生产测试,提高设备质量

商业洞见

电子产品 | 9分钟阅读

在整个市场范围内,高品质电子产品的增长正在改变消费者的期望,同时也增加了测试工程所面临的挑战。我们来探讨一下测试工程可以通过哪些方式来提高产品质量。

曾几何时,只要在线测试机上的绿灯亮起,操作员竖起拇指示意,便足以证明产品达到发货要求,但这种日子已经一去不复返了。测试的严格性、精确性、稳定性以及相应的文档记录是目前大多数制造商的首要任务,其重要性只增不减。

 

在整个市场范围内,高品质电子产品的增长趋势正在改变消费者的期望,同时也增加了测试工程所面临的挑战。

 

为了保持竞争力,设备必须满足比以前高得多的质量标准、具有更多的功能,同时价格经济实惠。例如,GN Audio (Jabra)推出小型无线耳机,为市场引入了一个新的产品类别,而且其音频质量必须与其他体积较大的同类产品旗鼓相当。高清音乐、可靠的无线连接和更长的电池续航时间曾经是产品的差异化竞争因素;现在却成为了所有耳机的必备功能。这些高标准无疑给致力于确保产品质量的测试工程师带来了巨大压力,同时也使测试站更加复杂,要求测试站具有更高精度。

 

耳机的案例对我们每个人来说都并不陌生,因为大家都使用过耳机或类似产品:价格越高,我们对功能、硬件可靠性、软件稳定性和总体设计的期望值就越高。设计部门和测试工程部门都对整体产品质量有着至关重要的影响:

 

  • 要想拿出实用、可靠的产品设计,就必须具有创造力、了解下游流程,并熟悉来自制造过程和产品退货的故障数据。
  • 为了确保每个产品都严格按照设计进行组装,就需要了解测试对象、测试方式,并确保测量数据的准确性。 

通过合作,确保设备质量

在许多公司,测试工程团队与研发团队泾渭分明。两个团队独立地进行各自的工作,而不是以协作的方式完成项目。如果在做产品决策时测试工程团队不在场,便可能存在隐患。要提高产品质量,最有效的方法是在测试部门与设计部门之间及早进行紧密协作,因为这样才能确保全面、完善的测试。

 

以医疗器械行业为例,生命支持类医疗设备(如起搏器)将产品质量放在首位是有充分理由的。Medtronic全球测试团队的负责人Chris Robinson非常清楚这一点:

数据直接影响患者安全;[如果现场出现异常问题]我们立即开始进行故障分析。
首先查看便是生产测试数据。

Chris Robinson

Medtronic全球测试经理,美国

如果您跟Medtronic、Boston Scientific或Mindray的测试工程师交流,一定会听到“测试顾问”、“测试卫士”或“生产顾问”等说法,指的是为了确保产品能够得到正确测试而从一开始就参与到产品设计会议讨论的测试工程师。“可测试性设计”并不是什么新概念,但要使其有效,需要所有相关人员在实践中积极参与,而不仅仅是将其停留在理论流程图和PowerPoint幻灯片上。在这些会议讨论期间需要考虑的关键方面包括:要测量的功能的广度、确保系统正常运行的测试限制值以及设备连接点在测试期间的可访问性。同时还要与设计团队管理层进行沟通,重点强调测试的价值(例如,高效的测试有助于完善设计迭代和以及保证准时进行产品发布);一些测试团队甚至会主动帮忙进行设计的特性分析和验证(至少在最初阶段是这样),从而确保在会议桌上拥有一席之地。

 

在测试和记录好规格参数后,“研发-测试”关系并不会就此终止。测试数据还必须能够溯源到产品设计。为了论证这一点,我们来看看两个客户案例:

 

  • S&C Electric是一家致力于为电力系统生产高质量开关、保护和控制产品的卓越制造商。其产品庞大、复杂、昂贵,客户则是S&C有着长期紧密关系的公用事业单位。S&C Electric产品的故障可能会导致电网中断或安全问题。因此,在长期部署过程中,维护和维修工程部门会直接向研发部门提供数据,以完善设计迭代。
  • Dyson是一家卓越的高品质家用电器制造商。与S&C公司的产品相比,Dyson的产品更小巧、更便宜,但在市场上定价很高-由于其质量好,信誉高,就成为了一种奢侈品。用户不希望用到维修工程师;他们希望产品能够在数年内一直保持最佳运行状态,然后直接更换产品。在这种情况下,研发部门希望通过生产测试来获得所需的数据,从而识别潜在的故障原因。今天导致产量下降的原因可能会在明天导致客户不满。

现在问问自己:您的产品是属于工业电源开关还是吸尘器?如果您更接近第二种情况,您是否以有效的方式向研发部门提供测试数据反馈?即使没有,您很快也会收到这种请求,并且该请求可能不仅包括对数据库的访问,还包括有意义且可搜索的测试结果、趋势和观察结论。

 

这就需要在整个组织内收集测试数据,才能推动数字化转型的实现。随着公司不再只是将“物联网”和“工业4.0”等流行语停留在纸面上,而是真正应用到测试站中,他们便会对产品制造有更深入的了解,进而制定有效的措施来提高质量。

图1:测试站数字化转型可以立即开始,并以数据和系统管理为切入点。

建立所需的IT基础设施来充分利用数字化转型可能需要一些时间,但有些事情是您现在就可以去做并看到回报的:

 

  • 使用一种能让来自整个公司的数据源都具有可比性的数据格式。
  • 在记录情境元数据的同时记录测试数据,这样当发生故障时,就可以了解操作员、组装和测试时所用的机器/仪器,甚至可以了解有关制造条件的环境数据。
  • 研究NI SystemLink™软件等工具,在测试站和数据库之间实现标准连接,从而直观呈现和报告变化趋势。 

找出测试数据不准确的根本原因

为了解释如何根据规范参数获取准确、可靠的数据,我们先来看一个大型电气机械制造商的客户故事。他们的功能测试小组需要对封闭的电气控制单元进行生产线终端测试。但这些印刷电路板组件(PCBA)是由另外的工厂制造,然后运到一起来进行最后组装。在测试10次后,同一个设备有6次通过,4次失败。其他团队因此就会质疑测试数据的有效性,问题很快被上报,并引起了公司高层对测试的不必要关注。为了恢复大家对测试质量的信心,工程师们不得不快速对问题根源进行分析。

 

像这样的测量错误可能来自信号路径上的任何一处。连接件线缆或连接件内部的布线板没设计好的话,会引入噪声,在不完全拆卸的情况下,很难消除这一噪声。然后,还必须考虑开关架构、大规模互联装置、电缆热条件(热电偶效应),等等。在本案例中,我们只需考虑两个常见的原因:测量精度和软件漏洞。

测量精度

尽管现有技术可以解决大多数测量精度问题,但误差仍然存在。造成这些误差的原因通常是对仪器规格的理解有误、文档混乱或为满足预算限制而过度妥协。 例如,两个外观相似的16位ADC电压输入卡可能具有完全不同的绝对精度。市场上新推出的低成本数据采集方案,其规格表的详细信息各不相同,这会对可能已经开始看到误报而又毫无防备的制造商造成风险。有两种最佳做法可以提供帮助:

 

  • 将采购和技术部门聚到一起来讨论所做的选择,而不是依赖有可能会遗漏重要细节的电子邮件或文档。
  • 成熟仪器供应商在质量、模拟和前端设计方面具有良好记录,并且发布了详细说明如何计算精度的高质量规格说明书,公司应与此类供应商开展合作。

定时精度常常被忽视。由于触发和同步与待测设备的激励信号、响应和测量是息息相关的,如果定时数据不准确,那么我们就无法确定问题的根源及其影响。这时如果将尽可能多的仪器整合到一个平台上(如PXI,并在整个机箱背板上共享定时信号,而不是通过外部线路进行共享),就可以减小定时误差。

Figure 2: Timing accuracy can be addressed using instrumentation connected over a chassis backplane.

软件漏洞

漏洞通常存在于软件分析中,而不是物理信号内。如果让编写的代码零错误,除了要提高专业技能,还要借鉴行业最佳工程实践以及进行广泛的测试。软件出现问题的最常见原因便是过于仓促、员工能力不足以及复用率低。这时复用或标准化便成为提高产品质量的关键,因为随着ROI的提高,工程师就有更多的时间认真检查每段代码。

图3: 解决方案示意图(强调了对于新产品设计,只有XML配置文件和待测设备连接件必须重新开发)。

在讨论自己团队的工作时,Neil Evans(Philips测试经理)提倡采用松散耦合的模块化架构:

我们开发了一软件架构,代码之间相互依赖非常小,这样来,函数都能独立运行,而不依赖运行环境。而且,这些编写经过充分验证代码大量用,从而帮助企业缩短产品上市时间,提高代码质量,增加通过重新认证概率。

Neil Evans

Philips高级经理,美国

我们随时竭诚为您服务

产品质量没有捷径可走。然而,结合精心设计的仪表、谨慎制定的流程和协作数据共享,至少可让您实现大部分目标。测试不是独立的活动,而需要团队的共同努力。您的集成商和产品供应商都是相应领域的专家,完全有能力为您提供更高级的支持和服务。

 

NI致力于为您提供所需的支持,来改进您的测试站、测试数据、测试策略以及总体产品质量,让您不必在挑战重重的测试之海中独自航行。欢迎与我们一起探讨待测设备质量的提高带来了哪些测试挑战,以及NI如何为您提供帮助。

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