(qiáng)度、集聚系數(shù)、介數(shù)、特征向量值較大的節(jié)點(diǎn)；都是質(zhì)量管理過程中要重點(diǎn)預(yù)防的質(zhì)量失效因素。因此，通過計(jì)算復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，可找出零缺陷質(zhì)量系統(tǒng)建立[20-23]中首要的質(zhì)量預(yù)防選項(xiàng)。如：根據(jù)表4中集聚系數(shù)最大的節(jié)點(diǎn)為“FCT/ICT誤判和FCT/ICT漏測”；在零缺陷質(zhì)量管理系統(tǒng)[17-19]建立過程，首要考慮的是：如何防止“FCT/ICT誤判和FCT/ICT漏測”。防止“FCT/ICT誤判和FCT/ICT漏測”首先要防止?！癋CT/ICT測試針接觸不良”，為了防止“FCT/ICT測試針接觸不良”,A公司的設(shè)備工程師在FCT/ICT設(shè)備上增加了聲音報(bào)警裝置；如果“FCT/ICT測試針接觸不良，F(xiàn)CT/ICT測試系統(tǒng)就會用聲音報(bào)警，有利于員工及時(shí)判斷和更正。再如為了防止FCT/ICT誤測，A公司建立了FCT/ICT盲點(diǎn)清單表，并增加了FCT/ICT盲點(diǎn)檢驗(yàn)工裝，沒有經(jīng)過盲點(diǎn)檢驗(yàn)的產(chǎn)品不能流到下一道工序。再如：根據(jù)表5中介數(shù)較大的節(jié)點(diǎn)：錫膏粘度不良：通過分析與錫膏粘度不良的相關(guān)聯(lián)的圖6中的灰色的質(zhì)量失效因素節(jié)點(diǎn)；采取了相應(yīng)的預(yù)防和控制措施。預(yù)防措施有：采用粘度計(jì)測試；固定錫膏生產(chǎn)廠家(在生產(chǎn)過程中，不輕易更改合格錫膏生產(chǎn)商)；按照作業(yè)指導(dǎo)書要求對錫膏回溫時(shí)間進(jìn)行管控；嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)書所規(guī)定的時(shí)間對回溫后的錫膏進(jìn)行攪拌；對錫膏的儲存設(shè)備-冰箱的儲存溫度設(shè)置在錫膏存儲所要求的范圍之內(nèi)；備份一臺冰箱；攪拌好的錫膏在空氣中不能超過24小時(shí)。控制措施有：操作者填寫錫膏粘度測試記錄表，來記錄錫膏粘度合格值；操作者核對錫膏的品牌型號和供應(yīng)商名稱及有效期；操作者記錄錫膏的開封后回溫時(shí)間；填寫錫膏攪拌時(shí)間記錄表，記錄和核對錫膏攪拌時(shí)間；冰箱溫度點(diǎn)檢表；在使用中的冰箱出現(xiàn)問題后可立即啟用；操作者記錄錫膏的開始使用時(shí)間至結(jié)束時(shí)間，超過24小時(shí)，棄用。

從上述研究可以看出：復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和FMEA相結(jié)合，容易在微觀和宏觀兩個(gè)層面找到關(guān)鍵的質(zhì)量失效因素；有效彌補(bǔ)FMEA的不足，即FMEA不能考慮多種失效模式與后果之間的潛在相互依存性[8-10]，即引起一種失效模式的潛在失效原因，有時(shí)也是引起另一種失效模式的潛在質(zhì)量失效原因;顯然，F(xiàn)MEA不能從宏觀上給出一種潛在的質(zhì)量失效原因，究竟會引起多少種失效模式。通過復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和FMEA相結(jié)合，可以定量地、直地觀找到：一種潛在的質(zhì)量失效原因可引起的所有的失效模式。在零缺陷質(zhì)量管理系統(tǒng)建立的過程，優(yōu)先考慮點(diǎn)權(quán)強(qiáng)度、集聚系統(tǒng)、介數(shù)、特征向量值大的節(jié)點(diǎn)，作為質(zhì)量預(yù)防、質(zhì)量控制、質(zhì)量改進(jìn)和防錯(cuò)技術(shù)優(yōu)先輸入項(xiàng)，從設(shè)計(jì)工藝、防呆技術(shù)、技術(shù)創(chuàng)新等戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)層面給出技術(shù)上的預(yù)防，并在操作層面落實(shí)到作業(yè)指導(dǎo)書的貫徹、工藝紀(jì)律的執(zhí)行、全員質(zhì)量管理等方面。避免了“眉毛和胡子一把抓”；提高了零缺陷質(zhì)量管理系統(tǒng)建立的效率和水平。

4結(jié)論

本文首先采用FMEA工具[20-24]進(jìn)行微觀層面(工序級)的質(zhì)量失效因素分析，然后將這些質(zhì)量失效因素按照因果關(guān)系或相關(guān)關(guān)系建立質(zhì)量失效因素相關(guān)聯(lián)矩陣和質(zhì)量失效加權(quán)網(wǎng)絡(luò)。研究發(fā)現(xiàn)：將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論和FMEA質(zhì)量技術(shù)工具相結(jié)合，有利于將工序的微觀質(zhì)量和產(chǎn)品的宏觀質(zhì)量的結(jié)合；根據(jù)點(diǎn)權(quán)強(qiáng)度、集聚系數(shù)、介數(shù)、特征向量值等參數(shù)，容易從宏觀和系統(tǒng)層面上把握質(zhì)量預(yù)防和質(zhì)量改進(jìn)、質(zhì)量控制的重點(diǎn)；因此復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可作為質(zhì)量數(shù)據(jù)挖掘的一種有效工具和分析方法。同時(shí)，對于所挖據(jù)到的關(guān)鍵質(zhì)量失效因素，可根據(jù)類似的網(wǎng)絡(luò)圖5-7，進(jìn)行更直觀和更全面的質(zhì)量預(yù)防和改進(jìn)措施的制定工作，提升零缺陷質(zhì)量管理和全面質(zhì)量效率，節(jié)省質(zhì)量成本；本文所提供的質(zhì)量改進(jìn)案例，可為PCBA產(chǎn)業(yè)的質(zhì)量管理提供理論和實(shí)踐上的借鑒意義。失效因素分析相關(guān)矩陣的建立，使復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在零缺陷質(zhì)量系統(tǒng)建立和可靠性管理系統(tǒng)的應(yīng)用成為可能。

參考文獻(xiàn):

[1]楊永華，張沙.電子企業(yè)質(zhì)量管理[M].深圳:海天出版社，2000.

[2]高魯彬，郭進(jìn)利.基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)失效因素分析[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，20(6): 111-115.

Gao Lubin, Guo Jinli. Failure factor analysis of urban gas transmission and distribution system based on complex networks[J].China Safety Science Journal, 2010,20(6):111-115.

[3]方愛麗，高齊圣，張嗣瀛，等. 基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量系統(tǒng)分析[J].青島大學(xué)學(xué)報(bào)(工程技術(shù)版)，2007，22(1): 82-86.

Fang Aili, Gao Qisheng, Zhang Siying, et al. Quality system analysis base on complex network [J]. Journal of QingDao University(E&T),2007,22(1): 82-86.

[4]耿金花，高齊圣，方愛麗.質(zhì)量改進(jìn)：一個(gè)典型的復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)[J].商業(yè)研究，2007，(9)：52-54.

Geng Jinhua, Gao Qisheng, Fang Aili. Quality improvement: a typical complex adaptive system[J].Commercial Research, 2007,(9)：52-54.

[5]高齊圣，張嗣瀛.復(fù)雜科學(xué)與質(zhì)量管理研究[J].管理工程學(xué)報(bào)，2005，19(4):133-134.

Gao Qisheng, Zhang Siying, Research on complexity science and quality management[J]. Journal of Industrial Engineering Engineering Management,19(4): 133-134.

[6]郭進(jìn)利.復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)與人類行為動力學(xué)演化模型[M].北京:科學(xué)出版社，2013.

[7] Barabási A L, Albert R. Emergence of scaling in random networks [J].Science,1999，286(5439):509-512.

[8] Xiao N, Huang H Z, Li Y, et al. Multiple failure modes analysis and weighted risk priority number evaluation in FMEA[J]. Engineering Failure Analysis, 2011, 18(4): 1162-1170.

[9] Kumru M, Kumru P Y. Fuzzy FMEA application to improve purchasing process in a public hospital[J]. Applied Soft Computing, 2013, 13(1): 721-733.

[10]阿布力孜·布力布力，張新國.克服失效的強(qiáng)有力TFMEA技術(shù)研究綜述[J].科技進(jìn)步與對策，2013, 30(10):156-159.

A bulizi Bulibuli, Zhang Xinguo. TFMEA technology research review[J]. Science&Technology Progress and Policy, 2013, 30(10): 156-159.

[11]張公緒，孫靜.新編質(zhì)量管理學(xué)[M].北京:高等教育出版社，2003.8.

[12]楊凱, 張寧, 蘇樹清. 個(gè)人微博用戶網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)中心性研究[J]. 上海理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 37(1): 43-48.

Yang Kai, Zhang Ning, Sun Shuqing. Node centrality on individual microblog user network[J]. Journal of University of Shanghai for Science and Technology, 2015,37(1):43-48.

[13]馮力.現(xiàn)代電子裝聯(lián)質(zhì)量管理[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2009.12.

[14]鄭建國, 張震坤, 劉健斌,等.系統(tǒng)零缺陷檢測實(shí)驗(yàn)室TQM的構(gòu)建原理與實(shí)施[M]. 哈爾濱:黑龍江人民出版社，2009.2.

[15]宋文強(qiáng).圖解TPM管理實(shí)務(wù)案例實(shí)踐版[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[16]張友誠.現(xiàn)代企業(yè)中的全面生產(chǎn)設(shè)備管理(TPEM)[M]. 長沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社， 2010.

[17]錢圣盈，吳維，王燕. 零缺陷質(zhì)量管理系統(tǒng)中的防錯(cuò)技木[J].上海質(zhì)量，2009，(12):42-46.

Qian Shengying, Wu Yan, Wang Yan. Mistake proofing techniques of zero defect quality management system[J]. Shanghai Quality,2009, (12):42-46.

[18]奚立峰, 宋玉紅. 零缺陷質(zhì)量管理思想的應(yīng)用與實(shí)踐[J].工業(yè)工程與管理, 2003, 8(1): 5-8.

Xi Lifeng, Song Yuhong. The application and practice of zero defect quality management [J].Industrial Engineering and Management, 2003,

8(1): 5-8.

[19]李先紅, 陳小平. 電路原理圖的加權(quán)網(wǎng)絡(luò)分析[J].復(fù)雜系統(tǒng)與復(fù)雜性科學(xué), 2008, 5(1): 61-66.

Li Xianhong, Chen Xiaoping. Analysis of an electronic circuit diagram based on the weighted network[J]. Complex Systems and Complexity Science, 2008,5(1): 61-66.

[20]Yeh T M, Chen L Y. Fuzzy-based risk priority number in FMEA for semiconductor wafer processes[J]. International Journal of Production Research, 2014, 52(2): 539-549.

[21]Almannai B, Greenough R, Kay J. A decision support tool based on QFD and FMEA for the selection of manufacturing automation technologies[J]. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2008, 24(4): 501-507.

[22]Chin K S, Chan A, Yang J B. Development of a fuzzy FMEA based product design system[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2008, 36(7-8): 633-649.

[23]Segismundo A, Miguel P A C. Failure mode and effects analysis (FMEA) in the context of risk management in new product development: A case study in an automotive company[J]. International Journal of Quality & Reliability Management, 2008, 25(9): 899-912.

[24]Maier T. FMEA and FTA to Support Safe Design of Embedded Software in Safety-Critical Systems[M]. London: Springer, 1997.

(責(zé)任編輯耿金花)

Product Quality Management Based on Complex Networks Theory

WANG Fuhong， GUO Jinli， SUO Qi， ZHANG Qian

(Business School, University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China)

Abstract：The paper proposes a weighted network which regards the potential quality failure factor as a node and the relationships between the potential quality failure factors as edges. We study the topology structure of the weighted network. The results show that the network is scale-free. According to vertex strength, cluster coefficient, betweenness and eigenvector, we find the important quality control points. We combine complex network theory with the qualitative quality tools such as fishbone diagram and FMEA. We can effectively find the key quality failure factors and make up the inadequacy of FMEA so that the key point of quality control is easily caught and the quality prevention and improvement is implemented. We provide a new perspective to study quality prevention and improvement, and improve the efficiency of zero defect quality management system and the effect of total quality management.

Key words：complex network; quality factors network; PCBA; zero defect; FMEA

文章編號：1672—3813(2016)02—0044—09;

DOI:10.13306/j.1672-3813.2016.02.006

收稿日期：2014-01-14；修回日期：2014-08-08

基金項(xiàng)目：國家自然基金項(xiàng)目(71571119)； 滬江基金(A14006)；上海市一流學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目(S1201YLXK)

作者簡介：王福紅(1975-)，女，山東德州人，博士，主要研究方向?yàn)閺?fù)雜網(wǎng)絡(luò)、質(zhì)量管理。 通訊作者：郭進(jìn)利(1960-)，男，陜西西安人，教授，主要研究方向?yàn)楣I(yè)工程為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。

中圖分類號：TP114.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A