工業(yè)產(chǎn)品測試單元的并行設(shè)計初探

唐波

摘要：測試單元是工業(yè)產(chǎn)品自動化生產(chǎn)中不可或缺的組成單元。凡是需要實施質(zhì)量管理和控制的生產(chǎn)過程，都要應(yīng)用到可靠性較高的測試單元，這樣有利于對產(chǎn)品的性能進(jìn)行檢測。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是材料科學(xué)、計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)的快速發(fā)展，在電子、機(jī)械、航天等領(lǐng)域都需要依靠測試技術(shù)，而測試單元作為測試技術(shù)實施的重要載體，在與其他領(lǐng)域交叉應(yīng)用時，對其并行設(shè)計原理進(jìn)行研究十分重要。在提升產(chǎn)品性能和產(chǎn)量的同時，也能為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：并行設(shè)計;工業(yè)產(chǎn)品;測試單元

0? 引言

筆者在深圳某生產(chǎn)電子產(chǎn)品音頻組件的上市公司跟崗實習(xí)時，參與了其微型揚聲器生產(chǎn)線測試組件的搶修與維護(hù)工作。測試組件作為自動化生產(chǎn)線的重要部分，對生產(chǎn)線的運行與良品率起到重要作用。在自動化生產(chǎn)中，可以通過測試的方式去獲取各種有效的信息，全程監(jiān)督機(jī)器使用情況以及生產(chǎn)的過程，這樣可以達(dá)到提升產(chǎn)品質(zhì)量的目的?，F(xiàn)如今，由于測試與研發(fā)處于產(chǎn)品設(shè)計的不同階段，往往注重機(jī)電功能測試，與具體行業(yè)融合的測量要素測試只注重傳感設(shè)備選型，而對測試單元全生命周期內(nèi)的質(zhì)量、成本和可靠性考慮不足，導(dǎo)致后期維護(hù)成本增加、設(shè)計頻繁修改等問題的出現(xiàn)，進(jìn)而對整個項目的應(yīng)用都產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。本文以測試單元的并行設(shè)計為例，對工業(yè)產(chǎn)品測試單元的設(shè)計流程進(jìn)行了并行化設(shè)計探討，完善了設(shè)計體系，對生產(chǎn)線系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了較好的保障。

1? 并行設(shè)計的內(nèi)涵簡析

并行設(shè)計是對產(chǎn)品及其相關(guān)過程（包括制造和支持過程）進(jìn)行并行和集成設(shè)計的系統(tǒng)方法。在傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)基礎(chǔ)上實施改進(jìn)方案，考慮產(chǎn)品概念設(shè)計到報廢處理的整個生命周期內(nèi)的所有因素，并成立產(chǎn)品并行設(shè)計的團(tuán)隊和小組，將各相關(guān)影響因子納入設(shè)計中，不斷完善產(chǎn)品性能，實現(xiàn)設(shè)計更加科學(xué)合理化。隨著信息智能化時代的來臨，工業(yè)產(chǎn)品測試單元在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量方面的作用越來越大，對它的穩(wěn)定性和可靠性也提出了較高的要求。因此，為了提升設(shè)計能力和產(chǎn)品性能，企業(yè)應(yīng)該與時俱進(jìn)，緊跟時代發(fā)展步伐，在提升產(chǎn)品開發(fā)速度的基礎(chǔ)上，提升自身創(chuàng)新能力和設(shè)計自動化水平，這樣才能更好的適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。同時，企業(yè)應(yīng)該無論是從管理模式、研發(fā)過程還是設(shè)計方法上都應(yīng)該進(jìn)行整體的優(yōu)化和改進(jìn)，從根源上解決問題，從管理模式上看，應(yīng)成立由各方面專家組成的并行設(shè)計小組，以協(xié)調(diào)集成設(shè)計時的各階段矛盾;從研發(fā)過程來看，應(yīng)根據(jù)制定的研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)與功能實現(xiàn)要求，將各階段的研發(fā)成果納入并行設(shè)計的檢測體系;從設(shè)計方法來看，應(yīng)遵行系統(tǒng)化、信息化、并行化的設(shè)計理念，以保證各子系統(tǒng)既完成自身功能，又有機(jī)融入整體。目前，并行設(shè)計技術(shù)在生產(chǎn)制造的各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，不僅可以節(jié)省生產(chǎn)成本，減少開發(fā)時間，對提升企業(yè)產(chǎn)品競爭力和提升設(shè)計準(zhǔn)確性有著重要的作用和意義。

2? 測試單元設(shè)計現(xiàn)狀分析

2.1 內(nèi)部組織各自為政

許多項目開發(fā)人員對測試單元的開發(fā)和應(yīng)用都存在著錯誤的認(rèn)識，他們認(rèn)為，測試單元研發(fā)只是產(chǎn)品要求功能的一對一實現(xiàn)，達(dá)到設(shè)計要求即項目結(jié)束，測試研發(fā)人員也只需按照產(chǎn)品現(xiàn)有的情況和需求循規(guī)蹈矩的進(jìn)行方案設(shè)計。新品的驗證和發(fā)布后，測試單元正常工作就可以了，無需對后續(xù)環(huán)節(jié)負(fù)責(zé)。其次，每個部門都只關(guān)注自身部門的工作是否完成，對其他部門工作內(nèi)容和流程也不了解，這樣直接導(dǎo)致各個部門之間缺乏溝通和交流，不利于測試單元的開發(fā)工作。由此可見，如果各個部門在工作中，只重視自身的工作情況，而不和其他部門和企業(yè)進(jìn)行合作溝通，將會對整體的項目開發(fā)進(jìn)程和后續(xù)維護(hù)造成很大的影響。最為關(guān)鍵的是，如果某系統(tǒng)發(fā)生問題，各個部門都互相推諉責(zé)任，這樣不僅不能處理實際問題，還會直接降低新產(chǎn)品的開發(fā)速度。

2.2 設(shè)計過程缺乏主動性，自主創(chuàng)新能力差

在常規(guī)設(shè)計流程中，信息傳遞都是單向、無序的[1]。產(chǎn)品設(shè)計師經(jīng)常都在不了解測試或在沒有和測試技術(shù)人員溝通的前提下，擅自改動一些影響測試的關(guān)鍵產(chǎn)品特征，產(chǎn)品上單方面的小修改就會造成整個設(shè)備的大調(diào)整和改動，這種被動的設(shè)計方式將會增加測試研發(fā)成本和工作時間。其次，由于部分企業(yè)自身技術(shù)規(guī)模不足的原因，在再加上企業(yè)技術(shù)人員對測試單元本身也處于自主研發(fā)能力較為薄弱的階段大部分企業(yè)在測試單元設(shè)計中依然采用的是傳統(tǒng)模塊技術(shù)，只注重功能實現(xiàn)，對測試單元的系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性要求缺乏先進(jìn)技術(shù)與手段的支持。只有少部分企業(yè)會引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，借鑒國外先進(jìn)測試單元的方法，與時俱進(jìn)改善自身的設(shè)計，但往往是借鑒和模仿，缺乏更高層次的創(chuàng)新能力。

2.3 設(shè)計結(jié)果無法滿足需求，后期設(shè)計修改多

在測試單元的設(shè)計中，各部門的工作任務(wù)都是解決測試單元的某單一功能實現(xiàn)，由于工作考慮問題角度以及對設(shè)備需求存在著不同，在常規(guī)設(shè)計流程中，經(jīng)常忽略用戶提出的建議。就算開展了實踐調(diào)研工作，往往由于各種限制，也沒有將調(diào)研結(jié)果完全付諸于實際設(shè)計中。進(jìn)而產(chǎn)生了測試研發(fā)人員設(shè)計出來的產(chǎn)品和實際需求存在著偏差的問題，最后導(dǎo)致產(chǎn)品線難以調(diào)整和修改。其次，國內(nèi)大部分企業(yè)都不重視開發(fā)初期的測試工作，在產(chǎn)品設(shè)計中直接忽視初期測試，導(dǎo)致在項目后期批量生產(chǎn)中才會發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題，這樣不得不重新返工設(shè)計，不僅耗費大量的時間，也提升了研發(fā)成本。

3? 工業(yè)產(chǎn)品測試單元設(shè)計的原則和要求

首先，測試單元需要不斷提升設(shè)備元件的標(biāo)準(zhǔn)化和適應(yīng)化程度，盡可能的選用供應(yīng)商提供的常規(guī)化標(biāo)準(zhǔn)化零件，這樣在縮短設(shè)備制造時間的基礎(chǔ)上，節(jié)省一定的設(shè)備生產(chǎn)成本。其次，測試單元的設(shè)計一定要全面確保技術(shù)人員的操作安全，配備相關(guān)的安全防護(hù)裝置以及安全警示語，避免用戶在使用過程中對人身造成威脅和傷害[2]。最后，在工業(yè)產(chǎn)品測試單元設(shè)計中，應(yīng)該預(yù)留出充分的操作空間，讓工作人員在自由無障礙的區(qū)域開展設(shè)計工作。同時，要考慮到維護(hù)和使用的方便性、人機(jī)工程性，避免將容易損壞的配件放在隱蔽的位置，或是被周圍的設(shè)置阻擋，進(jìn)而影響工作人員對測試單元內(nèi)部情況進(jìn)行觀察和檢測。如果需要經(jīng)常更換的零件處于設(shè)備的隱蔽位置，并且上方有遮擋物，將導(dǎo)致工作人員無法用肉眼及時觀察到情況，也無法簡便的用工具對零件進(jìn)行更換，如果需要拆換，需要工作人員進(jìn)行較大范圍的拆裝作業(yè)，如果作業(yè)空間狹窄，又長時間的工作，容易產(chǎn)生疲勞感，影響搶修工作的順利進(jìn)行。

4? 基于CD-TED體系的設(shè)計實踐分析

4.1 CD-TED體系組織形式的應(yīng)用

CD-TED（Test Equipment Development based on Concurrent Design）是基于并行設(shè)計的工業(yè)產(chǎn)品測試設(shè)備開發(fā)體系，是南京航空航天大學(xué)的章佳首先提出的，其關(guān)鍵是制定好相關(guān)DFT（可測試性設(shè)計）規(guī)則，項目測試負(fù)責(zé)人對各個方面的工程技術(shù)人員進(jìn)行項目組織，制定DFT規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，并將所提出的DFT相關(guān)成果都貫徹到所有的測試工作環(huán)節(jié)中。同時，聯(lián)合各個部門開展關(guān)于DFT規(guī)則的討論和培訓(xùn)，組織所有部門的負(fù)責(zé)人對DFT規(guī)則提出有效的改進(jìn)建議，主要探討內(nèi)容時關(guān)于DFT系統(tǒng)后續(xù)的開發(fā)和應(yīng)用，并且開展科學(xué)合理的測試設(shè)計[3]。其次，加強(qiáng)IPT（集成產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊）的建設(shè)，根據(jù)CD-TEC體系組織形式，將多個部門的核心技術(shù)人員集中在一起創(chuàng)建IPI小組，小組建立主要是為內(nèi)部工作交流溝通實行系統(tǒng)設(shè)計而成立。

4.2 產(chǎn)品多功能測試單元的開發(fā)

根據(jù)某公司提供的微型揚聲器產(chǎn)品，對產(chǎn)品每個環(huán)節(jié)進(jìn)行測試，在測試過程中，需要檢測每一個生產(chǎn)線連接器，確定信號輸入值和輸出值，并且每一個產(chǎn)品上都要連接多個連接器。而傳統(tǒng)的手動測試方式在大批量生產(chǎn)中無法達(dá)到高效率要求，必須要采用專門的測試單元實施檢測，這樣可以全面促進(jìn)生產(chǎn)效率的提升。其次，這款產(chǎn)品并不是單一的產(chǎn)品形式，根據(jù)不同手機(jī)廠商設(shè)計不同，而有不同參數(shù)要求，需要對系列產(chǎn)品測試單元進(jìn)行集成式并行開發(fā)，預(yù)留相關(guān)參數(shù)的測試參數(shù)，以適應(yīng)不同手機(jī)產(chǎn)品的揚聲器性能要求。由此可見，如果想要快速的設(shè)計出合格的檢測設(shè)備，就應(yīng)該促使測試單元滿足多款產(chǎn)品的應(yīng)用需求，并且也能對產(chǎn)品的子裝配進(jìn)行全面測試。微型揚聲器產(chǎn)品如圖1所示。

4.3 CD-TED體系設(shè)計方法的主要運用

在測試單元設(shè)計中，首先應(yīng)該提出明確的設(shè)計要求，每個階段的CD-TED流程安排都需要跟上被測產(chǎn)品的設(shè)計進(jìn)度，相比起常規(guī)的設(shè)計流程，CD-TED流程定義應(yīng)該在產(chǎn)品概念設(shè)計階段就應(yīng)該參與到項目中，嚴(yán)格制定產(chǎn)品設(shè)計計劃時間，每個階段發(fā)布時間控制在產(chǎn)品發(fā)布的一周時間內(nèi)，與被測試產(chǎn)品開發(fā)緊密并行，這樣可以及時的獲取被測產(chǎn)品的設(shè)計新型，也能第一時間避免產(chǎn)品對測試的不良影響。按照設(shè)計要求，對CD-TED的設(shè)計樹進(jìn)行檢索，將樹的各分支節(jié)點設(shè)計作為設(shè)計的主要方面，在設(shè)計中，各模塊之間雖然尺寸有差別，但是檢測項目大同小異，所以設(shè)計人員在實際檢測設(shè)計時，可以將它們一起測試。同時，為了避免設(shè)備之間產(chǎn)生干擾問題，應(yīng)該以設(shè)備蓋板為主進(jìn)行封閉處理，以方便隨時取放被測件。最后，在CD-TED設(shè)計中，人機(jī)工程是一項相當(dāng)重要的參考因素，為人員預(yù)留充足的操作和維護(hù)空間，確保產(chǎn)品在測試時能合理檢修，設(shè)計人員能對導(dǎo)向裝置進(jìn)行固定處理，這樣可以防止測試產(chǎn)品和設(shè)備之間的影響和干涉。

5? 結(jié)束語

綜上所述，工業(yè)產(chǎn)品測試工作涉及的內(nèi)容、學(xué)科以及部門都十分復(fù)雜和龐大，通過在測試單元設(shè)計中充分運用了CD-TED體系設(shè)計方法，不僅解決了常規(guī)設(shè)計流程的缺陷和不足，還體現(xiàn)出了其長期規(guī)劃、周密計劃、預(yù)防為主的設(shè)計特征，在節(jié)省項目開發(fā)成本的基礎(chǔ)上，有效提升設(shè)計效率，提高生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]王晗迪，張羽熙.基于并行設(shè)計的工業(yè)產(chǎn)品測試設(shè)備的設(shè)計分析[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2017（12）：71-72.

[2]章佳.基于并行設(shè)計的工業(yè)產(chǎn)品測試設(shè)備的設(shè)計研究[D].南京航空航天大學(xué)，2011.

[3]張世炯，張思琛，宋文濤，曹建安.機(jī)載線纜的分布式并行測試系統(tǒng)設(shè)計與研究[J].測控技術(shù)，2017，11.