吳江進(jìn)，黃海松，張松松

（貴州大學(xué)現(xiàn)代制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽 550025）

1 引言

SMT 是表面貼裝技術(shù)包括表面貼裝元器件（SMD）、貼裝技術(shù)和貼裝設(shè)備三部分。目前我國SMT行業(yè)具有組裝密度高、物料體積小且重量輕、工序機(jī)械控制程度高及生產(chǎn)流程速度快等生產(chǎn)特點(diǎn)，給SMT生產(chǎn)車間帶來制造過程數(shù)據(jù)采集方式落后、不及時，且錯誤率高和制造過程監(jiān)控不精確，信息反饋較慢的問題[1]。這些問題與表面貼裝產(chǎn)品的質(zhì)量有著很大的聯(lián)系。表面貼裝產(chǎn)品制造過程是SMT產(chǎn)品質(zhì)量管理的重要環(huán)節(jié)，是其質(zhì)量問題的主要來源之一，因此對表面貼裝產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量溯源有著極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。質(zhì)量溯源的目的在于提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時提高企業(yè)競爭力和客戶滿意度；最初質(zhì)量溯源發(fā)生在英國、丹麥等一些國家對食品質(zhì)量安全的管理上[2]。

隨后在日本、美國等國也建立了相關(guān)的質(zhì)量溯源體系；隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、FRID數(shù)據(jù)采集等技術(shù)的發(fā)展下、國內(nèi)相關(guān)學(xué)者也對質(zhì)量追溯進(jìn)行了相關(guān)的研究，進(jìn)一步完善我國的質(zhì)量追溯體系；國內(nèi)學(xué)者對離散制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量追溯進(jìn)行相應(yīng)的研究[3-4]；同時也對疾病傳播[5]、空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)突發(fā)污染[6]、突發(fā)水域污染[7]等方面的溯源進(jìn)行了研究。

表面貼裝制造過程是指從工人對產(chǎn)品的物料供應(yīng)開始，到產(chǎn)品制造檢驗(yàn)合格與否并進(jìn)行入庫及售后管理的歷程。表貼產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)品制造過程有著密切聯(lián)系，目前大部分企業(yè)都對自己的產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量管理，著眼于提供企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量、客戶滿意度、企業(yè)競爭力等。

針對SMT 的質(zhì)量問題，文獻(xiàn)[8]對生產(chǎn)中存在的問題，從人員、設(shè)備和人機(jī)配合三個方面進(jìn)行分析；文獻(xiàn)[9]提出多層次立體檢驗(yàn)方法，但在其制造過程中，傳統(tǒng)履歷記錄的信息單一化和信息量少，且查詢極其不便，對于產(chǎn)品質(zhì)量溯源中諸如生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種信息不能系統(tǒng)的采集，因而不能有效提高生產(chǎn)線的合格品率和生產(chǎn)效率，不能保證SMT高質(zhì)高量特點(diǎn)。

針對上述分析，先對表貼產(chǎn)品制造過程中的質(zhì)量信息進(jìn)行分析，同時對產(chǎn)品建立具有唯一性的電子履歷，完成對制造過程相關(guān)信息進(jìn)行系統(tǒng)的記錄，并基于此電子履歷，提出一種基于統(tǒng)計(jì)的產(chǎn)品質(zhì)量溯源方法。實(shí)現(xiàn)對SMT制造過程質(zhì)量信息的精準(zhǔn)記錄，同時達(dá)到對SMT產(chǎn)品質(zhì)量的溯源和管理。最終指導(dǎo)操作者和決策者對制造過程關(guān)鍵工藝、關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵人員的及時反饋和調(diào)整。

2 表面貼裝產(chǎn)品履歷信息分析

表面貼裝制造過程是指從產(chǎn)品的物料到產(chǎn)品加工制造再到檢驗(yàn)合格與否并進(jìn)行入庫及售后管理的歷程。在表面貼裝產(chǎn)品的制造過程中，信息較多，且信息之間聯(lián)系比較復(fù)雜，對產(chǎn)品質(zhì)量溯源造成很大的困難，因此通過對表貼產(chǎn)品制造過程進(jìn)行分析，把其履歷信息分為人、機(jī)、物三大部分，如圖1所示。對表貼產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量溯源就是對這三部分履歷信息進(jìn)行追溯，從而達(dá)到對其質(zhì)量的管理、控制、分析。

圖1 SMT制造過程人、機(jī)、物信息圖Fig.1 The Information Diagram of Human，Machine and Material in SMT Manufacturing Process

人：即在制造過程中所有的參與者，包括材料供應(yīng)商、各個工序中的操作員、程序員、物料檢測員、質(zhì)檢員、管理層、監(jiān)督層等。

機(jī)：即制造過程中所有的設(shè)備，如全自動印刷機(jī)、高速貼片機(jī)、多功能貼片機(jī)、回流焊機(jī)、離線AOI檢測儀等。

物：即制造過程中所有的物料、產(chǎn)品及相關(guān)文件，如錫膏焊膏、PCB、BGA、LGA、QFN等元器件，焊劑以及廢料、工藝文件、質(zhì)量文件等。

以上三部分信息包含了產(chǎn)品制造過程的工藝信息、環(huán)境信息、設(shè)備信息、人員信息、物料信息等，它們形成、影響和決定產(chǎn)品質(zhì)量；滿足了質(zhì)量信息溯源在其質(zhì)量管理上的要求。

3 基于表貼產(chǎn)品制造過程的電子履歷構(gòu)建

以前我國對裝備制造業(yè)等行業(yè)管理信息的采集和利用以傳統(tǒng)的紙質(zhì)手工處理為主，因其存在無法實(shí)時采集大量數(shù)據(jù)、信息分散、準(zhǔn)確性和一致性較差等問題，相關(guān)學(xué)者[10-12]通過利用計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)把以前的紙質(zhì)履歷信息進(jìn)行電子化記錄并稱之為電子履歷。文章基于Java 和HTML 語言，結(jié)合MySQL 數(shù)據(jù)庫中的SQyog工具進(jìn)行SMT制造過程的電子履歷設(shè)計(jì)。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 電子履歷結(jié)構(gòu)圖Fig.2 The Structure of Electronic Resume

4 表貼產(chǎn)品制造過程質(zhì)量溯源

可追溯性在ISO體系中定義為：通過記錄標(biāo)識的方法回溯某個實(shí)體來歷、用途和位置的能力[13]。美國生產(chǎn)與物流管理協(xié)會從物流角度對可追溯性的定義為：能夠確定運(yùn)輸中貨物的位置或通過批號或序列號記錄可追蹤零部件、生產(chǎn)過程及原材料的性質(zhì)[14]。而可追溯性是以對產(chǎn)品進(jìn)行正確的標(biāo)識為基礎(chǔ)的[15]。標(biāo)識（ldentification）或標(biāo)志，是一種通過數(shù)字、符號或文字、圖案的方式來表明身份、地位、特征、等級和狀態(tài)的表征方法。產(chǎn)品標(biāo)識和可追溯性管理是質(zhì)量管理體系的重要組成部分，能夠幫助企業(yè)及時從使用現(xiàn)場追回有缺陷的產(chǎn)品，分析不合格產(chǎn)品的原因并及時采取糾正和預(yù)防措施，對于提高企業(yè)管理水平、開拓國內(nèi)外市場具有重要作用[16]。這里采用基于產(chǎn)品批次編碼的規(guī)則，借鑒《電子行業(yè)物料編碼》對表貼產(chǎn)品進(jìn)行編碼，如圖3所示。

圖3 產(chǎn)品標(biāo)識編碼及掃碼信息示例圖Fig.3 An Example of Product Identification Coding and Scanner Information

表貼產(chǎn)品制造過程質(zhì)量溯源系統(tǒng)應(yīng)該具備以下幾方面的要求，首先對表貼產(chǎn)品進(jìn)行標(biāo)記，使其具有唯一產(chǎn)品標(biāo)識，記錄產(chǎn)品身份信息編碼，實(shí)現(xiàn)表貼產(chǎn)品身份信息編碼的唯一性。其次是建立表貼產(chǎn)品制造過程質(zhì)量信息數(shù)據(jù)庫，對表貼產(chǎn)品制造過程中的人、機(jī)、物等信息進(jìn)行儲存，最后是要保證在產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)生問題時，用戶可以快速準(zhǔn)確的獲取到表貼產(chǎn)品全面完整的產(chǎn)品質(zhì)量信息。

圖中左側(cè)為產(chǎn)品二維碼示例圖，右側(cè)為掃描信息產(chǎn)品序列號0101-20190602-006-1-2 含義為產(chǎn)品批次號為0101，完成生產(chǎn)日期為2019年6月2日，006為該批次責(zé)任人工號，1代表為合格品，2代表質(zhì)量等級。

及時準(zhǔn)確地獲取質(zhì)量數(shù)據(jù)是質(zhì)量管理的關(guān)鍵［17］。通過建立電子履歷能實(shí)時準(zhǔn)確的記錄表貼產(chǎn)品制造過程中的相關(guān)信息。表貼產(chǎn)品電子履歷主要功能是對表貼產(chǎn)品制造過程中的關(guān)鍵信息進(jìn)行采集，包括第二節(jié)中的人、機(jī)、物等信息。

在表面貼裝過程中，質(zhì)量信息較多造成了制造過程變量多，且變量具有多重相關(guān)性；這里把表貼產(chǎn)品制造過程中所有影響產(chǎn)品質(zhì)量的參數(shù)記為自變量并設(shè)質(zhì)量信息矩陣X、質(zhì)量問題矩陣Y、權(quán)重矩陣ω：

式中：xi—質(zhì)量信息參數(shù)。

式中：yi—質(zhì)量問題參數(shù)。

式中：ωi—xi對yi的權(quán)重系數(shù)。

（1）假設(shè)Y=ωX，通過提供的k組數(shù)據(jù)(xk，yk)，進(jìn)行k次迭代，求解出平均權(quán)重矩陣，同時對xi求平均值，形成合格品質(zhì)量信息矩陣。

（2）通過另外的p組數(shù)據(jù)(xp，yp)進(jìn)行測試，得到因變量與自變量之間的近似關(guān)系式：驗(yàn)證關(guān)系式的有效性。

（3）在溯源時，通過輸入質(zhì)量問題矩陣Y，并經(jīng)過公式計(jì)算出質(zhì)量信息矩陣X，然后計(jì)算，令為產(chǎn)品制造質(zhì)量信息參數(shù)xi導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)生質(zhì)量不良的概率矩陣，在數(shù)據(jù)足夠多時，X，Y服從正態(tài)分布且滿足六西格瑪原則。

（4）根據(jù)P的大小和表1判斷xi是否為質(zhì)量問題發(fā)生點(diǎn)，即判斷第i個質(zhì)量信息參數(shù)是否為質(zhì)量問題來源，通過質(zhì)量概率矩陣P反映出產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)生的原因從而達(dá)到質(zhì)量溯源的目的。

表1 質(zhì)量影響因子與六西格瑪及不良率對應(yīng)關(guān)系表Tab.1 Corresponding Relationship Between Quality Impact Factors and Six Sigma and Undesirable Rate

在處理中，質(zhì)量影響因子中數(shù)字越小等級越高，考慮到表貼生產(chǎn)的技術(shù)狀況，質(zhì)量影響因子為4、5、6的記為是，用1表示，即為質(zhì)量問題發(fā)生的部位，1、2、3為否，用0表示，即該點(diǎn)不為質(zhì)量問題點(diǎn)。

5 實(shí)例驗(yàn)證

5.1 電子履歷

電子履歷主要包括物料信息、制造過程、檢測信息、入庫信息及其它；制造過程又包括絲印、貼裝和回流焊；在物料信息中主要的質(zhì)量信息為：物料批次、物料型號、采購人員、供應(yīng)商及物料倉儲編號；制造過程的絲印過程中的質(zhì)量信息為：產(chǎn)品批次、操作員、循環(huán)時間、印刷方向、印刷方式、印刷機(jī)壓力及印刷機(jī)速度；貼裝過程中的質(zhì)量信息為：產(chǎn)品批次、操作員、拋料、貼裝數(shù)目、機(jī)械停止時間、時間、取料數(shù)量；回流焊過程中的質(zhì)量信息為：產(chǎn)品批次、操作員、預(yù)熱爐溫、升溫速率、保溫爐溫、回流爐溫、冷卻爐溫、帶速、溫度變化曲線；檢測信息中關(guān)鍵質(zhì)量信息為產(chǎn)品批次、檢測員、檢測設(shè)備、檢測結(jié)果、產(chǎn)品是否返修；入庫信息中關(guān)鍵質(zhì)量信息為產(chǎn)品批次、入庫員、入庫編號、入庫時間。

基于Java 和HTML 語言，結(jié)合tomcat和MySQL 數(shù)據(jù)庫中的SQyog進(jìn)行SMT制造過程的電子履歷設(shè)計(jì)，具體系統(tǒng)內(nèi)容，如圖4所示。

圖4 電子履歷系統(tǒng)圖Fig.4 The Diagram of Electronic Resume System

5.2 基于統(tǒng)計(jì)的SMT質(zhì)量溯源

以5個批次中5個系列產(chǎn)品作為研究對象，由于部分過程直接由程序決定，文章選取貼片壓力、錫膏溫度、錫膏厚度、冷卻速度、加熱時間作為主要研究對象，通過控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果，如表2所示。

實(shí)驗(yàn)中，Y著色代表需要溯源，理論質(zhì)量問題代表溯源結(jié)果，通過對比理論質(zhì)量問題和實(shí)際質(zhì)量問題計(jì)算溯源準(zhǔn)確率，從表2中發(fā)現(xiàn)；溯源準(zhǔn)確率為19/25=76%。其次發(fā)現(xiàn)針對加熱時間進(jìn)行研究時，溯源準(zhǔn)確率才為20%，通過分析；出現(xiàn)準(zhǔn)確率低的原因有兩個：（1）SMT加熱時間可變范圍相對較大；（2）根據(jù)表1發(fā)現(xiàn)3σ與4σ之間不良率有60590個百萬分點(diǎn)，跨度較大，導(dǎo)致不良率處于3σ～4σ之間的溯源準(zhǔn)確率降低。

表2 SMT溯源數(shù)據(jù)結(jié)果表Tab.2 The Results of SMT Traceability

6 總結(jié)

通過對表面貼裝制造過程相關(guān)工藝過程和工藝過程關(guān)鍵質(zhì)量信息進(jìn)行分析，最終以人、機(jī)、物三部分對SMT制造過程中質(zhì)量信息進(jìn)行分類，然后基于Java和HTML語言，結(jié)合MySQL數(shù)據(jù)庫中的SQyog進(jìn)行SMT制造過程的電子履歷設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上提出了一種基于統(tǒng)計(jì)的質(zhì)量溯源方法，通過驗(yàn)證，該溯源方法能對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行反饋、控制和分析；從而指導(dǎo)企業(yè)對關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵工藝、關(guān)鍵人員的調(diào)配和企業(yè)的原料倉管理、生產(chǎn)管理、設(shè)備管理、質(zhì)量管理和溯源管理。并且分析了準(zhǔn)確率較低的原因，因SMT制造過程中工藝和制造信息復(fù)雜，這里只選取了制造過程中的關(guān)鍵工藝和關(guān)鍵質(zhì)量信息作為分析對象，因此會存在對少量質(zhì)量信息遺漏的不足，這也是在接下來課題組對SMT全生命周期質(zhì)量溯源研究的重點(diǎn)內(nèi)容。