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

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

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）32-0223-02

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6σ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σ，则过程能力记为PC=6σ；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/6σ]（T表示过程公差，σ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SPC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μ±3σ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μ±3σ同时左转90°，并以横轴为时间或样本編号，以纵轴为过程参数（均值、标准差等），并在μ±3σ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） 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。endprint

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。

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.

[2] GB/T 19001：質量管理体系要求，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.endprint