测量系统在电子制造工厂的实践与分析

李婷

摘  要：文章根据制造供应商实际产品的测量需求，开发了一套自动测量系统，并结合Minitab软件对产品测量数据进行了数据分析，根据分析结果，给出了相关结论及改进意见。

关键词：过程管理控制;测量系统分析

中图分类号：TP274+.5     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2014）35-0037-02

1  课题研究背景

跨国企业通常会把供应商的质量保证体系建设作为考核的重要衡量指数进行选择和评估，并且也会将先进的测量系统开发和研究的应用情况作为衡量制造供应商能否长期稳定供应合格产品的关键参照之一。

本课题所研究的A公司是行业内知名的电子消费品公司，其在中国的制造模式是寻求代工生产，该公司对生产制程的严要求以及对产品验收的高标准，要求其制造供应商能提供与之相符的质量控制系统。从第一代产品开始，A公司便拥有数量庞大的忠实拥趸。就在今年九月份公布其最新一代的产品后，全球预订量更是刷新历史最高记录，这也给国内为其代工的制造商带来了产能协调和质量把控的挑战。

对于A公司而言，一直专注于产品的质量和用户体验。因此，研究、分析、评价并搭建一个快速反馈的自动化量测系统，对企业连续改善产品质量、持续提高服务水平有着极其重大的意义。

2  理论基础

众所周知，实施质量管理，需要工具的辅助。无论是用何种质量工具，都需要获取数据才能进行分析。数据的使用极其广泛，产品质量管理的成败与收益在很大程度上取决于所使用的数据质量。数据的取得则需要测量来实现。我们通常会通过测量手段来评估一个过程或者结果。

测量数据在质量管理活动中的作用着重体现在三方面：一是判断产品是否合格;二是判断生产过程是否处于统计稳定状态;三是确定两个或者多个变量之间是否有显著性关系。由此不难看出，分析结果的准确与否将依赖于测量数据的质量。因此，为了获得优质的测量数据，对测量系统的分析评价不可或缺。通常我们用MSA（Measurement System Analysis，MSA）来评估测量系统的质量，是运用统计学的方法分析研究测量系统中的各个变差源，以及它们对测量结果的贡献，并根据可接受的判断方法判断测量系统的符合性。

3  当前过程质量管理存在的问题

随着科技技术的不断进步，科技产品的设计开发层出不穷，作为电子科技行业领头军，A公司拥有一系列完整的产品线并具备一套完整的生态系统，该公司从整体战略层面在中国投入了大量的代工生产，并派出了大量的驻厂工程师团队去监督管理各级供应商，但仍然存在对各工厂之间参差不齐的制造水平的担忧。

从以往的产品开发经验来看，目前A公司在F工厂的代工产品在其数控车铣阶段，并没有实现真正的过程控制，过程品质量容易出现波动，出现质量波动主要有几方面的原因。

3.1  人员流动性大

生产第一线的员工流失率大，一直是制造工厂的软肋。尤其对于现场质量管控人员而言，对产品的熟悉程度及质检的掌握程度都是至关重要的，直接影响到后端工序。人员的快速更替导致现场的培训不能及时到位，工作职责不够明晰，容易成为过程管理控制的瓶颈。

3.2  质检工具落后

在此新产品开发中，F工厂仍然使用大量的手动检具（如塞规、高度规、通过/不通过检具）进行抽样检测，这就要求针对数百个尺寸都需要单独设计相应的检具，形状样式各不相同，数量会非常多，并且需要配备大量的在线检测操作工，效率低下，容易出错。所生成的数据都是离散型数据，无法以此来准确评估分析测量手段的合理性。

3.3  检测周期不稳定

目前F工厂在过程管理控制中仍大量采用人工的方式进行抽样检测。人工检测依赖于操作者对作业标准的熟练程度，对于不同的尺寸检测需求，需要不断替换相应的检具进行操作，一旦作业流程出现错误，如拿错检具、操作不当等，就会变成瓶颈，极易造成抽检作业线的呆滞，导致测量的周期无法准确估量。

3.4  解决问题滞后性严重

人工抽检不能根据判定结果及时反馈并解决问题。一般来说，检验结果判定后，不合格的产品将被放在隔离区，由现场质量管理人员定点来领取，根据检验单或产品上的不合格标记重新去机台取样复测，如果是机台造成的产品超差，在此时再检查调整机台，已经严重滞后，会造成该工位的不良在制品流入后端工序，导致大量的重新加工或直接报废。

3.5  没有形成完整的测量系统

利用人工检具的方式抽样检测，只是采取了测量工具，并没有形成闭环的测量系统。F工厂过程管控输出的数据大部分都是离散型数据（通过/不通过），以及少部分连续性数据，比如由高度规测出的相对尺寸。离散型数据难以体现出产品质量的波动和趋势，并且这些数据均由现场质检人员手动录入，未进入数据库存储，容易出现漏录或丢失。对于分析测量系统能力以及短期、长期制程能力等，没有足够的数据支持。

4  测量系统的设计搭建

该课题的研究依托于A公司正在研发的一款新型便携式笔记本电脑。F工厂负责该产品的主体件——金属外壳部分的制造生产，主要利用CNC（计算机数控）铣床，经过数十道复杂工序的加工，生产出一个笔记本电脑外壳，可以容纳全键盘、触摸板，及各类端口等。其主要特征表现在以下方面。

4.1  产品设计结构复杂

相较于前代产品，新产品更注重用户体验，在产品尺寸、结构重量、功能设计上都更具备前瞻性和创新性。

4.2  产品加工工艺流程复杂

由于设计研发的复杂性，成型工艺经过数月的反复检讨和研究，目前仍有数十站之多，为历年来最为复杂的产品工艺之一。

4.3  检测尺寸公差要求严格

A公司的产品一向注重用户体验，质量至上，尺寸要求格外重要，是产品更是艺术品，不允许任何可目视的瑕疵。

复杂的产品设计、繁多的工艺流程、严格的尺寸要求等全方位的加深了该产品的质量控制和管理的难度。

根据上述对A公司新产品开发的主要特征，以及对目前过程管控的问题分析，笔者所在的团队研发设计出了一套全新的测量系统，以满足A公司的产品质量要求，并能提高F工厂的过程质量控制：

①针对数控铣床的第二道工序至第四道工序，产品经过每一站后都需要抽样检测。针对数控机床的第五道工序，产品在本工位结束加工后，需要进行100%的全检。总计四个工序的尺寸共计110个SPC尺寸需要测量。

②主要涉及的尺寸类型涵盖轮廓度、平面度、肉厚及轴向（X/Y/Z向）的相对尺寸等。

③测量系统可以满足其产能的需求，在紧急订单和需求波动下，能灵活分配可用设备数量，匹配对应的量测产能。

④能及时反馈不良产品信息，发现问题所在，追溯到对应的数控机台进行返修及复测。

⑤电子看板管理，实时更新测量数据及统计量，使现场及办公室质量相关负责人能实时掌握动态信息。

5  测量系统的分析

按上述需求搭建完成测量系统后，需对其可靠性进行验证，方可投入使用。测量系统分析一般可以分为两个阶段：

第一阶段，新系统可靠性验证。一般是针对新开发的测量系统而言。在测量系统开发验证阶段或即将投入量产使用前进行，主要目的是为了充分了解测量系统的性能，并确定新的测量系统是否能够满足相关需求。

第二阶段，老系统稳定性验证。一般针对已经量产使用的测量系统而言，是在测量系统的正常使用过程中进行持续分析，目的是为了验证测量系统有没有发生偏移或其他变化，是否能够持续的满足相关需求;或者是有关测量系统的技术要求、客户标准等发生变化，需要重新进行测量系统分析。

目前，没有标准的参数来定义和控制这两个阶段之间的间隔，一般是根据测量设备本身的固有特性、使用频率以及客户需求来确定。通常根据测量系统的使用目的和客户需求来确定需要分析研究的特性、评价判定的周期以及评价标准的选取。

对于本课题而言，这是一套全新的测量系统，并且是自动测量设备，因此要求其要有较高的稳定性和重复性，所以主要分析其测量系统的稳定性和重复性特性等。

结合A公司的实际情况，参考一般的测量分析流程，本课题的测量系统分析的流程包括以下几部分内容：研究前的准备;评估稳定性;评价偏移;检定/校准;评估线性;评价重复性和再现性;评价和标准机台（三坐标自动量测机）的一致性;得出结论并改进。

6  结  语

本课题根据A公司新产品生产的过程管理的需求，搭建了一套全新的自动化测量系统，并运用统计理论模型分别分析了测量系统分析的各个评价指标的统计特性，对连续型测量系统进行了系统的分析研究，并结合实际数据进行案例剖析，通过整个研究过程可以得出以下结论：

①一套测量系统的搭建，必须因地制宜，综合考虑产品的实际需求、可行性及成本等。

②测量系统是过程质量管理必不可少的环节之一。只有稳定可靠的测量系统才能为持续改进过程质量管理贡献价值。

③测量数据的质量将直接影响分析的准确性。如果测量数据本身存在问题，那么基于这些数据进行的分析决策将毫无价值意义，甚至会因为得出的错误结论导致战略失策。因此，一个测量系统的准确性将直接影响到对产品和过程质量的判断。所以在质量改进工作中，必须要进行测量系统分析。

④本文的主要研究内容可以作为公司的技术资料及指导案例推广到其他产品线及制造供应商，对其他测量系统进行分析时参考。

参考文献：

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