黃羽童、鄭穎、王妍、馬越、申宏晨 /北京航天長征飛行器研究所

當(dāng)前，航天軍工產(chǎn)品批產(chǎn)業(yè)務(wù)量增長，產(chǎn)品交付數(shù)量創(chuàng)歷史新高，型號(hào)高強(qiáng)密度研制、高強(qiáng)密度發(fā)射、高強(qiáng)密度交付已成為科研生產(chǎn)的新常態(tài)，航天產(chǎn)品“高質(zhì)量保證成功、高效率完成任務(wù)、高效益推動(dòng)航天強(qiáng)國和國防建設(shè)”的轉(zhuǎn)變是加快建設(shè)航天強(qiáng)國和建設(shè)世界一流軍隊(duì)的必由之路。

面對航天產(chǎn)品批產(chǎn)任務(wù)量增長與資源保障日益激化的矛盾，工藝人員需要主動(dòng)作為，以提升工藝能力為牽引，用技術(shù)功底改進(jìn)產(chǎn)品生產(chǎn)測試流程，優(yōu)化批產(chǎn)產(chǎn)品工藝管理模式，達(dá)到流程規(guī)模最小化、有限資源得釋放、交付壓力再減輕的目的。目前航天批生產(chǎn)電子產(chǎn)品的測試流程工藝能力仍有以下3個(gè)方面的提升空間：

一是系統(tǒng)化能力。批產(chǎn)產(chǎn)品各類測試的目的是檢測產(chǎn)品工藝、材料與元器件的缺陷。產(chǎn)品分級(jí)檢驗(yàn)應(yīng)遵循前項(xiàng)覆蓋后項(xiàng)的原則，后項(xiàng)測試項(xiàng)目主要針對由后續(xù)工序工步引入的新風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行檢查。這樣既可減少重復(fù)，也可將產(chǎn)品生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)控制在更前端。系統(tǒng)化思維的不足易造成產(chǎn)品測試冗余且測試針對性不足等問題。

二是工程化能力。在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，設(shè)計(jì)師往往關(guān)注設(shè)計(jì)方案的先進(jìn)性，重視產(chǎn)品最后環(huán)節(jié)性能指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求，工藝作為連接設(shè)計(jì)和生產(chǎn)操作的橋梁，是產(chǎn)品從圖紙到實(shí)物的工程化實(shí)現(xiàn)過程，工藝人員需要結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)能力，在確保滿足設(shè)計(jì)需求的前提下，盡可能便于產(chǎn)品生產(chǎn)測試，優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)測試流程。

三是類比歸納能力。航天電子產(chǎn)品型號(hào)繁多，由于產(chǎn)品的任務(wù)需求不同，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料、元器件選型、測試項(xiàng)目等縱向指標(biāo)具有各自的特點(diǎn)，但站在產(chǎn)品生產(chǎn)的角度看，可以對產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的各個(gè)工序工步進(jìn)行橫向類比和歸納。以產(chǎn)品測試工藝為例，產(chǎn)品測試項(xiàng)目、測試接口和測試信號(hào)等方面類比和歸納的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有限，共性通用設(shè)備、特性專用設(shè)備的選用和設(shè)計(jì)能力有待提升。

一、 工作與實(shí)踐

1.整體思路

吃透技術(shù)是形成可落實(shí)、可操作管理模式的前提。優(yōu)化產(chǎn)品測試流程的核心是通過技術(shù)功底優(yōu)化流程，從技術(shù)源頭探索優(yōu)化方法，通過技術(shù)升級(jí)設(shè)計(jì)產(chǎn)品測試工具、通過技術(shù)手段提升產(chǎn)品測試能力，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下盡可能整合測試項(xiàng)目、優(yōu)化測試流程，設(shè)計(jì)或引進(jìn)先進(jìn)測試設(shè)備，達(dá)到最終壓縮測試時(shí)間、釋放有限資源的目的。

典型的航天電子產(chǎn)品生產(chǎn)流程如圖1 所示。以現(xiàn)階段航天電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝能力為基線，對整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)流程進(jìn)行再梳理和再分析，對于以SMT為主導(dǎo)的印制板電裝和分組分批滾動(dòng)生產(chǎn)的整機(jī)電裝流程，可以優(yōu)化、壓縮的空間較小。航天電子產(chǎn)品的測試環(huán)節(jié)主要涉及2 個(gè)工序：一是整機(jī)裝配前的印制板單板調(diào)試工序，二是整機(jī)裝配后的整機(jī)測試工序。這兩道工序測試環(huán)節(jié)復(fù)雜、測試時(shí)間較長，占用整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)周期的近1/3 時(shí)間，且在后續(xù)產(chǎn)品交收試驗(yàn)和例行試驗(yàn)過程中仍會(huì)涉及產(chǎn)品整機(jī)測試的環(huán)節(jié)。

圖1 典型航天電子產(chǎn)品生產(chǎn)流程圖

因此筆者針對印制板單板調(diào)試和產(chǎn)品整機(jī)測試，制定具體的測試流程優(yōu)化方案。測試流程優(yōu)化的總方針為提升以測試項(xiàng)目整合為代表的歸納軟能力和以工裝設(shè)計(jì)為代表的硬件設(shè)計(jì)能力。

二、具體方案

1.單板調(diào)試優(yōu)化

單板調(diào)試的目的主要在于檢查印制電路板的制作、焊接以及元器件參數(shù)，通過單板調(diào)試得到印制電路板組件的電氣性能指標(biāo)，從而檢查和驗(yàn)證印制板組件硬件的完好性和產(chǎn)品生產(chǎn)的正確性。針對批產(chǎn)產(chǎn)品單板調(diào)試工作，流程優(yōu)化思路主要有以下2 點(diǎn)：

一是整合測試項(xiàng)目。設(shè)計(jì)方提供的單板調(diào)試細(xì)則多從產(chǎn)品電路設(shè)計(jì)角度出發(fā)，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品電氣功能為出發(fā)點(diǎn)，產(chǎn)品測試項(xiàng)目以功能為出發(fā)點(diǎn)縱向設(shè)計(jì)，如常見的測試項(xiàng)目有數(shù)模電路測試、模數(shù)電路測試、時(shí)鐘電路測試、TTL 電路測試、鎖相環(huán)電路測試等。但在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，操作人員不需要了解電路設(shè)計(jì)的功能，只需要明確測試點(diǎn)、測量工具、測試方法以及測量結(jié)果判讀。以測試產(chǎn)品功能為出發(fā)點(diǎn)的縱向測試項(xiàng)目往往需要使用多種工具測量物理樣，完整的一遍單板測試流程會(huì)涉及多次測試工具甚至測試工位的變化，頻繁的替換也會(huì)增加操作人員接線錯(cuò)誤、測試點(diǎn)誤觸甚至工具混用的風(fēng)險(xiǎn)。因此，對單板調(diào)試項(xiàng)目進(jìn)行歸納和整合可以達(dá)到提升產(chǎn)品單板調(diào)試效率的目的。

工藝人員需要主動(dòng)歸納測試項(xiàng)目和測試點(diǎn)，吃透產(chǎn)品設(shè)計(jì)意圖，將以功能為出發(fā)點(diǎn)的縱向設(shè)計(jì)輸入歸納整合為適應(yīng)操作測試的橫向測試流程。以上述常見測試項(xiàng)目為例，測試項(xiàng)目大多可分為阻抗測試、電壓測量和信號(hào)測量3 類，從便于生產(chǎn)測試的角度對測試項(xiàng)目進(jìn)行重新整合，測試項(xiàng)目歸納情況見表1。

表1 單板調(diào)試測試項(xiàng)目歸納

二是設(shè)計(jì)單板調(diào)試工裝。合理地使用和設(shè)計(jì)工裝可以提升產(chǎn)品的測試效率。因不同產(chǎn)品印制板大小、測試點(diǎn)、測試項(xiàng)目具有差異，針對印制板組件單板的調(diào)試工裝可以依據(jù)特性進(jìn)行定制。

單板調(diào)試工裝使用防靜電面板和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)組成整體框架，工裝底部可接線至產(chǎn)品測試點(diǎn)，頂部安裝快速夾具，工裝測試針床裝有彈性組件，方便產(chǎn)品測試點(diǎn)快速插拔并保護(hù)產(chǎn)品焊盤。

2.整機(jī)測試優(yōu)化

整機(jī)測試項(xiàng)目設(shè)計(jì)優(yōu)化的目標(biāo)是全面且最簡，使用自動(dòng)化代替人工。在保證整機(jī)測試項(xiàng)目對整機(jī)功能、性能指標(biāo)全面覆蓋、全面檢查的前提下，保證建立的測試參數(shù)集合最簡，減少重復(fù)測試、冗余測試項(xiàng)目。對于單板調(diào)試后裝配成整機(jī)的電子產(chǎn)品，整機(jī)測試的目的主要在于檢查產(chǎn)品內(nèi)部線束連接、各印制電路板及模塊之間匹配的正確性。針對批產(chǎn)產(chǎn)品整機(jī)工作，流程優(yōu)化思路主要有以下2 點(diǎn)。

一是優(yōu)化測試項(xiàng)目。整機(jī)測試作為單機(jī)產(chǎn)品的整體檢驗(yàn)項(xiàng)目，測試綜合性強(qiáng)，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)遵循測試項(xiàng)目全覆蓋的原則，注意產(chǎn)品測試項(xiàng)目前項(xiàng)覆蓋后項(xiàng)?，F(xiàn)階段某些單機(jī)產(chǎn)品為實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)產(chǎn)品的全部功能與性能，需要與系統(tǒng)內(nèi)其他單機(jī)產(chǎn)品聯(lián)合測試，單機(jī)產(chǎn)品見面握手滯后，故障暴露較晚，影響產(chǎn)品故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)。以系統(tǒng)化和工程化思維對產(chǎn)品測試環(huán)節(jié)進(jìn)行工藝性審核，了解產(chǎn)品各環(huán)節(jié)測試目的和測試意義，對產(chǎn)品整機(jī)測試未覆蓋的項(xiàng)目進(jìn)行識(shí)別并制定相應(yīng)工藝檢驗(yàn)、工藝保證措施，對單機(jī)與聯(lián)合測試項(xiàng)目中的非必要重復(fù)測試項(xiàng)目進(jìn)行檢查與刪減。通過對整機(jī)測試項(xiàng)目的優(yōu)化，既保證了產(chǎn)品測試覆蓋性，使故障問題盡早暴露，又減少了產(chǎn)品重復(fù)測試、冗余測試項(xiàng)目，提升了產(chǎn)品測試效率。

二是設(shè)計(jì)自動(dòng)化測試設(shè)備。航天電子產(chǎn)品整機(jī)測試具備技術(shù)復(fù)雜度高、測試指標(biāo)多以及測試精度苛刻等特點(diǎn)，傳統(tǒng)產(chǎn)品的測試主要采取人為連線、測試以及判讀的方式，易造成單臺(tái)產(chǎn)品測試時(shí)間過長、反復(fù)操作出錯(cuò)、設(shè)備多、接線亂等問題，難以滿足現(xiàn)代化大批量生產(chǎn)的需要。針對上述人為測試帶來的問題，本項(xiàng)目開發(fā)了一套通用自動(dòng)化測試設(shè)備，運(yùn)用射頻開關(guān)矩陣將常用測試儀器（矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜儀、信號(hào)源、數(shù)控電源等）集成在通用機(jī)柜中，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)轉(zhuǎn)換測試儀器、一鍵自動(dòng)化測試、自動(dòng)采集記錄數(shù)據(jù)、后期數(shù)據(jù)分析等功能。

通過工控機(jī)實(shí)現(xiàn)電源、雷達(dá)信號(hào)源、頻譜儀等儀器的高速率控制與數(shù)據(jù)采集，滿足射頻類產(chǎn)品測試過程中的儀器控制與數(shù)據(jù)讀取需求。測試機(jī)柜具備指定頻段內(nèi)被測件的幅頻特性的自動(dòng)測試及測試數(shù)據(jù)記錄功能，產(chǎn)品的測試數(shù)據(jù)以結(jié)構(gòu)化的格式保存至工控機(jī)，測試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫可以進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢及轉(zhuǎn)化EXCEL 形式，便于實(shí)現(xiàn)后續(xù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)包絡(luò)分析等功能。自動(dòng)測試平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡單、可靠，包含手動(dòng)伸縮折疊式承重平臺(tái)，使用時(shí)可以拉到相應(yīng)位置后鎖定，用于承載被測產(chǎn)品，便于產(chǎn)品測試。

三、實(shí)踐效果

1.具體案例實(shí)踐成果

微波與數(shù)字處理器是一種典型的航天電子產(chǎn)品，產(chǎn)品電路設(shè)計(jì)復(fù)雜、生產(chǎn)集成度較高、測試項(xiàng)目繁多且同時(shí)涉及低頻信號(hào)與高頻信號(hào)的測量。

針對微波與數(shù)字處理器在單板調(diào)試和整機(jī)測試過程中測試時(shí)間長的薄弱環(huán)節(jié)通過單板整合測試項(xiàng)目可以減少多次變換測量工具環(huán)節(jié)的重復(fù)，降低操作風(fēng)險(xiǎn)，縮短測試周期；通過使用單板調(diào)試工裝可以減少測試孔重復(fù)焊接風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)產(chǎn)品焊盤與測試點(diǎn)質(zhì)量，快速插拔的設(shè)計(jì)減少測試工作量，縮短單板測試周期；整機(jī)優(yōu)化測試項(xiàng)目減少了重復(fù)或疊加，在保證測試覆蓋性的前提下將測試項(xiàng)目最小化、測試流程易操作化，縮短測試周期；整機(jī)測試使用自動(dòng)化測試設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了1 臺(tái)自動(dòng)化測試設(shè)備同時(shí)測試6 臺(tái)電子產(chǎn)品，提升了單臺(tái)產(chǎn)品的測試效率，節(jié)省了試驗(yàn)資源，降低了測試難度，減少了人為操作風(fēng)險(xiǎn)。流程優(yōu)化前后具體項(xiàng)目的對比如表2 所示。

根據(jù)表2 可知，經(jīng)測試流程優(yōu)化，單臺(tái)微波與數(shù)字處理器可節(jié)省13h，效率提升65%，達(dá)到縮短產(chǎn)品測試周期的目標(biāo)。

表2 流程優(yōu)化前后具體項(xiàng)目對比表

2.工藝管理優(yōu)化提升

產(chǎn)品批生產(chǎn)測試流程的優(yōu)化可以明顯提升生產(chǎn)效率，這表明工藝的提前可以對生產(chǎn)測試過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行提前識(shí)別，并對可以優(yōu)化的項(xiàng)目開展專項(xiàng)攻關(guān)，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的工程化、可實(shí)現(xiàn)性和工藝經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到批產(chǎn)產(chǎn)品降本增效的目的。本次實(shí)踐的工作流程如圖2 所示。

圖2 工作流程圖

該實(shí)踐方法和管理流程可以推廣至其他同類型電子產(chǎn)品的生產(chǎn)測試過程中，通過流程優(yōu)化持續(xù)提升批生產(chǎn)能力，提高批生產(chǎn)管理效率。

四、后續(xù)思路

通過本次基于航天電子產(chǎn)品工藝能力提升的產(chǎn)品批產(chǎn)測試流程優(yōu)化的實(shí)踐，產(chǎn)品生產(chǎn)效率得到提升，并形成了可推廣、可落實(shí)的工藝管理方案，優(yōu)化效果顯著。以本次實(shí)踐為依托，為更好地完成后續(xù)科研生產(chǎn)任務(wù)，將從以下3 個(gè)方面開展工作：

一是面向產(chǎn)品。工藝人員提前參與到產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)流程規(guī)劃當(dāng)中，運(yùn)用工藝技術(shù)知識(shí)對生產(chǎn)環(huán)節(jié)可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)提前進(jìn)行識(shí)別，將產(chǎn)品生產(chǎn)工藝性、工程化工作前置，結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)目的、可實(shí)現(xiàn)性和工藝經(jīng)濟(jì)型進(jìn)行提前審核，從生產(chǎn)角度整理歸納測試項(xiàng)目、設(shè)計(jì)選用合理工裝，提升針對產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝能力，進(jìn)而滿足航天產(chǎn)品高效率精益發(fā)展的需求。

二是面向流程。做好流程梳理工作，提升工藝管理效能。生產(chǎn)管理流程的優(yōu)化促使工藝人員不斷思考和探索，運(yùn)用工藝管理能力逐步提升原有科研生產(chǎn)模式，在保證產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)計(jì)指標(biāo)的前提下，將節(jié)約生產(chǎn)資源、降低操作風(fēng)險(xiǎn)、減少人力投入、便于操作落實(shí)、適應(yīng)現(xiàn)有生產(chǎn)環(huán)境等管理要素用于工藝流程的頂層設(shè)計(jì)中。

三是面向組織。生產(chǎn)單位主動(dòng)作為，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率由產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、操作共同決定，面對生產(chǎn)任務(wù)不斷增加的新形勢，生產(chǎn)部門需要眼睛向內(nèi)、主動(dòng)作為、提前部署，建立流程優(yōu)化導(dǎo)向，掌握戰(zhàn)略主動(dòng)，破解生產(chǎn)部門“上游輸入遲遲不定、下游輸出后墻不倒”的被動(dòng)局面。

結(jié)合當(dāng)前航天軍工電子產(chǎn)品批產(chǎn)業(yè)務(wù)量增長、產(chǎn)品高密度交付的新常態(tài)，工藝人員需要通過綜合分析批生產(chǎn)產(chǎn)品特點(diǎn)，運(yùn)用工藝技術(shù)與工藝管理能力，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、協(xié)調(diào)并解決問題，提出科學(xué)、有效、可落實(shí)的管理方案，推動(dòng)批生產(chǎn)工作有序運(yùn)行，提升組織生產(chǎn)保障能力?！?/p>