基于航天電子產品批生產能力提升的產品測試工藝優化的實踐

黃羽童、鄭穎、王妍、馬越、申宏晨 /北京航天長征飛行器研究所

當前，航天軍工產品批產業務量增長，產品交付數量創歷史新高，型號高強密度研制、高強密度發射、高強密度交付已成為科研生產的新常態，航天產品“高質量保證成功、高效率完成任務、高效益推動航天強國和國防建設”的轉變是加快建設航天強國和建設世界一流軍隊的必由之路。

面對航天產品批產任務量增長與資源保障日益激化的矛盾，工藝人員需要主動作為，以提升工藝能力為牽引，用技術功底改進產品生產測試流程，優化批產產品工藝管理模式，達到流程規模最小化、有限資源得釋放、交付壓力再減輕的目的。目前航天批生產電子產品的測試流程工藝能力仍有以下3個方面的提升空間：

一是系統化能力。批產產品各類測試的目的是檢測產品工藝、材料與元器件的缺陷。產品分級檢驗應遵循前項覆蓋后項的原則，后項測試項目主要針對由后續工序工步引入的新風險進行檢查。這樣既可減少重復，也可將產品生產風險控制在更前端。系統化思維的不足易造成產品測試冗余且測試針對性不足等問題。

二是工程化能力。在產品生產過程中，設計師往往關注設計方案的先進性，重視產品最后環節性能指標是否滿足設計要求，工藝作為連接設計和生產操作的橋梁，是產品從圖紙到實物的工程化實現過程，工藝人員需要結合現有生產能力，在確保滿足設計需求的前提下，盡可能便于產品生產測試，優化產品生產測試流程。

三是類比歸納能力。航天電子產品型號繁多，由于產品的任務需求不同，在產品結構、材料、元器件選型、測試項目等縱向指標具有各自的特點，但站在產品生產的角度看，可以對產品在生產過程中的各個工序工步進行橫向類比和歸納。以產品測試工藝為例，產品測試項目、測試接口和測試信號等方面類比和歸納的實踐經驗有限，共性通用設備、特性專用設備的選用和設計能力有待提升。

一、 工作與實踐

1.整體思路

吃透技術是形成可落實、可操作管理模式的前提。優化產品測試流程的核心是通過技術功底優化流程，從技術源頭探索優化方法，通過技術升級設計產品測試工具、通過技術手段提升產品測試能力，在滿足設計要求的前提下盡可能整合測試項目、優化測試流程，設計或引進先進測試設備，達到最終壓縮測試時間、釋放有限資源的目的。

典型的航天電子產品生產流程如圖1 所示。以現階段航天電子產品生產工藝能力為基線，對整個產品生產流程進行再梳理和再分析，對于以SMT為主導的印制板電裝和分組分批滾動生產的整機電裝流程，可以優化、壓縮的空間較小。航天電子產品的測試環節主要涉及2 個工序：一是整機裝配前的印制板單板調試工序，二是整機裝配后的整機測試工序。這兩道工序測試環節復雜、測試時間較長，占用整個產品生產周期的近1/3 時間，且在后續產品交收試驗和例行試驗過程中仍會涉及產品整機測試的環節。

圖1 典型航天電子產品生產流程圖

因此筆者針對印制板單板調試和產品整機測試，制定具體的測試流程優化方案。測試流程優化的總方針為提升以測試項目整合為代表的歸納軟能力和以工裝設計為代表的硬件設計能力。

二、具體方案

1.單板調試優化

單板調試的目的主要在于檢查印制電路板的制作、焊接以及元器件參數，通過單板調試得到印制電路板組件的電氣性能指標，從而檢查和驗證印制板組件硬件的完好性和產品生產的正確性。針對批產產品單板調試工作，流程優化思路主要有以下2 點：

一是整合測試項目。設計方提供的單板調試細則多從產品電路設計角度出發，以實現產品電氣功能為出發點，產品測試項目以功能為出發點縱向設計，如常見的測試項目有數模電路測試、模數電路測試、時鐘電路測試、TTL 電路測試、鎖相環電路測試等。但在產品生產過程中，操作人員不需要了解電路設計的功能，只需要明確測試點、測量工具、測試方法以及測量結果判讀。以測試產品功能為出發點的縱向測試項目往往需要使用多種工具測量物理樣，完整的一遍單板測試流程會涉及多次測試工具甚至測試工位的變化，頻繁的替換也會增加操作人員接線錯誤、測試點誤觸甚至工具混用的風險。因此，對單板調試項目進行歸納和整合可以達到提升產品單板調試效率的目的。

工藝人員需要主動歸納測試項目和測試點，吃透產品設計意圖，將以功能為出發點的縱向設計輸入歸納整合為適應操作測試的橫向測試流程。以上述常見測試項目為例，測試項目大多可分為阻抗測試、電壓測量和信號測量3 類，從便于生產測試的角度對測試項目進行重新整合，測試項目歸納情況見表1。

表1 單板調試測試項目歸納

二是設計單板調試工裝。合理地使用和設計工裝可以提升產品的測試效率。因不同產品印制板大小、測試點、測試項目具有差異，針對印制板組件單板的調試工裝可以依據特性進行定制。

單板調試工裝使用防靜電面板和復合材料結構組成整體框架，工裝底部可接線至產品測試點，頂部安裝快速夾具，工裝測試針床裝有彈性組件，方便產品測試點快速插拔并保護產品焊盤。

2.整機測試優化

整機測試項目設計優化的目標是全面且最簡，使用自動化代替人工。在保證整機測試項目對整機功能、性能指標全面覆蓋、全面檢查的前提下，保證建立的測試參數集合最簡，減少重復測試、冗余測試項目。對于單板調試后裝配成整機的電子產品，整機測試的目的主要在于檢查產品內部線束連接、各印制電路板及模塊之間匹配的正確性。針對批產產品整機工作，流程優化思路主要有以下2 點。

一是優化測試項目。整機測試作為單機產品的整體檢驗項目，測試綜合性強，在設計階段應遵循測試項目全覆蓋的原則，注意產品測試項目前項覆蓋后項?，F階段某些單機產品為實現檢驗產品的全部功能與性能，需要與系統內其他單機產品聯合測試，單機產品見面握手滯后，故障暴露較晚，影響產品故障的及時發現。以系統化和工程化思維對產品測試環節進行工藝性審核，了解產品各環節測試目的和測試意義，對產品整機測試未覆蓋的項目進行識別并制定相應工藝檢驗、工藝保證措施，對單機與聯合測試項目中的非必要重復測試項目進行檢查與刪減。通過對整機測試項目的優化，既保證了產品測試覆蓋性，使故障問題盡早暴露，又減少了產品重復測試、冗余測試項目，提升了產品測試效率。

二是設計自動化測試設備。航天電子產品整機測試具備技術復雜度高、測試指標多以及測試精度苛刻等特點，傳統產品的測試主要采取人為連線、測試以及判讀的方式，易造成單臺產品測試時間過長、反復操作出錯、設備多、接線亂等問題，難以滿足現代化大批量生產的需要。針對上述人為測試帶來的問題，本項目開發了一套通用自動化測試設備，運用射頻開關矩陣將常用測試儀器（矢量網絡分析儀、頻譜儀、信號源、數控電源等）集成在通用機柜中，實現了自動轉換測試儀器、一鍵自動化測試、自動采集記錄數據、后期數據分析等功能。

通過工控機實現電源、雷達信號源、頻譜儀等儀器的高速率控制與數據采集，滿足射頻類產品測試過程中的儀器控制與數據讀取需求。測試機柜具備指定頻段內被測件的幅頻特性的自動測試及測試數據記錄功能，產品的測試數據以結構化的格式保存至工控機，測試數據存儲到數據庫可以進行數據查詢及轉化EXCEL 形式，便于實現后續產品數據包絡分析等功能。自動測試平臺結構簡單、可靠，包含手動伸縮折疊式承重平臺，使用時可以拉到相應位置后鎖定，用于承載被測產品，便于產品測試。

三、實踐效果

1.具體案例實踐成果

微波與數字處理器是一種典型的航天電子產品，產品電路設計復雜、生產集成度較高、測試項目繁多且同時涉及低頻信號與高頻信號的測量。

針對微波與數字處理器在單板調試和整機測試過程中測試時間長的薄弱環節通過單板整合測試項目可以減少多次變換測量工具環節的重復，降低操作風險，縮短測試周期；通過使用單板調試工裝可以減少測試孔重復焊接風險，保護產品焊盤與測試點質量，快速插拔的設計減少測試工作量，縮短單板測試周期；整機優化測試項目減少了重復或疊加，在保證測試覆蓋性的前提下將測試項目最小化、測試流程易操作化，縮短測試周期；整機測試使用自動化測試設備，實現了1 臺自動化測試設備同時測試6 臺電子產品，提升了單臺產品的測試效率，節省了試驗資源，降低了測試難度，減少了人為操作風險。流程優化前后具體項目的對比如表2 所示。

根據表2 可知，經測試流程優化，單臺微波與數字處理器可節省13h，效率提升65%，達到縮短產品測試周期的目標。

表2 流程優化前后具體項目對比表

2.工藝管理優化提升

產品批生產測試流程的優化可以明顯提升生產效率，這表明工藝的提前可以對生產測試過程中存在的風險進行提前識別，并對可以優化的項目開展專項攻關，以實現產品的工程化、可實現性和工藝經濟性，達到批產產品降本增效的目的。本次實踐的工作流程如圖2 所示。

圖2 工作流程圖

該實踐方法和管理流程可以推廣至其他同類型電子產品的生產測試過程中，通過流程優化持續提升批生產能力，提高批生產管理效率。

四、后續思路

通過本次基于航天電子產品工藝能力提升的產品批產測試流程優化的實踐，產品生產效率得到提升，并形成了可推廣、可落實的工藝管理方案，優化效果顯著。以本次實踐為依托，為更好地完成后續科研生產任務，將從以下3 個方面開展工作：

一是面向產品。工藝人員提前參與到產品設計與生產流程規劃當中，運用工藝技術知識對生產環節可能遇到的風險提前進行識別，將產品生產工藝性、工程化工作前置，結合產品設計目的、可實現性和工藝經濟型進行提前審核，從生產角度整理歸納測試項目、設計選用合理工裝，提升針對產品的生產工藝能力，進而滿足航天產品高效率精益發展的需求。

二是面向流程。做好流程梳理工作，提升工藝管理效能。生產管理流程的優化促使工藝人員不斷思考和探索，運用工藝管理能力逐步提升原有科研生產模式，在保證產品質量、設計指標的前提下，將節約生產資源、降低操作風險、減少人力投入、便于操作落實、適應現有生產環境等管理要素用于工藝流程的頂層設計中。

三是面向組織。生產單位主動作為，產品質量和生產效率由產品設計、工藝、操作共同決定，面對生產任務不斷增加的新形勢，生產部門需要眼睛向內、主動作為、提前部署，建立流程優化導向，掌握戰略主動，破解生產部門“上游輸入遲遲不定、下游輸出后墻不倒”的被動局面。

結合當前航天軍工電子產品批產業務量增長、產品高密度交付的新常態，工藝人員需要通過綜合分析批生產產品特點，運用工藝技術與工藝管理能力，及時發現、協調并解決問題，提出科學、有效、可落實的管理方案，推動批生產工作有序運行，提升組織生產保障能力?！?/p>