基于5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的電子元器件智能檢測研究與應(yīng)用

李 凌 楊靈運 嚴(yán) 蕓

（貴州航天云網(wǎng)科技有限公司，貴州 貴陽 550000）

1 在電子信息制造業(yè)研究“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”融合應(yīng)用意義重大

電子信息制造業(yè)是研制和生產(chǎn)電子設(shè)備及各種電子元件、器件、儀器、儀表的工業(yè)，是軍民結(jié)合型工業(yè)[1]。除了自成體系的手機(jī)、電腦等行業(yè)，汽車、航空航天等重點產(chǎn)業(yè)的發(fā)展同樣離不開電子信息技術(shù)的支持。其中，電子元器件、集成電路則是信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心和關(guān)鍵。當(dāng)前國家已經(jīng)把電子信息制造工業(yè)體系的自主發(fā)展，上升到國家的重點戰(zhàn)略。一方面我國的電子信息制造業(yè)取得快速的發(fā)展。通過《十三五國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》、《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020 年）》等政策的出臺，電子信息制造業(yè)在國產(chǎn)化方面成效顯著。 2017 年，中國電子元件產(chǎn)量為44 071 億只，同比增長17.8%。預(yù)計到2022 年中國電子元件產(chǎn)量將達(dá)到7.15 萬億只；另一方面電子信息制造業(yè)受制于人的現(xiàn)實情況依然存在。從2013 年起，集成電路進(jìn)口額超過石油成為第一進(jìn)口商品，對外依存度超過 60%。2018 年“中興事件”表明，電子信息制造的發(fā)展水平已經(jīng)極大影響我國的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時對信息安全帶來重大的影響。因此，在電子信息制造業(yè)研究“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”融合發(fā)展應(yīng)用，不僅能加快推動我國制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，還將為5G 規(guī)模商用提供龐大的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。

2 基于電子元器件檢測試驗場景研究“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”應(yīng)用

2.1 檢驗測試是電子信息制造不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

電子元器件的工作環(huán)境復(fù)雜多樣，具有極高的可靠性要求。尤其在軍民融合領(lǐng)域，高可靠電子元器件是否滿足國軍標(biāo)所提出的各項應(yīng)力要求，是評價其是否為合格產(chǎn)品的重要依據(jù)，提供判斷結(jié)果的檢試驗環(huán)節(jié)就成為了電子元器件生產(chǎn)制造過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；而集成電路制造過程中的環(huán)境、機(jī)械、電學(xué)試驗方法和試驗程序則是為了保證器件滿足預(yù)定用途所要求的質(zhì)量和可靠性[2]，對器件的質(zhì)量和可靠性保證具有重要作用，是不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

目前電子元器件等檢測試驗項目主要有電性能參數(shù)測試試驗和電氣產(chǎn)品通用環(huán)境類試驗兩大類，包含了電性能參數(shù)測試、穩(wěn)定性烘焙、老煉試驗、壽命試驗、恒定加速度試驗等試驗項目，產(chǎn)品篩選業(yè)務(wù)流程如圖1 所示。

2.2 傳統(tǒng)電子元器件檢驗測試模式存在的痛點

檢驗設(shè)備的信息化水平不高：由于電子元器件、集成電路檢測設(shè)備廠商大多是傳統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商，檢驗設(shè)備采購成本高，迭代升級周期長。使得檢測企業(yè)存在大量三啞檢測設(shè)備，以及部分能初步實現(xiàn)局域網(wǎng)通信的檢測設(shè)備，對新一代工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能等信息技術(shù)的融合應(yīng)用較差。

圖1 電子元器件建產(chǎn)品篩選業(yè)務(wù)false 流程圖

檢測工序手工作業(yè)強(qiáng)度大：基于設(shè)備及檢測模式的原因，檢測工序中存在大量手工作業(yè)內(nèi)容，使得操作人員疲于應(yīng)對，對出現(xiàn)質(zhì)量異常狀況的反饋及處理往往缺乏時效性。對具體產(chǎn)品質(zhì)量異常的原因分析依靠人工經(jīng)驗判斷。

檢驗設(shè)備采集的數(shù)據(jù)與產(chǎn)品沒有形成關(guān)聯(lián)：傳統(tǒng)檢測設(shè)備僅能實現(xiàn)與控制計算機(jī)的通信，但無法實現(xiàn)與產(chǎn)品進(jìn)行通信，測試結(jié)束后，產(chǎn)品即與夾具分離，數(shù)據(jù)也與產(chǎn)品分離，數(shù)據(jù)不能在過程中跟蹤產(chǎn)品，最終得到的一堆數(shù)據(jù)與一堆產(chǎn)品，其間沒有任何關(guān)聯(lián)，無法進(jìn)行過程追溯，數(shù)據(jù)價值不高。

2.3 智能檢測是電子元器件檢測發(fā)展的主要方向

電子元器件質(zhì)量檢測工作的發(fā)展趨勢，總體呈現(xiàn)出全生命周期管理的特點。當(dāng)前質(zhì)量檢測工作的現(xiàn)狀：檢驗任務(wù)重，檢驗復(fù)雜度、技術(shù)難度增加，檢驗效率低且檢驗周期較長；檢測數(shù)據(jù)量大，人工分析數(shù)據(jù)易出錯，難以自動采集各類數(shù)據(jù)，不能進(jìn)行統(tǒng)計分析和按用戶需求提供PID 數(shù)據(jù)包等等，難以滿足用戶對檢驗項目擴(kuò)大，交付周期縮短，全過程狀態(tài)可追溯的需求。因此，利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)對傳統(tǒng)檢測試驗流程進(jìn)行重塑，實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的實驗檢驗創(chuàng)新升級，提高工作的效率和準(zhǔn)確性，提升用戶的滿意度，勢在必行。

3 “5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”為電子產(chǎn)業(yè)智能檢測發(fā)展帶來的機(jī)遇

傳統(tǒng)的電子元器件、集成電路檢測中心像一個封閉的實驗室，從待測產(chǎn)品送檢到檢測報告生成，從檢測設(shè)備開啟到作業(yè)看板管理，整個檢測流程穿插大量人工作業(yè)。為此，一些廠商研發(fā)質(zhì)量檢測工業(yè)軟件嘗試從試驗任務(wù)管理、標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)化、自動化測試、報告自動生成等幾方面來實現(xiàn)檢測過程的智能化提升。但受限于原有檢測設(shè)備信息化參差不齊、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中臺缺失以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境制約，檢測數(shù)據(jù)的采集、通信及分析與實際檢測業(yè)務(wù)要求尚存在一定差距，尚不具備大量數(shù)據(jù)交換、共享的能力。隨著5G 逐步成熟，5G+工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)給智能檢驗測試提供了很好的技術(shù)實現(xiàn)條件，推動質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)共享向海量數(shù)據(jù)接入、低延時傳輸、人工智能分析建模的2.0 版本進(jìn)行升級迭代，使得自動化、信息化水平更高，數(shù)據(jù)生產(chǎn)能力更強(qiáng)的檢測裝備及解決方案有了用武之地。而基于5G 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中臺、智能終端，能支持調(diào)用大數(shù)據(jù)和云計算資源，即可以作為企業(yè)操控檢驗測試流程的控制臺，又可以通過移動窗口在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中交互信息并分享到移動互聯(lián)網(wǎng)，與消費者連接起來，使得檢測試驗知識在智能檢驗管理平臺的沉淀和流轉(zhuǎn)，不僅提升了產(chǎn)品檢測效率，還可以釋放網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同檢測潛能，為工業(yè)制造升級提供無限可能。

4 基于“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的智能檢測應(yīng)用集成解決方案

4.1 應(yīng)用建設(shè)思路

從電子元器件、集成電路的檢驗篩選環(huán)節(jié)著手，聚焦電子元器件電性能參數(shù)測試、老煉檢測試驗等產(chǎn)品必測工序，依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，基于5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（物聯(lián)網(wǎng)）、大數(shù)據(jù)采集及存儲、大數(shù)據(jù)建模預(yù)測分析、BI 可視化等技術(shù)的研究和應(yīng)用，打造高端電子元器件、集成電路智能檢測解決方案。一方面研發(fā)自動化、信息化水平更高的智能檢測專用設(shè)備及解決方案，實現(xiàn)更先進(jìn)的自動測試、自動篩選，細(xì)化到每個元器件的數(shù)據(jù)獲取、存儲及追溯。另一方面，用新一代信息工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的微服務(wù)和容器化技術(shù)，采用通用化、平臺化、組件化的設(shè)計思路，設(shè)計工業(yè)物聯(lián)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，構(gòu)建檢測數(shù)據(jù)中臺，利用5G 技術(shù)實時傳輸檢驗設(shè)備及產(chǎn)品測試數(shù)據(jù)，在APP 中實現(xiàn)檢驗設(shè)備及產(chǎn)品測試數(shù)據(jù)管理及應(yīng)用，實現(xiàn)檢測過程全周期的數(shù)據(jù)打通。

4.1.1 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云端解決方案

使用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集平臺及大數(shù)據(jù)分析平臺，包括：設(shè)備接入、設(shè)備管理、微服務(wù)、機(jī)理模型、監(jiān)控、規(guī)則引擎、服務(wù)開放、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

4.1.2 與質(zhì)量檢測工業(yè)APP數(shù)據(jù)共享

可自動匹配試驗標(biāo)準(zhǔn)，通過設(shè)備儀表通信自動完成試驗數(shù)據(jù)采集、試驗結(jié)果判定，并可根據(jù)客戶需要自主選擇試驗報告模板。

圖2 基于5G 技術(shù)的電子元器件智能檢測應(yīng)用集成解決方案

4.1.3 智能檢測設(shè)備研發(fā)測試與產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集

將對傳統(tǒng)電子元器件檢測設(shè)備進(jìn)行智能化改造，設(shè)計信息化夾具載盒、載板，植入5G 通信模組，真正將每個待測產(chǎn)品與檢測數(shù)據(jù)一一對應(yīng)，實現(xiàn)產(chǎn)品與檢測設(shè)備的通信。

4.1.4 工業(yè)無線/有線網(wǎng)絡(luò)與5G融合解決方案

基于電信運營商5G 基站部署，在4G/5G 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下配置移動信息終端、5G 數(shù)據(jù)采集終端等與物聯(lián)平臺適配，實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)高效采集與傳輸，提升檢測數(shù)據(jù)治理效率，保障通信安全。

4.2 創(chuàng)新點

該解決方案運用5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，具有以下創(chuàng)新點。1）突破傳統(tǒng)檢測檢測設(shè)備無法實現(xiàn)產(chǎn)品與檢測設(shè)備通信的瓶頸。為實現(xiàn)檢測試驗數(shù)據(jù)實時監(jiān)測、質(zhì)量追溯打下堅實基礎(chǔ)并解決數(shù)據(jù)來源問題。2）應(yīng)用智能終端、裝備及工業(yè)app 重塑檢測流程。在智能終端、裝備應(yīng)用下，產(chǎn)品及設(shè)備將產(chǎn)生大量實時檢測數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在原有4G 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及工作模式下無法得到有效的處理。而在5G 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境實現(xiàn)待測產(chǎn)品的實時數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)匯總記錄，大數(shù)據(jù)分析及產(chǎn)品等級分類處理、分析及可視化展示，能極大提高檢測效率以及數(shù)據(jù)治理能力。3）基于5G 測試環(huán)境實現(xiàn)工廠內(nèi)外部數(shù)據(jù)高效傳輸，實現(xiàn)企業(yè)各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互能力。可為行業(yè)內(nèi)電子元器件、集成電路等主體企業(yè)提供檢測服務(wù)，為后續(xù)推廣全面智能檢測產(chǎn)線、建設(shè)產(chǎn)教融合檢驗實訓(xùn)基地、對外輸出檢測能力打下堅實基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

基于5G 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的電子元器件智能檢測解決方案將在行業(yè)龍頭企業(yè)進(jìn)行試點示范應(yīng)用，打造5G +智能檢測典型案例，促進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+5G 的應(yīng)用拓展，促進(jìn)檢測裝備智能化研發(fā)水平提升，推動電子信息制造行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。