孟珞珈，楊光，楊劍

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十研究所，四川 成都 610041）

0 引言

PCIe總線模塊類產(chǎn)品具有產(chǎn)量大，交付周期短等特點(diǎn)，合同簽訂后一般從元器件采購(gòu)到成品交付只有3個(gè)月，因此能否順利交付將直接影響到企業(yè)聲譽(yù)和效益。產(chǎn)品從開始板卡測(cè)試，到最終完成整機(jī)檢驗(yàn)交付用戶，實(shí)際可操作時(shí)間不超過50天。由于該類產(chǎn)品存在模塊化程度高、功能深度定制化、與宿主設(shè)備綁定緊密等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的測(cè)試方法存在投入人員多，測(cè)試效率低，可靠性試驗(yàn)周期長(zhǎng)等問題，已經(jīng)無法保證產(chǎn)品的按期交付，成為制約生產(chǎn)效率和制造成本的瓶頸。運(yùn)用6σ方法建立PCIe產(chǎn)品測(cè)試線DMAIC改進(jìn)模型，識(shí)別關(guān)鍵過程并分析出其中關(guān)鍵因素加以改進(jìn)，有效提高PCIe總線類產(chǎn)品的批產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)制造成本。

1 DMAIC方法簡(jiǎn)述

DMAIC是指由定義階段（Define）、測(cè)量階段（Measure）、分析階段（Analyze）、改進(jìn)階段（Improve）和控制階段（Control）5個(gè)階段構(gòu)成的過程改進(jìn)方法，是6σ管理中流程改善的重要工具[1]，其工作流程如圖 1所示，一般用于對(duì)制造過程、服務(wù)過程以及工作過程的改進(jìn)，成功案例較多，例如Li等應(yīng)用DMAIC分析模型，對(duì)公司持續(xù)改進(jìn)的調(diào)查和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提高公司的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力[2]；Srinivasan 等[3]研究了DMAIC法階段的試點(diǎn)實(shí)施，以提高小型爐制造公司管殼式換熱器的效率；Sushovan Ghosh等在DMAIC的研究中，提出了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是驅(qū)動(dòng)質(zhì)量改進(jìn)的主要?jiǎng)恿@一觀點(diǎn)[4]?？偟膩碚f，DMAIC方法基于6σ管理理論，方法的邏輯與思路清晰、包容性強(qiáng)[5]，可以有效的對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)制造過程進(jìn)行改進(jìn)。

圖1 DMAIC工作流程圖

2 定義階段

針對(duì)現(xiàn)狀，企業(yè)要求短時(shí)間內(nèi)對(duì)PCIe產(chǎn)品測(cè)試線進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，其目的是在保證產(chǎn)品按期交付的情況下，大幅提高測(cè)試效率，縮短調(diào)測(cè)、檢驗(yàn)與驗(yàn)收的周期。首先建立如表1所示SIPOC模型來勾勒本產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中與測(cè)試業(yè)務(wù)相關(guān)的流程，并從中識(shí)別出關(guān)鍵過程。

表1 SIPOC模型

通過SIPOC模型，找出與測(cè)試業(yè)務(wù)相關(guān)的關(guān)鍵過程，包括板卡測(cè)試、整機(jī)測(cè)試、可靠性試驗(yàn)、質(zhì)量檢驗(yàn)四個(gè)過程，其共同點(diǎn)是都需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試，因此將提高這四個(gè)過程的工作效率作為改進(jìn)目標(biāo)，具體包括以下三點(diǎn)：

（1）板卡測(cè)試、整機(jī)測(cè)試、質(zhì)量檢驗(yàn)效率提升超過300%；

（2）測(cè)試人員投入減少60%；

（3）可靠性試驗(yàn)周期減少50%。

3 測(cè)量階段

在DMAIC應(yīng)用過程中,對(duì)于流程改進(jìn)中定義了需要改進(jìn)的目標(biāo)后，需要對(duì)關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量和分析，才能準(zhǔn)確地找到改進(jìn)的方向和方法[6]。在本項(xiàng)目中，產(chǎn)品的板卡測(cè)試、整機(jī)測(cè)試、質(zhì)量檢驗(yàn)三個(gè)過程的具體操作流程相同，流程上分為18個(gè)步驟，如圖 2所示，每臺(tái)產(chǎn)品測(cè)試耗時(shí)315秒，其中涉及到人工操作有11個(gè)步驟，人均測(cè)試效率為80臺(tái)/天，每個(gè)過程中的人員投入為至少5人，每天計(jì)劃產(chǎn)出為400臺(tái)，呈現(xiàn)出人員投入大，但產(chǎn)出較低的問題。

圖2 產(chǎn)品測(cè)試操作流程圖

產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)采用抽樣的方式，試驗(yàn)周期T可表示為。

式中θ1為產(chǎn)品的平均故障間隔時(shí)間（MTBF），N為試驗(yàn)樣品臺(tái)數(shù)，根據(jù)本產(chǎn)品檢驗(yàn)依據(jù)θ1=5000小時(shí)?，F(xiàn)有試驗(yàn)方法只能支持4臺(tái)抽樣產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，根據(jù)上述公式可得出當(dāng)前條件下試驗(yàn)周期T=1375小時(shí)，產(chǎn)生試驗(yàn)費(fèi)用為110萬元。

4 分析階段

4.1 采用魚骨圖綜合分析

在分析階段，首先采用魚骨圖從人、機(jī)、料、法、環(huán)五大因素對(duì)現(xiàn)有測(cè)試線存在的問題進(jìn)行分析。魚骨圖又稱石川圖，是日本東京大學(xué)的Ishikawa教授設(shè)計(jì)的一種找出問題所有原因的創(chuàng)新方法,廣泛用于技術(shù)和管理領(lǐng)域[7]。在本項(xiàng)目中，將測(cè)試人員、測(cè)試設(shè)備、被測(cè)產(chǎn)品、測(cè)試方法和測(cè)試環(huán)境作為魚骨圖的主骨，主骨下再細(xì)分中骨和小骨，從而形成如圖 3所示的完整測(cè)試線問題分析魚骨圖。

圖3 魚骨圖—影響因素分析

（1）測(cè)試人員：主要包括疲勞程度和操作熟練度兩方面，其中疲勞程度主要受人工操作和夜間工作的影響；操作熟練度主要受缺乏系統(tǒng)性培訓(xùn)和人員流動(dòng)影響。

（2）測(cè)試設(shè)備：當(dāng)前只能采用宿主設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，但宿主設(shè)備存在價(jià)格高、長(zhǎng)期使用后易損壞、維修保養(yǎng)難度大等問題。

（3）被測(cè)產(chǎn)品：主要存在故障因素多和功能深度定制化等問題，其中造成故障的原因有接口故障、芯片故障以及間歇性故障等多方面；而功能深度定制化導(dǎo)致需在測(cè)試過程中頻繁進(jìn)行資源加載、切換、狀態(tài)設(shè)置以及業(yè)務(wù)測(cè)試等。

（4）測(cè)試方法：造成現(xiàn)有測(cè)試方法效率低下的原因主要包括需手動(dòng)頻繁操作、現(xiàn)有測(cè)試流程復(fù)雜，沒有引進(jìn)自動(dòng)測(cè)試技術(shù)等。

（5）測(cè)試環(huán)境：在可靠性試驗(yàn)過程中為保證溫度應(yīng)力條件的穩(wěn)定可靠，不能在試驗(yàn)過程中開箱更換被測(cè)產(chǎn)品；在現(xiàn)有試驗(yàn)箱體積有限的情況下，箱內(nèi)最多同時(shí)放置4臺(tái)宿主機(jī)進(jìn)行測(cè)試，并且1臺(tái)宿主機(jī)一次只能安裝1個(gè)被測(cè)產(chǎn)品，因此測(cè)試環(huán)境只能支持4臺(tái)產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行可靠性試驗(yàn)。

4.2 采用因果矩陣確定關(guān)鍵因素

因果矩陣表分析是美國(guó)匹茲堡大學(xué)T.L.Satty教授提出的一種決策方法，該方法可幫助確定關(guān)鍵流程輸入變量重要性優(yōu)先次序，有助于選定需監(jiān)測(cè)的內(nèi)容，以便確定是否存在因果關(guān)系和是否有必要對(duì)關(guān)鍵流程輸入變量加以控制[8]。圍繞PCIe產(chǎn)品測(cè)試線呈現(xiàn)出來的人員投入多、測(cè)試效率低和試驗(yàn)周期長(zhǎng)三個(gè)主要問題，組織測(cè)試操作人員、試驗(yàn)人員和檢驗(yàn)員對(duì)魚骨圖中分析出的影響因素進(jìn)行量化打分，形成如表2所示的因果矩陣。

表2 因果矩陣表

通過因果矩陣表計(jì)算輸入重要度，得出對(duì)當(dāng)前測(cè)試線存在問題影響最大的因素依次為采用宿主設(shè)備測(cè)試、測(cè)試數(shù)量受限和測(cè)試方法落后。為實(shí)現(xiàn)改進(jìn)目標(biāo)，需在改進(jìn)階段圍繞上述三個(gè)因素來制定改進(jìn)方案如下：

（1）通過技術(shù)創(chuàng)新取代宿主設(shè)備；

（2）保持試驗(yàn)箱容積不變的情況下放置更多的被測(cè)產(chǎn)品；

（3）優(yōu)化現(xiàn)有測(cè)試流程，整體改善測(cè)試方法。

5 改進(jìn)階段

5.1 通過技術(shù)創(chuàng)新取代宿主設(shè)備

創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)專用測(cè)試設(shè)備和測(cè)試軟件，要解決的問題包括模擬宿主設(shè)備與產(chǎn)品之間的信息交互流程、實(shí)現(xiàn)多通道PCIe并行測(cè)試，縮短系統(tǒng)開關(guān)機(jī)時(shí)間，從而達(dá)到取代宿主設(shè)備，提高測(cè)試效率的目的。方案如圖 4所示，測(cè)試設(shè)備基于AXIe架構(gòu)設(shè)計(jì)，提供多路PCIe測(cè)試單元，支持多路并發(fā)測(cè)試，測(cè)試單元采用模塊化電腦+固態(tài)硬盤設(shè)計(jì)，經(jīng)實(shí)際測(cè)量每次測(cè)試的開關(guān)機(jī)時(shí)間從80秒縮短到了30秒，大幅縮短；測(cè)試軟件支持功能配置及一鍵自動(dòng)化測(cè)試，測(cè)試完成后自動(dòng)呈現(xiàn)和記錄測(cè)試結(jié)果。

圖4 測(cè)試創(chuàng)新方案

5.2 保持試驗(yàn)箱容積不變的情況下放置更多的被測(cè)產(chǎn)品

改進(jìn)現(xiàn)有可靠性試驗(yàn)方法，如圖 5，在采用專用測(cè)試設(shè)備取代宿主設(shè)備的情況下，為確保試驗(yàn)的穩(wěn)定可靠且不會(huì)在過程中開箱破壞試驗(yàn)條件，將專用測(cè)試設(shè)備移出可靠性試驗(yàn)箱，設(shè)計(jì)專用的試驗(yàn)工裝夾具放置在試驗(yàn)箱內(nèi)，通過中繼部件將PCIe信號(hào)從測(cè)試設(shè)備無損延長(zhǎng)到工裝夾具的轉(zhuǎn)接板上。工裝夾具的四個(gè)面可以同時(shí)固定16個(gè)PCIe產(chǎn)品，從而達(dá)到保持試驗(yàn)箱容積不變的情況下放置更多被測(cè)產(chǎn)品的目的。

圖5 試驗(yàn)改進(jìn)方案

5.3 優(yōu)化現(xiàn)有測(cè)試流程，整體改善測(cè)試方法

對(duì)現(xiàn)有測(cè)試操作流程進(jìn)行分析，流程中存在大量人工操作與判定的環(huán)節(jié)，包括開關(guān)機(jī)、資源切換、查看結(jié)果與設(shè)置參數(shù)等總共232秒，通過圖 6所示柏拉圖進(jìn)行分析，人工操作過程總計(jì)152秒，開關(guān)機(jī)耗時(shí)80秒，兩者之和占到了測(cè)試流程總時(shí)間的73.66%。開關(guān)機(jī)耗時(shí)長(zhǎng)的問題已通過專用測(cè)試設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，還需通過進(jìn)一步優(yōu)化測(cè)試流程，改善測(cè)試方法來大幅度減少人工操作時(shí)間。

圖6 測(cè)試流程的柏拉圖分析

測(cè)試流程中涉及到人工反復(fù)操作的主要包括資源切換、結(jié)果查看和參數(shù)設(shè)置。設(shè)計(jì)自動(dòng)化的測(cè)試軟件，運(yùn)行在專用測(cè)試設(shè)備上，使資源加載、資源切換、參數(shù)設(shè)置和結(jié)果判斷全部通過測(cè)試軟件自動(dòng)完成，如圖 7將原有的18個(gè)流程優(yōu)化為12個(gè)流程，并將測(cè)試方法簡(jiǎn)單化，不再需要測(cè)試人員掌握復(fù)雜的操作流程，只需一鍵點(diǎn)擊測(cè)試軟件即可。

圖7 測(cè)試流程的優(yōu)化

5.4 改進(jìn)效果評(píng)估

通過批量生產(chǎn)來對(duì)整體改效果進(jìn)進(jìn)行評(píng)估，首先進(jìn)行單臺(tái)產(chǎn)品測(cè)試，耗時(shí)為113秒，單臺(tái)檢測(cè)效率提升約175%；測(cè)試設(shè)備支持同時(shí)對(duì)6臺(tái)產(chǎn)品進(jìn)行批量自動(dòng)化測(cè)試，統(tǒng)計(jì)完成測(cè)試時(shí)間為180秒，經(jīng)實(shí)際測(cè)算人均測(cè)試效率達(dá)到850臺(tái)/天，效率提升超過950%。在此基礎(chǔ)上，測(cè)試人員由原來的5人減少到2人，產(chǎn)量從400臺(tái)/天提升到1700臺(tái)/天，人員投入減少60%。

通過可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證，新的試驗(yàn)方法可以支持16臺(tái)產(chǎn)品同時(shí)放入可靠性試驗(yàn)箱中進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)周期T=343.75小時(shí)，試驗(yàn)周期減少75%，產(chǎn)生試驗(yàn)費(fèi)用僅為27.5萬元，降低82.5萬元，試驗(yàn)成本得到了明顯控制。

通過以上驗(yàn)證結(jié)果表明，本次改進(jìn)達(dá)到目標(biāo)。

圖8 改進(jìn)效果評(píng)估圖

6 控制階段

為確保本次改進(jìn)效果能在PCIe總線類產(chǎn)品測(cè)試線上順利實(shí)施，并能長(zhǎng)期得到控制，制定了相應(yīng)的流程和辦法，主要包括：

（1）結(jié)合測(cè)試系統(tǒng)與試驗(yàn)工裝的使用方式，重新編寫產(chǎn)品的調(diào)測(cè)流程和檢驗(yàn)依據(jù)，定期對(duì)測(cè)試設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。

（2）制定標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)規(guī)范，定期對(duì)測(cè)試人員進(jìn)行培訓(xùn)，嚴(yán)格按照流程進(jìn)行測(cè)試作業(yè)。

（3）在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中注意收集新的數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計(jì)過程控制等方式監(jiān)控改進(jìn)后的測(cè)試線運(yùn)行狀況。

7 總結(jié)

本文運(yùn)用了DMAIC方法對(duì)PCIe產(chǎn)品測(cè)試線進(jìn)行改進(jìn)，從定義階段開始收集改進(jìn)需求，運(yùn)用SIPOC模型工具識(shí)別關(guān)鍵過程并提出改進(jìn)目標(biāo)；在測(cè)量階段對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量和收集；在分析階段運(yùn)用魚骨圖和因果矩陣確定需要改進(jìn)的關(guān)鍵因素；在改進(jìn)階段確定了技術(shù)創(chuàng)新、方法改進(jìn)和流程優(yōu)化方案并加以實(shí)施和驗(yàn)證，評(píng)估了改進(jìn)效果；在控制階段制定了各項(xiàng)措施確保改進(jìn)效果的良好維持。

綜上所述，通過對(duì)DMAIC的研究和運(yùn)用，企業(yè)非常成功的對(duì)測(cè)試線進(jìn)行了全面改進(jìn)，提高大規(guī)模批量化生產(chǎn)效率，有效降低生產(chǎn)制造成本，帶來巨大收益的同時(shí)，也使參與者收獲了豐富的經(jīng)驗(yàn)，更有信心將DMAIC方法推廣到其他產(chǎn)品測(cè)試線的改進(jìn)中，對(duì)于企業(yè)向智能制造發(fā)展具有重要意義。