電子履歷下表貼制造過程的質量溯源研究

吳江進，黃海松，張松松

（貴州大學現代制造技術教育部重點實驗室，貴州 貴陽 550025）

1 引言

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

隨后在日本、美國等國也建立了相關的質量溯源體系；隨著科學技術的飛速發展，特別是計算機、物聯網、FRID數據采集等技術的發展下、國內相關學者也對質量追溯進行了相關的研究，進一步完善我國的質量追溯體系；國內學者對離散制造業產品質量追溯進行相應的研究[3-4]；同時也對疾病傳播[5]、空調風系統突發污染[6]、突發水域污染[7]等方面的溯源進行了研究。

表面貼裝制造過程是指從工人對產品的物料供應開始，到產品制造檢驗合格與否并進行入庫及售后管理的歷程。表貼產品質量與產品制造過程有著密切聯系，目前大部分企業都對自己的產品進行質量管理，著眼于提供企業產品質量、客戶滿意度、企業競爭力等。

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

針對上述分析，先對表貼產品制造過程中的質量信息進行分析，同時對產品建立具有唯一性的電子履歷，完成對制造過程相關信息進行系統的記錄，并基于此電子履歷，提出一種基于統計的產品質量溯源方法。實現對SMT制造過程質量信息的精準記錄，同時達到對SMT產品質量的溯源和管理。最終指導操作者和決策者對制造過程關鍵工藝、關鍵設備、關鍵人員的及時反饋和調整。

2 表面貼裝產品履歷信息分析

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

圖1 SMT制造過程人、機、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，包括材料供應商、各個工序中的操作員、程序員、物料檢測員、質檢員、管理層、監督層等。

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

物：即制造過程中所有的物料、產品及相關文件，如錫膏焊膏、PCB、BGA、LGA、QFN等元器件，焊劑以及廢料、工藝文件、質量文件等。

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

3 基于表貼產品制造過程的電子履歷構建

以前我國對裝備制造業等行業管理信息的采集和利用以傳統的紙質手工處理為主，因其存在無法實時采集大量數據、信息分散、準確性和一致性較差等問題，相關學者[10-12]通過利用計算機、數據庫等技術把以前的紙質履歷信息進行電子化記錄并稱之為電子履歷。文章基于Java 和HTML 語言，結合MySQL 數據庫中的SQyog工具進行SMT制造過程的電子履歷設計。其結構如圖2所示。

圖2 電子履歷結構圖Fig.2 The Structure of Electronic Resume

4 表貼產品制造過程質量溯源

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

圖3 產品標識編碼及掃碼信息示例圖Fig.3 An Example of Product Identification Coding and Scanner Information

表貼產品制造過程質量溯源系統應該具備以下幾方面的要求，首先對表貼產品進行標記，使其具有唯一產品標識，記錄產品身份信息編碼，實現表貼產品身份信息編碼的唯一性。其次是建立表貼產品制造過程質量信息數據庫，對表貼產品制造過程中的人、機、物等信息進行儲存，最后是要保證在產品質量發生問題時，用戶可以快速準確的獲取到表貼產品全面完整的產品質量信息。

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

及時準確地獲取質量數據是質量管理的關鍵［17］。通過建立電子履歷能實時準確的記錄表貼產品制造過程中的相關信息。表貼產品電子履歷主要功能是對表貼產品制造過程中的關鍵信息進行采集，包括第二節中的人、機、物等信息。

在表面貼裝過程中，質量信息較多造成了制造過程變量多，且變量具有多重相關性；這里把表貼產品制造過程中所有影響產品質量的參數記為自變量并設質量信息矩陣X、質量問題矩陣Y、權重矩陣ω：

式中：xi—質量信息參數。

式中：yi—質量問題參數。

式中：ωi—xi對yi的權重系數。

（1）假設Y=ωX，通過提供的k組數據(xk，yk)，進行k次迭代，求解出平均權重矩陣，同時對xi求平均值，形成合格品質量信息矩陣。

（2）通過另外的p組數據(xp，yp)進行測試，得到因變量與自變量之間的近似關系式：驗證關系式的有效性。

（3）在溯源時，通過輸入質量問題矩陣Y，并經過公式計算出質量信息矩陣X，然后計算，令為產品制造質量信息參數xi導致產品發生質量不良的概率矩陣，在數據足夠多時，X，Y服從正態分布且滿足六西格瑪原則。

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

表1 質量影響因子與六西格瑪及不良率對應關系表Tab.1 Corresponding Relationship Between Quality Impact Factors and Six Sigma and Undesirable Rate

在處理中，質量影響因子中數字越小等級越高，考慮到表貼生產的技術狀況，質量影響因子為4、5、6的記為是，用1表示，即為質量問題發生的部位，1、2、3為否，用0表示，即該點不為質量問題點。

5 實例驗證

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量信息為：物料批次、物料型號、采購人員、供應商及物料倉儲編號；制造過程的絲印過程中的質量信息為：產品批次、操作員、循環時間、印刷方向、印刷方式、印刷機壓力及印刷機速度；貼裝過程中的質量信息為：產品批次、操作員、拋料、貼裝數目、機械停止時間、時間、取料數量；回流焊過程中的質量信息為：產品批次、操作員、預熱爐溫、升溫速率、保溫爐溫、回流爐溫、冷卻爐溫、帶速、溫度變化曲線；檢測信息中關鍵質量信息為產品批次、檢測員、檢測設備、檢測結果、產品是否返修；入庫信息中關鍵質量信息為產品批次、入庫員、入庫編號、入庫時間。

基于Java 和HTML 語言，結合tomcat和MySQL 數據庫中的SQyog進行SMT制造過程的電子履歷設計，具體系統內容，如圖4所示。

圖4 電子履歷系統圖Fig.4 The Diagram of Electronic Resume System

5.2 基于統計的SMT質量溯源

以5個批次中5個系列產品作為研究對象，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，通過控制變量法進行實驗，實驗數據和結果，如表2所示。

實驗中，Y著色代表需要溯源，理論質量問題代表溯源結果，通過對比理論質量問題和實際質量問題計算溯源準確率，從表2中發現；溯源準確率為19/25=76%。其次發現針對加熱時間進行研究時，溯源準確率才為20%，通過分析；出現準確率低的原因有兩個：（1）SMT加熱時間可變范圍相對較大；（2）根據表1發現3σ與4σ之間不良率有60590個百萬分點，跨度較大，導致不良率處于3σ～4σ之間的溯源準確率降低。

表2 SMT溯源數據結果表Tab.2 The Results of SMT Traceability

6 總結

通過對表面貼裝制造過程相關工藝過程和工藝過程關鍵質量信息進行分析，最終以人、機、物三部分對SMT制造過程中質量信息進行分類，然后基于Java和HTML語言，結合MySQL數據庫中的SQyog進行SMT制造過程的電子履歷設計，并在此基礎上提出了一種基于統計的質量溯源方法，通過驗證，該溯源方法能對產品質量進行反饋、控制和分析；從而指導企業對關鍵設備、關鍵工藝、關鍵人員的調配和企業的原料倉管理、生產管理、設備管理、質量管理和溯源管理。并且分析了準確率較低的原因，因SMT制造過程中工藝和制造信息復雜，這里只選取了制造過程中的關鍵工藝和關鍵質量信息作為分析對象，因此會存在對少量質量信息遺漏的不足，這也是在接下來課題組對SMT全生命周期質量溯源研究的重點內容。