1、电子元器件质量工程技术集成应用设想 刘天娇 蔡戬 李盛 王卫东 吴金平 袁学成 工业和信息化部电子第五研究所 广州赛宝认证中心服务有限公司 摘 要： 该文针对电子元器件的生产线, 基于现有的质量控制技术和计算机集成制造的思路, 提出将单一化的统计过程控制 SPC 技术、过程能力分析技术和风险评估技术集成化应用的设想, 鉴于目前质量集成系统多为面向企业管理, 该文认为, 电子元器件的生产线质量控制应当注重数据处理和数据分析, 从而把控元器件生产线的质量波动状态。关键词： 电子元器件; SPC; 风险评估; 质量控制集成系统; 收稿日期：2017-09-20Received： 2017-09-20
2、随着信息技术的不断发展, 电子产品集成越来越复杂, 要求的可靠性越来越高, 从通用基础产品的角度出发, 对电子元器件的质量要求越来越高, 包括从设计到生产的全过程质量控制, 现有的质量工程技术, 包括质量管理方法、质量工具, 都不可能单一地应用在电子元器件的设计生产中, 必须积极探索质量工程技术集成的有效方法, 既能满足高质量、高可靠性、使用寿命长等的要求, 又能缩短或不增加设计生产周期, 电子元器件, 无论是产品本身, 还是失效或故障, 均可以基于统计学的方法进行定量的特性分析, 从而大大简化了引入质量工程集成技术的难度, 本文就现存的质量工程技术, 从生产线的质量控制角度, 提出基于计算机
3、辅助的电子元器件领域质量工程技术集成方法设想。1 适用于电子元器件的质量工程技术质量工程 (Quality Engineering 简称 QE) 是一个融合管理与工程技术的交叉领域。目前的军用电子元器件行业主要的质量工程技术应用主要是 GJB9001C 中的相关要求, 对电子元器件生产线的质量控制包括两方面, 质量控制技术和质量检验技术。1.1 质量控制技术常用的质量控制技术主要包括过程能力分析与统计过程控制, 其原理如下:1) 过程能力分析技术过程能力1是指 (生产) 过程在一定时间, 处于控制状态下制造产品的质量特性值的经济波动幅度, 反映质量的稳定程度或工序运行状态的稳定程度, 也是过程
4、保证质量的能力。元器件的质量数据是可度量的变量, 可基于统计学控制, 过程的固有变异以过程的“离散程度”表示, 并通常以过程分布的 6 来测量。如果过程数据是呈正态分布的变量, 理论上, 这种离散程度将包含总体的99.73%。过程能力分析技术有两个参数, 一为过程能力 PC, 若过程质量特性值的标准差为 , 则过程能力记为 PC=6;二为过程能力指数 Cp, 表示过程能力满足过程质量标准要求程度的量值, 计算公式为 Cp=T/6 (T 表示过程公差, 表示总体标准差) 。前者是一个相对稳定的值, 后者与过程质量要求范围 T 有关。Cp值越大, 表明加工质量越高, 但对设备和人员的要求也高, 加
5、工成本同时增大, 所以对于 Cp 的选择应根据技术和经济的综合分析来决定。文献1给出了过程能力指数 Cp 的评价参考依据, 当 Cp 接近 1.00 时, 产品发生不合格品的概率增大, 需加强对设备等的检查, 当 Cp 小于 1.00 时, 产品过程能力不足, 需要采取措施分析不足, 加强产品检验。2) 统计过程控制技术统计过程控制1 (SPC) 是现代质量管理中不可缺少的工具, 是指应用统计分析技术对生产过程进行实时监控, 区分出生产过程中产品质量的随机波动与异常波动, 从而对生产过程的异常趋势提出预警, 以便生产管理人员及时采取措施, 消除异常, 从而达到提高和控制质量的目的。控制图是 S
6、PC 的核心工具, 也可称作 SPC 图, 是将从过程定期收集的样本所获得的数据按顺序点绘而成的图, 图上标有过程稳定时描述过程固有变异的“控制限”。传统的 SPC 图用界限 3 作为控制界限来管理过程。这意味着在1000 个产品中发现小于 2.7 个不合格品出现, 就认为过程的波动属于正常, 若超过 2.7 个不合格品, 就认为过程发生了不正常波动。为了便于在生产现场使用和及时记录质量波动情况, 将正态分布图及其控制限 3 同时左转 90, 并以横轴为时间或样本编号, 以纵轴为过程参数 (均值、标准差等) , 并在3 处引出两条虚线表示的水平线, 就形成了一张 SPC 图的示意图。1.2 风
7、险评估GB/T 19001:2016质量管理体系要求2提到, 基于风险的思维是实现质量管理体系有效性的基础, 对质量过程的管控实施风险管理是很有要的。风险管理技术一般包括以下 4 个环节:1) 风险识别在元器件生产线过程控制中, 风险识别包含 2 个方面, 即生产制造过程中的管理风险识别和 SPC 应用过程中的风险识别, 前者体现在一个企业的质量管理体系中, 有形成文件的信息具体阐述质量风险管理程序, 后者便是本文要探讨的技术集成的方法。如前所述, SPC 的应用包括 4 个环节, 分别是 (1) 关键工艺过程及其关键工艺参数的确定, 同时进行工序能力分析; (2) 工艺参数数据采集; (3)
8、 工艺受控状态定量分析; (4) 控制措施。风险识别应当贯穿 SPC 应用全过程, 例如, 对关键工艺过程和关键工艺参数的确定风险, 有些情况下, 关键工艺并非单一, 能否全面确定关键工艺, 便是风险之一;再如, 工序能力分析结果, 对过程能力指数的计算和判别, 是否能合理的反映元器件的生产过程质量波动, 等。2) 风险分析该环节是对确定的风险源进行预估, 阐明“出错的可能性及结果”, 输出的结果可以是定性的, 也可以是定量的, 例如 FMECA 工具中的 CA 分析, 可定量输出风险造成的严酷度级别。风险分析过程可按照不同的算法进行, 最终输出的结果是风险的严重性系数或类似的参数指标。3)
9、风险评价按照风险分析输出的结果, 对该风险造成的后果进行审查和评价。4) 风险控制根据以上环节, 提出风险管控措施, 风险控制的四种基本方法是:风险回避、损失控制、风险转移和风险保留, 具体可细化为程序文件。2 质量技术集成的设想自 1973 年美国约瑟夫哈林顿博士提出 CIM (计算机集成制造) 的概念, 计算机集成制造系统 CIMS 是 CIM 概念的具体实现, 我国 863 计划成立 CIMS 主题专家组, 积极响应并推广这一信息时代新型企业的生产模式, 并对 CIM 重新定义为“将信息技术、现代管理技术和制造技术相结合, 并应用于企业产品全生命周期 (从市场需求分析到最终报废处理) 的
10、各个阶段, 通过信息集成、过程优化及资源优化, 实现物流、信息流、价值流的集成和优化运行, 达到人 (组织、管理) 、经营和技术三要素的集成, 以改进企业新产品开发的时间 (T) 、质量 (Q) 、成本 (C) 、服务 (S) 、环境 (E) , 从而提高企业的市场应变能力和竞争能力。”在 CIMS 环境下3, 并行制造、精益生产、敏捷制造等都逐渐成为制造企业的新策略和新的生产模式。集成质量系统 IQS, 用于分析产品质量形成各阶段相应的质量活动, 包括质量计划、检测与质量数据采集、质量评价与控制、综合信息管理。现行的 IQS 通常作为企业的一个管理系统, 用于处理流程、记录数据, 在具体到生
11、产线的质量控制方面, 不具备精确地定量分析、风险评估、质量诊断等功能, 是通用性的 IQS, 电子元器件行业, 可结合元器件本身的特点, 将生产线上的质量控制集成模块化的系统, 细化功能模块, 集成核心就是细化IQS 的管理控制层, 形成具备元器件产品特色的质量控制技术集成系统, 嵌入过程能力分析技术、SPC 技术、抽样统计、风险评估、方案制定、的算法设计。3 质量控制技术集成构思基于 CIMS 的思想, 采用计算机软件集成4的方式, 将元器件生产过程 SPC 技术、过程能力分析与风险评估技术融合应用, 集成质量控制系统的功能结构如图 1 所示。图 1 集成质量控制系统功能结构示意图 下载原图
12、CIMS 环境下的质量控制集成系统的主要特点:1) 覆盖产品从生产到成品试验的各个阶段, 对产品形成合格成品前制造检验过程的质量活动进行控制与管理;2) 结合电子元器件大批量、高质量、高可靠性和要求5;3) 工作方式是系统自检、改善过程能力;4) 以数据库管理系统为支撑, 实现质量信息的存取, 数据处理, 数据分析, 风险评估, 整改措施等功能;5) 强调生产过程的质量控制和风险评估实施, 是一个模块化的开放式的质量控制系统, 能根据企业环境的变化以及对质量要求的不断提高, 进行相应的参数调整、扩充和完善。4 结论电子元器件行业的质量技术集成应用目前还很少, 随着信息化时代产品集成化越来越复杂, 单一的质量技术已经不能满足日益增长的质量需求, 质量技术的集成应用必然成为产品制造业的一种质量管控趋势。参考文献1石盛林, 黄宝凤, 李亨英.质量管理理论方法与实践M.南京:东南大学出版社, 2014. 2GB/T 19001:质量管理体系要求, 2016. 3杨光.集成质量系统与质量管理过程技术研究D.大连:大连理工大学, 2004. 4郭晓菡.基于计算机仿真技术的施工成本、进度、质量集成控制方法研究D.杭州:浙江大学, 2004. 5周月阁.开关电源多元质量稳健优化设计技术D.哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2015.
