張桂玉，任希慶（安普德（天津）科技股份有限公司，天津 300384）

　　摘 要：J750測(cè)試系統(tǒng)是一種超大規(guī)模邏輯及存儲(chǔ)器件測(cè)試系統(tǒng)。本文通過(guò)一系列的數(shù)據(jù)采集，同時(shí)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的分析方法，借助于Minitab統(tǒng)計(jì)分析軟件，分別對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，從而得到測(cè)試系統(tǒng)的一些性能參數(shù)，進(jìn)而可以分析出測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過(guò)這一系列分析后，可以找到影響生產(chǎn)率的各種因素，大大提高測(cè)試系統(tǒng)的工作效率，縮短產(chǎn)品的復(fù)測(cè)時(shí)間，提高良品率，提高測(cè)試的準(zhǔn)確率，進(jìn)而提高生產(chǎn)率。

　　關(guān)鍵詞：Minitab；J750；測(cè)試系統(tǒng)；穩(wěn)定性

　　0 引言

　　目前數(shù)字測(cè)試中使用最多的就是Teradyne的J750超大規(guī)模測(cè)試系統(tǒng)^[1]。由于同一種產(chǎn)品在不同的測(cè)試系統(tǒng)上測(cè)試可能會(huì)存在差異，甚至在同一測(cè)試系統(tǒng)中，由不同的人操作都可能有差異，因此需要在生產(chǎn)過(guò)程中的一些固定時(shí)間段中適時(shí)地采集一些數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)利用Minitab等分析軟件，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)上的知識(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

　　本文主要從兩方面對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，第一種是從所有的J750測(cè)試系統(tǒng)中隨機(jī)地選出4臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)，然后輸入電壓，測(cè)試輸出電流的大小，通過(guò)測(cè)量值與理論值的比較來(lái)分析這4臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性和差異性；第二種是隨機(jī)選擇3名操作員，在同一臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)上對(duì)10個(gè)樣本進(jìn)行測(cè)試分析，來(lái)研究同一臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)由不同的操作員操作所產(chǎn)生的差異。

　　1 數(shù)據(jù)采集

　　1.1 J750測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定性研究數(shù)據(jù)采集

　　1.1.1 概述

　　在對(duì)J750測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究中，筆者從30多臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)中隨機(jī)選擇了4臺(tái)作為研究對(duì)象，并以這4臺(tái)系統(tǒng)中的板載參數(shù)測(cè)量單元(BPMU)為研究對(duì)象，分別將10個(gè)2 kΩ的電阻焊接在64通道的通道板的第1~第10個(gè)通道與地線之間(通過(guò)1個(gè)空的測(cè)試板)，輸入一定的電流之后分別測(cè)量2 V、5 V、10 V以及24 V電壓的讀數(shù)范圍，并應(yīng)用Minitab分析軟件分析測(cè)量數(shù)據(jù)^[2]。

　　由于是隨機(jī)選擇了4臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)，因此經(jīng)過(guò)這一系列的定性與定量分析之后，就可以估計(jì)出所有測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)量穩(wěn)定性。

　　1.1.2 步驟

　　J750測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定性研究的數(shù)據(jù)采集主要由以下幾個(gè)步驟完成。

　　1）在進(jìn)行采集數(shù)據(jù)之前，首先應(yīng)當(dāng)確定分析的對(duì)象。采用抽簽的方式，隨機(jī)地從30多臺(tái)系統(tǒng)中抽取了4臺(tái)作為研究對(duì)象，分別標(biāo)記為J750－04、J750－15、J750－38和J750－40。

　　2）選擇板載參數(shù)測(cè)量單元作為研究對(duì)象，標(biāo)記它在J750的64通道板上的位置。

　　3）分別在通道板的第1~第10個(gè)通道與地線之間，通過(guò)空的測(cè)試板連接10個(gè)2 kΩ的電阻，同時(shí)在IG-XL軟件中設(shè)置好相應(yīng)的電阻數(shù)值。

　　4）通過(guò)IG-XL的數(shù)據(jù)工具^[3] (Data Tools)分別向系統(tǒng)中編程輸入需要測(cè)試的4種電壓的電流、電壓等相關(guān)參數(shù)。

　　5）應(yīng)用IG-XL以及Minitab軟件運(yùn)行上述程序，并得到這4臺(tái)系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)值。

　　1.2 量具的重復(fù)性和重現(xiàn)性(Gage R&R)研究數(shù)據(jù)采集

　　1.2.1 概述

　　在量具的重復(fù)性和重現(xiàn)性研究數(shù)據(jù)分析中，采用了均值/區(qū)間的方法(The Average/Range Method)。該方法可以同時(shí)得出對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的重復(fù)性差異和重現(xiàn)性差異，運(yùn)用這種方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采用以下格式完成：3名操作員分別以測(cè)試10個(gè)樣本為1個(gè)周期，循環(huán)測(cè)試3次。

　　1.2.2 步驟

　　量具的重復(fù)性和重現(xiàn)性(Gage R&R)研究數(shù)據(jù)采集主要由以下幾步完成。

　　1) 選擇3名操作員A，B，C，并選出10個(gè)分別從1~10標(biāo)有標(biāo)簽的樣本，同時(shí)保證3名操作員看不到這些標(biāo)簽，從而使得這些樣本對(duì)于這3名操作員來(lái)說(shuō)是隨機(jī)排列的。

　　2) 在第1個(gè)循環(huán)周期，讓第1名操作員A以隨機(jī)的順序測(cè)量這10個(gè)樣本，同時(shí)讓另外一個(gè)觀察者記錄這10個(gè)數(shù)據(jù)并填入標(biāo)準(zhǔn)表格中。

　　3) 操作員A對(duì)這10個(gè)樣本進(jìn)行第2個(gè)循環(huán)的測(cè)量并記錄測(cè)量值。

　　4) 操作員B和C循環(huán)步驟2和步驟3。

　　5) 循環(huán)步驟2~4共3次。

　　2 數(shù)據(jù)分析

　　2.1 數(shù)據(jù)分析的目的

　　在采集完數(shù)據(jù)以后，接下來(lái)的工作就是對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)分析的目的是通過(guò)一定的分析程序，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的分析方法來(lái)計(jì)算和分析測(cè)試系統(tǒng)的一些特性，比如系統(tǒng)的偏差、穩(wěn)定度、線性度以及精確度等，進(jìn)而更好地了解系統(tǒng)的性能，在杜絕性能隱患的同時(shí)，又可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性^[4]。

　　2.2 數(shù)據(jù)分析步驟

　　2.2.1 J750測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究數(shù)據(jù)分析

　　主要由以下幾個(gè)步驟組成。

　　1) 首先檢查得到的數(shù)據(jù)是否有效。對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，這4臺(tái)系統(tǒng)的每1臺(tái)測(cè)得的數(shù)值都會(huì)是在1個(gè)區(qū)間里浮動(dòng)的，因此首先要比較這4臺(tái)系統(tǒng)數(shù)值浮動(dòng)的區(qū)間是否一致，如果一致才可以繼續(xù)向下分析它們的穩(wěn)定性，否則必須重新采集數(shù)據(jù)。對(duì)于判斷是否一致，可以由P-Value來(lái)決定，如果P-Value＞0.5，它們就是一致的，反之則不一致。這4臺(tái)系統(tǒng)的P-Value計(jì)算如圖1所示。

　　由圖1可以看出，P-Value>0.5，因此這4臺(tái)系統(tǒng)的置信區(qū)間是一致的。

　　2) 分析假設(shè)。假設(shè)這4臺(tái)系統(tǒng)測(cè)得數(shù)值的平均值都是一樣的，則它的對(duì)立假設(shè)就是任意2個(gè)系統(tǒng)的平均值都不是一致的，用數(shù)學(xué)公式表達(dá)如下：

　　3) 根據(jù)上述假設(shè)，計(jì)算它們的P-Value值為：0.000，即并不是所有系統(tǒng)的平均值都是一樣的：

　　這也就說(shuō)明這4臺(tái)系統(tǒng)的穩(wěn)定性都不一致。但是事實(shí)真是如此嗎？其實(shí)在分析時(shí)還有1個(gè)因素我們必須考慮，這就是系統(tǒng)誤差。對(duì)于任何測(cè)試系統(tǒng)，本身都有一定的誤差，因此我們就需要將測(cè)得的數(shù)據(jù)與這個(gè)系統(tǒng)本身的誤差相比較，看看考慮系統(tǒng)誤差以后，測(cè)量值是否在其范圍之內(nèi)。

　　4) J750測(cè)試系統(tǒng)對(duì)于BPMU的輸入電流測(cè)量電壓的誤差范圍為：

　　同時(shí)考慮到電壓和電流的因素，則總的參數(shù)范圍應(yīng)該是于是

　　對(duì)于測(cè)量值為1 V的channel 1來(lái)說(shuō)，總的平均值應(yīng)該是0.997 62 V，如圖2所示。

　　這樣，考慮系統(tǒng)本身誤差之后，系統(tǒng)對(duì)于2 V電壓讀數(shù)范圍應(yīng)該是：

　　(0.992 74，1.002 5)

　　而對(duì)于2 V電壓的測(cè)量來(lái)說(shuō)，這4臺(tái)系統(tǒng)的讀數(shù)分別是：

　　J750-04 CI for Mean is (0.998 06, 0.998 11)

　　J750-15 CI for Mean is (0.997 23, 0.997 28)

　　J750-39 CI for Mean is (0.997 89, 0.997 94)

　　J750-40 CI for Mean is (0.998 06, 0.998 11)

　　因此，這4臺(tái)系統(tǒng)都在系統(tǒng)要求的范圍之內(nèi)，這4臺(tái)系統(tǒng)是穩(wěn)定的。

　　2.2.2 量具的重復(fù)性和重現(xiàn)性研究數(shù)據(jù)分析^[5]

　　1）重現(xiàn)性(Reproducibility)差異分析

　　①對(duì)于操作員A的測(cè)量數(shù)據(jù)，將第1個(gè)循環(huán)10件樣本的數(shù)值相加，并除以10，來(lái)取得其平均值，將該值填入AVG表格中。

　　②重復(fù)計(jì)算第2和第3個(gè)循環(huán)的平均值并填入表格。

　　③將所有3個(gè)循環(huán)的平均值相加，并除以3，得到操作員A的方差。

　　④按照上述1~3的順序填入操作員B和C的數(shù)值。

　　⑤比較A、B、C三名操作員測(cè)量值的平均值的大小，并標(biāo)出最小值X_MIN和最大值X_MAX。

　　⑥計(jì)算X_DIF=X_MAX-X_MIN，并填入相應(yīng)的表格中。

　　2）設(shè)備偏差(Part Variation)分析

　　①將操作員A，B，C對(duì)樣本1的測(cè)量數(shù)值相加，并填入表格。

　　②將樣本1在上一步所得的數(shù)值除以9(樣本1總被測(cè)量次數(shù))，得出其平均值。

　　③依上述方法計(jì)算其余9個(gè)樣本的平均值。

　　④將這10個(gè)平均值中的最大值減去最小值，得到樣本分區(qū)。

　　3）重復(fù)性(Repeatability)差異分析

　　①在操作員A欄中，將樣本1的3次讀數(shù)中的最大值減去最小值，得到操作員A對(duì)于樣本1的數(shù)值區(qū)間R。

　　②按照上一步的方法依次計(jì)算操作員A對(duì)于其他9個(gè)樣本的樣本區(qū)間。

　　③將1和2步所得到的操作員A對(duì)于10個(gè)樣本的樣本區(qū)間相加，并除以10，得到操作員A的平均樣本區(qū)間，記作R_A并填入表格。

　　④按照1~3的方法分別計(jì)算操作員B和C的平均樣本區(qū)間，并分別記為R_B和R_C。

　　⑤計(jì)算3名操作員的平均區(qū)間：R=(R_A+R_B+R_C)/3。

　　⑥將R與D4(可以從表格中得到)相乘，以求得區(qū)間的上限值UCL(R)(Upper Control Limit)。

　　⑦檢查3名操作員對(duì)于每件樣本讀數(shù)的區(qū)間，對(duì)超過(guò)UCL的數(shù)值做標(biāo)記，并對(duì)其進(jìn)行更正，這時(shí)就需要進(jìn)行以下二種措施中的一種：

　　(A) 將該操作員對(duì)這10個(gè)樣本進(jìn)行重新測(cè)試讀數(shù)，并計(jì)算各個(gè)數(shù)值。

　　(B) 放棄這些讀數(shù)，重新求其平均值，并重新確定數(shù)值區(qū)間。

　　所有的上述步驟完成，并保證每個(gè)樣本的區(qū)間都不超過(guò)UCL之后，接著進(jìn)行以下步驟以求得總體偏差(Total Variations)。

　　計(jì)算重復(fù)性偏差(設(shè)備偏差，EV)，重現(xiàn)性偏差(測(cè)量者偏差，AV)，復(fù)合R&R數(shù)值，設(shè)備間偏差(PV)以及總體偏差(TV)并填入相應(yīng)表格中。

　　計(jì)算%EV，%AV以及%PV作為總體偏差TV的百分值。其中：

　　EV= R×K1

　　SQRE [(XDIF×K2)2-EV2/nr]

　　PV=RP×K3

　　TV=SQRE[R&R2+PV2]

　　經(jīng)過(guò)上述分析計(jì)算之后，我們就可以最終求得復(fù)合R＆R值了:

　　R&R=SQRE [EV2+AV2]

　　    %R&R=100 (R&R/TV)

　　當(dāng)%R&R的值小于10％時(shí)，可以認(rèn)為這臺(tái)系統(tǒng)是穩(wěn)定的。經(jīng)過(guò)上述分析可以發(fā)現(xiàn)，J750-19系統(tǒng)的%R&R數(shù)值均小于10%，也就是說(shuō)該測(cè)試系統(tǒng)是穩(wěn)定的^[4]。

　　3 結(jié)論

　　本文主要從兩方面對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，第1種是通過(guò)測(cè)量值與理論值的比較來(lái)分析這4臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性和差異性；第2種是研究同一臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)由不同的操作員操作所產(chǎn)生的差異。在數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，我們用Minitab數(shù)據(jù)分析軟件把收集到的一些系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入到Minitab中，它以自己特定的圖形顯示工具直觀地顯示出4臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)之間的差異，從而分析其各自的穩(wěn)定性。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] J750服務(wù)手冊(cè)[Z].泰瑞達(dá)公司,1999:5-30.

　　[2] Minitab分析理論[Z].MINITAB Inc,2004: 5-18.

　　[3] IG-XL測(cè)試分析手冊(cè)[Z].泰瑞達(dá)公司,1999: 4-58.

　　[4] 測(cè)試系統(tǒng)分析[Z].摩托羅拉公司,2001:01-46.

　　[5] 測(cè)試系統(tǒng)質(zhì)量認(rèn)證工序[Z].摩托羅拉公司,2002: 2-10.

　　（注：本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第07期第85頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。）