電子元器件質(zhì)量工程技術(shù)集成應(yīng)用設(shè)想

劉天嬌++蔡戩++李盛++王衛(wèi)東++吳金平+袁學(xué)成

摘要：該文針對(duì)電子元器件的生產(chǎn)線，基于現(xiàn)有的質(zhì)量控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)集成制造的思路，提出將單一化的統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制SPC技術(shù)、過(guò)程能力分析技術(shù)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)集成化應(yīng)用的設(shè)想，鑒于目前質(zhì)量集成系統(tǒng)多為面向企業(yè)管理，該文認(rèn)為，電子元器件的生產(chǎn)線質(zhì)量控制應(yīng)當(dāng)注重?cái)?shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析，從而把控元器件生產(chǎn)線的質(zhì)量波動(dòng)狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：電子元器件；SPC；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；質(zhì)量控制集成系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）32-0223-02

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品集成越來(lái)越復(fù)雜，要求的可靠性越來(lái)越高，從通用基礎(chǔ)產(chǎn)品的角度出發(fā)，對(duì)電子元器件的質(zhì)量要求越來(lái)越高，包括從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的全過(guò)程質(zhì)量控制，現(xiàn)有的質(zhì)量工程技術(shù)，包括質(zhì)量管理方法、質(zhì)量工具，都不可能單一地應(yīng)用在電子元器件的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，必須積極探索質(zhì)量工程技術(shù)集成的有效方法，既能滿足高質(zhì)量、高可靠性、使用壽命長(zhǎng)等的要求，又能縮短或不增加設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期，電子元器件，無(wú)論是產(chǎn)品本身，還是失效或故障，均可以基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法進(jìn)行定量的特性分析，從而大大簡(jiǎn)化了引入質(zhì)量工程集成技術(shù)的難度，本文就現(xiàn)存的質(zhì)量工程技術(shù)，從生產(chǎn)線的質(zhì)量控制角度，提出基于計(jì)算機(jī)輔助的電子元器件領(lǐng)域質(zhì)量工程技術(shù)集成方法設(shè)想。

1 適用于電子元器件的質(zhì)量工程技術(shù)

質(zhì)量工程（Quality Engineering簡(jiǎn)稱QE）是一個(gè)融合管理與工程技術(shù)的交叉領(lǐng)域。目前的軍用電子元器件行業(yè)主要的質(zhì)量工程技術(shù)應(yīng)用主要是GJB9001C中的相關(guān)要求，對(duì)電子元器件生產(chǎn)線的質(zhì)量控制包括兩方面，質(zhì)量控制技術(shù)和質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)。

1.1 質(zhì)量控制技術(shù)

常用的質(zhì)量控制技術(shù)主要包括過(guò)程能力分析與統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制，其原理如下：

1） 過(guò)程能力分析技術(shù)

過(guò)程能力[1]是指（生產(chǎn)）過(guò)程在一定時(shí)間，處于控制狀態(tài)下制造產(chǎn)品的質(zhì)量特性值的經(jīng)濟(jì)波動(dòng)幅度，反映質(zhì)量的穩(wěn)定程度或工序運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定程度，也是過(guò)程保證質(zhì)量的能力。元器件的質(zhì)量數(shù)據(jù)是可度量的變量，可基于統(tǒng)計(jì)學(xué)控制，過(guò)程的固有變異以過(guò)程的“離散程度”表示，并通常以過(guò)程分布的6σ來(lái)測(cè)量。如果過(guò)程數(shù)據(jù)是呈正態(tài)分布的變量，理論上，這種離散程度將包含總體的99.73%。

過(guò)程能力分析技術(shù)有兩個(gè)參數(shù)，一為過(guò)程能力PC，若過(guò)程質(zhì)量特性值的標(biāo)準(zhǔn)差為σ，則過(guò)程能力記為PC=6σ；二為過(guò)程能力指數(shù)Cp，表示過(guò)程能力滿足過(guò)程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求程度的量值，計(jì)算公式為[Cp=T/6σ]（T表示過(guò)程公差，σ表示總體標(biāo)準(zhǔn)差）。前者是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值，后者與過(guò)程質(zhì)量要求范圍T有關(guān)。Cp值越大，表明加工質(zhì)量越高，但對(duì)設(shè)備和人員的要求也高，加工成本同時(shí)增大，所以對(duì)于Cp的選擇應(yīng)根據(jù)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的綜合分析來(lái)決定。文獻(xiàn)[1]給出了過(guò)程能力指數(shù)Cp的評(píng)價(jià)參考依據(jù)， 當(dāng)Cp接近1.00時(shí)，產(chǎn)品發(fā)生不合格品的概率增大，需加強(qiáng)對(duì)設(shè)備等的檢查， 當(dāng)Cp小于1.00時(shí)，產(chǎn)品過(guò)程能力不足，需要采取措施分析不足，加強(qiáng)產(chǎn)品檢驗(yàn)。

2） 統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制技術(shù)

統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制[1]（SPC）是現(xiàn)代質(zhì)量管理中不可缺少的工具，是指應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，區(qū)分出生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品質(zhì)量的隨機(jī)波動(dòng)與異常波動(dòng)，從而對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的異常趨勢(shì)提出預(yù)警，以便生產(chǎn)管理人員及時(shí)采取措施，消除異常，從而達(dá)到提高和控制質(zhì)量的目的。

控制圖是SPC的核心工具，也可稱作SPC圖，是將從過(guò)程定期收集的樣本所獲得的數(shù)據(jù)按順序點(diǎn)繪而成的圖，圖上標(biāo)有過(guò)程穩(wěn)定時(shí)描述過(guò)程固有變異的“控制限”。傳統(tǒng)的SPC圖用界限μ±3σ作為控制界限來(lái)管理過(guò)程。這意味著在1000個(gè)產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)小于2.7個(gè)不合格品出現(xiàn)，就認(rèn)為過(guò)程的波動(dòng)屬于正常，若超過(guò)2.7個(gè)不合格品，就認(rèn)為過(guò)程發(fā)生了不正常波動(dòng)。為了便于在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用和及時(shí)記錄質(zhì)量波動(dòng)情況，將正態(tài)分布圖及其控制限μ±3σ同時(shí)左轉(zhuǎn)90°，并以橫軸為時(shí)間或樣本編號(hào)，以縱軸為過(guò)程參數(shù)（均值、標(biāo)準(zhǔn)差等），并在μ±3σ處引出兩條虛線表示的水平線，就形成了一張SPC圖的示意圖。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

GB/T 19001：2016《質(zhì)量管理體系要求》[2]提到，基于風(fēng)險(xiǎn)的思維是實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理體系有效性的基礎(chǔ)，對(duì)質(zhì)量過(guò)程的管控實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管理是很有要的。

風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)一般包括以下4個(gè)環(huán)節(jié)：

1） 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

在元器件生產(chǎn)線過(guò)程控制中，風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別包含2個(gè)方面，即生產(chǎn)制造過(guò)程中的管理風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和SPC應(yīng)用過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，前者體現(xiàn)在一個(gè)企業(yè)的質(zhì)量管理體系中，有形成文件的信息具體闡述質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理程序，后者便是本文要探討的技術(shù)集成的方法。如前所述，SPC的應(yīng)用包括4個(gè)環(huán)節(jié)，分別是①關(guān)鍵工藝過(guò)程及其關(guān)鍵工藝參數(shù)的確定，同時(shí)進(jìn)行工序能力分析；②工藝參數(shù)數(shù)據(jù)采集；③工藝受控狀態(tài)定量分析；④控制措施。風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別應(yīng)當(dāng)貫穿SPC應(yīng)用全過(guò)程，例如，對(duì)關(guān)鍵工藝過(guò)程和關(guān)鍵工藝參數(shù)的確定風(fēng)險(xiǎn)，有些情況下，關(guān)鍵工藝并非單一，能否全面確定關(guān)鍵工藝，便是風(fēng)險(xiǎn)之一；再如，工序能力分析結(jié)果，對(duì)過(guò)程能力指數(shù)的計(jì)算和判別，是否能合理的反映元器件的生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量波動(dòng)，等。

2） 風(fēng)險(xiǎn)分析

該環(huán)節(jié)是對(duì)確定的風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行預(yù)估，闡明“出錯(cuò)的可能性及結(jié)果”，輸出的結(jié)果可以是定性的，也可以是定量的，例如FMECA工具中的CA 分析，可定量輸出風(fēng)險(xiǎn)造成的嚴(yán)酷度級(jí)別。風(fēng)險(xiǎn)分析過(guò)程可按照不同的算法進(jìn)行，最終輸出的結(jié)果是風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重性系數(shù)或類似的參數(shù)指標(biāo)。

3） 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

按照風(fēng)險(xiǎn)分析輸出的結(jié)果，對(duì)該風(fēng)險(xiǎn)造成的后果進(jìn)行審查和評(píng)價(jià)。

4） 風(fēng)險(xiǎn)控制

根據(jù)以上環(huán)節(jié)，提出風(fēng)險(xiǎn)管控措施，風(fēng)險(xiǎn)控制的四種基本方法是：風(fēng)險(xiǎn)回避、損失控制、風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移和風(fēng)險(xiǎn)保留，具體可細(xì)化為程序文件。endprint

2 質(zhì)量技術(shù)集成的設(shè)想

自1973年美國(guó)約瑟夫·哈林頓博士提出CIM（計(jì)算機(jī)集成制造）的概念，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS是CIM概念的具體實(shí)現(xiàn)，我國(guó)863計(jì)劃成立CIMS主題專家組，積極響應(yīng)并推廣這一信息時(shí)代新型企業(yè)的生產(chǎn)模式，并對(duì)CIM重新定義為“將信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)和制造技術(shù)相結(jié)合，并應(yīng)用于企業(yè)產(chǎn)品全生命周期（從市場(chǎng)需求分析到最終報(bào)廢處理）的各個(gè)階段，通過(guò)信息集成、過(guò)程優(yōu)化及資源優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)物流、信息流、價(jià)值流的集成和優(yōu)化運(yùn)行，達(dá)到人（組織、管理）、經(jīng)營(yíng)和技術(shù)三要素的集成，以改進(jìn)企業(yè)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)間（T）、質(zhì)量（Q）、成本（C）、服務(wù)（S）、環(huán)境（E），從而提高企業(yè)的市場(chǎng)應(yīng)變能力和競(jìng)爭(zhēng)能力?！?/p>

在CIMS環(huán)境下[3]，并行制造、精益生產(chǎn)、敏捷制造等都逐漸成為制造企業(yè)的新策略和新的生產(chǎn)模式。集成質(zhì)量系統(tǒng)IQS，用于分析產(chǎn)品質(zhì)量形成各階段相應(yīng)的質(zhì)量活動(dòng)，包括質(zhì)量計(jì)劃、檢測(cè)與質(zhì)量數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量評(píng)價(jià)與控制、綜合信息管理?，F(xiàn)行的IQS通常作為企業(yè)的一個(gè)管理系統(tǒng)，用于處理流程、記錄數(shù)據(jù)，在具體到生產(chǎn)線的質(zhì)量控制方面，不具備精確地定量分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、質(zhì)量診斷等功能，是通用性的IQS，電子元器件行業(yè)，可結(jié)合元器件本身的特點(diǎn)，將生產(chǎn)線上的質(zhì)量控制集成模塊化的系統(tǒng)，細(xì)化功能模塊，集成核心就是細(xì)化IQS的管理控制層，形成具備元器件產(chǎn)品特色的質(zhì)量控制技術(shù)集成系統(tǒng)，嵌入過(guò)程能力分析技術(shù)、SPC技術(shù)、抽樣統(tǒng)計(jì)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、方案制定、的算法設(shè)計(jì)。

3 質(zhì)量控制技術(shù)集成構(gòu)思

基于CIMS的思想，采用計(jì)算機(jī)軟件集成[4]的方式，將元器件生產(chǎn)過(guò)程SPC技術(shù)、過(guò)程能力分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)融合應(yīng)用，集成質(zhì)量控制系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

CIMS環(huán)境下的質(zhì)量控制集成系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：

1） 覆蓋產(chǎn)品從生產(chǎn)到成品試驗(yàn)的各個(gè)階段，對(duì)產(chǎn)品形成合格成品前制造檢驗(yàn)過(guò)程的質(zhì)量活動(dòng)進(jìn)行控制與管理；

2） 結(jié)合電子元器件大批量、高質(zhì)量、高可靠性和要求[5]；

3） 工作方式是系統(tǒng)自檢、改善過(guò)程能力；

4） 以數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)為支撐，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量信息的存取，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)分析，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，整改措施等功能；

5） 強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)施，是一個(gè)模塊化的開(kāi)放式的質(zhì)量控制系統(tǒng)，能根據(jù)企業(yè)環(huán)境的變化以及對(duì)質(zhì)量要求的不斷提高，進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)調(diào)整、擴(kuò)充和完善。

4 結(jié)論

電子元器件行業(yè)的質(zhì)量技術(shù)集成應(yīng)用目前還很少，隨著信息化時(shí)代產(chǎn)品集成化越來(lái)越復(fù)雜，單一的質(zhì)量技術(shù)已經(jīng)不能滿足日益增長(zhǎng)的質(zhì)量需求，質(zhì)量技術(shù)的集成應(yīng)用必然成為產(chǎn)品制造業(yè)的一種質(zhì)量管控趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 郭曉菡.基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的施工成本、進(jìn)度、質(zhì)量集成控制方法研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2004.

[5] 周月閣.開(kāi)關(guān)電源多元質(zhì)量穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2015.endprint