陳冰泉，胡寧，王延，楊洪旗

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610）

0 引言

質量作為制造業(yè)更上一個臺階需要解決的瓶頸問題，得到了政府的高度重視： 《質量發(fā)展綱要（2011-2020年）》明確了中長期質量發(fā)展目標、任務要求和政策措施，進一步地動員全社會重視質量； 《中國制造2025》將 “質量為先”作為5條基本方針之一，把質量品牌建設作為九大戰(zhàn)略任務之一；十九大報告中有16處提到了質量，作出了“我國經濟已由高速增長階段轉向高質量發(fā)展階段”的重要論述，并明確地指出，必須堅持質量第一、效益優(yōu)先。目前，制造業(yè)產品質量問題頻發(fā)，例如：西安地鐵的 “問題電纜”、高田氣囊問題導致汽車召回、蘋果異常關機投訴引發(fā) “區(qū)別對待”爭議和神戶鋼鐵質量丑聞等事件，產品的質量差不僅會增加成本，降低收益，甚至會威脅人民的生命財產安全。我國制造業(yè)的產量全球排名第一，但整體質量競爭力卻只排到第十三名，制造業(yè)的區(qū)域、行業(yè)存在多層次發(fā)展不平衡的現象[1]，尤其是，中小企業(yè)體量大，質量水平低，對質量技術需求迫切。

半導體作為電子信息產業(yè)的重要基礎，是許多工業(yè)設備的核心，其質量直接關系到制造業(yè)的整體質量，不容忽視，但目前我國的半導體企業(yè)實施的質量管理大多數仍停留在傳統(tǒng)的手工時代，存在很大的改進空間。因此，本文以功率半導體行業(yè)為背景，研究了提升半導體產品質量的關鍵技術，包括質量設計、質量過程控制與診斷、質量保證、質量數據及其應用等方面，探索基于知識學習、數據驅動和智能決策的質量創(chuàng)新管理模式，實現企業(yè)全過程質量管理與提升[2]。全文以質量數據的采集、分析和應用為主線，貫穿于產品設計、加工、檢驗、銷售和使用等全生命周期過程，并建設了產品全生命周期質量信息管理系統(tǒng)，以促進質量管理與新一代信息技術的融合，實現企業(yè)設計制造效率的提高，產品質量的提升。

1 半導體行業(yè)質量管理現狀分析

半導體作為電子信息產業(yè)的基礎，廣泛地應用于計算機、通信、汽車、醫(yī)療和軍事等核心領域。中國成為了電子產品生產的集中地，是最大的半導體產品消費國家。近幾年來，尤其在國家頒布集成電路產業(yè)發(fā)展推進綱要和成立國家專項基金后，半導體市場持續(xù)地快速增長，與此同時，市場對半導體產品的質量要求越來越高，接受的生產周期卻越來越短。目前，國內絕大多數半導體企業(yè)的質量管理還停留在單純的質量檢驗階段，全面質量管理只是停留在口號階段和營銷過程中，并沒有有效地落實到生產實踐中，從而導致了企業(yè)雖然耗費了大量的人力物力和時間成本，卻沒能實現產品質量和企業(yè)質量管理水平的大幅提升。

本文以某半導體企業(yè)為例進行深入的分析，該企業(yè)的主營產品包括各類半導體整流器、二極管等，其研發(fā)重點集中于改善產品結構和工藝，目前，公司已取得了大量的專利成果，產品市場覆蓋國內主要省市并出口海外。公司通過了ISO 9001：2008質量管理體系和ISO 14001：2004環(huán)境管理體系認證。隨著市場需求量的增長，產品更新頻率加快，市場對產品質量有了更高的要求，公司迎來了發(fā)展的新階段。

企業(yè)產品的研發(fā)和生產均由客戶訂單驅動。因此，在新產品研發(fā)情形下，該企業(yè)研發(fā)、生產產品的一般流程為：首先，根據客戶的需求組織工程、品管、生產和采購等部門進行新產品開發(fā)時可行性評估；其次，由工程部開展封裝外形開發(fā)、工裝設計、設備選型和框架設計等工作；然后，設計評審通過后由采購、品管、生產和試驗等部門實施生產；最后，形成合格的產品及售后服務。企業(yè)產品系列豐富，典型的生產工序包括劃片、上芯、壓焊、成型、切筋和包裝等。為了保證產品的質量，企業(yè)支持的產品檢查檢驗標準體系比較完善，并且按照客戶的要求執(zhí)行。隨著市場需求的增長，產能擴展，企業(yè)意識到了信息化的重要性，完成了OA、ERP系統(tǒng)的建設，并正在開展PDM、i-MES和產品設計仿真等系統(tǒng)的建設，但專業(yè)的質量管理卻停滯不前，一直處于半手工作業(yè)階段?？偨Y起來，該企業(yè)在質量管理方面存在的問題可歸納為以下3個方面。

a）質量管理體系實施不到位

企業(yè)的質量體系實施與實際的質量管理工作脫節(jié)，存在 “兩張皮”的現象，體現在未理順采購、研發(fā)、生產和售后維護等過程與產品質量之間的必然聯系，未在 “短平快”快速研發(fā)和優(yōu)質產品之間找到平衡，亟需從以 “救火”方式來解決質量問題向 “以預防為主”的 “全面質量管理”轉變。

b）企業(yè)質量數據分散，呈現出 “信息孤島”現象

目前企業(yè)中質量數據小部分分散在OA、ERP系統(tǒng)中，大部分散落在工作人員的個人電腦文件系統(tǒng)、個人電子郵件、試驗設備和紙質報告等多種介質中。這些數據之間缺乏關聯，更沒有經過分析，影響質量追溯的準確性和效率，數據的價值沒有被挖掘出來，對于指導產品研發(fā)、工藝過程控制和產品質量提升等方面的作用非常有限，導致企業(yè)仍然停留在依靠個人經驗來進行判斷的粗糙階段。企業(yè)質量管理人員對質量數據分析有強烈的需求，逐步地意識到編制形成規(guī)范的用于指導質量數據的收集、分析等的文件的重要性，同時期望構建企業(yè)的質量經驗知識庫。

c）產品質量追溯難，質量問題處理效率低

當制造過程或市場質量異常時，為了鎖定問題的來源，往往需要對大量的紙面流程卡、領料單等信息展開過濾、清查，耗時費力，造成質量異常處理效率低，周期長，最終可能造成不良產品流入市場，影響品牌形象。

綜上所述，該企業(yè)亟需構建一套高效的貫穿于采購、研發(fā)、生產和售后等全過程的產品質量管理系統(tǒng)。

2 半導體企業(yè)全面質量管理的實踐探索

基于上述需求分析，本文以全面質量管理的持續(xù)改進、過程管理為核心理念，融合ISO 9001質量管理體系的標準屬性，結合該半導體企業(yè)的組織架構、企業(yè)生產管理框架、正在實施的質量活動的流程和體系等實際情況，以新一代信息技術手段建立數字化的持續(xù)改進的質量活動的流程和管理體系，建立一種健全企業(yè)信息化的全面質量管理體系，即產品全生命周期質量管理系統(tǒng)。

2.1 企業(yè)全面質量管理體系的梳理

20世紀60年代，美國通用電氣公司質量經理菲根堡姆在其所著的 《全面質量管理》一書中指出： “全面質量管理是為了能夠在最經濟的水平上，并考慮到充分滿足用戶要求的條件下進行市場研究、設計、生產和服務，把企業(yè)各部門的研制質量、維持質量和提高質量的活動構成一體的有效體系[4]”。ISO 8402：1994將全面質量管理定義為 “一個組織以質量為中心，以全員參與為基礎，目的在于通過讓顧客滿意和本組織所有成員及社會受益而達到長期成功的管理途徑[5]?！盜SO 9000標準體系至今仍沿用該定義。全面質量管理的基本要求可總結為 “三全一多樣”，即全過程的質量管理、全員的質量管理、全企業(yè)的質量管理和多方法的質量管理。

該半導體企業(yè)的質量管理基于ISO 9001：2008開展，體系文件較為完善，但在設計、制造和輔助過程等的管理活動之間的數據鏈條出現了斷點，數據的關聯、共享和PDCA流程的貫通都出現了不同程度的脫節(jié)，亟需理順流程，以數據驅動流程，貫通設計、制造、輔助過程和使用等環(huán)節(jié)的質量管理活動，輔以信息化手段，供全員使用，實現企業(yè)高效的全面質量管理。通過對企業(yè)的體系文件、組織架構、設計、采購、生產工序、試驗和售后等環(huán)節(jié)進行梳理，構建了企業(yè)的全面質量管理模型，如圖1所示。

圖1 某企業(yè)的全面質量管理模型

該模型基于PDCA循環(huán)模型設計，圍繞產品的設計、制造、輔助和使用的整體質量提升為中心展開，通過質量管理規(guī)范、QC小組、FMEA、統(tǒng)計過程控制 （SPC：Statistical Process Control）、測量系統(tǒng)分析 （MSA： Measurement System Analysis）、供應商管理和統(tǒng)計分析等質量工具開展工作。

a） P （Plan）

根據法律法規(guī)及客戶的要求，確定質量目標，對全面質量管理的內容進行定義和分解，包括企業(yè)的總目標、產品技術參數、工序合格率、成品合格率和客戶滿意度等目標，制定計劃，為具體工作提供指導依據。

b） D （Do）

根據質量目標和計劃實施質量管理活動，同時構造出產品內容各個過程，以及過程之間的數據和數據流轉；質量活動通過質量管理小組實施。

c） C （Check）

檢查、測量和評審，確定產品的質量是否符合目標、是否滿足客戶的需求，這些是分析和改進質量管理水平的重要步驟。

d） A （Action）

采取糾正措施改進問題，通過預防措施防止問題重復發(fā)生，并將有效的措施落實到標準化文件中，支撐其進入下一個PDCA循環(huán)。

2.2 全生命周期質量管理系統(tǒng)的研發(fā)

隨著云計算、物聯網和大數據等新一代信息技術的發(fā)展和應用，質量管理也面臨著數字化變革?；诳茖W技術的發(fā)展趨勢，以前文所述的全面質量管理模型為基礎，本文構建了數字化的產品全生命周期質量管理系統(tǒng)[6]。數字化質量管理仍然延續(xù)著全面質量管理思想中的持續(xù)改進、過程管理和精益生產的理念，相比于傳統(tǒng)的管理手段，其更加注重系統(tǒng)化和程序化地應用各種統(tǒng)計方法和工具，借助工具實現高效率的全過程質量管理。以質量體系和流程活動為線索，串聯起分散在各個環(huán)節(jié)的質量信息；以業(yè)務流程為驅動，對日常的質量管理工作進行精細化的數據記錄和自動化的工作流驅動管控，保障質量管理工作能夠持續(xù)推動和及時完成。

2.2.1 全生命周期質量管理系統(tǒng)架構設計

全生命周期質量管理系統(tǒng)以信息化手段實現質量管理的PDCA循環(huán)，即質量目標與組織實現的全過程。系統(tǒng)的主要目標是構建包含生命周期階段、參與角色和數據來源的三維工程質量信息模型，如圖2所示，實現從設計、生產到售后的質量跟蹤和追溯。

系統(tǒng)建立從質量策劃、采購、設計、生產、檢驗、試驗和售后的全過程質量信息統(tǒng)一的平臺；使采集、處理和傳遞質量信息和涉及產品整個生命周期的質量活動協(xié)調進行。系統(tǒng)借助新一代信息技術手段，全面集成企業(yè)質量資源，便于部門之間的溝通和專業(yè)領域之間的橫向協(xié)同和過程間的縱向協(xié)同，并提高了對多變的質量要求的適應能力。全生命周期質量管理系統(tǒng)架構如圖3所示。

圖2 質量信息管理三維模型

圖3 全生命周期質量管理系統(tǒng)的構成

2.2.2 系統(tǒng)模塊的功能

系統(tǒng)實現的功能主要包括以下幾個方面。

a）通用基礎管理

該模塊是通用模塊，包括用戶管理、權限管理、配置管理和基礎數據管理等，是系統(tǒng)得以運行的基礎設置。

b）質量設計分析

這是一個子系統(tǒng)，根據企業(yè)的需求提供質量功能配置 （QFD）、過程失效模式與影響分析（PFMEA）。QFD實現將客戶企業(yè)的訂單需求轉換為產品屬性，再將產品屬性轉化為生產制程要求，最終轉化為各制程的參數；PFMEA從制程流程圖及其關鍵參數開始，對劃片、上芯、壓焊、成型、切筋和包裝等所有制程的潛在缺陷及其可能造成的影響進行原因分析，并制定相應的控制計劃來消除或控制潛在的威脅。

c）供應商及來料管理[7]

該子系統(tǒng)設計了供應商開發(fā)、供應商評價、供應商投訴追溯和來料異常管理4個模塊，實現包括供應商資格審核、現場審核、送樣評鑒、定期考核、合格供應商目錄管理、入廠檢驗數據管理和來料異常的閉環(huán)處理等功能。

d）生產制程質量管理

該子系統(tǒng)設計了工序首檢信息管理、巡檢信息管理、制程異常閉環(huán)管理、SPC和MSA等模塊。能夠對工序的首檢及巡檢不合格、測試工序產品不良率不達標情況和QC品管退貨等情況分別實施異常矯正、低良率控制流程，從管理和技術兩個方面實現質量問題的閉環(huán)。SPC能夠實現對關鍵工序的關鍵參數的評估和監(jiān)控，建立并保持過程處于穩(wěn)定的可接受水平。MSA實現對包含人、儀器、測量對象和操作等測量系統(tǒng)的評估，量化測量結果的波動，確認是否符合制程需要。

e）可靠性試驗管理

該子系統(tǒng)設計了可靠性試驗過程管理、試驗異常管理、試驗數據管理、試驗數據分析和產品壽命評估等模塊。

f）售后質量管理

該子系統(tǒng)設計了兩個模塊，包括售后質量問題閉環(huán)管理和客訴 （包括客戶投訴、建議和抱怨）管理，以及客戶投訴事項的閉環(huán)追溯。

g）體系改進管理

該子系統(tǒng)包括審核計劃管理、審核任務指派、審核實施和審核不符合項改善追蹤等模塊。

h）經驗知識庫管理

該模塊能夠將質量與可靠性數據以規(guī)范化的結構存放，包括設計分析方法及案例等，為產品的質量與可靠性設計、人員培訓等提供支持。

2.2.3 系統(tǒng)集成

全生命周期系統(tǒng)質量管理系統(tǒng)不是孤立的系統(tǒng)，其與企業(yè)中的OA、ERP、PDM、MES、智能生產裝備和試驗設施等都實現了集成接口，主要包括以下幾個方面的集成：

a）與OA系統(tǒng)的集成，實現單點登錄；

b）與ERP系統(tǒng)的集成，獲取產品基本信息、供應商來料信息和反饋等；

c）與MES系統(tǒng)的集成，支持固定檢驗工位、巡檢人員、自動檢測設備、卡尺和電子測量儀器等各種數據的采集，實現生產線、零部件數據的可追溯采集。

2.2.3 系統(tǒng)應用

本文提出的全生命周期系統(tǒng)是完全基于該企業(yè)的需求設計研發(fā)的，符合實際的應用要求。通過系統(tǒng)的項目實施，首先，梳理形成規(guī)范化的質量管控流程，產品數據、故障數據和供應商相關描述數據的標準化；其次，將流程固化，數據規(guī)范導入系統(tǒng)，從產品的全生命周期實現數據的采集和質量管控業(yè)務邏輯；然后，通過數據處理、分析和可視化等實現產品質量趨勢分析、故障趨勢分析，部門、產品層次、生產工序、供應商、原材料、測試設備和實驗項等多個維度的數據的分析；最后，按照既定規(guī)則抽取知識，形成經驗知識庫。經過數據的導入和分析，得到了目前的供應商及其來料情況、顧客退貨率、設備故障停機率、不合格品處理率、關鍵工藝的過程能力趨勢、故障閉環(huán)周期分布和產品壽命分布等數據，部分統(tǒng)計結果如圖4所示。

3 結束語

數字化手段是企業(yè)質量管理體系高效實施的抓手[8-9]。但是，由于各個企業(yè)的組織架構、生產流程和管理模式的差異，鮮有成功案例。通常情況，質量管理的各項內容、支撐數據分散在各種信息介質中，缺乏統(tǒng)一的質量信息管理系統(tǒng)。本文以某半導體企業(yè)為研究對象，通過深入的調研和需求分析，探索并研制了一套適用的體系和流程，以及落地的全生命周期質量信息管理系統(tǒng)，對于企業(yè)產品質量的提升、質量品牌的建設和顧客滿意度的提高等均有重要的意義。

圖4 部分質量信息統(tǒng)計分析

本文中的全生命周期質量信息管理系統(tǒng)雖然在實際運行中效果良好，但限于企業(yè)目前的硬件投入，在對新一代信息技術的支持方面還需要開展進一步的設計和研發(fā)，包括對更多智能設備、企業(yè)數據存儲分析硬件的支持。