陳冰泉，胡寧，王延，楊洪旗

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610）

0 引言

質(zhì)量作為制造業(yè)更上一個臺階需要解決的瓶頸問題，得到了政府的高度重視： 《質(zhì)量發(fā)展綱要（2011-2020年）》明確了中長期質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)、任務(wù)要求和政策措施，進(jìn)一步地動員全社會重視質(zhì)量； 《中國制造2025》將 “質(zhì)量為先”作為5條基本方針之一，把質(zhì)量品牌建設(shè)作為九大戰(zhàn)略任務(wù)之一；十九大報告中有16處提到了質(zhì)量，作出了“我國經(jīng)濟(jì)已由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段”的重要論述，并明確地指出，必須堅持質(zhì)量第一、效益優(yōu)先。目前，制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量問題頻發(fā)，例如：西安地鐵的 “問題電纜”、高田氣囊問題導(dǎo)致汽車召回、蘋果異常關(guān)機(jī)投訴引發(fā) “區(qū)別對待”爭議和神戶鋼鐵質(zhì)量丑聞等事件，產(chǎn)品的質(zhì)量差不僅會增加成本，降低收益，甚至?xí){人民的生命財產(chǎn)安全。我國制造業(yè)的產(chǎn)量全球排名第一，但整體質(zhì)量競爭力卻只排到第十三名，制造業(yè)的區(qū)域、行業(yè)存在多層次發(fā)展不平衡的現(xiàn)象[1]，尤其是，中小企業(yè)體量大，質(zhì)量水平低，對質(zhì)量技術(shù)需求迫切。

半導(dǎo)體作為電子信息產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)，是許多工業(yè)設(shè)備的核心，其質(zhì)量直接關(guān)系到制造業(yè)的整體質(zhì)量，不容忽視，但目前我國的半導(dǎo)體企業(yè)實施的質(zhì)量管理大多數(shù)仍停留在傳統(tǒng)的手工時代，存在很大的改進(jìn)空間。因此，本文以功率半導(dǎo)體行業(yè)為背景，研究了提升半導(dǎo)體產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)，包括質(zhì)量設(shè)計、質(zhì)量過程控制與診斷、質(zhì)量保證、質(zhì)量數(shù)據(jù)及其應(yīng)用等方面，探索基于知識學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)驅(qū)動和智能決策的質(zhì)量創(chuàng)新管理模式，實現(xiàn)企業(yè)全過程質(zhì)量管理與提升[2]。全文以質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集、分析和應(yīng)用為主線，貫穿于產(chǎn)品設(shè)計、加工、檢驗、銷售和使用等全生命周期過程，并建設(shè)了產(chǎn)品全生命周期質(zhì)量信息管理系統(tǒng)，以促進(jìn)質(zhì)量管理與新一代信息技術(shù)的融合，實現(xiàn)企業(yè)設(shè)計制造效率的提高，產(chǎn)品質(zhì)量的提升。

1 半導(dǎo)體行業(yè)質(zhì)量管理現(xiàn)狀分析

半導(dǎo)體作為電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，廣泛地應(yīng)用于計算機(jī)、通信、汽車、醫(yī)療和軍事等核心領(lǐng)域。中國成為了電子產(chǎn)品生產(chǎn)的集中地，是最大的半導(dǎo)體產(chǎn)品消費(fèi)國家。近幾年來，尤其在國家頒布集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要和成立國家專項基金后，半導(dǎo)體市場持續(xù)地快速增長，與此同時，市場對半導(dǎo)體產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，接受的生產(chǎn)周期卻越來越短。目前，國內(nèi)絕大多數(shù)半導(dǎo)體企業(yè)的質(zhì)量管理還停留在單純的質(zhì)量檢驗階段，全面質(zhì)量管理只是停留在口號階段和營銷過程中，并沒有有效地落實到生產(chǎn)實踐中，從而導(dǎo)致了企業(yè)雖然耗費(fèi)了大量的人力物力和時間成本，卻沒能實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)質(zhì)量管理水平的大幅提升。

本文以某半導(dǎo)體企業(yè)為例進(jìn)行深入的分析，該企業(yè)的主營產(chǎn)品包括各類半導(dǎo)體整流器、二極管等，其研發(fā)重點集中于改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝，目前，公司已取得了大量的專利成果，產(chǎn)品市場覆蓋國內(nèi)主要省市并出口海外。公司通過了ISO 9001：2008質(zhì)量管理體系和ISO 14001：2004環(huán)境管理體系認(rèn)證。隨著市場需求量的增長，產(chǎn)品更新頻率加快，市場對產(chǎn)品質(zhì)量有了更高的要求，公司迎來了發(fā)展的新階段。

企業(yè)產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)均由客戶訂單驅(qū)動。因此，在新產(chǎn)品研發(fā)情形下，該企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)產(chǎn)品的一般流程為：首先，根據(jù)客戶的需求組織工程、品管、生產(chǎn)和采購等部門進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)時可行性評估；其次，由工程部開展封裝外形開發(fā)、工裝設(shè)計、設(shè)備選型和框架設(shè)計等工作；然后，設(shè)計評審?fù)ㄟ^后由采購、品管、生產(chǎn)和試驗等部門實施生產(chǎn)；最后，形成合格的產(chǎn)品及售后服務(wù)。企業(yè)產(chǎn)品系列豐富，典型的生產(chǎn)工序包括劃片、上芯、壓焊、成型、切筋和包裝等。為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，企業(yè)支持的產(chǎn)品檢查檢驗標(biāo)準(zhǔn)體系比較完善，并且按照客戶的要求執(zhí)行。隨著市場需求的增長，產(chǎn)能擴(kuò)展，企業(yè)意識到了信息化的重要性，完成了OA、ERP系統(tǒng)的建設(shè)，并正在開展PDM、i-MES和產(chǎn)品設(shè)計仿真等系統(tǒng)的建設(shè)，但專業(yè)的質(zhì)量管理卻停滯不前，一直處于半手工作業(yè)階段。總結(jié)起來，該企業(yè)在質(zhì)量管理方面存在的問題可歸納為以下3個方面。

a）質(zhì)量管理體系實施不到位

企業(yè)的質(zhì)量體系實施與實際的質(zhì)量管理工作脫節(jié)，存在 “兩張皮”的現(xiàn)象，體現(xiàn)在未理順采購、研發(fā)、生產(chǎn)和售后維護(hù)等過程與產(chǎn)品質(zhì)量之間的必然聯(lián)系，未在 “短平快”快速研發(fā)和優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品之間找到平衡，亟需從以 “救火”方式來解決質(zhì)量問題向 “以預(yù)防為主”的 “全面質(zhì)量管理”轉(zhuǎn)變。

b）企業(yè)質(zhì)量數(shù)據(jù)分散，呈現(xiàn)出 “信息孤島”現(xiàn)象

目前企業(yè)中質(zhì)量數(shù)據(jù)小部分分散在OA、ERP系統(tǒng)中，大部分散落在工作人員的個人電腦文件系統(tǒng)、個人電子郵件、試驗設(shè)備和紙質(zhì)報告等多種介質(zhì)中。這些數(shù)據(jù)之間缺乏關(guān)聯(lián)，更沒有經(jīng)過分析，影響質(zhì)量追溯的準(zhǔn)確性和效率，數(shù)據(jù)的價值沒有被挖掘出來，對于指導(dǎo)產(chǎn)品研發(fā)、工藝過程控制和產(chǎn)品質(zhì)量提升等方面的作用非常有限，導(dǎo)致企業(yè)仍然停留在依靠個人經(jīng)驗來進(jìn)行判斷的粗糙階段。企業(yè)質(zhì)量管理人員對質(zhì)量數(shù)據(jù)分析有強(qiáng)烈的需求，逐步地意識到編制形成規(guī)范的用于指導(dǎo)質(zhì)量數(shù)據(jù)的收集、分析等的文件的重要性，同時期望構(gòu)建企業(yè)的質(zhì)量經(jīng)驗知識庫。

c）產(chǎn)品質(zhì)量追溯難，質(zhì)量問題處理效率低

當(dāng)制造過程或市場質(zhì)量異常時，為了鎖定問題的來源，往往需要對大量的紙面流程卡、領(lǐng)料單等信息展開過濾、清查，耗時費(fèi)力，造成質(zhì)量異常處理效率低，周期長，最終可能造成不良產(chǎn)品流入市場，影響品牌形象。

綜上所述，該企業(yè)亟需構(gòu)建一套高效的貫穿于采購、研發(fā)、生產(chǎn)和售后等全過程的產(chǎn)品質(zhì)量管理系統(tǒng)。

2 半導(dǎo)體企業(yè)全面質(zhì)量管理的實踐探索

基于上述需求分析，本文以全面質(zhì)量管理的持續(xù)改進(jìn)、過程管理為核心理念，融合ISO 9001質(zhì)量管理體系的標(biāo)準(zhǔn)屬性，結(jié)合該半導(dǎo)體企業(yè)的組織架構(gòu)、企業(yè)生產(chǎn)管理框架、正在實施的質(zhì)量活動的流程和體系等實際情況，以新一代信息技術(shù)手段建立數(shù)字化的持續(xù)改進(jìn)的質(zhì)量活動的流程和管理體系，建立一種健全企業(yè)信息化的全面質(zhì)量管理體系，即產(chǎn)品全生命周期質(zhì)量管理系統(tǒng)。

2.1 企業(yè)全面質(zhì)量管理體系的梳理

20世紀(jì)60年代，美國通用電氣公司質(zhì)量經(jīng)理菲根堡姆在其所著的 《全面質(zhì)量管理》一書中指出： “全面質(zhì)量管理是為了能夠在最經(jīng)濟(jì)的水平上，并考慮到充分滿足用戶要求的條件下進(jìn)行市場研究、設(shè)計、生產(chǎn)和服務(wù)，把企業(yè)各部門的研制質(zhì)量、維持質(zhì)量和提高質(zhì)量的活動構(gòu)成一體的有效體系[4]”。ISO 8402：1994將全面質(zhì)量管理定義為 “一個組織以質(zhì)量為中心，以全員參與為基礎(chǔ)，目的在于通過讓顧客滿意和本組織所有成員及社會受益而達(dá)到長期成功的管理途徑[5]?！盜SO 9000標(biāo)準(zhǔn)體系至今仍沿用該定義。全面質(zhì)量管理的基本要求可總結(jié)為 “三全一多樣”，即全過程的質(zhì)量管理、全員的質(zhì)量管理、全企業(yè)的質(zhì)量管理和多方法的質(zhì)量管理。

該半導(dǎo)體企業(yè)的質(zhì)量管理基于ISO 9001：2008開展，體系文件較為完善，但在設(shè)計、制造和輔助過程等的管理活動之間的數(shù)據(jù)鏈條出現(xiàn)了斷點，數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、共享和PDCA流程的貫通都出現(xiàn)了不同程度的脫節(jié)，亟需理順流程，以數(shù)據(jù)驅(qū)動流程，貫通設(shè)計、制造、輔助過程和使用等環(huán)節(jié)的質(zhì)量管理活動，輔以信息化手段，供全員使用，實現(xiàn)企業(yè)高效的全面質(zhì)量管理。通過對企業(yè)的體系文件、組織架構(gòu)、設(shè)計、采購、生產(chǎn)工序、試驗和售后等環(huán)節(jié)進(jìn)行梳理，構(gòu)建了企業(yè)的全面質(zhì)量管理模型，如圖1所示。

圖1 某企業(yè)的全面質(zhì)量管理模型

該模型基于PDCA循環(huán)模型設(shè)計，圍繞產(chǎn)品的設(shè)計、制造、輔助和使用的整體質(zhì)量提升為中心展開，通過質(zhì)量管理規(guī)范、QC小組、FMEA、統(tǒng)計過程控制 （SPC：Statistical Process Control）、測量系統(tǒng)分析 （MSA： Measurement System Analysis）、供應(yīng)商管理和統(tǒng)計分析等質(zhì)量工具開展工作。

a） P （Plan）

根據(jù)法律法規(guī)及客戶的要求，確定質(zhì)量目標(biāo)，對全面質(zhì)量管理的內(nèi)容進(jìn)行定義和分解，包括企業(yè)的總目標(biāo)、產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)、工序合格率、成品合格率和客戶滿意度等目標(biāo)，制定計劃，為具體工作提供指導(dǎo)依據(jù)。

b） D （Do）

根據(jù)質(zhì)量目標(biāo)和計劃實施質(zhì)量管理活動，同時構(gòu)造出產(chǎn)品內(nèi)容各個過程，以及過程之間的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)；質(zhì)量活動通過質(zhì)量管理小組實施。

c） C （Check）

檢查、測量和評審，確定產(chǎn)品的質(zhì)量是否符合目標(biāo)、是否滿足客戶的需求，這些是分析和改進(jìn)質(zhì)量管理水平的重要步驟。

d） A （Action）

采取糾正措施改進(jìn)問題，通過預(yù)防措施防止問題重復(fù)發(fā)生，并將有效的措施落實到標(biāo)準(zhǔn)化文件中，支撐其進(jìn)入下一個PDCA循環(huán)。

2.2 全生命周期質(zhì)量管理系統(tǒng)的研發(fā)

隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，質(zhì)量管理也面臨著數(shù)字化變革?；诳茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢，以前文所述的全面質(zhì)量管理模型為基礎(chǔ)，本文構(gòu)建了數(shù)字化的產(chǎn)品全生命周期質(zhì)量管理系統(tǒng)[6]。數(shù)字化質(zhì)量管理仍然延續(xù)著全面質(zhì)量管理思想中的持續(xù)改進(jìn)、過程管理和精益生產(chǎn)的理念，相比于傳統(tǒng)的管理手段，其更加注重系統(tǒng)化和程序化地應(yīng)用各種統(tǒng)計方法和工具，借助工具實現(xiàn)高效率的全過程質(zhì)量管理。以質(zhì)量體系和流程活動為線索，串聯(lián)起分散在各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量信息；以業(yè)務(wù)流程為驅(qū)動，對日常的質(zhì)量管理工作進(jìn)行精細(xì)化的數(shù)據(jù)記錄和自動化的工作流驅(qū)動管控，保障質(zhì)量管理工作能夠持續(xù)推動和及時完成。

2.2.1 全生命周期質(zhì)量管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

全生命周期質(zhì)量管理系統(tǒng)以信息化手段實現(xiàn)質(zhì)量管理的PDCA循環(huán)，即質(zhì)量目標(biāo)與組織實現(xiàn)的全過程。系統(tǒng)的主要目標(biāo)是構(gòu)建包含生命周期階段、參與角色和數(shù)據(jù)來源的三維工程質(zhì)量信息模型，如圖2所示，實現(xiàn)從設(shè)計、生產(chǎn)到售后的質(zhì)量跟蹤和追溯。

系統(tǒng)建立從質(zhì)量策劃、采購、設(shè)計、生產(chǎn)、檢驗、試驗和售后的全過程質(zhì)量信息統(tǒng)一的平臺；使采集、處理和傳遞質(zhì)量信息和涉及產(chǎn)品整個生命周期的質(zhì)量活動協(xié)調(diào)進(jìn)行。系統(tǒng)借助新一代信息技術(shù)手段，全面集成企業(yè)質(zhì)量資源，便于部門之間的溝通和專業(yè)領(lǐng)域之間的橫向協(xié)同和過程間的縱向協(xié)同，并提高了對多變的質(zhì)量要求的適應(yīng)能力。全生命周期質(zhì)量管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖2 質(zhì)量信息管理三維模型

圖3 全生命周期質(zhì)量管理系統(tǒng)的構(gòu)成

2.2.2 系統(tǒng)模塊的功能

系統(tǒng)實現(xiàn)的功能主要包括以下幾個方面。

a）通用基礎(chǔ)管理

該模塊是通用模塊，包括用戶管理、權(quán)限管理、配置管理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等，是系統(tǒng)得以運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)置。

b）質(zhì)量設(shè)計分析

這是一個子系統(tǒng)，根據(jù)企業(yè)的需求提供質(zhì)量功能配置 （QFD）、過程失效模式與影響分析（PFMEA）。QFD實現(xiàn)將客戶企業(yè)的訂單需求轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品屬性，再將產(chǎn)品屬性轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)制程要求，最終轉(zhuǎn)化為各制程的參數(shù)；PFMEA從制程流程圖及其關(guān)鍵參數(shù)開始，對劃片、上芯、壓焊、成型、切筋和包裝等所有制程的潛在缺陷及其可能造成的影響進(jìn)行原因分析，并制定相應(yīng)的控制計劃來消除或控制潛在的威脅。

c）供應(yīng)商及來料管理[7]

該子系統(tǒng)設(shè)計了供應(yīng)商開發(fā)、供應(yīng)商評價、供應(yīng)商投訴追溯和來料異常管理4個模塊，實現(xiàn)包括供應(yīng)商資格審核、現(xiàn)場審核、送樣評鑒、定期考核、合格供應(yīng)商目錄管理、入廠檢驗數(shù)據(jù)管理和來料異常的閉環(huán)處理等功能。

d）生產(chǎn)制程質(zhì)量管理

該子系統(tǒng)設(shè)計了工序首檢信息管理、巡檢信息管理、制程異常閉環(huán)管理、SPC和MSA等模塊。能夠?qū)ば虻氖讬z及巡檢不合格、測試工序產(chǎn)品不良率不達(dá)標(biāo)情況和QC品管退貨等情況分別實施異常矯正、低良率控制流程，從管理和技術(shù)兩個方面實現(xiàn)質(zhì)量問題的閉環(huán)。SPC能夠?qū)崿F(xiàn)對關(guān)鍵工序的關(guān)鍵參數(shù)的評估和監(jiān)控，建立并保持過程處于穩(wěn)定的可接受水平。MSA實現(xiàn)對包含人、儀器、測量對象和操作等測量系統(tǒng)的評估，量化測量結(jié)果的波動，確認(rèn)是否符合制程需要。

e）可靠性試驗管理

該子系統(tǒng)設(shè)計了可靠性試驗過程管理、試驗異常管理、試驗數(shù)據(jù)管理、試驗數(shù)據(jù)分析和產(chǎn)品壽命評估等模塊。

f）售后質(zhì)量管理

該子系統(tǒng)設(shè)計了兩個模塊，包括售后質(zhì)量問題閉環(huán)管理和客訴 （包括客戶投訴、建議和抱怨）管理，以及客戶投訴事項的閉環(huán)追溯。

g）體系改進(jìn)管理

該子系統(tǒng)包括審核計劃管理、審核任務(wù)指派、審核實施和審核不符合項改善追蹤等模塊。

h）經(jīng)驗知識庫管理

該模塊能夠?qū)①|(zhì)量與可靠性數(shù)據(jù)以規(guī)范化的結(jié)構(gòu)存放，包括設(shè)計分析方法及案例等，為產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性設(shè)計、人員培訓(xùn)等提供支持。

2.2.3 系統(tǒng)集成

全生命周期系統(tǒng)質(zhì)量管理系統(tǒng)不是孤立的系統(tǒng)，其與企業(yè)中的OA、ERP、PDM、MES、智能生產(chǎn)裝備和試驗設(shè)施等都實現(xiàn)了集成接口，主要包括以下幾個方面的集成：

a）與OA系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)單點登錄；

b）與ERP系統(tǒng)的集成，獲取產(chǎn)品基本信息、供應(yīng)商來料信息和反饋等；

c）與MES系統(tǒng)的集成，支持固定檢驗工位、巡檢人員、自動檢測設(shè)備、卡尺和電子測量儀器等各種數(shù)據(jù)的采集，實現(xiàn)生產(chǎn)線、零部件數(shù)據(jù)的可追溯采集。

2.2.3 系統(tǒng)應(yīng)用

本文提出的全生命周期系統(tǒng)是完全基于該企業(yè)的需求設(shè)計研發(fā)的，符合實際的應(yīng)用要求。通過系統(tǒng)的項目實施，首先，梳理形成規(guī)范化的質(zhì)量管控流程，產(chǎn)品數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)和供應(yīng)商相關(guān)描述數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化；其次，將流程固化，數(shù)據(jù)規(guī)范導(dǎo)入系統(tǒng)，從產(chǎn)品的全生命周期實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和質(zhì)量管控業(yè)務(wù)邏輯；然后，通過數(shù)據(jù)處理、分析和可視化等實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量趨勢分析、故障趨勢分析，部門、產(chǎn)品層次、生產(chǎn)工序、供應(yīng)商、原材料、測試設(shè)備和實驗項等多個維度的數(shù)據(jù)的分析；最后，按照既定規(guī)則抽取知識，形成經(jīng)驗知識庫。經(jīng)過數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和分析，得到了目前的供應(yīng)商及其來料情況、顧客退貨率、設(shè)備故障停機(jī)率、不合格品處理率、關(guān)鍵工藝的過程能力趨勢、故障閉環(huán)周期分布和產(chǎn)品壽命分布等數(shù)據(jù)，部分統(tǒng)計結(jié)果如圖4所示。

3 結(jié)束語

數(shù)字化手段是企業(yè)質(zhì)量管理體系高效實施的抓手[8-9]。但是，由于各個企業(yè)的組織架構(gòu)、生產(chǎn)流程和管理模式的差異，鮮有成功案例。通常情況，質(zhì)量管理的各項內(nèi)容、支撐數(shù)據(jù)分散在各種信息介質(zhì)中，缺乏統(tǒng)一的質(zhì)量信息管理系統(tǒng)。本文以某半導(dǎo)體企業(yè)為研究對象，通過深入的調(diào)研和需求分析，探索并研制了一套適用的體系和流程，以及落地的全生命周期質(zhì)量信息管理系統(tǒng)，對于企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的提升、質(zhì)量品牌的建設(shè)和顧客滿意度的提高等均有重要的意義。

圖4 部分質(zhì)量信息統(tǒng)計分析

本文中的全生命周期質(zhì)量信息管理系統(tǒng)雖然在實際運(yùn)行中效果良好，但限于企業(yè)目前的硬件投入，在對新一代信息技術(shù)的支持方面還需要開展進(jìn)一步的設(shè)計和研發(fā)，包括對更多智能設(shè)備、企業(yè)數(shù)據(jù)存儲分析硬件的支持。