CN104881551B - 电工电子产品成熟度评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电工电子产品成熟度试验数据或相关试验数据及生产制造数据的产品成熟度评估方法，具体步骤为：步骤一、电工电子产品成熟度评价指标的裁减与确定；步骤二、电工电子产品成熟度评价指标分量的确定与计算方法；步骤三、电工电子产品成熟度的综合评估。本发明适用于评估电工电子产品当前成熟程度的场合，对于非电工电子产品成熟度的评估也有一定的参考价值。
Description
技术领域
本发明是针对电工电子产品成熟度而开展的评估方法，属于统计评估领域，该方法适用但不局限于电工电子产品。
背景技术
本评估方法基于对产品成熟度的定义，从设计、制造等角度对产品的成熟程度进行了评估。其中在设计方面，从产品故障的源头出发，以产品的耐应力程度作为其成熟程度的度量；制造方面，基于已经成熟应用于制造评价领域的工序能力指数，对产品的制造生产成熟度进行评估。
耐应力成熟度评估方面，借鉴已经在可靠性领域广泛应用的应力-强度干涉理论的干涉思想，用产品设计极限和工作极限分布相截面积的大小来表征产品耐应力的不成熟程度。面积越大，产品耐应力方面越不成熟。其中产品设计极限由产品开发人员给出，产品工作极限分布参数通过对电工电子产品成熟度试验的数据进行处理后得到。
电工电子产品成熟度试验方法，通过对受试样品施加经过前期分析确定的激发单应力类型，找到受试产品的单应力工作极限。基于受试产品的单应力工作极限，对产品的耐应力成熟程度进行评估。
发明内容
本发明的目的是提出一种适用于电工电子产品成熟度评估的方法，本发明的电工电子产品成熟度评估方法，具体步骤为：
步骤一、电工电子产品成熟度评价指标的裁减与确定；
步骤二、电工电子产品成熟度评价指标分量的确定与计算方法；
步骤三、电工电子产品成熟度的综合评估。
本发明的优点在于：
(1)内容和理论具有创新性，目前国内外关于产品成熟度评估方法的研究资料较少，已有的均是从管理学的角度出发，本发明基于工程技术角度，给出了一套评估电工电子产品成熟度的方法；
(2)定量评估技术：本发明可以给出电工电子产品当前成熟度的定量评估，可以为产品是否需要进一步改进完善以及重点改进哪些方面提供一定的决策指导；
(3)适用范围的可拓展性：本发明适用于电工电子产品，但不局限于电工电子产品，对于其它类别的产品可参照执行。
附图表说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明应力型成熟度指标值的计算原理；
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种对电工电子产品成熟度进行评估的评估方法，流程如图1所示，包括以下几个步骤：
步骤一、电工电子产品成熟度评价指标的裁减与确定；
参照电工电子产品成熟度的定义，将其评价指标划分为以下几个类别：
1)耐应力类指标：该类指标表征的是电工电子产品在温度、振动等环境应力激发作用下耐应力健壮成熟程度。具体指标包括：耐高温应力成熟度指标，耐低温应力成熟度指标，耐振动应力成熟度指标等。
2)生产制造能力类指标：该类指标反应的是电工电子产品在生产制造环节中的成熟程度，具体可通过电工电子产品综合工序能力指数的成熟度值来表征。
对于具体的电工电子产品，其成熟度评价指标体系根据具体情况在以上两类指标的基础上进行裁剪添加后确定。
步骤二、电工电子产品成熟度评价指标分量的确定与计算方法；
1、耐应力成熟度指标分量的确定与计算方法。
耐应力成熟度指标分量的确定需要收集电工电子产品成熟度试验或相关试验的试验数据，具体应力指标类型由单应力成熟度激发试验的应力类型确定。
定义Mx为电工电子产品的耐应力成熟度，它可以通过式(1)进行计算：
其中，i是指产品的第i个应力指标，一共有n个应力指标。mi是应力指标i的成熟度分量，ai是应力指标i的成熟度分量mi对产品耐应力成熟度的权重，Mx∈[0,1]，mi∈[0,1]，ai∈[0,1]，i＝0,1,2...n。
假设产品在i应力下的工作极限服从正态分布。应力指标i的成熟度分量mi通过图2中面积S1的大小来表征，S1的值越大，产品在该应力下越成熟。S1为设计极限和工作极限以及横坐标轴围成的较大部分的面积，S2则为线条围成的较小部分的面积，两部分面积的和为1。
定义：
mi＝S1(i) (2)
其中，当应力指标的取值小于0(如：低温)时：
当应力指标的取值大于0(如：高温、振动)时：
S1(i)+S2(i)≡1 (5)
应力指标i下的设计极限x0(i)的取值由设计需求给出。
通过对l个抽样产品进行成熟度试验，可以得到该应力下的一组试验值，Z＝(z1,z2,z3,...zl-1,zl)，对试验值进行矩估计即可得在该应力下产品工作极限所服从正态分布的均值μ(i)和方差σ(i)。
当时，若(应力指标取值小于0时)或(应力指标取值大于0时)，则mi＝1，否则mi＝0。
2、生产制造能力成熟度指标分量的确定与计算方法。
生产制造能力成熟度指标分量的确定需要收集关键工艺参数的相关数据，一般由产品的制造部门识别并提供。
定义My为电工电子产品的生产制造能力成熟度，其值可以通过查询表1获得，表1是在工业生产对工序能力指数的评价要求的基础上结合产品成熟度的概念给出的。
表1电工电子产品生产制造能力成熟度取值表
电工电子产品综合工序能力指数通过2类工序能力指数来表征：
1)元器件制造工艺的工序能力指数；
2)装配工艺的工序能力指数。
元器件的种类可以分为外购件和自产件2类，外购件的工序能力指数由外购产品厂方提供，自产件的工序能力指数由自己厂方的生成制造部门统计计算。
电工电子产品生产的关键工序包含元器件制造工艺的关键工序或(和)装配工艺的关键工序，具体包含的工序由产品的生产过程所决定。关键工序是指对最终产品的特征、功能、性能、质量、可靠性等有重要影响并可能最终制约产品成熟的工序。然后再确定关键工序的关键工艺参数，关键工艺参数是指既能全面反映关键工序状态，又适合于参数采集的工艺参数。在实际应用中，可能涉及以下几类参数：
(1)原材料参数：如键合工序中表征硅铝丝质量的参数。
(2)设备参数：如高温氧化炉的温度参数。
(3)环境参数：如空气洁净度参数。
(4)工艺条件参数：如氧化、扩散工艺中的气流。
(5)工艺结果参数：如键合工序中引线键合强度。
CP是电工电子产品的综合工序能力指数，其值可以通过式(8)进行计算
其中，是产品的第s个关键工序下第t个关键工艺参数的工序能力指数，其值可以通过计量数值计算式(9)或计数数值计算式(10)进行计算，bst是与相对应的权重，
其中，假设工艺参数服从正太分布，μst是分布的均值，σst是分布的方差。TU和TL分别是工艺规范要求的上限值和下限值。
其中，pU是不合格品率的规格界限，是不合格品率平均值，nq是第q次抽样的样本容量，pq是第q次抽样的不合格样品数，是q次抽样的样本容量均值。
步骤三、电工电子产品成熟度综合评价。
定义M为电工电子产品的成熟度，它可以通过式(11)进行计算：
其中，Mx为电工电子产品的耐应力成熟度，My为电工电子产品的生产制造能力成熟度，Mr为电工电子产品的其他成熟度分量，cr是不同成熟度分量对应的权重。M∈[0,1]，cr∈[0,1]，r＝0,1,2...w。
权重的分配应按照从高到低，自上而下的顺序进行，应先确定生产制造能力成熟度指标的权重，然后再确定总的元器件制造工艺工序能力指数和装配工艺工序能力指数的权重，最后再确定不同元器件制造工艺工序能力指数的权重。
对于权重ai,bst,cr，其确定方法可以根据实际情况有所调整，例如采用专家咨询法，相对比较法、神经网络法等。粗略评估可以采用简便易行的专家咨询法。
确定权重之后，即可通过式(11)对电工电子产品的当前成熟度的进行综合评估。
实施例：
本例选用某家用电器电脑板作为示例产品。
步骤一、电工电子产品成熟度评价指标的裁减与确定；
耐应力成熟度指标方面，参考电工电子产品成熟度试验前期对产品的分析，选用高温、低温、振动三个指标作为表征产品耐应力成熟程度的指标。
生产制造能力成熟度指标方面，由于电脑板的元器件均为外购件，所以元器件的工序能力指数直接采用外购厂方提供的数值即可。装配工艺的工序能力指数，主要由电路板的焊接工艺能力指数来表征。
综上，此家用电器电脑板成熟度的评价指标体系由3个耐应力成熟度指标和一个生产制造能力成熟度指标来表征。
步骤二、电工电子产品成熟度评价指标分量的确定与计算方法；
1、耐应力成熟度指标分量的确定与计算：
对某家用电器电脑板进行电工电子产品成熟度试验，得到试验结果数据如表2所示。
表2试验结果记录表
查询产品的设计开发需求，可以得到产品不同应力指标的设计极限，见表3。
表3某家用电器电脑板设计极限
| 应力指标i | 均值x0(i) |
| 低温(℃) | -40 |
| 高温(℃) | 75 |
| 振动(Grms) | 15 |
基于表2和表3的数据，可以计算得出某家用电器电脑板的耐应力成熟度值，见表4。
表4某家用电器电脑板耐应力成熟度值
| 应力指标i | 低温 | 高温 | 振动 |
| 成熟度分量mi | 1 | 0.9922 | 0.9505 |
2、生产制造能力成熟度指标分量的确定与计算：
由于元器件均为外购件，所以其工序能力指数由外购厂方提供，具体值见表5。
表5某家用电器电脑板各元器件工序能力指数
家用电器电脑板的焊接工艺选用工艺结果参数来表征，对于每一块电脑板，若存在漏焊或者连焊，则判定为不合格，表6为电脑板抽样不合格数统计表。
表6电脑板抽样不合格数统计表
| 样本序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 样本容量 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 不合格数 | 1 | 0 | 1 | 1 | 2 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
该电脑板焊接工序不合格品的规格界限pU＝5％＝0.05，通过式(10)，可以计算家用电器电脑板焊接工序能力指数为1.048。
步骤三、电工电子产品成熟度的综合评价。
权重计算方面，采用在较为常用的专家打分法，邀请10位专家对不同层次的权重进行赋权，最后取各个权重的均值作为最终的权重值，得到的具体权重分配见表7。
表7专家打分法确定的权重值表
先计算家用电器电脑板的综合工序能力指数：
CP＝0.4*1.048+1.28*0.005+1.30*0.005+1.22*0.010+1.27*0.005+1.25*0.005
+1.27*0.010+1.22*0.005+1.29*0.005+1.30*0.02+1.25*0.02+1.18*0.05+1.35*0.02
+1.20*0.01+1.21*0.01+1.32*0.02+1.33*0.03+1.30*0.03+1.35*0.01+1.30*0.01
+1.28*0.02+1.25*0.01+1.27*0.03+1.22*0.01+1.18*0.01+1.20*0.01+1.20*0.02
+1.19*0.02+1.20*0.02+1.18*0.01+1.15*0.01+1.20*0.01+1.27*0.01+1.18*0.05
+1.20*0.05+1.18*0.02+1.32*0.01＝0.4192+0.74365＝1.16285
查询表1可知，家用电器电脑板当前的生产制造能力成熟度指标取值为0.8，基于前面几步获得的数据，通过式(11)可以得知该家用电器电脑板当前的成熟度值为：M＝0.7*(0.2*1+0.5*0.9922+0.3*0.9505)+0.3*0.8＝0.926875。
Claims (1)
1.一种电工电子产品成熟度评估方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤一、电工电子产品成熟度评价指标的裁剪与确定；
参照电工电子产品成熟度的定义，将其评价指标划分为以下几个类别：
1)耐应力类指标：该类指标表征的是电工电子产品在温度、振动的环境应力激发作用下耐应力健壮成熟程度，具体指标包括：耐高温应力成熟度指标，耐低温应力成熟度指标，耐振动应力成熟度指标；
2)生产制造能力类指标：该类指标反应的是电工电子产品在生产制造环节中的成熟程度，具体通过电工电子产品综合工序能力指数的成熟度值来表征；
对于具体的电工电子产品，其成熟度评价指标体系根据具体情况在以上两类指标的基础上进行裁剪添加后确定；
步骤二、电工电子产品成熟度评价指标分量的确定与计算方法；
1、耐应力成熟度指标分量的确定与计算方法：
耐应力成熟度指标分量的确定需要收集电工电子产品成熟度试验或相关试验的试验数据，具体应力指标类型由单应力成熟度激发试验的应力类型确定；
定义Mx为电工电子产品的耐应力成熟度，它通过式(1)进行计算：
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其中，i是指产品的第i个应力指标，一共有n个应力指标；mi是应力指标i的成熟度分量，ai是应力指标i的成熟度分量mi对产品耐应力成熟度的权重，Mx∈[0,1]，mi∈[0,1]，ai∈[0,1]，i＝0,1,2...n；
假设产品在i应力下的工作极限服从正态分布，应力指标i的成熟度分量mi通过工作极限分布、设计极限，及分布的横坐标轴围成的较大部分的面积S1的大小来表征，S1的值越大，产品在该应力下越成熟；S2为工作极限分布、设计极限，及分布的横坐标轴围成的较小部分的面积，S1和S2两部分面积的和为1；
定义：
mi＝S1(i) (2)
其中，当应力指标的取值小于0时：
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S1(i)+S2(i)＝1(5)
应力指标i下的设计极限x0(i)的取值由设计需求给出；
通过对l个抽样产品进行成熟度试验，得到该应力下的一组试验值，Z＝(z1,z2,z3,...zl-1,zl)，对试验值进行矩估计即可得在该应力下产品工作极限所服从正态分布的均值μ(i)和方差σ(i)；
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当应力指标取值小于0时，若则mi＝1，否则mi＝0；
当应力指标取值大于0时,若则mi＝1，否则mi＝0；
2、生产制造能力成熟度指标分量的确定与计算方法：
生产制造能力成熟度指标分量的确定需要收集关键工艺参数的相关数据，由产品的制造部门识别并提供；
定义My为电工电子产品的生产制造能力成熟度，其值通过查询表1获得，表1是在工业生产对工序能力指数的评价要求的基础上结合产品成熟度的概念给出的；
表1电工电子产品生产制造能力成熟度取值表
电工电子产品综合工序能力指数通过2类工序能力指数来表征：
1)元器件制造工艺的工序能力指数；
2)装配工艺的工序能力指数；
元器件的种类分为外购件和自产件2类，外购件的工序能力指数由外购产品厂方提供，自产件的工序能力指数由自己厂方的生成制造部门统计计算；
电工电子产品生产的关键工序包含元器件制造工艺的关键工序或/和装配工艺的关键工序，具体包含的工序由产品的生产过程所决定；关键工序是指对最终产品的特征、功能、性能、质量、可靠性有重要影响并可能最终制约产品成熟的工序；然后再确定关键工序的关键工艺参数，关键工艺参数是指既能全面反映关键工序状态，又适合于参数采集的工艺参数；在实际应用中，涉及以下几类参数：
(1)原材料参数：包括键合工序中表征硅铝丝质量的参数；
(2)设备参数：包括高温氧化炉的温度参数；
(3)环境参数：包括空气洁净度参数；
(4)工艺条件参数：包括氧化、扩散工艺中的气流；
(5)工艺结果参数：包括键合工序中引线键合强度；
CP是电工电子产品的综合工序能力指数，其值通过式(8)进行计算
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其中，是产品的第s个关键工序下第t个关键工艺参数的工序能力指数，其值通过计量数值计算式(9)或计数数值计算式(10)进行计算，bst是与相对应的权重，
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其中，假设工艺参数服从正态分布，μst是分布的均值，σst是分布的方差；TU和TL分别是工艺规范要求的上限值和下限值；
其中，pU是不合格品率的规格界限，是不合格品率平均值，nq是第q次抽样的样本容量，pq是第q次抽样的不合格样品数，是q次抽样的样本容量均值；
步骤三、电工电子产品成熟度综合评价；
定义M为电工电子产品的成熟度，它通过式(11)进行计算：
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其中，Mx为电工电子产品的耐应力成熟度，My为电工电子产品的生产制造能力成熟度，Mr为电工电子产品的其他成熟度分量，cr是不同成熟度分量对应的权重；M∈[0,1]，cr∈[0,1]，r＝0,1,2...w；
权重的分配应按照从高到低，自上而下的顺序进行，应先确定生产制造能力成熟度指标的权重，然后再确定总的元器件制造工艺工序能力指数和装配工艺工序能力指数的权重，最后再确定不同元器件制造工艺工序能力指数的权重；
对于权重ai,bst,cr，其确定方法根据实际情况有所调整，采用专家咨询法、相对比较法、神经网络法；粗略评估采用简便易行的专家咨询法；
确定权重之后，即可通过式(11)对电工电子产品的当前成熟度的进行综合评估。
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| 基于多试验信息的可靠性综合评估方法;王晓红等;《装备环境工程》;20130831;第10卷(第4期);第24-37、65页 * |
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