微波組件自動化產線測試工位建設方案

摘? 要：文章從總體架構上討論了微波組件自動化產線測試工位建設方案，對方案的功能、總體設計、硬件方案設計和軟件方案設計進行了詳細描述。通過該方案的建設，實現了產品測試過程的信息化、自動化及無紙化，實現了與MES、PLM等系統的對接，實現了微波組件產線的數字化轉型，生產效率得到大幅提升，并提高了測試數據的分析能力。

關鍵詞：自動測試系統;測試工位;自動化;微波組件;MES

中圖分類號：TP278;TP311.1? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）05-0181-04

Construction Scheme of Test Station for Automatic Production Line of

Microwave Components

FU Tao

（Ceyear Technology Co.，Ltd.，Qingdao? 266555，China）

Abstract：This paper discusses the construction scheme of the test station of microwave components automatic production line from the overall architecture，and describes the function，overall design，hardware design and software design of the scheme in detail. Through the construction of this scheme，the informatization，automation and paperless of product testing process are realized，the docking with MES，PLM and other systems is realized，the digital transformation of microwave components production line is realized，the production efficiency is greatly improved，and the analysis ability of test data is improved.

Keywords：automatic test system;test station;automation;microwave components;MES

0? 引? 言

隨著科學技術的發展以及數字化轉型的大趨勢以及人口紅利的日漸降低，社會的各行各業都在進行自動化生產線的建設，以解決日益增長的產品需求與人力成本上升的矛盾。

微波電子產品是廣泛應用于5G通信、雷達、電子對抗等領域的一類技術復雜的電子產品，在研制與生產過程中，需要采用各種儀器儀表對多種參數進行測試。微波電子產品的測試一般呈現測試參數種類多、測試通道多、測試狀態多、測試儀表多、測試時間多的“五多”特點，通常情況下采用自動測試系統的解決方案解決測試效率的問題。現階段，自動測試系統一般采取“測試儀器+開關矩陣”的方案，實現微波電子產品的自動測試。一方面，自動測試系統由于引入了開關矩陣，無形中延長了信號傳輸路徑，基于微波頻段高的特點，傳輸路徑延長會惡化測試指標準確度，給工業生產帶來測試誤差;另一方面，大多數自動測試系統作為綜合性的測試設備，重點強調測試功能，在生產過程中，屬于相對獨立的設備，與其他信息化系統之間交聯還處于初級階段，在數據管理與數據應用方面比較弱，已經無法適應性數字化轉型時代的測試需求。

本文以微波組件生產線測試需求為牽引，設計了一套微波組件自動化產線測試工位建設方案，實現產品測試的信息化、自動化及無紙化，實現與其他生產制造系統的對接，提升生產制造的信息化及數字化程度的目標設計，并結合多款部件、模塊、單機的測試需求進行自動測試開發，主要用途是自動測試，能夠對各模塊進行功能指標檢測，以驗證其功能性能指標是否符合要求。通過對測試環境進行自動化、信息化升級，從而提高測試效率，提高測試數據的分析能力。

1? 建設方案功能設計

微波組件自動化產線測試工位建設方案的總體功能為：

（1）測試工位可以組成局域網絡，所有與產品相關的測試程序、測試指標、測試結果等信息均儲存于服務器;用戶可通過終端進行自動測試或數據查詢分析。

（2）能夠通過GPIB、LAN、RS232、USB等接口方式實現與測試儀表（如頻譜儀、信號源、矢量網絡分析儀、噪聲儀等）和待測產品的通信。

（3）測試系統具備可配置功能，針對不同類型產品具備對測試數據、測試指標上下限、測試程序腳本、調試方法、測試工位、線損、設備、報表模板等的配置功能。

（4）測試管理功能，系統具備對待測產品狀態、測試指標、測試程序、測試執行過程、測試數據、測試結果、測試儀表以及測試報告、不合格品及維修信息等的精細化管理能力。在系統中能夠記錄并快速查詢到產品的測試指標、測試程序版本、測試結果、測試時間、測試人員以及使用的測試儀表型號，儀表序列號，不合格品及維修記錄等信息。

（5）實現數據的即時處理和分析功能。針對后臺數據庫提供形式多樣的測試結果查詢和統計分析系統，提供豐富的數據分析和報表。并通過不斷地積累，與所存儲產品的原始數據一起，形成各類產品的經驗數據，逐步形成各類產品的組織資產。

（6）實現人員、儀器儀表、物料和環境的數據自動采集和狀態顯示。

2? 建設方案規劃

綜合考慮微波組件特點和復雜的業務面，將測試組件分為四大類：射頻類組件、功放類組件、信號處理類組件和天線類組件。根據四類組件類型統籌規劃分別設計相應的測試工位。

建立以工位離散型為主的生產調試/測試線布局，能形成一定頻率的流轉，并更具有柔性和布局調整的能力。通過合理的工位設計、夾具設計、精益管理流程，以標準化的生產調試/測試工位設計和合理化的生產線布局設計為基礎，實現符合質量管理要求和規范的柔性產品調試/測試生產線。在不斷提升產品質量，優化科研生產流程的過程中取得很好的效益。

測試工位采用“基本配置+測試設備”的建設方案。基本配置為每個測試工位的標配，主要配置與人、機、料、環相關的數據采集設備、傳感器、顯示設備等，實現人員、儀器儀表、物料和環境的數據自動采集和狀態顯示。

測試設備應涵蓋微波組件的自動測試需求，包括供電設備、微波信號發生設備、微波信號分析設備、狀態控制設備等，測試設備應具有通過GPIB、LAN等測試總線控制的功能。

3? 建設方案總體設計

面向任務需求，結合工藝流程，按照流水線的方式，將電子系統部件、模塊、單機的調試線和測試線整合為一體，進行協同控制與運行，解決測試的人為操作干預影響問題、信息孤島/應用孤島/硬件孤島問題以及適應定制化復雜管控與柔性擴展的問題，系統架構如圖1所示。

根據測試需求，提供平臺化測試解決方案，應用于多種產品的測試。該系統平臺基于C/S架構，采用虛擬儀器技術、腳本引擎技術以及通用儀器驅動庫技術，通過計算機軟件控制不同類型的測試儀器、測試工裝、待測設備等實現不同環境條件的測試解決方案。系統提供網絡平臺化測試系統架構，適用于多種器件、單板和整機產品的測試及篩選試驗。可根據實際測試要求對測試工位和測試儀表進行合理化搭配組成局域網絡，實現分布式測試和測試數據集中管理。用戶可通過配置終端靈活配置測試指標、自動測試用例腳本、測試流程等信息。自動測試終端根據配置信息自動調用儀器驅動自動執行測試用例，獲取測試數據并進行合格性判斷，并將所有信息存儲于后臺數據中心。數據處理中心實現對產品的合格性判斷、并提供測試用例管理、即時數據分析報表展示、不良品調試信息管理和安全管理等服務。同時支持多個不同類型產品的自動測試應用。配合工位合理劃分，最大限度地提升測試效率。

4? 硬件方案設計

根據業務需求，為生產線測試單元配置多個并行測試工位進行同步實施，單個測試工位布局設計如圖2所示。

每個測試工位同時、并行對待測試微波組件進行測試，每個待測件上應貼有標明其唯一身份信息編號的條形碼;每個測試工位配備的設備有：儀器儀表（根據測試功能不同選配不同的儀器設備，S參數測試功能一般選配一臺矢量網絡分析;功率參數測試功能一般選配一臺信號發生器和一臺功率計，頻譜參數測試功能一般選配一臺信號發生器和一臺頻譜分析儀等），一臺計算機、一套溫濕度傳感器和數據采集卡、一個指紋識別器、一套儀器開關機狀態監視設備和一個條碼掃描器。首先，條碼掃描器讀取組件的標識信息，之后通過計算機驅動相應測試儀器設備將原本需要反復多次進行的人工手動操作簡化為智能向導及“一鍵式”操作，提供狀態設置、數據采集、數據分析、報表輸出與本機維護等功能，輔助操作用戶按照技術要求完成工作頻段內的參數測量及其指標合格性判定的自動控制，并且具有測試數據自動處理和報表生成功能;每個測試工位的測試數據除在本機內進行保存、調用等功能操作外，還可以通過網絡化測控與信息交互總線和網絡交換設備將海量數據高速傳輸、存儲于每條生產線的主控終端（主控計算機），該主控終端裝載有為生產線定制研發的組網管理軟件，該軟件可以為生產、質量等職能管理人員提供日志查詢、數據查詢、統計分析、報表生成、用戶管理、資源管理與數據管理等諸多功能，以輔助實現規模化量產過程中的業務數據統計分析與產品質量管控的任務目標。

一套溫濕度傳感器和數據采集卡、一個指紋識別器、一套儀器開關機狀態監視設備，主要是對人員的信息、環境的信息和儀器設備的狀態信息進行采集。

5? 軟件方案設計

系統軟件部署在工位的控制計算機，主要對工位儀器設備、電源進行集中控制;同時采集設備運行數據，對溫濕度進行檢測監控，對異常報警;利用條碼、二維碼等識別物料、設備、人員并對作業狀態進行監控;同時能夠對被測組件進行性能測試。

軟件總體方案如圖3所示，整個軟件框架從上到下依次分為四個層次。

5.1? 展示層

展示層包含三維工位仿真環境（人員信息、產品及物料狀態、工位負荷和產出展示）、測試任務展示、工業流程圖展示等一系列組件。

該層實現系統與用戶間的交互，提供了三維虛擬集成環境，以三維方式展示工位布局、工位的環境信息、操作人員信息、產品及物料狀態、工位內作業指導、過程數據、數據報表，還包括工位負荷等統計信息。

5.2? 管理層

管理層包括用戶登錄、任務執行及監控、工位布局編輯、異常處理、儀器管理、作業指導等一系列組件，是用戶界面的后臺執行者。通過該層，系統可以在響應用戶操作的同時，向上面的展示層提供數據，通過通信、數據庫層向下面的測控、監控層各組件發送信息，從通信和數據庫層讀取環境數據、任務數據、測試數據、物料數據、人員數據、儀器狀態等，根據這些數據對工位進行管理。

5.3? 數據、通信層

數據、通信層包括通信中心和數據庫代理兩個組件和數據庫，用于實現上下層各組件的通信和數據交換。

其中通信中心組件是上下層的通信中介。由于上下層各組件并不在同一線程，相互間通信需要進行復雜的跨線程處理;而各組件部署在不同設備上，它們的通信需要進行更復雜的跨設備處理，通過通信中心組件實現跨線程和跨設備通信功能，扮演一個通信中介的角色，這大幅降低了其他組件的開發難度，從而提高軟件的開發效率。

數據庫代理組件是上下層各組件的數據交換中介，該組件實現對數據庫的存儲和讀取功能，上下層各組件只需要將數據發送給數據庫代理組件或從數據庫代理組件讀取數據，而不需要自己實現數據庫存錢功能，從而提高各組件效率。

5.4? 測試、監控層

5.4.1? 性能測試

在測試任務中，需要對每個物料進行多項性能指標測試。物料性能指標測試涉及對儀器和物料的控制以及與數據庫的交互，性能測試部分的軟件框架如圖4所示。

如圖4所示，性能測試部分包括了各指標測試組件、各儀器的IVI驅動程序、各被測件的驅動程序等幾個部分

5.4.2? 環境監控

在測試過程中，需要時刻監控各工位的濕度和溫度等環境數據，以保證物料在一個滿足測試要求的環境中進行老煉試驗。在本項目中，我們將開發一個單獨的軟件——環境監控來實現，之所以開發一個單獨的軟件而不是將其作為終端軟件的一個功能模塊，是考慮到該部分功能相對于性能測試、儀器狀態監控以及人員和物料數據采集等幾部分功能相對獨立，作為一個獨立的程序運行，有利于該部分軟件的復用。環境監控程序雖然是一個單獨的軟件，卻不是一個孤立的軟件，環境監控程序可通過網絡和數據庫與系統中的其他軟件交互，既可以本地操作也可以接收系統其他軟件控制，與系統其他軟件完美地融合在一起。環境監控程序的軟件框架如圖5所示。

如圖5所示，環境監控程序包含了三層：界面層、通信層和監控層，實現狀態顯示、環境數據與系統軟件的通信以及環境的實時監控等。

6? 實用案例

圖6為某功放模塊產品的自動化產線，由多個測試工位組成。每個測試工位由移動工作臺、測試儀表和自動測試軟件等組成。

一個操作人員可操作4～5個測試工位，主要動作為取放功放模塊。功放模塊放置到工位后，由氣動工裝自動完成待測功放模塊測試端口與測試儀器的連接。測試工位的測試用例執行和測試數據保存、測試報告生成由自動測試軟件自動完成，所有的測試數據以結構化方式存儲到后臺數據庫，自動測試軟件通過條碼進行產品狀態和工序識別，支持混線測試。自動測試軟件測試過程中，可以完成監視產品的溫度和環境的溫濕度等功能，并對功放模塊進行安全保護，產品過熱將會進行報警或終止測試等。

7? 結? 論

本文論述了微波組件自動化產線測試工位建設方案，包括總體方案設計、硬件方案設計和軟件方案設計等內容，并以某功放模塊為被測對象，搭建了某功放模塊產品的自動化產線，將生產效率提升了30%以上，提高了測試數據的分析能力。

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作者簡介：付濤（1979.04—），男，漢族，山東巨野人，助理工程師，本科，研究方向：測試應用技術與市場動態。