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【IC设计】通过改善生产测试来提高产品质量

来源:NI       

曾经,在线测试机上亮起的绿色指示灯和操作员竖起的大拇指就足以证明产品质量过关、可以放行,但是那样的日子已经过去了。严格的测试、精确度、稳定性、以及完整记录形成文档(现在已经是大多数制造商的首要任务)的重要性日渐增加。

高端电子产品的增长趋势正在改变整个市场消费者的期望,也增加了测试工程面临的挑战。

为了具备竞争优势,产品必须满足更高的质量标准、有更多的功能、并且仍保持合理的价格。 例如,当GN Audio(Jabra)推出小型无线耳塞、创建一个新的市场品类时,他们预期的音频质量必须能与其他较大的产品相提并论。高清的音乐、可靠的无线传输以及更长的电池寿命,这些曾经的差异化优势,如今都成了获胜的筹码。它们也给测试工程带来了持续的产品质量压力,同时增加了测试站的复杂性和精确度。

作为消费者,耳机(或者其他相似的产品)的故事与我们每一个人都相关,我们支付的价格越高,对产品功能、硬件可靠性、软件稳定性以及整体设计的期望就越高。设计和测试对整个产品质量同样重要:

  • 要创建功能可靠的产品设计,不仅需要创造力、对下游流程的深刻理解,还需要充分获取制造和退回产品的故障数据。
  • 为确保每个产品符合设计要求,需要知道要测试什么,如何进行测试,以及对测量的准确性有信心。

建立协作体系,确保产品质量

在很多公司里,横亘在测试工程团队和研发团队之间的墙壁太高,项目仍然以传统的方式扔在他们身上,而不是基于合作的双向沟通。如果在做产品决策时没有测试工程师在场,那你就要遇到麻烦了。测试和设计团队之间的早期紧密合作是提高产品质量最强大的工具,它可以确保具备全面测试的能力。

说起医疗设备行业,其中例如起搏器这样对生命至关重要的设备有充分的理由把产品质量放在最高优先级。美敦力公司全球测试团队的负责人Chris Robinson非常清楚:

数据的作用直接关系到患者的安全,如果现场发现异常或问题,我们将立即开始故障分析,他们首先要看的就是生产测试数据。——Chris Robinson, 全球测试经理,美敦力,美国

在美敦力、波士顿科学或者迈瑞,如果你和那里的测试工程师交谈,你会听到诸如“测试顾问”,“测试冠军”或“生产顾问”之类的词来指代从产品设计立项会议就参与其中的测试工程师们,它保证了设计的产品能被正确地测试。 “为测试设计”不是一个新概念,但要真正发挥效果,所有相关部门都必须积极参与实践,而不仅停留在理论流程图或幻灯片上。这些会议中要考虑的关键领域是决定测量的功能广度,确保操作的恰当的测试极限、以及测试过程中设备连接点的可及性。在设计团队管理上投入时间可以强化他们受益于测试角度输入的感受,例如,更容易的设计迭代、更准时的产品发布。一些测试团队会尽力协助确定表征,然后(至少在初始阶段)验证设计,确保测试团队在产品会议上的席位。

研发和测试团队的关系,不应该止步于测试文档建立完成后。测试数据必须找到反馈产品设计的方式。为了说明这个问题,让我们看两个产品案例:

  • S&C Electric是构成电力系统的高质量开关、保护及控制类产品的领先制造商。他们的产品都是大型、复杂及昂贵的,出售给与S&C有长期合作关系的公用事业公司。产品故障会导致电网中断或其他安全隐患。由于客户群已知且项目都是长期部署,维护和维修工程可以直接将数据集提供给研发团队进行设计迭代。
  • 戴森是高品质家用电器的领先制造商。与S&C的产品相比,戴森的产品更小更便宜,但他们却在家电市场中享受了奢侈品级别的溢价,这来源于他们品牌的质量声誉。用户不希望去见维修工程师,他们希望能使用几年不发生故障,然后直接更换新的产品。在这样的预期下,研发人员就需要依靠生产测试提供的数据去识别可能发生的故障原因。今天导致产量下降的原因可能就是明天导致客户不满意的原因。

现在问一下自己:你是否在有效地将测试数据提供给你们的研发团队?如果还没有,这个需求很快就会来了,而且准备好他们不仅要对数据库的访问,还要求可搜索的、有意义的测试结果、趋势和观察结果。

跨部门跨组织对测试数据的需求正在帮助推动数字化转型计划。随着企业们超越物联网和工业4.0这些纸面上的流行语、在他们测试站中开始部署有意义的连接,他们就可以对产品生产和提高质量获得更好的洞察。

图1. 数字测试站的转换可以从数据和系统管理开始。

充分实现数字化转型价值所需的IT基础架构可能需要花费一些时间,但还是有一些事情现在就可以看到收益:

  • 采用统一的数据格式,让公司内不同来源的数据具有可比性;
  • 在测试数据旁边记录上下文元数据,以便在发生故障时能了解组装和测试中做执行的操作员和使用的机器/仪器,甚至了解到制造条件下的环境数据;
  • 采用诸如NI SystemLink之类的软件工具,以实现测试站与数据库之间的连接的标准化,形成可视化的趋势报告。

识别不可信测试数据的根本原因

为了强调每次准确、可靠地测量对规格的遵守情况,让我们先来学习一家大型电机制造商的案例。他们的功能测试小组在封闭的电气控制单元上进行线下测试。他们的PCBA板是在其他工厂生产、然后运往这里进行最后组装的。经过10次测试后,同一台设备会通过6次而失败4次。因此其他团队质疑测试数据的有效性并将问题向上反馈,很快获得了并不想要的公司高层对测试的关注。为了重建对测试质量的信心,工程师必须快速进行故障排除。

诸如此类的测量误差可能源自信号路径上的任何地方。如果不完全拆卸,很难追踪在夹具布线中产生的噪音或夹具中设计不良的布线板。然后,你还必须考虑交换结构、大规模互连、电缆散热条件(热电偶效应)......这个清单还可以继续。但是对于这个案例,让我们考虑两个常见的原因:测量精度和软件错误。

测量精度

尽管存在解决此问题的技术(在大多数情况下),错误仍然比比皆是。这通常是由于文档混乱导致误判仪器规格、或者由于预算限制导致承诺过度、无法兑现。例如,两个外观相似的16位ADC电压输入板卡的绝对精度可能有很大不同。新上市的低成本数据采集选项具有不同的规格表述细节,这给毫无戒心的制造商带来了风险,他们可能会看到误报。有两种最佳操作可以帮到您:

  • 采购和技术部门组成团队、共同讨论不同选项,而不是依靠电子邮件或文档这些容易忽略重要细节的方式。
  • 与现有的仪器供应商建立合作伙伴关系,他们在质量、模拟、前端设计和已发布的规范方面都有良好的记录,对计算精确性有详细说明。

计时精度经常被忽略。触发和同步需要在待测件(DUT)刺激、响应和测量间保持一致。这里如果没有精确性,您将永远无法对他们之间的因果关系保持信心。将尽可能多的仪器集成到类似PXI的机箱框架中,可以在同一个机箱背板上共享计时信号,而不再依赖外部线缆,可以减少计时误差。

图2. 计时精度可以通过连接在机箱背板上的仪器来解决。

软件错误

通常,错误存在于软件分析中、而不是因为物理信号。无错代码的路径是通过对熟练程度、标准惯例和广泛测试的投入而铺就的,而产生软件问题最常见的原因则是草率、缺乏教育和缺乏重用性。重用或标准化是质量的最大贡献者,因为增加的ROI允许对每段代码投入更多的时间。

图3:方案图突出显示:对于新产品设计只需开发一个新的XML配置文件和DUT夹具。

Neil Evans,飞利浦公司测试经理,在团队讨论时支持松耦合的模块化架构:开发一种在代码模块之间具有最小依赖性的软件架构,意味着每个功能模块可以以相同的方式运行,而与运行它的上下文无关。这样可以大量重用精心编写的经过验证的代码,从而实现缩短产品上市时间、提高代码质量、并改善监管重新认证的次数。——Neil Evans, 高级经理,飞利浦,美国

总结

没有确保产品质量的灵丹妙药。但是,将精心设计构建的仪器、流程、以及协作数据共享相结合,至少可以为您提供大部分的助力。测试不是单项活动,而是团队合作。将您的系统集成伙伴和产品供应商视为各自领域的专家,期待从他们那里获得更高水平的支持和服务。

“世界一流的测试团队不仅仅是搭建测试机台,而是执行合理的测试策略、助力公司的主营业务。作为测试业界的引领者,NI的尖端测试系统和完善的服务体系,赋能你们成为最高效的测试团队!”——Kyle Voosen, 电子产品生产测试总监,NI

封面图片来源:拍信网