飛機上使用的黑匣子可以幫助我們分析飛機事故的原因,同樣道理,我們在電子制造業(yè)中也可設(shè)置一個類似黑匣子的數(shù)據(jù)記錄儀,對產(chǎn)品缺陷進行跟蹤及確定失效來源,提高成品率。

近幾年來,電子制造業(yè)的質(zhì)量已有了很大提高,以表面貼裝工藝為例,目前的不良率一般約在50～100ppm范圍。但很多電子公司把終極質(zhì)量目標(biāo)定為6σ(3.4ppm),這將是一個很難達到的指標(biāo)。當(dāng)面對一個表面上似乎不可能解決的困難時,跳出所處的環(huán)境從另一個角度來看往往可以得到一些對問題的不同看法。電子制造廠商通常采用一些質(zhì)量管理工具解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題,如統(tǒng)計過程控制(SPC)等。如果將類似的研究延伸到其他領(lǐng)域則可發(fā)掘出很多對解決問題有價值的信息,實際上電子制造業(yè)經(jīng)常出現(xiàn)的問題和其他行業(yè)對此類問題的解決方法有一種并行的關(guān)系。

例如航空業(yè)在降低故障率方面就一直走在前列,我們可以從統(tǒng)計學(xué)的角度來看飛行質(zhì)量究竟提高到了一個什么樣的水平:假如你每天任意乘坐一個航班,天天如此,按目前的故障率要2.6萬年以后你才會遇到一次空難。和傳統(tǒng)6σ質(zhì)量目標(biāo)的3.4ppm相比,航空業(yè)的質(zhì)量水平要比它高一個數(shù)量級。

對飛機事故資料的分析表明,過去20年中美國每一百萬商業(yè)飛行小時中發(fā)生空難事故的次數(shù)在0.013到0.7之間波動,歐洲平均為0.9,澳大利亞是0.3。

從另一個角度來說,如果空難事故以每百萬起飛次數(shù)來計,則全世界的平均值是1.5次,這也是6σ所代表的3.4ppm的一半。然而隨著乘飛機旅行人次總數(shù)的增加,如果這個數(shù)字沒有得到改善,那么到2010年估計每星期就要發(fā)生一起事故。因此,為達到如此之高的世界尖端級質(zhì)量水平,航空業(yè)采用了一些特殊的技術(shù)。

航空業(yè)質(zhì)量管理技術(shù)

“黑匣子”就是飛機故障分析中廣泛應(yīng)用的一種工具。美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)要求大型商用飛機和小型商用飛機、公務(wù)飛機以及私人飛機都要裝兩個記錄每次飛行信息的數(shù)據(jù)記錄儀,也即黑匣子,安裝的這兩個記錄儀可用來幫助推斷導(dǎo)致空難事故的原因。

其中一個黑匣子叫駕駛艙聲音記錄儀(CVR),用來記錄駕駛艙中無線電的傳輸和聲音。事故調(diào)查人員感興趣的聲音包括發(fā)動機雜音、失速警告、起落架伸出和收回的聲音以及其它咔咔聲和爆炸聲,從這些聲音中經(jīng)?？梢耘袛喑鍪鹿拾l(fā)生時的飛行參數(shù),如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)故障、空氣速度和事故發(fā)生的時間,同時記錄下來的還有與空中交通管制人員的通訊情況、自動無線天氣介紹、飛行員和地面控制人員或機組人員的談話等。這些數(shù)據(jù)和第二個黑匣子??飛行數(shù)據(jù)記錄儀(FDR)的數(shù)據(jù)結(jié)合在一起,可以提供造成事故以及事故發(fā)生過程的完整畫面。

FDR記錄的是飛行過程中的各種不同操作條件。按規(guī)定要求,剛出廠的飛機至少要監(jiān)測28種重要的飛行參數(shù),如時間、高度、空氣速度、方向和飛機的飛行姿勢等。而有些FDR能記錄300種以上不同的飛行特征信息以幫助調(diào)查,監(jiān)測的項目可以從副翼的位置到自動駕駛模式甚至是煙霧報警信號等任何事情。

有了從FDR取回的數(shù)據(jù),事故調(diào)查人員就能用計算機模擬再現(xiàn)出飛行的情況,將飛機的高度、儀表讀數(shù)、動力設(shè)定情況及其他飛行特征形象地表現(xiàn)出來。與僅僅分析飛機殘骸不同,這些模擬的動畫片可以使調(diào)查人員看到飛機出事前一瞬間的情形。在調(diào)查空難時,黑匣子里的信息是幫助判斷事故可能產(chǎn)生原因的主要工具之一。1996年環(huán)球航空公司800航班紐約長島空難的飛行調(diào)查中,美國國家運輸安全委員會曾說:“比起其他方面的調(diào)查,我們把更多的希望放在尋找黑匣子上。”

航空業(yè)使用黑匣子和傳統(tǒng)控制理論有一定的關(guān)系,傳統(tǒng)的控制理論認為像SPC之類的控制工具能顯示出在缺陷產(chǎn)生之前什么時候過程將失去控制,什么時候該采取糾正措施?？针y數(shù)據(jù)的分析結(jié)果通常表明,“空難是一系列單獨看都無關(guān)緊要的事件合在一起的最后結(jié)果”。一個事件在剛開始發(fā)生時可能是無關(guān)緊要的,或許它不會造成失去控制。所以說單獨的事件也許對引發(fā)事故并不重要,但是它們對防止發(fā)生空難卻意義重大。

許多質(zhì)量管理項目都在尋找“銀彈”或者說快速解決問題的方法,而實際上很多質(zhì)量部門都失敗了,因為他們只是徒勞地尋找問題產(chǎn)生的原因而不是解決那些被忽視而單獨看起來又無關(guān)緊要的問題。如果產(chǎn)生問題的任何一個原因受到重視,那么就可以避免發(fā)生類似的事件。

發(fā)生事故之后,黑匣子是用來回顧飛行數(shù)據(jù)的最好工具,它能使調(diào)查人員更好地理解導(dǎo)致事故發(fā)生的原因和造成空難的所有因素,以便采取適當(dāng)?shù)募m正措施。現(xiàn)在擺在我們面前的問題,就是要搞清楚這種黑匣子系統(tǒng)如何才能與SPC之類的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)協(xié)同使用,并確定類似的技術(shù)能否成功地用于電子制造業(yè)中。

電子制造業(yè)黑匣子可靠性模型

當(dāng)印刷電路板(PCB)之類的產(chǎn)品失效時,傳統(tǒng)的故障分析就是確定出壞的元件并且試圖弄清楚導(dǎo)致它損壞的原因。糾正措施中有時要工程師或技術(shù)人員等在機器旁,看看同樣的問題是否還會發(fā)生。當(dāng)缺陷率不斷下降時,平均無故障時間會增加,結(jié)果很容易錯過發(fā)現(xiàn)根本原因的機會。實際上這些努力最多只有50%有效,而且?guī)缀醪豢赡苷页瞿芗m正根本原因的措施。

目前正在進行一項研究,利用飛機上黑匣子的研究成果,看看它能否用于電子制造業(yè)中。首先對表面貼裝工藝的每個要素進行分析,以確定應(yīng)該由黑匣子記錄的數(shù)據(jù)(表1)。

可以利用內(nèi)部質(zhì)量記錄系統(tǒng),在軟件中加入幾個特性數(shù)據(jù)對工藝過程中所有要素提供完整的追溯性,從錫膏的批號到測試和檢查的數(shù)據(jù)。例如在絲網(wǎng)印刷時,生產(chǎn)線上每使用一瓶錫膏都將錫膏的批號掃描到系統(tǒng)中,這樣該生產(chǎn)線生產(chǎn)的每塊PCB的序列號都和那瓶錫膏聯(lián)系在一起。

到了元件貼放工序,每換一盤新的元件時,系統(tǒng)在機器上會自動記錄操作員的工號、元件批號和制造商。隨后通過這臺機器的每一塊PCB的序列號都和這一盤元件聯(lián)系在一起,一直到該料站裝上下一盤新的元件為止。

在回流焊階段,一個配有條碼閱讀器的綜合溫度曲線設(shè)定系統(tǒng)可以得出回流焊爐的溫度曲線圖,并且將某個特定時間內(nèi)通過回流焊爐的PCB序列號與該曲線圖聯(lián)系起來。如果以后發(fā)現(xiàn)有開路或焊錫不足之類的缺陷時,就可以查看到當(dāng)時記錄的數(shù)據(jù)。

最后,大多數(shù)在線自動光學(xué)檢查(AOI)、X射線檢查和在線測試(ICT)設(shè)備都帶有所需的程序接口以便將PCB序列號和失效數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)庫中。這一綜合型質(zhì)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫目前在失效分析和采取糾正措施環(huán)節(jié)上已成為一個強有力的助手。

在傳統(tǒng)意義上,質(zhì)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫僅用來追蹤缺陷,而這個新的系統(tǒng)可以追蹤多項數(shù)據(jù),一旦出現(xiàn)缺陷時就可以訪問數(shù)據(jù)庫。

例如在幾塊板上發(fā)現(xiàn)了焊錫不良,可通過檢查數(shù)據(jù)庫來判定是否所有這些PCB使用的元件都是同一個制造商同一個日期代碼的元件。數(shù)據(jù)庫通常可以證明哪些項目或因素是清白的,從而排除問題可能產(chǎn)生的原因,工程師也就能把精力集中在那些最有可能造成缺陷的參數(shù)上,無需在機器旁去等待壞品再次出現(xiàn)。采用這種系統(tǒng)后,數(shù)據(jù)可以自動記錄下來,并可隨時拿來進行分析。

圖3所示的是電子制造業(yè)中使用的黑匣子模型及其在生產(chǎn)線上的安裝示意圖,一塊PCB出現(xiàn)缺陷,可從產(chǎn)品和工藝兩方面分析缺陷造成的原因?，F(xiàn)在能夠檢查某個產(chǎn)品在制造過程中所涉及的所有事件,從錫膏的批號一直到測試數(shù)據(jù)。換句話說,就是可以檢查到所有導(dǎo)致產(chǎn)品產(chǎn)生缺陷的因素,而不是僅僅對PCB或元件進行失效分析。

當(dāng)PCB通過整個生產(chǎn)流程時,所有的信息都可通過PCB序列號自動跟蹤。在確定因盤料元件標(biāo)簽錯誤或元件裝在錯誤的送料器上而造成多塊板失效等原因時,這種判斷能力是非常有用的。

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