微波組件自動化產(chǎn)線測試工位建設方案

摘? 要：文章從總體架構上討論了微波組件自動化產(chǎn)線測試工位建設方案，對方案的功能、總體設計、硬件方案設計和軟件方案設計進行了詳細描述。通過該方案的建設，實現(xiàn)了產(chǎn)品測試過程的信息化、自動化及無紙化，實現(xiàn)了與MES、PLM等系統(tǒng)的對接，實現(xiàn)了微波組件產(chǎn)線的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，生產(chǎn)效率得到大幅提升，并提高了測試數(shù)據(jù)的分析能力。

關鍵詞：自動測試系統(tǒng);測試工位;自動化;微波組件;MES

中圖分類號：TP278;TP311.1? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）05-0181-04

Construction Scheme of Test Station for Automatic Production Line of

Microwave Components

FU Tao

（Ceyear Technology Co.，Ltd.，Qingdao? 266555，China）

Abstract：This paper discusses the construction scheme of the test station of microwave components automatic production line from the overall architecture，and describes the function，overall design，hardware design and software design of the scheme in detail. Through the construction of this scheme，the informatization，automation and paperless of product testing process are realized，the docking with MES，PLM and other systems is realized，the digital transformation of microwave components production line is realized，the production efficiency is greatly improved，and the analysis ability of test data is improved.

Keywords：automatic test system;test station;automation;microwave components;MES

0? 引? 言

隨著科學技術的發(fā)展以及數(shù)字化轉(zhuǎn)型的大趨勢以及人口紅利的日漸降低，社會的各行各業(yè)都在進行自動化生產(chǎn)線的建設，以解決日益增長的產(chǎn)品需求與人力成本上升的矛盾。

微波電子產(chǎn)品是廣泛應用于5G通信、雷達、電子對抗等領域的一類技術復雜的電子產(chǎn)品，在研制與生產(chǎn)過程中，需要采用各種儀器儀表對多種參數(shù)進行測試。微波電子產(chǎn)品的測試一般呈現(xiàn)測試參數(shù)種類多、測試通道多、測試狀態(tài)多、測試儀表多、測試時間多的“五多”特點，通常情況下采用自動測試系統(tǒng)的解決方案解決測試效率的問題。現(xiàn)階段，自動測試系統(tǒng)一般采取“測試儀器+開關矩陣”的方案，實現(xiàn)微波電子產(chǎn)品的自動測試。一方面，自動測試系統(tǒng)由于引入了開關矩陣，無形中延長了信號傳輸路徑，基于微波頻段高的特點，傳輸路徑延長會惡化測試指標準確度，給工業(yè)生產(chǎn)帶來測試誤差;另一方面，大多數(shù)自動測試系統(tǒng)作為綜合性的測試設備，重點強調(diào)測試功能，在生產(chǎn)過程中，屬于相對獨立的設備，與其他信息化系統(tǒng)之間交聯(lián)還處于初級階段，在數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)應用方面比較弱，已經(jīng)無法適應性數(shù)字化轉(zhuǎn)型時代的測試需求。

本文以微波組件生產(chǎn)線測試需求為牽引，設計了一套微波組件自動化產(chǎn)線測試工位建設方案，實現(xiàn)產(chǎn)品測試的信息化、自動化及無紙化，實現(xiàn)與其他生產(chǎn)制造系統(tǒng)的對接，提升生產(chǎn)制造的信息化及數(shù)字化程度的目標設計，并結(jié)合多款部件、模塊、單機的測試需求進行自動測試開發(fā)，主要用途是自動測試，能夠?qū)Ω髂K進行功能指標檢測，以驗證其功能性能指標是否符合要求。通過對測試環(huán)境進行自動化、信息化升級，從而提高測試效率，提高測試數(shù)據(jù)的分析能力。

1? 建設方案功能設計

微波組件自動化產(chǎn)線測試工位建設方案的總體功能為：

（1）測試工位可以組成局域網(wǎng)絡，所有與產(chǎn)品相關的測試程序、測試指標、測試結(jié)果等信息均儲存于服務器;用戶可通過終端進行自動測試或數(shù)據(jù)查詢分析。

（2）能夠通過GPIB、LAN、RS232、USB等接口方式實現(xiàn)與測試儀表（如頻譜儀、信號源、矢量網(wǎng)絡分析儀、噪聲儀等）和待測產(chǎn)品的通信。

（3）測試系統(tǒng)具備可配置功能，針對不同類型產(chǎn)品具備對測試數(shù)據(jù)、測試指標上下限、測試程序腳本、調(diào)試方法、測試工位、線損、設備、報表模板等的配置功能。

（4）測試管理功能，系統(tǒng)具備對待測產(chǎn)品狀態(tài)、測試指標、測試程序、測試執(zhí)行過程、測試數(shù)據(jù)、測試結(jié)果、測試儀表以及測試報告、不合格品及維修信息等的精細化管理能力。在系統(tǒng)中能夠記錄并快速查詢到產(chǎn)品的測試指標、測試程序版本、測試結(jié)果、測試時間、測試人員以及使用的測試儀表型號，儀表序列號，不合格品及維修記錄等信息。

（5）實現(xiàn)數(shù)據(jù)的即時處理和分析功能。針對后臺數(shù)據(jù)庫提供形式多樣的測試結(jié)果查詢和統(tǒng)計分析系統(tǒng)，提供豐富的數(shù)據(jù)分析和報表。并通過不斷地積累，與所存儲產(chǎn)品的原始數(shù)據(jù)一起，形成各類產(chǎn)品的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，逐步形成各類產(chǎn)品的組織資產(chǎn)。

（6）實現(xiàn)人員、儀器儀表、物料和環(huán)境的數(shù)據(jù)自動采集和狀態(tài)顯示。

2? 建設方案規(guī)劃

綜合考慮微波組件特點和復雜的業(yè)務面，將測試組件分為四大類：射頻類組件、功放類組件、信號處理類組件和天線類組件。根據(jù)四類組件類型統(tǒng)籌規(guī)劃分別設計相應的測試工位。

建立以工位離散型為主的生產(chǎn)調(diào)試/測試線布局，能形成一定頻率的流轉(zhuǎn)，并更具有柔性和布局調(diào)整的能力。通過合理的工位設計、夾具設計、精益管理流程，以標準化的生產(chǎn)調(diào)試/測試工位設計和合理化的生產(chǎn)線布局設計為基礎，實現(xiàn)符合質(zhì)量管理要求和規(guī)范的柔性產(chǎn)品調(diào)試/測試生產(chǎn)線。在不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化科研生產(chǎn)流程的過程中取得很好的效益。

測試工位采用“基本配置+測試設備”的建設方案?；九渲脼槊總€測試工位的標配，主要配置與人、機、料、環(huán)相關的數(shù)據(jù)采集設備、傳感器、顯示設備等，實現(xiàn)人員、儀器儀表、物料和環(huán)境的數(shù)據(jù)自動采集和狀態(tài)顯示。

測試設備應涵蓋微波組件的自動測試需求，包括供電設備、微波信號發(fā)生設備、微波信號分析設備、狀態(tài)控制設備等，測試設備應具有通過GPIB、LAN等測試總線控制的功能。

3? 建設方案總體設計

面向任務需求，結(jié)合工藝流程，按照流水線的方式，將電子系統(tǒng)部件、模塊、單機的調(diào)試線和測試線整合為一體，進行協(xié)同控制與運行，解決測試的人為操作干預影響問題、信息孤島/應用孤島/硬件孤島問題以及適應定制化復雜管控與柔性擴展的問題，系統(tǒng)架構如圖1所示。

根據(jù)測試需求，提供平臺化測試解決方案，應用于多種產(chǎn)品的測試。該系統(tǒng)平臺基于C/S架構，采用虛擬儀器技術、腳本引擎技術以及通用儀器驅(qū)動庫技術，通過計算機軟件控制不同類型的測試儀器、測試工裝、待測設備等實現(xiàn)不同環(huán)境條件的測試解決方案。系統(tǒng)提供網(wǎng)絡平臺化測試系統(tǒng)架構，適用于多種器件、單板和整機產(chǎn)品的測試及篩選試驗?？筛鶕?jù)實際測試要求對測試工位和測試儀表進行合理化搭配組成局域網(wǎng)絡，實現(xiàn)分布式測試和測試數(shù)據(jù)集中管理。用戶可通過配置終端靈活配置測試指標、自動測試用例腳本、測試流程等信息。自動測試終端根據(jù)配置信息自動調(diào)用儀器驅(qū)動自動執(zhí)行測試用例，獲取測試數(shù)據(jù)并進行合格性判斷，并將所有信息存儲于后臺數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)處理中心實現(xiàn)對產(chǎn)品的合格性判斷、并提供測試用例管理、即時數(shù)據(jù)分析報表展示、不良品調(diào)試信息管理和安全管理等服務。同時支持多個不同類型產(chǎn)品的自動測試應用。配合工位合理劃分，最大限度地提升測試效率。

4? 硬件方案設計

根據(jù)業(yè)務需求，為生產(chǎn)線測試單元配置多個并行測試工位進行同步實施，單個測試工位布局設計如圖2所示。

每個測試工位同時、并行對待測試微波組件進行測試，每個待測件上應貼有標明其唯一身份信息編號的條形碼;每個測試工位配備的設備有：儀器儀表（根據(jù)測試功能不同選配不同的儀器設備，S參數(shù)測試功能一般選配一臺矢量網(wǎng)絡分析;功率參數(shù)測試功能一般選配一臺信號發(fā)生器和一臺功率計，頻譜參數(shù)測試功能一般選配一臺信號發(fā)生器和一臺頻譜分析儀等），一臺計算機、一套溫濕度傳感器和數(shù)據(jù)采集卡、一個指紋識別器、一套儀器開關機狀態(tài)監(jiān)視設備和一個條碼掃描器。首先，條碼掃描器讀取組件的標識信息，之后通過計算機驅(qū)動相應測試儀器設備將原本需要反復多次進行的人工手動操作簡化為智能向?qū)Ъ啊耙绘I式”操作，提供狀態(tài)設置、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、報表輸出與本機維護等功能，輔助操作用戶按照技術要求完成工作頻段內(nèi)的參數(shù)測量及其指標合格性判定的自動控制，并且具有測試數(shù)據(jù)自動處理和報表生成功能;每個測試工位的測試數(shù)據(jù)除在本機內(nèi)進行保存、調(diào)用等功能操作外，還可以通過網(wǎng)絡化測控與信息交互總線和網(wǎng)絡交換設備將海量數(shù)據(jù)高速傳輸、存儲于每條生產(chǎn)線的主控終端（主控計算機），該主控終端裝載有為生產(chǎn)線定制研發(fā)的組網(wǎng)管理軟件，該軟件可以為生產(chǎn)、質(zhì)量等職能管理人員提供日志查詢、數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計分析、報表生成、用戶管理、資源管理與數(shù)據(jù)管理等諸多功能，以輔助實現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)過程中的業(yè)務數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與產(chǎn)品質(zhì)量管控的任務目標。

一套溫濕度傳感器和數(shù)據(jù)采集卡、一個指紋識別器、一套儀器開關機狀態(tài)監(jiān)視設備，主要是對人員的信息、環(huán)境的信息和儀器設備的狀態(tài)信息進行采集。

5? 軟件方案設計

系統(tǒng)軟件部署在工位的控制計算機，主要對工位儀器設備、電源進行集中控制;同時采集設備運行數(shù)據(jù)，對溫濕度進行檢測監(jiān)控，對異常報警;利用條碼、二維碼等識別物料、設備、人員并對作業(yè)狀態(tài)進行監(jiān)控;同時能夠?qū)Ρ粶y組件進行性能測試。

軟件總體方案如圖3所示，整個軟件框架從上到下依次分為四個層次。

5.1? 展示層

展示層包含三維工位仿真環(huán)境（人員信息、產(chǎn)品及物料狀態(tài)、工位負荷和產(chǎn)出展示）、測試任務展示、工業(yè)流程圖展示等一系列組件。

該層實現(xiàn)系統(tǒng)與用戶間的交互，提供了三維虛擬集成環(huán)境，以三維方式展示工位布局、工位的環(huán)境信息、操作人員信息、產(chǎn)品及物料狀態(tài)、工位內(nèi)作業(yè)指導、過程數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)報表，還包括工位負荷等統(tǒng)計信息。

5.2? 管理層

管理層包括用戶登錄、任務執(zhí)行及監(jiān)控、工位布局編輯、異常處理、儀器管理、作業(yè)指導等一系列組件，是用戶界面的后臺執(zhí)行者。通過該層，系統(tǒng)可以在響應用戶操作的同時，向上面的展示層提供數(shù)據(jù)，通過通信、數(shù)據(jù)庫層向下面的測控、監(jiān)控層各組件發(fā)送信息，從通信和數(shù)據(jù)庫層讀取環(huán)境數(shù)據(jù)、任務數(shù)據(jù)、測試數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)、人員數(shù)據(jù)、儀器狀態(tài)等，根據(jù)這些數(shù)據(jù)對工位進行管理。

5.3? 數(shù)據(jù)、通信層

數(shù)據(jù)、通信層包括通信中心和數(shù)據(jù)庫代理兩個組件和數(shù)據(jù)庫，用于實現(xiàn)上下層各組件的通信和數(shù)據(jù)交換。

其中通信中心組件是上下層的通信中介。由于上下層各組件并不在同一線程，相互間通信需要進行復雜的跨線程處理;而各組件部署在不同設備上，它們的通信需要進行更復雜的跨設備處理，通過通信中心組件實現(xiàn)跨線程和跨設備通信功能，扮演一個通信中介的角色，這大幅降低了其他組件的開發(fā)難度，從而提高軟件的開發(fā)效率。

數(shù)據(jù)庫代理組件是上下層各組件的數(shù)據(jù)交換中介，該組件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的存儲和讀取功能，上下層各組件只需要將數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)庫代理組件或從數(shù)據(jù)庫代理組件讀取數(shù)據(jù)，而不需要自己實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫存錢功能，從而提高各組件效率。

5.4? 測試、監(jiān)控層

5.4.1? 性能測試

在測試任務中，需要對每個物料進行多項性能指標測試。物料性能指標測試涉及對儀器和物料的控制以及與數(shù)據(jù)庫的交互，性能測試部分的軟件框架如圖4所示。

如圖4所示，性能測試部分包括了各指標測試組件、各儀器的IVI驅(qū)動程序、各被測件的驅(qū)動程序等幾個部分

5.4.2? 環(huán)境監(jiān)控

在測試過程中，需要時刻監(jiān)控各工位的濕度和溫度等環(huán)境數(shù)據(jù)，以保證物料在一個滿足測試要求的環(huán)境中進行老煉試驗。在本項目中，我們將開發(fā)一個單獨的軟件——環(huán)境監(jiān)控來實現(xiàn)，之所以開發(fā)一個單獨的軟件而不是將其作為終端軟件的一個功能模塊，是考慮到該部分功能相對于性能測試、儀器狀態(tài)監(jiān)控以及人員和物料數(shù)據(jù)采集等幾部分功能相對獨立，作為一個獨立的程序運行，有利于該部分軟件的復用。環(huán)境監(jiān)控程序雖然是一個單獨的軟件，卻不是一個孤立的軟件，環(huán)境監(jiān)控程序可通過網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫與系統(tǒng)中的其他軟件交互，既可以本地操作也可以接收系統(tǒng)其他軟件控制，與系統(tǒng)其他軟件完美地融合在一起。環(huán)境監(jiān)控程序的軟件框架如圖5所示。

如圖5所示，環(huán)境監(jiān)控程序包含了三層：界面層、通信層和監(jiān)控層，實現(xiàn)狀態(tài)顯示、環(huán)境數(shù)據(jù)與系統(tǒng)軟件的通信以及環(huán)境的實時監(jiān)控等。

6? 實用案例

圖6為某功放模塊產(chǎn)品的自動化產(chǎn)線，由多個測試工位組成。每個測試工位由移動工作臺、測試儀表和自動測試軟件等組成。

一個操作人員可操作4～5個測試工位，主要動作為取放功放模塊。功放模塊放置到工位后，由氣動工裝自動完成待測功放模塊測試端口與測試儀器的連接。測試工位的測試用例執(zhí)行和測試數(shù)據(jù)保存、測試報告生成由自動測試軟件自動完成，所有的測試數(shù)據(jù)以結(jié)構化方式存儲到后臺數(shù)據(jù)庫，自動測試軟件通過條碼進行產(chǎn)品狀態(tài)和工序識別，支持混線測試。自動測試軟件測試過程中，可以完成監(jiān)視產(chǎn)品的溫度和環(huán)境的溫濕度等功能，并對功放模塊進行安全保護，產(chǎn)品過熱將會進行報警或終止測試等。

7? 結(jié)? 論

本文論述了微波組件自動化產(chǎn)線測試工位建設方案，包括總體方案設計、硬件方案設計和軟件方案設計等內(nèi)容，并以某功放模塊為被測對象，搭建了某功放模塊產(chǎn)品的自動化產(chǎn)線，將生產(chǎn)效率提升了30%以上，提高了測試數(shù)據(jù)的分析能力。

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作者簡介：付濤（1979.04—），男，漢族，山東巨野人，助理工程師，本科，研究方向：測試應用技術與市場動態(tài)。