質(zhì)量控制在微電機制造中的應用研究

高永梅

摘要：質(zhì)量管理是一種能通過提升產(chǎn)品質(zhì)量以提升客戶滿意度的管理活動，而質(zhì)量的控制本質(zhì)上需要和質(zhì)量策劃、保證、改進等過程相促進，以完成整體的生產(chǎn)管理活動順利進行。在微電機制造領域中，積極提升質(zhì)量控制的價值，用有效的管理模式促進整體微電機制造領域的發(fā)展，基于此，本文將重點進行分析與研究。

關鍵詞：質(zhì)量控制技術;微電機制造;應用研究

一、質(zhì)量控制

對于現(xiàn)代企業(yè)來說，產(chǎn)品質(zhì)量管理的內(nèi)涵已不再局限于成品的質(zhì)量檢驗的單一領域之中，而是更加注重對產(chǎn)品質(zhì)量形成過程的管理效能是否夠高。而在本質(zhì)上，無論是產(chǎn)品設計、采購、生產(chǎn)還是銷售過程的實現(xiàn)，都需要各組織、團體的共同參與和配合，產(chǎn)品質(zhì)量將沿著質(zhì)量流的流向有序轉移。產(chǎn)品形成的各個階段對最終產(chǎn)品質(zhì)量的影響是不同的。在微電機制造領域，裝配階段作為制造的核心環(huán)節(jié)，決定著產(chǎn)品的裝配質(zhì)量，其對最終產(chǎn)品質(zhì)量的影響不言而喻。試錯法的操作步驟通常是：試驗人員只調(diào)整有限的工藝參數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗確定剩余的參數(shù)，然后對試驗結果進行測試、記錄和分析，經(jīng)過幾個周期后逐漸逼近局部最優(yōu)工作點。因此，該方法普遍適用于可變參數(shù)少、質(zhì)量控制過程簡單、預試驗費用相對較低的研究對象。隨著數(shù)據(jù)采集技術和數(shù)據(jù)存儲技術的不斷完善，產(chǎn)品制造過程中的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長。隨著科學技術的發(fā)展，企業(yè)每天都存儲著大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設備數(shù)據(jù)，包括工藝變化、設備運行、產(chǎn)品質(zhì)量等信息。數(shù)據(jù)驅動，包括數(shù)據(jù)驅動思想和數(shù)據(jù)驅動控制，是一種較新的質(zhì)量控制方法。質(zhì)量控制在企業(yè)發(fā)展中是非常重要的，尤其是微電機制造領域中，如果不關于整體的質(zhì)量，就可能導致產(chǎn)品質(zhì)量不過關，進而影響企業(yè)的效益[3]。

二、微電機制造

微電機常用于控制系統(tǒng)中放大和轉換機電信號。指規(guī)格滿足直徑≤160毫米或額定功率≤750兆瓦要求的電機。在微電機的整個生產(chǎn)周期中，對最終產(chǎn)品質(zhì)量影響最大的關鍵環(huán)節(jié)之一就是電機裝配過程?！肮I(yè)4.0”時代的到來，促進了制造業(yè)的生產(chǎn)智能化和制造業(yè)的優(yōu)化升級。作為工業(yè)強國的中國，國內(nèi)制造企業(yè)也緊跟時代步伐，從企業(yè)內(nèi)部的各個環(huán)節(jié)向智能化邁進。微電機在制造過程中，其裝配線存在質(zhì)量控制水平低、控制方法傳統(tǒng)、缺乏有效的數(shù)據(jù)分析工具、發(fā)現(xiàn)不及時、難以做出最佳決策等問題，導致微電機技術應用不到位。微電機作為一種小成本、大規(guī)模的產(chǎn)品，在裝配過程中會產(chǎn)生大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如果能夠利用好微電機制造技術來提高整體的開發(fā)價值，將會有很好的應用價值。微電機制造的整體流程如下：

從殼體和中心軸的進給開始，進給完成后，中心軸被鉚接。將彈簧片和齒輪軸C安裝在殼體內(nèi)，將彈簧片和齒輪軸C分別安裝在殼體內(nèi)。安裝D檔和C檔之前，給齒輪軸上油。卸載前，齒輪軸需要上一次油，以配合手動輔助線的齒輪安裝。依次手動安裝B檔和e檔兩種齒輪，然后安裝蓋板。工人先將蓋板組合到車內(nèi)，然后依次經(jīng)過蓋板鉚接站和自定位站到卸載區(qū)，等待進入銘牌粘貼機進行銘牌粘貼。產(chǎn)品送至銘牌粘貼機進行銘牌粘貼，帶有銘牌的電機裝入料盤，整個微電機前半部分的裝配工藝流程結束。傳送帶將微電機傳送到壓線站。壓線完成后，傳送帶將微電機傳送到焊接工位。焊接完成后，傳送帶將微電機傳送到后續(xù)工位，自動安裝護絲箱蓋。最后，機械手用保護絲盒蓋完成成品的卸料。這樣操作下來，一個比較完整的微電機制造流程就完成了[2]。

三、微電機制造企業(yè)的質(zhì)量管理情況分析

（一）微電機制造中存在的質(zhì)量管理問題

1.企業(yè)質(zhì)量管理數(shù)字化水平低

質(zhì)量數(shù)據(jù)的利用率非常低。只收集大量的質(zhì)量數(shù)據(jù)作為歷史數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，在規(guī)定的時間內(nèi)簡單統(tǒng)計不合格品，從而了解不合格品的數(shù)量是否在要求的范圍內(nèi)，觀察其變化趨勢。

2.企業(yè)質(zhì)量風險控制不到位

當不可預見的事故發(fā)生時，可能會產(chǎn)生大量的廢品，甚至對裝配系統(tǒng)及其環(huán)境產(chǎn)生不可預測的影響。目前，企業(yè)很難控制和預防此類問題。

3.很難控制企業(yè)的生產(chǎn)成本

因為是崗位管理，所以省略了監(jiān)控成本。當裝配過程中沒有事故發(fā)生時，質(zhì)量管理的成本很低。但一旦出現(xiàn)不可預見的事故，可能造成巨大的質(zhì)量問題和經(jīng)濟損失，后期管理成本會非常高。

（二）微電機制造中質(zhì)量管理優(yōu)化的必要性

質(zhì)量管理的核心部分是質(zhì)量控制，即動態(tài)控制，其方法是實時監(jiān)控和檢查測量，當不符合質(zhì)量要求時，進行質(zhì)量改進以滿足規(guī)定的質(zhì)量要求。結合微電機裝配過程的特點和質(zhì)量控制的內(nèi)涵，實現(xiàn)了微電機裝配的在線質(zhì)量控制。該系統(tǒng)具有以下要求：

（1）質(zhì)量特性的實時數(shù)據(jù)收集。要實現(xiàn)在線質(zhì)量控制，前提是采集大量相關質(zhì)量特征的實時數(shù)據(jù)。裝配過程的歷史數(shù)據(jù)只能分析過去一段時間的過程。只有通過采集和分析各個裝配質(zhì)量檢測點輸出的質(zhì)量數(shù)據(jù)，才能進行后續(xù)的工藝狀態(tài)監(jiān)測和異常故障診斷。（2）實時監(jiān)測裝配工藝狀態(tài)。利用統(tǒng)計過程控制技術對裝配過程進行實時監(jiān)控，以確定過程是否處于統(tǒng)計控制狀態(tài)。當裝配過程中出現(xiàn)質(zhì)量變化時，能夠及時發(fā)現(xiàn)并采取措施。（3）實現(xiàn)在線故障診斷。當裝配質(zhì)量發(fā)生變化時，可以進行分析診斷，及時定位故障源，排除故障。在線故障診斷可以縮短工作人員對故障的響應時間，從而減少故障模式下產(chǎn)生的廢品數(shù)量，從而降低經(jīng)濟損失和故障對裝配系統(tǒng)的破壞性影響[1]。

四、質(zhì)量控制在微電機制造中的應用優(yōu)化

（一）設計合適的系統(tǒng)架構

當流水線中的數(shù)據(jù)實時傳遞到質(zhì)量控制系統(tǒng)時，為傳感器向流水線輸入數(shù)據(jù)提供了依據(jù)。另一方面，當流水線中的數(shù)據(jù)實時傳遞到質(zhì)量控制系統(tǒng)時，在信息安全和系統(tǒng)靈活性方面，決定采用C/S架構開發(fā)系統(tǒng)，即系統(tǒng)分為客戶端和服務器端。微電機裝配在線質(zhì)量控制系統(tǒng)分為兩個模塊：數(shù)據(jù)管理模塊和故障識別與診斷模塊。基于企業(yè)的質(zhì)量管理技術還停留在“紙面管理”的現(xiàn)狀，引入深度學習技術，利用CNN作為控制圖異常模式識別的訓練模型，對控制限度內(nèi)的質(zhì)量特征值統(tǒng)計異常進行實時可靠的智能識別，傳統(tǒng)控制圖在記錄的質(zhì)量特征值統(tǒng)計超過控制限度時可以輕松實現(xiàn)自動報警，但對控制限度內(nèi)異常的敏感度很低。在線質(zhì)量控制的關鍵技術問題是如何實現(xiàn)控制圖異常的智能診斷，實現(xiàn)“無人化”質(zhì)量控制。企業(yè)生產(chǎn)的微型電機種類繁多，自動化流水線也很多。同時，處理從所有裝配線輸出的質(zhì)量數(shù)據(jù)對系統(tǒng)吞吐量有很高的要求。在數(shù)據(jù)采集方面，根據(jù)微電機產(chǎn)品的質(zhì)量特點，進行了質(zhì)量數(shù)據(jù)采集的硬件布局和軟件設計過程，優(yōu)化整體的系統(tǒng)設計[4]。

（二）選擇好數(shù)據(jù)庫服務器

數(shù)據(jù)庫服務器需要能夠滿足以下功能才能保障整體的質(zhì)量控制程序進展有序。首先是數(shù)據(jù)采集和處理。收集的內(nèi)容包括所有需要控制的實時質(zhì)量特征數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理后，采集的質(zhì)量特征數(shù)據(jù)通過委托觸發(fā)的方式將信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫。質(zhì)量委派有兩種類型，即在固定時間向數(shù)據(jù)庫發(fā)送數(shù)據(jù);第二種是非正規(guī)委托。故障事件和不合格品事件的發(fā)生不定期。這種不規(guī)則事件的數(shù)據(jù)通過觸發(fā)發(fā)送到數(shù)據(jù)庫。其次，它可以從數(shù)據(jù)庫中接收實時質(zhì)量特征數(shù)據(jù)和故障信息。最后，主數(shù)據(jù)庫負責存儲過程信息、設備信息、責任人員信息、郵箱信息等靜態(tài)數(shù)據(jù)，以及實時數(shù)據(jù)持久化形成的歷史數(shù)據(jù)。

（三）做好數(shù)據(jù)采集方案

微電機制造企業(yè)實施質(zhì)量控制是一項系統(tǒng)工程，其標準化過程可分為三個階段。在準備階段，一般工作內(nèi)容包括分析產(chǎn)品質(zhì)量的影響因素、確定質(zhì)量特性的檢驗點、設計抽樣方案、收集和存儲質(zhì)量數(shù)據(jù)。在分析階段，選擇控制圖的類型，計算采集到的樣本數(shù)據(jù)，繪制控制圖進行分析，對過程進行控制后，判斷過程能力值是否合格。在監(jiān)控階段，繪制控制圖進行控制，采集日常生產(chǎn)中的實時質(zhì)量特性數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算后以數(shù)字點的形式顯示在控制圖中，實現(xiàn)微電機裝配過程的實時監(jiān)控和質(zhì)量控制。影響微電機轉矩和頻率的因素主要存在于裝配線前端的裝配過程中?；谝陨闲畔?，決定在微電機裝配線前端的后方，具體是蓋板鉚接設備和銘牌粘貼機之間。數(shù)據(jù)采集卡通過信號放大和濾波將模擬量轉換成數(shù)字量，再通過網(wǎng)卡進行通信。傳感器的通信協(xié)議為PCI總線協(xié)議。質(zhì)量特征數(shù)據(jù)采集并存儲到數(shù)據(jù)庫服務器后，基于企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)通信，利用TCP/IP協(xié)議完成從服務器到客戶端的通信，優(yōu)化整體的數(shù)據(jù)采集，才能為后續(xù)的管理工作打好基礎[5]。

（四）做好質(zhì)量數(shù)據(jù)分析

總控制圖結構包括中心線C1、控制上限UCL和控制下限LCL。圖表上描繪的數(shù)字點是樣品或其統(tǒng)計的質(zhì)量特征值，根據(jù)時間或樣品編號順序進行計數(shù)。判斷過程異常有兩種情況：一是部分數(shù)據(jù)點落在控制線外，二是雖然數(shù)據(jù)點落在控制上下限內(nèi)，但點的排列不具有隨機性。首先，分析控制圖用于診斷待控制的過程。確認過程處于統(tǒng)計控制狀態(tài)后，進入日常質(zhì)量控制，拉長分析控制圖的控制界限，作為控制圖的控制界限，實現(xiàn)控制圖從分析到控制的轉化。分析控制圖用于分析或驗證完成的過程。主要研究兩個方面：統(tǒng)計穩(wěn)態(tài)和技術穩(wěn)態(tài)。統(tǒng)計穩(wěn)態(tài)的研究是指分析過程是否處于統(tǒng)計控制狀態(tài)，技術穩(wěn)態(tài)的研究內(nèi)容是過程的過程能力是否達到要求的水平。確定過程狀態(tài)后，進入日常質(zhì)量管理階段，使用控制圖維護確定的過程狀態(tài)。

（五）在線故障識別和診斷

由于卷積層運算后輸出的特征圖直接用于分類，會導致計算量過大等問題出現(xiàn)，匯集層成為卷積神經(jīng)網(wǎng)絡不可或缺的一部分。某一位置的輸出被該位置相鄰輸出的總統(tǒng)計特征所代替，可以保持輸出近似不變，降低維數(shù)。在整個卷積神經(jīng)網(wǎng)絡結構中，全連接層位于網(wǎng)絡末端，起到“分類器”的作用。分類卷積神經(jīng)網(wǎng)絡的輸出層輸出一個由實數(shù)組成的向量，節(jié)點上的實數(shù)代表輸入樣本屬于該類別的概率。首先，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡隨機初始化權值、偏差等參數(shù)，將訓練樣本數(shù)據(jù)輸入網(wǎng)絡，經(jīng)過卷積、匯集和全連接得到實際輸出向量，然后計算實際輸出向量與目標輸出向量之間的誤差。當?shù)玫降恼`差大于我們的期望值時，誤差反傳到卷積神經(jīng)網(wǎng)絡，依次計算全連接層、匯聚層和卷積層的誤差，更新網(wǎng)絡參數(shù)，提高網(wǎng)絡精度。最后，用其他訓練樣本重復，直到實際輸出向量和目標輸出向量之間的誤差小于我們的期望值。

五、結語

總而言之，隨著時代的發(fā)展，未來的制造行業(yè)發(fā)展大趨勢就是智能制造，以技術為主導的“中國制造2025”戰(zhàn)略的實施，對于國內(nèi)企業(yè)來說，本質(zhì)上既是一次發(fā)展的機遇，也是一次發(fā)展的挑戰(zhàn)。因此，在當前的發(fā)展格局下，應當轉變傳統(tǒng)的生產(chǎn)發(fā)展模式，認識到單純生產(chǎn)制造微電機已經(jīng)顯得單薄，而加強質(zhì)量控制已經(jīng)顯得尤為重要。因此，在對企業(yè)提出了產(chǎn)品質(zhì)量管理模式數(shù)字化、智能化升級的發(fā)展目標之后，更應當加強技術研究。當下，質(zhì)量控制技術越來越受到國內(nèi)企業(yè)的重視。為了順應時代的發(fā)展，只有設計出有效合理的微電機質(zhì)量控制系統(tǒng)，才能使整體工作有序進行。

參考文獻：

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