飛機(jī)上使用的黑匣子可以幫助我們分析飛機(jī)事故的原因,同樣道理,我們?cè)?em>電子制造業(yè)中也可設(shè)置一個(gè)類似黑匣子的數(shù)據(jù)記錄儀,對(duì)產(chǎn)品缺陷進(jìn)行跟蹤及確定失效來(lái)源,提高成品率。

近幾年來(lái),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(gè)很難達(dá)到的指標(biāo)。當(dāng)面對(duì)一個(gè)表面上似乎不可能解決的困難時(shí),跳出所處的環(huán)境從另一個(gè)角度來(lái)看往往可以得到一些對(duì)問(wèn)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(wèn)題,如統(tǒng)計(jì)過(guò)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(duì)解決問(wèn)題有價(jià)值的信息,實(shí)際上電子制造業(yè)經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題和其他行業(yè)對(duì)此類問(wèn)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(jì)學(xué)的角度來(lái)看飛行質(zhì)量究竟提高到了一個(gè)什么樣的水平:假如你每天任意乘坐一個(gè)航班,天天如此,按目前的故障率要2.6萬(wàn)年以后你才會(huì)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(gè)數(shù)量級(jí)。

對(duì)飛機(jī)事故資料的分析表明,過(guò)去20年中美國(guó)每一百萬(wàn)商業(yè)飛行小時(shí)中發(fā)生空難事故的次數(shù)在0.013到0.7之間波動(dòng),歐洲平均為0.9,澳大利亞是0.3。

從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō),如果空難事故以每百萬(wàn)起飛次數(shù)來(lái)計(jì),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(jī)旅行人次總數(shù)的增加,如果這個(gè)數(shù)字沒有得到改善,那么到2010年估計(jì)每星期就要發(fā)生一起事故。因此,為達(dá)到如此之高的世界尖端級(jí)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(jī)故障分析中廣泛應(yīng)用的一種工具。美國(guó)聯(lián)邦航空管理局(FAA)要求大型商用飛機(jī)和小型商用飛機(jī)、公務(wù)飛機(jī)以及私人飛機(jī)都要裝兩個(gè)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(gè)記錄儀可用來(lái)幫助推斷導(dǎo)致空難事故的原因。

其中一個(gè)黑匣子叫駕駛艙聲音記錄儀(CVR),用來(lái)記錄駕駛艙中無(wú)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(dòng)機(jī)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(shí)的飛行參數(shù),如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)故障、空氣速度和事故發(fā)生的時(shí)間,同時(shí)記錄下來(lái)的還有與空中交通管制人員的通訊情況、自動(dòng)無(wú)線天氣介紹、飛行員和地面控制人員或機(jī)組人員的談話等。這些數(shù)據(jù)和第二個(gè)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(guò)程的完整畫面。

FDR記錄的是飛行過(guò)程中的各種不同操作條件。按規(guī)定要求,剛出廠的飛機(jī)至少要監(jiān)測(cè)28種重要的飛行參數(shù),如時(shí)間、高度、空氣速度、方向和飛機(jī)的飛行姿勢(shì)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(cè)的項(xiàng)目可以從副翼的位置到自動(dòng)駕駛模式甚至是煙霧報(bào)警信號(hào)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(jì)算機(jī)模擬再現(xiàn)出飛行的情況,將飛機(jī)的高度、儀表讀數(shù)、動(dòng)力設(shè)定情況及其他飛行特征形象地表現(xiàn)出來(lái)。與僅僅分析飛機(jī)殘骸不同,這些模擬的動(dòng)畫片可以使調(diào)查人員看到飛機(jī)出事前一瞬間的情形。在調(diào)查空難時(shí),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(zhǎng)島空難的飛行調(diào)查中,美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)曾說(shuō):“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(rèn)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(shí)候過(guò)程將失去控制,什么時(shí)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(dú)看都無(wú)關(guān)緊要的事件合在一起的最后結(jié)果”。一個(gè)事件在剛開始發(fā)生時(shí)可能是無(wú)關(guān)緊要的,或許它不會(huì)造成失去控制。所以說(shuō)單獨(dú)的事件也許對(duì)引發(fā)事故并不重要,但是它們對(duì)防止發(fā)生空難卻意義重大。

許多質(zhì)量管理項(xiàng)目都在尋找“銀彈”或者說(shuō)快速解決問(wèn)題的方法,而實(shí)際上很多質(zhì)量部門都失敗了,因?yàn)樗麄冎皇峭絼诘貙ふ覇?wèn)題產(chǎn)生的原因而不是解決那些被忽視而單獨(dú)看起來(lái)又無(wú)關(guān)緊要的問(wèn)題。如果產(chǎn)生問(wèn)題的任何一個(gè)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(lái)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(wèn)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(shí),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(shí)要工程師或技術(shù)人員等在機(jī)器旁,看看同樣的問(wèn)題是否還會(huì)發(fā)生。當(dāng)缺陷率不斷下降時(shí),平均無(wú)故障時(shí)間會(huì)增加,結(jié)果很容易錯(cuò)過(guò)發(fā)現(xiàn)根本原因的機(jī)會(huì)。實(shí)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(jìn)行一項(xiàng)研究,利用飛機(jī)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(duì)表面貼裝工藝的每個(gè)要素進(jìn)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(gè)特性數(shù)據(jù)對(duì)工藝過(guò)程中所有要素提供完整的追溯性,從錫膏的批號(hào)到測(cè)試和檢查的數(shù)據(jù)。例如在絲網(wǎng)印刷時(shí),生產(chǎn)線上每使用一瓶錫膏都將錫膏的批號(hào)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(hào)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(shí),系統(tǒng)在機(jī)器上會(huì)自動(dòng)記錄操作員的工號(hào)、元件批號(hào)和制造商。隨后通過(guò)這臺(tái)機(jī)器的每一塊PCB的序列號(hào)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(gè)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(gè)特定時(shí)間內(nèi)通過(guò)回流焊爐的PCB序列號(hào)與該曲線圖聯(lián)系起來(lái)。如果以后發(fā)現(xiàn)有開路或焊錫不足之類的缺陷時(shí),就可以查看到當(dāng)時(shí)記錄的數(shù)據(jù)。

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

在傳統(tǒng)意義上,質(zhì)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)僅用來(lái)追蹤缺陷,而這個(gè)新的系統(tǒng)可以追蹤多項(xiàng)數(shù)據(jù),一旦出現(xiàn)缺陷時(shí)就可以訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。

例如在幾塊板上發(fā)現(xiàn)了焊錫不良,可通過(guò)檢查數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)判定是否所有這些PCB使用的元件都是同一個(gè)制造商同一個(gè)日期代碼的元件。數(shù)據(jù)庫(kù)通?？梢宰C明哪些項(xiàng)目或因素是清白的,從而排除問(wèn)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(wú)需在機(jī)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(dòng)記錄下來(lái),并可隨時(shí)拿來(lái)進(jìn)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(gè)產(chǎn)品在制造過(guò)程中所涉及的所有事件,從錫膏的批號(hào)一直到測(cè)試數(shù)據(jù)。換句話說(shuō),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(duì)PCB或元件進(jìn)行失效分析。

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

本文結(jié)論

航空業(yè)中的黑匣子開始時(shí)只收集一兩個(gè)主要的參數(shù),現(xiàn)在的新飛機(jī)則要跟蹤28個(gè)參數(shù)。當(dāng)前電子制造業(yè)中的黑匣子追蹤的參數(shù)比這個(gè)數(shù)字的一半還要少,不過(guò)已有計(jì)劃要增加它的記錄能力。在制造業(yè)界實(shí)施這樣的系統(tǒng)后表明,以前被認(rèn)為是偶然發(fā)生或人為失誤而造成的事件現(xiàn)在可以找到原因,并能夠制訂出避免再次發(fā)生的糾正措施。要使電子制造業(yè)達(dá)到很難實(shí)現(xiàn)的3.4ppm6σ目標(biāo),黑匣子也許將是最佳的工具。