基于C++开发的算号器产品品质流程管理监测系统与应用

金志虎,范淑一,金毅,甘玉玺,庞建荣,王明贵,王贵

（1.清华大学计算机科学与技术系，北京 100084；2.深圳市共进电子股份有限公司，广东 深圳 518052；3.中兴通讯股份有限公司，广东 深圳 518057；4.深圳市药品检验所，广东 深圳 518057）

基于C++开发的算号器产品品质流程管理监测系统与应用

金志虎1,2,范淑一2,金毅4,甘玉玺3,庞建荣2,王明贵2,王贵2

（1.清华大学计算机科学与技术系，北京 100084；2.深圳市共进电子股份有限公司，广东 深圳 518052；3.中兴通讯股份有限公司，广东 深圳 518057；4.深圳市药品检验所，广东 深圳 518057）

一些知名的大规模生产、定制性、外向型的高科技物流企业为了应对转型升级和人民币升值的双重压力，部署IPTS（Integrated Produce Test System）集成生产测试系统，可以利用相对低成本的劳动力，来研发和生产高技术高附加值的电子产品，增强传统制造业的核心竞争力。本系统作为IPTS的xDSL接入产品品质流程监控的一个应用案例，用来重点跟踪每一个产品的制造过程，保证每一件产品都有独立的测试数据，可以随时追踪问题发生点和个数统计，同时监测系统对运行环境要求不高，可以在所有能够正常运行Windows XP系统的计算机和IPv4/v6局域网络上应用。尤其是大量应用防呆设计以及图形化界面，使得系统具有易用性，生产线工人经过简单的培训就能熟练操作和使用自如，提高了生产自动化程度。对故障能迅速准确地定位发生错误的原因和位置，因此提高了产品的品质监控速度，便于对流程和工艺进行改进。必要时还能通过生产测试数据的归纳和分析，消除可能发生的隐患。产品首次通过率由过去的84%提升到96%，最终合格产品通过率由90%提升到98%。

C++；品质监控；生产流程跟踪；通讯终端设备

随着人们经济收入不断提高以及电子产品功能越来越丰富，我国乃至全世界网络终端用户呈现出爆炸性的增长。

深圳作为全世界的电子信息产业研发和制造的中心之一，当前深圳制造业每年除了需要大量的高科技人才之外，还需要大量的劳动力作为重要的生产推动力，但是目前我国的劳动力面临着技术偏低的局面，以及生产线自动化程度不高的显著特征，特别是当今制造业在转型升级和人民币升值的双重夹击下，如何利用现有相对低成本的劳动力制造高水平高技术高附加值的电子终端产品是一个严峻的关乎传统制造业生死的重大问题。

因此，一些知名的大规模生产、定制性、外向型的高科技物流企业为了应对产业转型升级和人民币升值的双重压力，部署IPTS（Integrated Produce Test System）集成生产测试系统，不但降低了生产成本，而且可以研发和生产高技术高附加值的电子产品，增强传统制造业的核心竞争力。

例如大量部署的xDSL(Digital Subscriber Line,数字用户线)类等接入设备，特别是IPv4/v6终端设备，能够最大限度的利用现有电信网络设备和盘活存量基础设施，商务套餐价格低廉，运行维护方便和安全不被盗（架构在传统的固定电话的PSTN(Public Switched Telephone Network,公共交换电话网络)上，DSLAM(Digital Subscriber Line Access Multiplexer,数字用户线接入复用器)安装在局端，xDSL猫终端安装在用户端的家庭），带宽速度可以由营运商自由控制地无极调速等优点，通过xDSL类接入设备接入Internet是固网运营商首选的IP网络接入方式，特别地，随着人们对QoS和上网体验的要求越来越高，营运商不断进行网络提速和技术换代，同时地球变暖导致的高温高湿加速了电子器件的老化速度，所以在xDSL类产品市场呈现出产销两旺飞速增长的好局面。但是在这产销两旺，市场容量飞速增长的大环境下，随着石油价格飞腾、人民币升值以及动力成本高涨等压力的出现，如何利用相对较低成本的劳动力来解决传统制造业的6西格玛品质管理，成为大规模生产、定制化的高科技物流企业直面的重要课题，如联想部署打造国际一流生产集成测试系统[1]，如中兴通讯股份有限公司（以下简称中兴通讯）2012年推行精益生产一年，实现成本降低14.2%，库存降低50%，交付周期缩短30%，生产质量也得到明显提高[2]。

为此，我们使用C++语言开发了一个生产测试管理软件系统，能够对普通xDSL产品实现从元器件焊接到产品出厂的全程监测。为深圳市共进电子股份有限公司（以下简称共进股份）生产线提高了品质，解决了绝大多数xDSL等终端设备不良品发生的问题，为提高合格率和产品通过率，降低产品返修率提供了一定的改善，节约了一定的成本和售后开支。

1 检测系统的方案框架

该监测系统针对共进股份推进IPTS（Integrated Produce Test System,集成生产测试系统）需要而开发，并借鉴与医药品和医疗器械的开发、制造及产品等紧密联系的计算机管理、代表性法规和指导方针GAMP(Good Automated Manufacturing Practice,良好自动化生产实践指南)[3]。系统功能主要由算号器、测试写值软件、日志监测识别以及格式转换等图形界面软件实现，具有操作简单容易学习的易用性，对操作人员要求不高，含有大量防呆设计等优质工业设计元素。系统具体组网和执行流程如下，参见图1和图2。

图1 质量追踪系统结构图（公司内部缩写为IPTS）Fig.1 Quality Tracking System Structure Diagram(In Shenzhen Gongjin Electronics Co.,Ltd -IPTS)

图2 核心软件模块Fig.2 Modules of Core Software

1.1 检测前的准备

进入检测的前期工作正确与否，是实施6西格玛的良好开端。准备步骤如下：

（1）由条码站利用算号器软件生成符合国际标准和客户要求的大量唯一且不重复数值，分别为MAC值、SN码、WPS值、Password以及各种标注生产流程的条码。

（2）在元器件挑选合格之后，即对主要元器件进行自动激光刻码，将二维码高速地刻录在主要芯片等电子器件的背面。

（3）进行无铅SMT焊接工艺的执行。待初步焊接完毕的PCBA冷却后，立刻在PCBA上贴一张条码或者二维码，通过对条码的扫描跟踪，实现对产品进行定位，参见图3。

（4）随后每一站组装测试都要首先对这个条码进行扫描存档。

（5）当产品的PCBA全部组装完成之后，使用自动化的测试工具配合针对产品定制的治具进行初步的自动化板测，自动化检测的结果被自动以TXT文档的格式保存并上传至服务器之中，见图4。

1.2 自动化检测结果的保存方案

本监测系统之所以选用TXT文档格式，是因为这种格式的文件常用且体积很小，理论上可以保存2,100万只测试产品日志的文件。具体保存的方案：

一件PCBA的测试结果数据独占一行，每件PCBA测试数据之间使用“硬回车”符号隔开。

同一件PCBA的不同测试项目数据使用“；”符号相隔，针对每一项测试所有可能结果，使用共进股份的定义代码缩写。当某一项测试结果不合格的时候，生产测试软件立刻停止下一步检测，在写好日志的同时，通过图形界面提示操作者正在自动重测一次，以确认问题的发生因素，当生产测试软件对该PCBA测试再次没有通过的时候，会停止运行，用图形高亮界面来提醒生产线的员工该PCBA存在故障没有通过测试，需要分类处理。

然后由文档检测软件对日志文件中的测试结果加以识别，自动找出存在错误的PCBA记录，独立录入Excel文件中。便于对错误现象，进行分门别类的统计，进一步通过分析找到错误原因加以改善和预防。

对通过测试的PCBA进一步组装至成品之后，在新的测试站点对xDSL产品进行全面的自动化测试，通过定制的模具，一次为4至8台xDSL产品插入测试用网线，电话线以及电源线和USB设备。

此时，将需要写入产品的MAC地址以及SN码等重要信息通过标贴或者激光刻录的形式置于产品制定位置（一般在产品铭牌附近）。通过扫码枪依次对上述信息加以扫描录入，然后测试用计算机通过交换机自动依照顺序，为每一台xDSL设备输入唯一且不会重复的，依照一定规则生成的信息，同时会对产品的整体性能加以测试，和上一步相同，所有的产品写入信息，写入成功与否，测试信息会转换成指定的标准代码存入TXT文档中，见表1。

图3 条码扫描模块程序工作原理Fig.3 Working Principle of Bar Code Scanning Module Program

表1 日志分析保存模块需求分解分配表Tab.1 Requirement allocation table of log analysis saving module

图4 品质监控数据实时流动方向以及所需要的协议Fig.4 Quality Testing Data Real-time Flow Direction and Required Protocol

图5 设置网络环境和接口模式Fig.5 Set up Network Environment and Interface Mode

由于对测试项目结果代码的详细分类，生产线管理人员可以轻易地找到问题发生的原因，通过对代码流通的记录，能够迅速准确地定位发生错误的原因和位置，使得管理人员能够实时调整生产进度，对品质进行监管。对流程和工艺进行改进，必要的时候还能通过生产测试数据的归纳，消除可能发生的隐患。

2 运行网络环境和性能

2.1 新旧的运行网络环境兼容性等普适性

该系统可根据不同的设备和网络环境灵活设置，能够大量使用企业老旧设备，例如，生产线有10/100M以太网电接口的接入速率，还有100M以太网电接口的接入速率，还有100M光纤接入的光接口。

经过测试，该系统能够在所有正常运行Windows XP系统或32位Win7系统以及64位Win7的电脑和IPv4/v6网络上使用，无论是大规模物流、定制化生产企业还是其他的企业，无需为了品质管理自动化和成产检测自动化，额外采购升级装备。特别地，由于大量使用底层协议，即使在出现个别网络故障，服务器宕机的情况下，系统仍然可以缓存大于5,000件产品的生产数据，为IT支援人员修复设备提供了宝贵的时间，为产线保证持续生产提供了不停产的支持，参见图5。

2.2 检测系统运行性能

检测系统由于大量使用简化代码，对于通过测试的产品，全程检视安装步骤的数据体积很小，1,000件产品的品质监控数据只有三个文档，总计不大于1.5Mb，在硬盘存储介质成本不断下降的今天，3TB的希捷硬盘价格不超过725元（2015年6月6日中关村零售价格），一块硬盘就能够实现对200,000,000台xDSL等接入设备的全部生产信息存储。

可以为一个面向全球性的大型生产厂商，也能提供了一个存储容量够而且廉价的永久的大数据存储能力。

当某批次产品在若干年月后出现返修率大于平均值，或者其他售后问题，通过查阅对比服务器中存储的生产数据，可以迅速定位原因发生节点，针对具体情况决定是否需要改进工艺流程或者生产线配置。

2.3 系统即时统计性能

由于当前计算机性能过剩，各个产线可以自动将数据汇总保存在Excel中，每隔15分钟生成折线图，方便管理人员在巡视中随时了解当前生产线的生产效率、生产速度、成品质量以及元器件存量等关键数据，进而可以根据生产线各个节点（具体岗位）的单品耗时，从而决定是否需要对该岗位的工作人员加以培训，帮助或者增加减少某个岗位的工作人员。

同时，每隔1小时折线图会汇总到各个车间主任处，便于车间经理和主任即时监控统计车间各个区域生产状态。每隔12小时由服务器生成全工厂生产状态折线图，并且以邮件的形式发送给相关负责厂领导。便于厂领导和计划部门根据订单物料等状态调整生产线产能结构。减少了人力浪费，提高了物料周转能力。

3 防呆功能设计

借鉴作者在日本工作的经验，充分考虑了防呆poka yoke功能设计[4]。

由于该系统大量使用了防呆设计理念，对于违规操作会有图形界面提示指正，对于各种常见的错误能够自动判断，给出纠正建议，利于提高生产效率。

例如：

（1）对不同批次的产品设置算号器的算法和范围，在人工输入出现非法字符或者长度不对的时候，会禁止打印，并且提供图形提示，防止运算前后以及过程中出现溢出值，并中断程序运行做出提示。完全避免了人为失误导致标贴号码溢出的错误。

（2）某些xDSL产品带有多个双色灯位，可以根据需要发出三种颜色的光线，在针对灯位测试中，每次都在电脑显示与测试状态相匹配的颜色色块状态。杜绝了工人人工出错的可能，通过不同颜色告警，可以直接操作灯位测试软件。

（3）对于某些客户的定制产品，会对定制的功能在软件上加以色彩区分，对于遗忘安装该功能的产品，直接可以从颜色区分上发现产品是否达标等等。

4 局限性和改进

由于本系统针对共进股份的IPTS和xDSL接入产品开发，存在一定的局限性。今后拟改进，配合共进股份投资54,882.08万元的“宽带通讯终端产品升级和智能制造技术改造项目”，以满足多种产品的监测需要，符合工业化设计[5]。

由于考虑利旧现有的测试设备和运行在IPv4/v6局域网，测试数据的安全性如备份等考虑不足。今后计划基于云计算环境开发和应用，配合共进股份投资31,062.61万元的“基于人工智能云平台的智慧家庭系统产业化项目”，进一步提高系统集成测试的集成度，支持敏捷开发和全面的自动化测试，提高数据共享效率，同时保证信息安全[5,6]。

5 结论

通过这些合理化防呆设计，使得工厂在降低人力资源成本且减少培训后，生产成本不断下降，制造品质却不断上升，售后开支大幅度缩减，增强了企业竞争力。

由于引入该生产系统，共进股份在深圳新桥的生产基地一线生产人员由2013年12月的5,000人左右缩减到2015年4月的3,700人，但是新桥生产基地同期生产能力由月均80千台产品提升至120千台。将生产线产品首次通过率由过去的84%跃进式的提升到96%，最终合格产品通过率由90%提升到98%。

特别地，该系统实施后，削减了大量的技术工位之后，由于能够提供大量实时数据，推动了产线管理人员实现角色的转变，给生产线的管理人员加入研发和计划预判的岗位价值提升功能，从而在整体上进一步提高了工厂的核心竞争力，为共进股份的转型升级做出了重要实践。

[1]杨晓勇.联想服务器集成测试系统iPTS今上线[EB/OL].http://publish.it168.com/2005/1111/20051111020601.shtml,2005-11-11.Xiaoyong YANG.Lenovo server integration test system iPTS is started using today[EB/OL].http://publish.it168.com/2005/1111/20051111020601.shtml,2005-11-11.（in Chinese）

[2]董海.精益生产不能照搬“丰田模式”[EB/OL].http:// page.renren.com/601456700/note/893687424,2013-1-26.Hai Dong.Lean production can not copy the "TOYOTA model"[EB/OL].http://page.renren.com/601456700/ note/893687424,2013-1-26.（in Chinese）

[3]金志虎,甘玉玺,金毅,等.GAMP5的IP承载网建设研究[J].广东科技,2012,22(6):86,117-118.Zhihu Jin,Yuxi Gan,Yi Jin,et al.Study on the IP bear network construction for GAMP5[J].GUANGDONG SCIENCE &TECHNOLOGY,2012,22(6):86,117-118.（in Chinese）

[4]mummy123.浅谈精益生产系列之-防呆防错法[EB/OL].http://blog.sina.com.cn/s/blog_82b03a1e0100vpwc.html,2011-07-08.mummy123.Methods of poka yoke and preventing errors of shallow discussing lean production series [EB/OL].http:// blog.sina.com.cn/s/blog_82b03a1e0100vpwc.html,2011-07-08.（in Chinese）

[5]金融界.共进股份(603118)个股公告正文[EB/ OL].http://stock.jrj.com.cn/share,disc,2015-06-26,603118,0000000000000bm64s.shtml,2015-6-26.Financial World.The individual stocks announcement of Gongjin Stock(603118)[EB/OL].http://stock.jrj.com.cn/ share,disc,2015-06-26,603118,0000000000000bm64s.shtml,2015-6-26.（in Chinese）

[6]AMT咨询.华为-千亿企业成长之路（四）突破篇[EB/ OL].http://blog.vsharing.com/latte/A1795585.html,2015-4-13.AMT Consult.Breakthrough of Huawei-Hundreds of billions of enterprise growth path(4)[EB/OL].http://blog.vsharing.com/latte/A1795585.html,2015-4-13.（in Chinese）

Count Number Product Quality Process Management and Test System Based on C++ Development and Application

JIN Zhihu1,2,FAN Shuyi2,GAN Yuxi3,JIN Yi4,PANG Jianrong2,WANG Minggui2,WANG Gui2
（1.Department of Computer Science and Technology,Tsinghua University,Beijing 100084;2.Shenzhen Gongjin Electronics Co.,Ltd,Shenzhen Guangdong 518052;3.ZTE Corporation,Shenzhen Guangdong 518057;4.Shenzhen Institute for Drug Control,Shenzhen Guangdong 518057,P.R.China）

In order to solve the dual pressures of the industrial transferring and upgrading and the appreciation of the RMB,some well-known high-tech logistics enterprises have deployed IPTS(Integrated Produce Test System) which are large-scale production,customization,export-oriented.it can develop and produce high value-added electronic products and enhance the core competitiveness of traditional manufacturing industry by the relatively low cost of labor.As one of application cases of IPTS,this system is quality process monitoring of xDSL access products,it is used to track each product manufacturing process,and ensures that every product has independent test data which can be traced the points of the problem occurrence and the number of statistics,meanwhile the operating environment of this system requirements is not high and can run normally in the Windows XP running normal computer and IPv4/ V6 local area network.Especially a large number of poka yoke design and graphical interface made this system has high usability,the production line workers can operate skillfully and use freely after simple training,it improved the production automation degree.The failure can locate the cause of the error and location quickly and accurately,therefore improved the product quality monitoring of speed,easy to improve the production process and technology.If necessary it can eliminate the potential risks through summing up and analysis of production test data.The first time,products pass rate up to 96% from 84% in the past,the final qualified products pass rate increase from 90% to 98%.

C++;Quality Management;Produce Process Tracking;Communication Terminal Equipment

TP391

A

1672-6332（2015）03-0047-06

【责任编辑：高潮】

2015-06-25

[科技计划]国家发展改革委员会2012年下一代互联网技术研发、产业化和规模商用专项[发改办高技[2012]291号];国家发展改革委办公厅、财政部办公厅关于深圳市战略性新兴产业区域集聚发展试点实施方案的复函[发改办高技[2013]2556号];深圳市新一代信息技术产业发展专项资金[ZD201006100014A]

金志虎（1979-），男（汉），黑龙江人，工程师，名古屋产业大学本科毕业，清华大学在读硕士生。E-mail:jinzhihu@twsz.com