“5G+ 先進(jìn)制造”推進(jìn)了電子工業(yè)智能化的進(jìn)程，在廣覆蓋、低延時(shí)、高可靠互聯(lián)網(wǎng)背景下，蓬勃發(fā)展的現(xiàn)代信息技術(shù)與制造場景的有機(jī)結(jié)合，誕生了諸多新業(yè)態(tài)和新模式。電子設(shè)備和相關(guān)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心就是電子元器件，如果電子元器件的質(zhì)量難以保證，就不會生產(chǎn)出優(yōu)良的電子產(chǎn)品，就難以發(fā)揮電子產(chǎn)品的功能。由此，電子企業(yè)生存發(fā)展的首要任務(wù)就是利用科學(xué)的手段嚴(yán)格檢測產(chǎn)品，以優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品質(zhì)量增強(qiáng)自身的市場競爭力。而 5G 技術(shù)在電子工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，推進(jìn)了電子元件檢測智能化的進(jìn)程。 

1 電子元器件檢測中存在的問題 

1.1 元器件的安全可靠性    

因?yàn)殡娮釉骷慕Y(jié)構(gòu)相當(dāng)精密，在極其復(fù)雜的工作環(huán)境中，只有確保絕對的安全可靠，才可以滿足不同領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品的需求。特別是在軍民結(jié)合的領(lǐng)域中，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的前提條件就是電子元器件的安全可靠性。國家軍工標(biāo)準(zhǔn)中對電子產(chǎn)品質(zhì)量要求異常的嚴(yán)格，為了準(zhǔn)確地評價(jià)產(chǎn)品，必須進(jìn)行嚴(yán)格的檢測。針對集成電路的制造，必須具備匹配產(chǎn)品要求的制造環(huán)境，首先要進(jìn)行電學(xué)實(shí)驗(yàn)，嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)行規(guī)范化的操作，以保證實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)。由此不難看出，保證電子產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵措施就是對電子元器件的嚴(yán)格檢測。目前廣泛使用的檢測方式包括電氣產(chǎn)品通用環(huán)境類實(shí)驗(yàn)和電性能參數(shù)測試。 

1.2 設(shè)備與系統(tǒng)不配套問題    

傳統(tǒng)的電子元器件的檢測設(shè)備不僅在功能方面不完善，更不具備相匹配的操作系統(tǒng)。通常情況下，提供電子元器件以及集成電路檢測設(shè)備的是傳統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商，其設(shè)備成本超高，如果進(jìn)行系統(tǒng)升級會耗費(fèi)大量時(shí)間。很多電子企業(yè)的檢測設(shè)備只能進(jìn)行局域網(wǎng)通信，難以兼容新型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)。在設(shè)備和系統(tǒng)不完善的情況下，更多依賴的是工作人員手工檢測電子元器件。因?yàn)樵O(shè)備類型不統(tǒng)一，結(jié)構(gòu)又復(fù)雜，檢測模式有缺陷，操作人員會進(jìn)行更多的手工檢測工作，一旦工作疏忽就難以發(fā)現(xiàn)有質(zhì)量的產(chǎn)品，造成檢驗(yàn)結(jié)果的不準(zhǔn)確。問題的癥結(jié)在于操作人員是按照自己的工作經(jīng)驗(yàn)判斷產(chǎn)品的質(zhì)量，大大增加了電子元器件檢測的不確定性。 

1.3 數(shù)據(jù)孤立問題    

企業(yè)的檢測設(shè)備盡管在檢測過程中可以采集到數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)與電子元器件難以形成聯(lián)系。盡管計(jì)算機(jī)能夠控制檢測設(shè)備，但檢測設(shè)備卻不能與產(chǎn)品通信。在檢測工作完成后，產(chǎn)品與采集的數(shù)據(jù)沒有相互聯(lián)系，工作人員難以對產(chǎn)品狀態(tài)進(jìn)行跟蹤。這就導(dǎo)致在分析數(shù)據(jù)時(shí)難以和產(chǎn)品關(guān)聯(lián)，無法追溯檢測過程，嚴(yán)重降低了數(shù)據(jù)的利用率。當(dāng)前，電子元器件的質(zhì)量檢測量大、檢測內(nèi)容復(fù)雜、面臨很大的技術(shù)難度、檢測周期過長、檢測效率差。如果只是利用人工分析設(shè)備采集的大量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性很難保證。所以，很多電子企業(yè)開始利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來改進(jìn)檢測工作，進(jìn)行檢測流程的優(yōu)化，顯著提升了檢測效率和準(zhǔn)確度。 

2 5G 技術(shù)在電子元器件智能檢測中的關(guān)鍵意義 

2.1 智能化可以滿足信息共享的需求    

企業(yè)傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品檢測中心具有一定的封閉性，從待測的電子元器件樣品的送檢到檢測報(bào)告形成，從啟動檢測設(shè)備到操作看板管理，全部檢測過程會有大量工作人員穿插其中。所以，在電子元器件質(zhì)量檢測軟件的研發(fā)中，很多企業(yè)力圖從管理實(shí)驗(yàn)任務(wù)、自動化測試、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、自動生成報(bào)告等諸多環(huán)節(jié)來提升檢測過程的智能化。但因?yàn)楝F(xiàn)有的檢測設(shè)備信息化程度的差異性、缺失業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的中臺、互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的影響，檢測數(shù)據(jù)的采集、共享和分析的效果還不能完全達(dá)到業(yè)務(wù)要求，大量數(shù)據(jù)的交換和共享還難以實(shí)現(xiàn)。 

2.2 5G 技術(shù)促進(jìn)檢測智能化的進(jìn)程    

隨著 5G 技術(shù)的日趨成熟，5G+ 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合模式將會為智能檢測提供良好的技術(shù)支撐，真正實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)分享向接入數(shù)據(jù)、傳輸?shù)牡脱訒r(shí)、分析建模智能化的2.0版本升級更新，促進(jìn)了信息自動化水平的不斷提升，讓檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)生產(chǎn)能力更強(qiáng)、制定的解決方案更有實(shí)用性。同時(shí)，大數(shù)據(jù)和云計(jì)算資源可以通過 5G 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中臺、智能終端進(jìn)行分配和調(diào)用，企業(yè)可以依托該優(yōu)勢構(gòu)建檢驗(yàn)測試流程的操控臺，還能夠利用移動窗口進(jìn)行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上的信息交互，并在移動互聯(lián)網(wǎng)上分享，完成與消費(fèi)者的有效連接，從而通過智能檢測管理平臺上檢測試驗(yàn)知識的沉淀和流轉(zhuǎn)，顯著提升產(chǎn)品檢測效率的同時(shí)，更挖掘了網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同檢測潛能，為電子工業(yè)制造的升級創(chuàng)造了條件。 

3 5G 技術(shù)在電子元器件智能檢測中的應(yīng)用途徑 

3.1 綜合應(yīng)用的路徑    

從集成電路、電子元器件的檢驗(yàn)篩選為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合老煉檢測試驗(yàn)、電子元器件測試電性能的參數(shù)等檢測程序，借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，依托5G技術(shù)、大數(shù)據(jù)建模預(yù)測分析、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、B1可視化技術(shù)、數(shù)據(jù)采集和存儲等的分析和應(yīng)用，研究制定集成電路、高端電子元器件智能檢測的改進(jìn)方案。其一，通過高信息化、自動化智能檢測設(shè)備的研發(fā)和改進(jìn)方案的制定，完成科技含量高的自動測試、自動篩選的功能，該功能可以精細(xì)到對每個(gè)元器件信息采集、存儲和溯源。其二，通過現(xiàn)代工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的容器化和微服務(wù)技術(shù)，借鑒通用化、組件化、平臺化的設(shè)計(jì)理念，進(jìn)行工業(yè)物聯(lián)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，檢測數(shù)據(jù)中臺的構(gòu)建，利用 5G 技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品測試數(shù)據(jù)、檢驗(yàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的傳輸，利用 APP 軟件管理和應(yīng)用檢驗(yàn)設(shè)備和產(chǎn)品測試數(shù)據(jù)，真正打通質(zhì)檢過程全周期的所有數(shù)據(jù)。 

1. 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用集成解決方案    

通過大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等高端技術(shù)，構(gòu)建電子元器件檢測的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析的平臺，主要有設(shè)備接入、傳輸數(shù)據(jù)、管理設(shè)備、服務(wù)開放、微服務(wù)、監(jiān)控、機(jī)理模型、規(guī)則引擎等。服務(wù)開放、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?yīng)用場景和系統(tǒng)架構(gòu)見圖 1所示。

圖1  5G 技術(shù)下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景及系統(tǒng)架構(gòu)

2. 質(zhì)檢數(shù)據(jù)共享   

電子元器件的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動匹配，完全可以利用設(shè)備儀表自動實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集、判定試驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)能夠按照客戶需求對試驗(yàn)報(bào)告模板進(jìn)行自主選擇。 

3. 匹配產(chǎn)品與檢測數(shù)據(jù)    

通過 5G 技術(shù)改造傳統(tǒng)電子元器件檢測設(shè)備，真正實(shí)現(xiàn)智能化的檢測，設(shè)計(jì)信息化夾具載板、載盒，將5G通信模組植入其中，可以準(zhǔn)確地一一對應(yīng)每個(gè)待測產(chǎn)品與檢測數(shù)據(jù)，真正實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品與檢測設(shè)備的有效通信。 

4. 有線和無線融合解決方案    

以 5G 基站部署為基礎(chǔ)，將移動信息終端配置在4G/5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下、同時(shí)在該環(huán)境下進(jìn)行5G數(shù)據(jù)采集終端等與物聯(lián)平臺的適配，真正實(shí)現(xiàn)了檢測數(shù)據(jù)收集和傳輸?shù)母咝裕袑?shí)提升了檢測數(shù)據(jù)治理的效果，確保了檢測系統(tǒng)通信的安全。 

5. 創(chuàng)新舉措    

在 5G 技術(shù)背景下，具備超強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸能力，可以將5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與電子元器件檢測系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，以促進(jìn)智能化檢測水平的提高。針對傳統(tǒng)檢測設(shè)備難以與產(chǎn)品通信的問題，5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)完全可以保證兩者間的通信，如此就對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行追溯。表現(xiàn)在兩個(gè)方面。第一，對檢測流程的優(yōu)化。在智能終端和裝備應(yīng)用的兼容中，分析電子產(chǎn)品可以利用大數(shù)據(jù)，以發(fā)揮數(shù)據(jù)的作用。第二，提高智能檢測系統(tǒng)的全面性，創(chuàng)建有針對性的實(shí)訓(xùn)基地，以培養(yǎng)高素質(zhì)的復(fù)合型人才。

3.2 5G 技術(shù)與 CNN 結(jié)合的算法框架建設(shè) 

（1）聯(lián)合編程    

5G 技術(shù)大連接的特征成功地促進(jìn)了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與CNN網(wǎng)絡(luò)的兼容，解決了電子元器件檢測中的分類預(yù)測問題。該應(yīng)用在電子元器件導(dǎo)線頭檢測中作用顯著。當(dāng)完成第一階段經(jīng)典機(jī)器視覺對線頭的篩檢工作后，線頭部位的篩檢工作由CNN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，系統(tǒng)最終會獲得兩方面的計(jì)算參數(shù)和分類結(jié)果，以此綜合考慮導(dǎo)線頭類別。在具體的應(yīng)用過程中，利用經(jīng)典深度學(xué)習(xí)開源框架與自動化設(shè)備通用編程軟件進(jìn)行聯(lián)合編程，搭建起的智能化軟件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了CNN網(wǎng)絡(luò)模型與經(jīng)典機(jī)器視覺算法結(jié)合的目的。因?yàn)樽詣踊O(shè)備通用編程軟件可以有效進(jìn)行檢測目標(biāo)數(shù)據(jù)的獲得、存儲和預(yù)處理，并對工程師經(jīng)驗(yàn)引導(dǎo)的算法流程進(jìn)行構(gòu)建， 深度學(xué)習(xí)算法的框架實(shí)現(xiàn)了核心模型的識別。  

2. 深度學(xué)習(xí)模型    

由于電子元器件導(dǎo)線線頭失效形式復(fù)雜多樣，所構(gòu)建的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集無法做到對失效特征的全面覆蓋。針對這一問題，基于 5G 的 2.0 版的智能模型理念，對初始深度學(xué)習(xí)模型進(jìn)行集訓(xùn)，以此為基礎(chǔ)上構(gòu)建處理模式，即人工智能算法與工程師經(jīng)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合，以有效擴(kuò)充訓(xùn)練集樣本數(shù)量和種類，在確保可控的情況下完成算法精度的迭代上升。而每一輪迭代都會以以前模型判斷結(jié)果為依據(jù)，以更正發(fā)現(xiàn)的原有樣本數(shù)據(jù)分類標(biāo)簽的錯(cuò)誤，在對訓(xùn)練集規(guī)模進(jìn)行控制同時(shí)，進(jìn)行細(xì)化、分類、補(bǔ)充以及歸屬處理未知的樣本數(shù)據(jù)，從而在新的訓(xùn)練集的基礎(chǔ)上重新訓(xùn)練模型，以進(jìn)一步提升樣品識別的準(zhǔn)確率。

3. 分類識別模型    

決定分類識別模型學(xué)習(xí)上限的因素，包括樣品數(shù)據(jù)的質(zhì)量、類別標(biāo)簽的完整度和不同類別間樣本規(guī)模及數(shù)量比例等。為了提升識別的準(zhǔn)確率，就要不斷地完善識別模型，由此本研究在建設(shè)樣本數(shù)據(jù)集方面創(chuàng)建符合業(yè)務(wù)場景的程序和更新方式。在數(shù)據(jù)庫的在線數(shù)據(jù)采集整理的基礎(chǔ)上，參考統(tǒng)計(jì)分析和反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，重點(diǎn)整理未知新型失效樣本，實(shí)現(xiàn)了一種基于自適應(yīng)樣本標(biāo)簽跟蹤和改進(jìn)機(jī)制的工程師監(jiān)督識別模型，實(shí)現(xiàn)了訓(xùn)練集的周期性動態(tài)更新。 

3.3 數(shù)據(jù)集建設(shè)    

5G 技術(shù)的 2.0版智能算法模型保證了結(jié)果精度的下限，而結(jié)果精度的上限是由數(shù)據(jù)決定的。而5G多元化的特點(diǎn)可以將信息技術(shù)與制造場景有機(jī)融合。而本文的電子元器件的產(chǎn)品外觀篩檢工作是一個(gè)典型的分類任務(wù)，也就是在獲得產(chǎn)品外觀圖像的前提下，判斷元器件樣本是不是合格，原則上可以對二分類問題進(jìn)行設(shè)置。但因?yàn)槎鄻拥氖卣鳌?fù)雜的失效形式等原因的影響，本文的研究力圖將給分類問題進(jìn)行細(xì)化，構(gòu)建多分類的模型，綜合電子元器件的相關(guān)數(shù)據(jù)，在進(jìn)行工程師對樣品數(shù)據(jù)整理、采集、分類模式以及標(biāo)注標(biāo)簽的基礎(chǔ)上，對分類標(biāo)簽和樣本數(shù)量進(jìn)行確定，以進(jìn)行有針對性地處理，構(gòu)建適應(yīng)檢測業(yè)務(wù)需求的多分類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集。在實(shí)際的進(jìn)行過程中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集大體分兩個(gè)階段。 

1. 參照檢測工程師的檢測經(jīng)驗(yàn)，綜合 auto-encoder 的無監(jiān)督聚類結(jié)果，把采集到的樣本圖像數(shù)據(jù)根據(jù)產(chǎn)品的外觀質(zhì)量從高到低進(jìn)行五大類別的定義：不合格為NG、缺絲為 QS、過度偏不合格為GD-NG、過度偏合格為GD－OK、合格OK。 
2. 對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中導(dǎo)線頭的核心特征進(jìn)行提取，包括正、歪、淺、散、斷、缺等。并在此基礎(chǔ)上描述失效特征并對分類標(biāo)簽結(jié)果進(jìn)行細(xì)化，讓數(shù)據(jù)集中分類標(biāo)簽科學(xué)合理性。值得一提的是，一些類別數(shù)據(jù)因?yàn)閿?shù)量過少，極容易產(chǎn)生噪聲干擾分類模型的分類邊界，從而發(fā)生模型的過擬合現(xiàn)象，導(dǎo)致數(shù)據(jù)稀少樣本周圍被識別模型判斷為錯(cuò)誤類別，形成一定的分類誤差，嚴(yán)重影響到多分類模型的預(yù)測精度。為了杜絕這種現(xiàn)象發(fā)生，在建設(shè)數(shù)據(jù)的過程中必須考慮在風(fēng)險(xiǎn)可控的情況下，對部分稀少類別的數(shù)據(jù)集進(jìn)行合理的合并，促進(jìn)不同類別數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)樣本比例相對均勻，從數(shù)據(jù)集的層面模型的類別分析更加穩(wěn)健。 

4 結(jié)束語    

產(chǎn)品的質(zhì)量是電子信息生產(chǎn)企業(yè)生存和發(fā)展的根本保障。作為電子設(shè)備和相關(guān)系統(tǒng)基本單元的電子元器件，一旦產(chǎn)品出現(xiàn)任何問題都會給合作企業(yè)帶來麻煩，甚至造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。由此，對電子元器件質(zhì)量的檢測工作尤為重要，而傳統(tǒng)的檢測系統(tǒng)存在著諸多漏洞，技術(shù)改造勢在必行。5G 技術(shù)在電子生產(chǎn)企業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用，促進(jìn)電子工業(yè)生產(chǎn)朝著更高層次發(fā)展，同時(shí)也推動了檢測系統(tǒng)智能化的進(jìn)程，最大程度解決了傳統(tǒng)電子元器件檢測中的問題。

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