微波组件自动化产线测试工位建设方案

摘  要：文章从总体架构上讨论了微波组件自动化产线测试工位建设方案，对方案的功能、总体设计、硬件方案设计和软件方案设计进行了详细描述。通过该方案的建设，实现了产品测试过程的信息化、自动化及无纸化，实现了与MES、PLM等系统的对接，实现了微波组件产线的数字化转型，生产效率得到大幅提升，并提高了测试数据的分析能力。

关键词：自动测试系统;测试工位;自动化;微波组件;MES

中图分类号：TP278;TP311.1       文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）05-0181-04

Construction Scheme of Test Station for Automatic Production Line of

Microwave Components

FU Tao

（Ceyear Technology Co.，Ltd.，Qingdao  266555，China）

Abstract：This paper discusses the construction scheme of the test station of microwave components automatic production line from the overall architecture，and describes the function，overall design，hardware design and software design of the scheme in detail. Through the construction of this scheme，the informatization，automation and paperless of product testing process are realized，the docking with MES，PLM and other systems is realized，the digital transformation of microwave components production line is realized，the production efficiency is greatly improved，and the analysis ability of test data is improved.

Keywords：automatic test system;test station;automation;microwave components;MES

0  引  言

隨着科学技术的发展以及数字化转型的大趋势以及人口红利的日渐降低，社会的各行各业都在进行自动化生产线的建设，以解决日益增长的产品需求与人力成本上升的矛盾。

微波电子产品是广泛应用于5G通信、雷达、电子对抗等领域的一类技术复杂的电子产品，在研制与生产过程中，需要采用各种仪器仪表对多种参数进行测试。微波电子产品的测试一般呈现测试参数种类多、测试通道多、测试状态多、测试仪表多、测试时间多的“五多”特点，通常情况下采用自动测试系统的解决方案解决测试效率的问题。现阶段，自动测试系统一般采取“测试仪器+开关矩阵”的方案，实现微波电子产品的自动测试。一方面，自动测试系统由于引入了开关矩阵，无形中延长了信号传输路径，基于微波频段高的特点，传输路径延长会恶化测试指标准确度，给工业生产带来测试误差;另一方面，大多数自动测试系统作为综合性的测试设备，重点强调测试功能，在生产过程中，属于相对独立的设备，与其他信息化系统之间交联还处于初级阶段，在数据管理与数据应用方面比较弱，已经无法适应性数字化转型时代的测试需求。

本文以微波组件生产线测试需求为牵引，设计了一套微波组件自动化产线测试工位建设方案，实现产品测试的信息化、自动化及无纸化，实现与其他生产制造系统的对接，提升生产制造的信息化及数字化程度的目标设计，并结合多款部件、模块、单机的测试需求进行自动测试开发，主要用途是自动测试，能够对各模块进行功能指标检测，以验证其功能性能指标是否符合要求。通过对测试环境进行自动化、信息化升级，从而提高测试效率，提高测试数据的分析能力。

1  建设方案功能设计

微波组件自动化产线测试工位建设方案的总体功能为：

（1）测试工位可以组成局域网络，所有与产品相关的测试程序、测试指标、测试结果等信息均储存于服务器;用户可通过终端进行自动测试或数据查询分析。

（2）能够通过GPIB、LAN、RS232、USB等接口方式实现与测试仪表（如频谱仪、信号源、矢量网络分析仪、噪声仪等）和待测产品的通信。

（3）测试系统具备可配置功能，针对不同类型产品具备对测试数据、测试指标上下限、测试程序脚本、调试方法、测试工位、线损、设备、报表模板等的配置功能。

（4）测试管理功能，系统具备对待测产品状态、测试指标、测试程序、测试执行过程、测试数据、测试结果、测试仪表以及测试报告、不合格品及维修信息等的精细化管理能力。在系统中能够记录并快速查询到产品的测试指标、测试程序版本、测试结果、测试时间、测试人员以及使用的测试仪表型号，仪表序列号，不合格品及维修记录等信息。

（5）实现数据的即时处理和分析功能。针对后台数据库提供形式多样的测试结果查询和统计分析系统，提供丰富的数据分析和报表。并通过不断地积累，与所存储产品的原始数据一起，形成各类产品的经验数据，逐步形成各类产品的组织资产。

（6）实现人员、仪器仪表、物料和环境的数据自动采集和状态显示。

2  建设方案规划

综合考虑微波组件特点和复杂的业务面，将测试组件分为四大类：射频类组件、功放类组件、信号处理类组件和天线类组件。根据四类组件类型统筹规划分别设计相应的测试工位。

建立以工位离散型为主的生产调试/测试线布局，能形成一定频率的流转，并更具有柔性和布局调整的能力。通过合理的工位设计、夹具设计、精益管理流程，以标准化的生产调试/测试工位设计和合理化的生产线布局设计为基础，实现符合质量管理要求和规范的柔性产品调试/测试生产线。在不断提升产品质量，优化科研生产流程的过程中取得很好的效益。

测试工位采用“基本配置+测试设备”的建设方案。基本配置为每个测试工位的标配，主要配置与人、机、料、环相关的数据采集设备、传感器、显示设备等，实现人员、仪器仪表、物料和环境的数据自动采集和状态显示。

测试设备应涵盖微波组件的自动测试需求，包括供电设备、微波信号发生设备、微波信号分析设备、状态控制设备等，测试设备应具有通过GPIB、LAN等测试总线控制的功能。

3  建设方案总体设计

面向任务需求，结合工艺流程，按照流水线的方式，将电子系统部件、模块、单机的调试线和测试线整合为一体，进行协同控制与运行，解决测试的人为操作干预影响问题、信息孤岛/应用孤岛/硬件孤岛问题以及适应定制化复杂管控与柔性扩展的问题，系统架构如图1所示。

根据测试需求，提供平台化测试解决方案，应用于多种产品的测试。该系统平台基于C/S架构，采用虚拟仪器技术、脚本引擎技术以及通用仪器驱动库技术，通过计算机软件控制不同类型的测试仪器、测试工装、待测设备等实现不同环境条件的测试解决方案。系统提供网络平台化测试系统架构，适用于多种器件、单板和整机产品的测试及筛选试验。可根据实际测试要求对测试工位和测试仪表进行合理化搭配组成局域网络，实现分布式测试和测试数据集中管理。用户可通过配置终端灵活配置测试指标、自动测试用例脚本、测试流程等信息。自动测试终端根据配置信息自动调用仪器驱动自动执行测试用例，获取测试数据并进行合格性判断，并将所有信息存储于后台数据中心。数据处理中心实现对产品的合格性判断、并提供测试用例管理、即时数据分析报表展示、不良品调试信息管理和安全管理等服务。同时支持多个不同类型产品的自动测试应用。配合工位合理划分，最大限度地提升测试效率。

4  硬件方案设计

根据业务需求，为生产线测试单元配置多个并行测试工位进行同步实施，单个测试工位布局设计如图2所示。

每个测试工位同时、并行对待测试微波组件进行测试，每个待测件上应贴有标明其唯一身份信息编号的条形码;每个测试工位配备的设备有：仪器仪表（根据测试功能不同选配不同的仪器设备，S参数测试功能一般选配一台矢量网络分析;功率参数测试功能一般选配一台信号发生器和一台功率计，频谱参数测试功能一般选配一台信号发生器和一台频谱分析仪等），一台计算机、一套温湿度传感器和数据采集卡、一个指纹识别器、一套仪器开关机状态监视设备和一个条码扫描器。首先，條码扫描器读取组件的标识信息，之后通过计算机驱动相应测试仪器设备将原本需要反复多次进行的人工手动操作简化为智能向导及“一键式”操作，提供状态设置、数据采集、数据分析、报表输出与本机维护等功能，辅助操作用户按照技术要求完成工作频段内的参数测量及其指标合格性判定的自动控制，并且具有测试数据自动处理和报表生成功能;每个测试工位的测试数据除在本机内进行保存、调用等功能操作外，还可以通过网络化测控与信息交互总线和网络交换设备将海量数据高速传输、存储于每条生产线的主控终端（主控计算机），该主控终端装载有为生产线定制研发的组网管理软件，该软件可以为生产、质量等职能管理人员提供日志查询、数据查询、统计分析、报表生成、用户管理、资源管理与数据管理等诸多功能，以辅助实现规模化量产过程中的业务数据统计分析与产品质量管控的任务目标。

一套温湿度传感器和数据采集卡、一个指纹识别器、一套仪器开关机状态监视设备，主要是对人员的信息、环境的信息和仪器设备的状态信息进行采集。

5  软件方案设计

系统软件部署在工位的控制计算机，主要对工位仪器设备、电源进行集中控制;同时采集设备运行数据，对温湿度进行检测监控，对异常报警;利用条码、二维码等识别物料、设备、人员并对作业状态进行监控;同时能够对被测组件进行性能测试。

软件总体方案如图3所示，整个软件框架从上到下依次分为四个层次。

5.1  展示层

展示层包含三维工位仿真环境（人员信息、产品及物料状态、工位负荷和产出展示）、测试任务展示、工业流程图展示等一系列组件。

该层实现系统与用户间的交互，提供了三维虚拟集成环境，以三维方式展示工位布局、工位的环境信息、操作人员信息、产品及物料状态、工位内作业指导、过程数据、数据报表，还包括工位负荷等统计信息。

5.2  管理层

管理层包括用户登录、任务执行及监控、工位布局编辑、异常处理、仪器管理、作业指导等一系列组件，是用户界面的后台执行者。通过该层，系统可以在响应用户操作的同时，向上面的展示层提供数据，通过通信、数据库层向下面的测控、监控层各组件发送信息，从通信和数据库层读取环境数据、任务数据、测试数据、物料数据、人员数据、仪器状态等，根据这些数据对工位进行管理。

5.3  数据、通信层

数据、通信层包括通信中心和数据库代理两个组件和数据库，用于实现上下层各组件的通信和数据交换。

其中通信中心组件是上下层的通信中介。由于上下层各组件并不在同一线程，相互间通信需要进行复杂的跨线程处理;而各组件部署在不同设备上，它们的通信需要进行更复杂的跨设备处理，通过通信中心组件实现跨线程和跨设备通信功能，扮演一个通信中介的角色，这大幅降低了其他组件的开发难度，从而提高软件的开发效率。

数据库代理组件是上下层各组件的数据交换中介，该组件实现对数据库的存储和读取功能，上下层各组件只需要将数据发送给数据库代理组件或从数据库代理组件读取数据，而不需要自己实现数据库存钱功能，从而提高各组件效率。

5.4  测试、监控层

5.4.1  性能测试

在测试任务中，需要对每个物料进行多项性能指标测试。物料性能指标测试涉及对仪器和物料的控制以及与数据库的交互，性能测试部分的软件框架如图4所示。

如图4所示，性能测试部分包括了各指标测试组件、各仪器的IVI驱动程序、各被测件的驱动程序等几个部分

5.4.2  环境监控

在测试过程中，需要时刻监控各工位的湿度和温度等环境数据，以保证物料在一个满足测试要求的环境中进行老炼试验。在本项目中，我们将开发一个单独的软件——环境监控来实现，之所以开发一个单独的软件而不是将其作为终端软件的一个功能模块，是考虑到该部分功能相对于性能测试、仪器状态监控以及人员和物料数据采集等几部分功能相对独立，作为一个独立的程序运行，有利于该部分软件的复用。环境监控程序虽然是一个单独的软件，却不是一个孤立的软件，环境监控程序可通过网络和数据库与系统中的其他软件交互，既可以本地操作也可以接收系统其他软件控制，与系统其他软件完美地融合在一起。环境监控程序的软件框架如图5所示。

如图5所示，环境监控程序包含了三层：界面层、通信层和监控层，实现状态显示、环境数据与系统软件的通信以及环境的实时监控等。

6  实用案例

图6为某功放模块产品的自动化产线，由多个测试工位组成。每个测试工位由移动工作台、测试仪表和自动测试软件等组成。

一个操作人员可操作4～5个测试工位，主要动作为取放功放模块。功放模块放置到工位后，由气動工装自动完成待测功放模块测试端口与测试仪器的连接。测试工位的测试用例执行和测试数据保存、测试报告生成由自动测试软件自动完成，所有的测试数据以结构化方式存储到后台数据库，自动测试软件通过条码进行产品状态和工序识别，支持混线测试。自动测试软件测试过程中，可以完成监视产品的温度和环境的温湿度等功能，并对功放模块进行安全保护，产品过热将会进行报警或终止测试等。

7  结  论

本文论述了微波组件自动化产线测试工位建设方案，包括总体方案设计、硬件方案设计和软件方案设计等内容，并以某功放模块为被测对象，搭建了某功放模块产品的自动化产线，将生产效率提升了30%以上，提高了测试数据的分析能力。

参考文献：

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作者简介：付涛（1979.04—），男，汉族，山东巨野人，助理工程师，本科，研究方向：测试应用技术与市场动态。