工業(yè)軟件在電子信息制造中的質(zhì)量控制與監(jiān)測

李 慶 王耀輝 于嘯塵

（太極計算機股份有限公司，北京 100102）

工業(yè)軟件被廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造領(lǐng)域，具有較強的產(chǎn)業(yè)滲透性和影響力，是將工業(yè)制造流程和生產(chǎn)工藝轉(zhuǎn)換為數(shù)字化、信息化、智能化展示的軟件大類，可為工業(yè)生產(chǎn)制造提供技術(shù)支撐，具有非常重要的應(yīng)用價值[1]。隨著工業(yè)制造逐漸向智能化、數(shù)字化發(fā)展，工業(yè)軟件成為工業(yè)制造實現(xiàn)智能化、數(shù)字化的重要保障，是其“大腦”和“靈魂”[2]。工業(yè)軟件是工業(yè)技術(shù)或知識、行業(yè)經(jīng)驗、流程的程序化封裝和復(fù)用，包括嵌入式、生產(chǎn)管控類、研發(fā)設(shè)計類和管理運營類，其中生產(chǎn)管控類軟件分為制造執(zhí)行系統(tǒng)軟件和工業(yè)控制系統(tǒng)軟件。在電子信息行業(yè)制造中，傳統(tǒng)質(zhì)量控制與監(jiān)測方法存在較多缺陷和不足，主要體現(xiàn)在監(jiān)測周期較長、監(jiān)測時效差以及準確率較低等，無法及時、準確監(jiān)測生產(chǎn)制造過程中存在的質(zhì)量隱患[3]。工業(yè)軟件Industrial Software能夠改善上述問題。在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的各類軟件，例如中間件、系統(tǒng)軟件和編程語言等，均能為生產(chǎn)中的質(zhì)量控制與監(jiān)測提供精確的數(shù)據(jù)支持，實現(xiàn)可視化管理，提高監(jiān)測效率[4]。因此，該文引入工業(yè)軟件，進行電子信息行業(yè)制造過程中的質(zhì)量控制與監(jiān)測應(yīng)用研究。

1 我國工業(yè)軟件在電子信息行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與特征

目前，我國工業(yè)軟件的市場應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)規(guī)模還無法滿足現(xiàn)代化工業(yè)規(guī)模的發(fā)展要求，原因是我國具備非常完備的生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)鏈，特別是電子信息生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)，經(jīng)過幾十年的發(fā)展和更新?lián)Q代，已經(jīng)形成了較完整的現(xiàn)代化工業(yè)體系。和一般的軟件相比，工業(yè)軟件具有更高的技術(shù)性與專業(yè)性。在工業(yè)軟件研發(fā)過程中，工業(yè)軟件的研發(fā)體系更復(fù)雜，其研發(fā)難度和研發(fā)成本也更高。一些關(guān)鍵的核心算法（例如幾何建模引擎等）具有較強難度，在模型的構(gòu)建優(yōu)化過程中，還需要大量工業(yè)生產(chǎn)與運行數(shù)據(jù)來支撐，這些都需要經(jīng)過長期的實踐和積累。目前，我國工業(yè)軟件市場競爭存在低端軟件開發(fā)過多、高端工業(yè)軟件開發(fā)較缺乏的矛盾，工業(yè)軟件市場普遍缺失對關(guān)鍵性核心技術(shù)的掌握，尤其是在較高端的產(chǎn)品研發(fā)和設(shè)計類的軟件上，存在過度依賴國外先進技術(shù)的問題。同時，工業(yè)軟件的開發(fā)應(yīng)用存在與實際工業(yè)生產(chǎn)脫節(jié)問題、工業(yè)軟件的實際功能較弱等缺點，導(dǎo)致部分工業(yè)企業(yè)認為工業(yè)軟件的使用并不能完全實現(xiàn)企業(yè)的生產(chǎn)目標，加上工業(yè)軟件迭代優(yōu)化速度較慢、更新成本過高等因素，導(dǎo)致工業(yè)軟件市場發(fā)展緩慢。

2 電子信息行業(yè)制造過程中的質(zhì)量控制與監(jiān)測

工業(yè)軟件也同時具備了工業(yè)屬性和軟件屬性，是工業(yè)數(shù)字化、信息化的重要基石。作為工業(yè)技術(shù)和軟件技術(shù)融合的產(chǎn)物，在需求與應(yīng)用方面需要深度依賴完整的工業(yè)技術(shù)體系，其中軟件是載體、工業(yè)是內(nèi)核，全面而系統(tǒng)地體現(xiàn)了工業(yè)技術(shù)的特點。作為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)軟件化的產(chǎn)物，工業(yè)軟件的本質(zhì)就是以軟件的形式收集、儲存工業(yè)制造中應(yīng)用的技術(shù)和相關(guān)經(jīng)驗，以解決工業(yè)生產(chǎn)制造過程中的相應(yīng)問題。

2.1 基于工業(yè)軟件的制造質(zhì)量數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理

在該文設(shè)計的電子信息行業(yè)制造過程中的質(zhì)量控制與監(jiān)測方法中，需要先通過工業(yè)軟件采集制造質(zhì)量數(shù)據(jù)并對該數(shù)據(jù)做預(yù)處理，以實現(xiàn)高精度、高時效性采集制造質(zhì)量數(shù)據(jù)的目標，為后續(xù)的質(zhì)量控制與監(jiān)測提供有力的數(shù)據(jù)支持。綜合考慮電子信息行業(yè)生產(chǎn)制造流程復(fù)雜、規(guī)模龐大和精密度要求較高的特征，該文選用2種適配度較高的工業(yè)軟件，分別為移動終端軟件與設(shè)備終端軟件。1）移動終端軟件自動識別與采集。電子信息行業(yè)制造過程可以采用RFID、條形碼等方式，識別并采集制造質(zhì)量數(shù)據(jù)，自動化性能較強，在制造質(zhì)量數(shù)據(jù)采集完成后自動存儲并進行管理。移動終端工業(yè)軟件能夠?qū)崟r將采集的制造質(zhì)量數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸?shù)诫娮有畔⑿袠I(yè)數(shù)據(jù)庫，具有高效性與準確性[5]。2）設(shè)備終端軟件自動采集。根據(jù)制造過程的實際工況和特征，利用設(shè)備終端工業(yè)軟件有針對性地采集制造質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)信息，自動對數(shù)據(jù)信息特征進行提取與變換[6]。該數(shù)據(jù)采集方式更適用于數(shù)據(jù)量龐大的制造過程，通過工業(yè)軟件的數(shù)據(jù)分析功能，對采集的數(shù)據(jù)進行有效分析，提高數(shù)據(jù)采集結(jié)果的準確度。

制造質(zhì)量數(shù)據(jù)采集完成后，需要對數(shù)據(jù)集內(nèi)存在的干擾數(shù)據(jù)和異常值進行修正處理，以提高制造質(zhì)量數(shù)據(jù)集的準確性。針對數(shù)據(jù)量龐大且對制造過程質(zhì)量影響較小的數(shù)據(jù)，可以采用直接刪除的方式，刪除空值所屬因素；針對數(shù)據(jù)集內(nèi)關(guān)鍵制造質(zhì)量特性數(shù)據(jù)，要利用工業(yè)軟件重新測定數(shù)據(jù)。針對數(shù)據(jù)量較少且對制造過程質(zhì)量影響較大的數(shù)據(jù)，可以采用自動填充方法對異常值、空值進行填充。

2.2 電子信息行業(yè)制造過程自動線監(jiān)測

完成上述制造質(zhì)量數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理后，需要將采集的制造質(zhì)量數(shù)據(jù)輸入在線監(jiān)測裝置中，再對制造過程自動線進行全方位監(jiān)測。在電子信息行業(yè)制造過程中，自動線監(jiān)測主要包括3個組成部分，分別為產(chǎn)品上料區(qū)上料、制造質(zhì)量參數(shù)檢測以及產(chǎn)品下料區(qū)下料[7]。根據(jù)該制造工序，該文設(shè)計了制造過程自動線全過程監(jiān)測，監(jiān)測流程如圖1所示。

圖1 制造過程中自動線監(jiān)測流程示意圖

如圖1所示，該文設(shè)計的自動線監(jiān)測覆蓋了電子信息行業(yè)的所有制造工序，工件根據(jù)超差分流進行處理，篩選出質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果為合格的工件，進行激光打標。

2.3 制造過程質(zhì)量控制

電子信息行業(yè)制造過程自動線監(jiān)測完成后，要結(jié)合自動線監(jiān)測結(jié)果與不合格定性質(zhì)量特性，對定量型質(zhì)量特性進行全方位數(shù)據(jù)挖掘。將具體的參數(shù)質(zhì)量監(jiān)測值映射到對應(yīng)的等級帶，建立制造質(zhì)量映射模型，反映制造過程中質(zhì)量的動態(tài)變化，進而有針對性地對制造過程質(zhì)量進行全方位控制[8]。

設(shè)定電子信息行業(yè)制造過程中某一質(zhì)量特性為x，將上述采集的制造質(zhì)量數(shù)據(jù)進行離散化處理，降低數(shù)據(jù)的復(fù)雜性。設(shè)定制造質(zhì)量特性的測量值為xi=（i=1，2，...，n），制造質(zhì)量特性的公稱尺寸為xa，制造質(zhì)量特性的最大值為xmax，制造質(zhì)量特性的最小值為xmin。此時，計算電子信息行業(yè)制造過程中質(zhì)量最大偏離距離如公式（1）所示。

根據(jù)質(zhì)量最大偏離距離計算結(jié)果劃分制造質(zhì)量特性等級，建立制造工序與特性等級間的映射關(guān)系，全面反映制造過程中質(zhì)量的動態(tài)變化情況。根據(jù)制造過程中質(zhì)量的動態(tài)變化，識別不合格產(chǎn)品和可能存在質(zhì)量隱患的產(chǎn)品，劃分不合格品等級，見表1。

表1 電子信息行業(yè)制造質(zhì)量不合格品等級劃分表

根據(jù)表1對制造過程中質(zhì)量不合格產(chǎn)品進行等級劃分，并對各類不合格產(chǎn)品做出標識。不同不合格產(chǎn)品的質(zhì)量等級對應(yīng)的質(zhì)量控制措施也存在較大差異，具體如下。1）報廢處理。主要應(yīng)用于I級的零讓步類不合格產(chǎn)品。當制造中的產(chǎn)品未達到標準要求或不符合預(yù)期使用目的時，應(yīng)采取直接報廢的方式進行處理。2） 降級使用處理。應(yīng)用于II級的不合格產(chǎn)品，通過相應(yīng)的產(chǎn)品制造處理程序，放行或降級使用該類產(chǎn)品。3）返修處理。應(yīng)用于III級的開具返修通知單類不合格產(chǎn)品，根據(jù)預(yù)期用途或使用目的，對其進行修復(fù)性處理。4）返工處理。應(yīng)用于V級的開具返工通知單類不合格產(chǎn)品，根據(jù)產(chǎn)品的預(yù)期用途或使用目的，進行二次加工處理，直至產(chǎn)品滿足標準要求為止。

完成上述質(zhì)量控制措施后，質(zhì)檢部門對處理后的不合格產(chǎn)品再次進行檢驗，跟蹤管理并復(fù)檢確認其制造質(zhì)量，實現(xiàn)對制造全過程的質(zhì)量控制與監(jiān)測。

3 試驗測試和分析

為了驗證該文提出的質(zhì)量控制與監(jiān)測方法的可行性和應(yīng)用效果，確保該方法能夠達到預(yù)期設(shè)計目標，該文進行了試驗測試和分析。試驗測試過程中，分別設(shè)置一個試驗組與2個對照組，其中試驗組便是該文提出的基于工業(yè)軟件的電子信息行業(yè)制造過程中的質(zhì)量控制與監(jiān)測方法，對照組1是文獻[3]提出的方法，對照組2是文獻[4]提出的方法。通過比較3種方法的質(zhì)量控制與監(jiān)測應(yīng)用結(jié)果，判定上述提出的質(zhì)量控制與監(jiān)測方法的可行性。

3.1 試驗測試對象及理念

選取R公司為該文試驗的研究對象。在電子信息行業(yè)制造過程中，R公司采用了先進的安全理念，以保證生產(chǎn)工序順利進行。由于該公司建設(shè)規(guī)模龐大，零件設(shè)計與制造流程較復(fù)雜，對部件設(shè)計、生產(chǎn)質(zhì)量以及生產(chǎn)效率要求較高，導(dǎo)致制造過程中采取的質(zhì)量控制與監(jiān)測措施具有一定局限性，不能做到全方位、多維度的控制與監(jiān)測。另外，覆蓋范圍也較有限，降低了整體控制與監(jiān)測結(jié)果的整體性，導(dǎo)致電子信息產(chǎn)品生產(chǎn)水平較低，不利于提高企業(yè)發(fā)展效益。因此，該文將上述提出的質(zhì)量控制與監(jiān)測方法應(yīng)用到R公司中，模擬方法的整體監(jiān)測過程并檢驗其應(yīng)用效果，進而判定該文提出的電子信息行業(yè)制造過程質(zhì)量控制與監(jiān)測方法是否可行。

3.2 試驗測試及結(jié)果分析

完成上述試驗準備后，通過利用MATLAB模擬分析軟件，模擬3種質(zhì)量控制與監(jiān)測方法在電子信息行業(yè)制造中的應(yīng)用全過程，從而獲取3種方法的應(yīng)用結(jié)果。為了使試驗結(jié)果更清晰直觀，選取電子信息行業(yè)制造過程中的優(yōu)秀率為該文試驗的性能評價指標，其計算如公式（2）所示。

式中：Ms為電子信息行業(yè)制造過程中評價等級為優(yōu)秀的元件數(shù)量；M為電子信息行業(yè)制造過程中元件的總數(shù)量。

通過計算得出試驗的性能評價指標，P越大，說明評價等級為優(yōu)秀的元件數(shù)量越多，表明制造過程中的質(zhì)量控制與監(jiān)測效果越好；反之同理。為了使試驗結(jié)果更客觀，避免存在主觀偶然性，需要進行多組試驗，對其分別標號為R-01#、R-02#、R-03#、R-04#、R-05#以及R-06#。再測定并計算應(yīng)用3種方法后，R公司電子信息產(chǎn)品的效率和質(zhì)量層次，繪制成如圖2所示的性能評價指標對比示意圖。

圖2 電子信息行業(yè)制造優(yōu)秀率對比結(jié)果

根據(jù)圖2可以看出，應(yīng)用該文提出的基于工業(yè)軟件的質(zhì)量控制與監(jiān)測方法后，電子信息行業(yè)制造優(yōu)秀率得到顯著提升，評價等級為優(yōu)秀的元件數(shù)量始終高于另外2個對照組，優(yōu)秀率均達98%以上。由此可見，該文提出的質(zhì)量控制與監(jiān)測方法具有較高的可行性，能夠有效提升電子信息行業(yè)制造過程中的質(zhì)量和效率，減少產(chǎn)品的質(zhì)量隱患，顯著提升了應(yīng)用效果。

4 結(jié)語

綜上所述，為了提高電子信息行業(yè)制造過程中的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)制造過程存在的隱患，該文進行了基于工業(yè)軟件的電子信息行業(yè)制造過程中質(zhì)量控制與監(jiān)測方法研究。通過研究，全方位、多維度地對制造過程做出質(zhì)量控制與監(jiān)測應(yīng)用，及時獲取各類生產(chǎn)制造質(zhì)量的潛在隱患和問題，制定相應(yīng)的控制策略并加以改進。通過圖2的試驗評價指標對比結(jié)果可知，應(yīng)用該方法后，電子信息行業(yè)制造過程的評價等級為優(yōu)秀的元件數(shù)量更多，其中優(yōu)秀率達98%以上，應(yīng)用效果優(yōu)勢顯著，具有較高的實際應(yīng)用價值。