工業產品測試單元的并行設計初探

唐波

摘要：測試單元是工業產品自動化生產中不可或缺的組成單元。凡是需要實施質量管理和控制的生產過程，都要應用到可靠性較高的測試單元，這樣有利于對產品的性能進行檢測。隨著科學技術的發展，尤其是材料科學、計算機技術、微電子技術的快速發展，在電子、機械、航天等領域都需要依靠測試技術，而測試單元作為測試技術實施的重要載體，在與其他領域交叉應用時，對其并行設計原理進行研究十分重要。在提升產品性能和產量的同時，也能為企業帶來更多的經濟效益。

關鍵詞：并行設計;工業產品;測試單元

0? 引言

筆者在深圳某生產電子產品音頻組件的上市公司跟崗實習時，參與了其微型揚聲器生產線測試組件的搶修與維護工作。測試組件作為自動化生產線的重要部分，對生產線的運行與良品率起到重要作用。在自動化生產中，可以通過測試的方式去獲取各種有效的信息，全程監督機器使用情況以及生產的過程，這樣可以達到提升產品質量的目的。現如今，由于測試與研發處于產品設計的不同階段，往往注重機電功能測試，與具體行業融合的測量要素測試只注重傳感設備選型，而對測試單元全生命周期內的質量、成本和可靠性考慮不足，導致后期維護成本增加、設計頻繁修改等問題的出現，進而對整個項目的應用都產生了嚴重的影響。本文以測試單元的并行設計為例，對工業產品測試單元的設計流程進行了并行化設計探討，完善了設計體系，對生產線系統的穩定運行提供了較好的保障。

1? 并行設計的內涵簡析

并行設計是對產品及其相關過程（包括制造和支持過程）進行并行和集成設計的系統方法。在傳統產品開發基礎上實施改進方案，考慮產品概念設計到報廢處理的整個生命周期內的所有因素，并成立產品并行設計的團隊和小組，將各相關影響因子納入設計中，不斷完善產品性能，實現設計更加科學合理化。隨著信息智能化時代的來臨，工業產品測試單元在提高生產率、保證產品質量方面的作用越來越大，對它的穩定性和可靠性也提出了較高的要求。因此，為了提升設計能力和產品性能，企業應該與時俱進，緊跟時代發展步伐，在提升產品開發速度的基礎上，提升自身創新能力和設計自動化水平，這樣才能更好的適應經濟發展的需求。同時，企業應該無論是從管理模式、研發過程還是設計方法上都應該進行整體的優化和改進，從根源上解決問題，從管理模式上看，應成立由各方面專家組成的并行設計小組，以協調集成設計時的各階段矛盾;從研發過程來看，應根據制定的研發標準與功能實現要求，將各階段的研發成果納入并行設計的檢測體系;從設計方法來看，應遵行系統化、信息化、并行化的設計理念，以保證各子系統既完成自身功能，又有機融入整體。目前，并行設計技術在生產制造的各個領域中得到了廣泛的應用，不僅可以節省生產成本，減少開發時間，對提升企業產品競爭力和提升設計準確性有著重要的作用和意義。

2? 測試單元設計現狀分析

2.1 內部組織各自為政

許多項目開發人員對測試單元的開發和應用都存在著錯誤的認識，他們認為，測試單元研發只是產品要求功能的一對一實現，達到設計要求即項目結束，測試研發人員也只需按照產品現有的情況和需求循規蹈矩的進行方案設計。新品的驗證和發布后，測試單元正常工作就可以了，無需對后續環節負責。其次，每個部門都只關注自身部門的工作是否完成，對其他部門工作內容和流程也不了解，這樣直接導致各個部門之間缺乏溝通和交流，不利于測試單元的開發工作。由此可見，如果各個部門在工作中，只重視自身的工作情況，而不和其他部門和企業進行合作溝通，將會對整體的項目開發進程和后續維護造成很大的影響。最為關鍵的是，如果某系統發生問題，各個部門都互相推諉責任，這樣不僅不能處理實際問題，還會直接降低新產品的開發速度。

2.2 設計過程缺乏主動性，自主創新能力差

在常規設計流程中，信息傳遞都是單向、無序的[1]。產品設計師經常都在不了解測試或在沒有和測試技術人員溝通的前提下，擅自改動一些影響測試的關鍵產品特征，產品上單方面的小修改就會造成整個設備的大調整和改動，這種被動的設計方式將會增加測試研發成本和工作時間。其次，由于部分企業自身技術規模不足的原因，在再加上企業技術人員對測試單元本身也處于自主研發能力較為薄弱的階段大部分企業在測試單元設計中依然采用的是傳統模塊技術，只注重功能實現，對測試單元的系統穩定性和可靠性要求缺乏先進技術與手段的支持。只有少部分企業會引進先進技術，借鑒國外先進測試單元的方法，與時俱進改善自身的設計，但往往是借鑒和模仿，缺乏更高層次的創新能力。

2.3 設計結果無法滿足需求，后期設計修改多

在測試單元的設計中，各部門的工作任務都是解決測試單元的某單一功能實現，由于工作考慮問題角度以及對設備需求存在著不同，在常規設計流程中，經常忽略用戶提出的建議。就算開展了實踐調研工作，往往由于各種限制，也沒有將調研結果完全付諸于實際設計中。進而產生了測試研發人員設計出來的產品和實際需求存在著偏差的問題，最后導致產品線難以調整和修改。其次，國內大部分企業都不重視開發初期的測試工作，在產品設計中直接忽視初期測試，導致在項目后期批量生產中才會發現產品質量問題，這樣不得不重新返工設計，不僅耗費大量的時間，也提升了研發成本。

3? 工業產品測試單元設計的原則和要求

首先，測試單元需要不斷提升設備元件的標準化和適應化程度，盡可能的選用供應商提供的常規化標準化零件，這樣在縮短設備制造時間的基礎上，節省一定的設備生產成本。其次，測試單元的設計一定要全面確保技術人員的操作安全，配備相關的安全防護裝置以及安全警示語，避免用戶在使用過程中對人身造成威脅和傷害[2]。最后，在工業產品測試單元設計中，應該預留出充分的操作空間，讓工作人員在自由無障礙的區域開展設計工作。同時，要考慮到維護和使用的方便性、人機工程性，避免將容易損壞的配件放在隱蔽的位置，或是被周圍的設置阻擋，進而影響工作人員對測試單元內部情況進行觀察和檢測。如果需要經常更換的零件處于設備的隱蔽位置，并且上方有遮擋物，將導致工作人員無法用肉眼及時觀察到情況，也無法簡便的用工具對零件進行更換，如果需要拆換，需要工作人員進行較大范圍的拆裝作業，如果作業空間狹窄，又長時間的工作，容易產生疲勞感，影響搶修工作的順利進行。

4? 基于CD-TED體系的設計實踐分析

4.1 CD-TED體系組織形式的應用

CD-TED（Test Equipment Development based on Concurrent Design）是基于并行設計的工業產品測試設備開發體系，是南京航空航天大學的章佳首先提出的，其關鍵是制定好相關DFT（可測試性設計）規則，項目測試負責人對各個方面的工程技術人員進行項目組織，制定DFT規則和標準，并將所提出的DFT相關成果都貫徹到所有的測試工作環節中。同時，聯合各個部門開展關于DFT規則的討論和培訓，組織所有部門的負責人對DFT規則提出有效的改進建議，主要探討內容時關于DFT系統后續的開發和應用，并且開展科學合理的測試設計[3]。其次，加強IPT（集成產品開發團隊）的建設，根據CD-TEC體系組織形式，將多個部門的核心技術人員集中在一起創建IPI小組，小組建立主要是為內部工作交流溝通實行系統設計而成立。

4.2 產品多功能測試單元的開發

根據某公司提供的微型揚聲器產品，對產品每個環節進行測試，在測試過程中，需要檢測每一個生產線連接器，確定信號輸入值和輸出值，并且每一個產品上都要連接多個連接器。而傳統的手動測試方式在大批量生產中無法達到高效率要求，必須要采用專門的測試單元實施檢測，這樣可以全面促進生產效率的提升。其次，這款產品并不是單一的產品形式，根據不同手機廠商設計不同，而有不同參數要求，需要對系列產品測試單元進行集成式并行開發，預留相關參數的測試參數，以適應不同手機產品的揚聲器性能要求。由此可見，如果想要快速的設計出合格的檢測設備，就應該促使測試單元滿足多款產品的應用需求，并且也能對產品的子裝配進行全面測試。微型揚聲器產品如圖1所示。

4.3 CD-TED體系設計方法的主要運用

在測試單元設計中，首先應該提出明確的設計要求，每個階段的CD-TED流程安排都需要跟上被測產品的設計進度，相比起常規的設計流程，CD-TED流程定義應該在產品概念設計階段就應該參與到項目中，嚴格制定產品設計計劃時間，每個階段發布時間控制在產品發布的一周時間內，與被測試產品開發緊密并行，這樣可以及時的獲取被測產品的設計新型，也能第一時間避免產品對測試的不良影響。按照設計要求，對CD-TED的設計樹進行檢索，將樹的各分支節點設計作為設計的主要方面，在設計中，各模塊之間雖然尺寸有差別，但是檢測項目大同小異，所以設計人員在實際檢測設計時，可以將它們一起測試。同時，為了避免設備之間產生干擾問題，應該以設備蓋板為主進行封閉處理，以方便隨時取放被測件。最后，在CD-TED設計中，人機工程是一項相當重要的參考因素，為人員預留充足的操作和維護空間，確保產品在測試時能合理檢修，設計人員能對導向裝置進行固定處理，這樣可以防止測試產品和設備之間的影響和干涉。

5? 結束語

綜上所述，工業產品測試工作涉及的內容、學科以及部門都十分復雜和龐大，通過在測試單元設計中充分運用了CD-TED體系設計方法，不僅解決了常規設計流程的缺陷和不足，還體現出了其長期規劃、周密計劃、預防為主的設計特征，在節省項目開發成本的基礎上，有效提升設計效率，提高生產企業的設計水平。

參考文獻：

[1]王晗迪，張羽熙.基于并行設計的工業產品測試設備的設計分析[J].現代制造技術與裝備，2017（12）：71-72.

[2]章佳.基于并行設計的工業產品測試設備的設計研究[D].南京航空航天大學，2011.

[3]張世炯，張思琛，宋文濤，曹建安.機載線纜的分布式并行測試系統設計與研究[J].測控技術，2017，11.