仪器校准对产品质量的贡献

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   在过去30年中,全球电子测试测量(T&M)设备销售总额已经大幅度提高,总额估计为90亿美元。同时,这个行业的维护费用约为20亿美元,其中12亿美元分配给校准服务,校准服务市场在这段时期内几乎实现了翻番发展。
  
  哪些因素影响着这一增长?随着新千年的临近,校准业务在21世纪会以怎样的态势发展呢?
  
  标准
  
  一直以来,“质量法规”的影响非常大。最初,在20世纪60年代和70年代,为了检验军事供给合同的质量,UK Def.Stan.05-21(后来的NATO AQAP1)和US MIL-45208等制造和检测标准分别推出了配套的DS 05-26 (NATO AQAP6)和Mil-Standard 45662校准管理标准。国防行业对商用的重要意义,意味着其要求实际上影响到了整个行业。这一标准成为ISO9000系列国际质量管理体系的基础,包括针对测量设备管理和校准的ISO10012标准。
  在世界各地许多市场中,ISO9000认证已经成为预选供应商的前期要求。仅在英国,1996年就有45,000家机构进行了ISO9000认证,对某些机构,对测量设备进行定期校准是标准推动的一种新作法。但是,许多仪器用户不熟悉校准的错综复杂特点,而把精力放在自己的核心竞争力上。因此,他们转向由其它公司提供必要的专业技能和资源,他们还转向生产厂商。这些生产厂商独立进行ISO9000认证,也可能经过基于ISO/IEC Guide 25(或欧洲标准EN45001)的技术能力标准认证,如UKAS达标认证。
  此外,司法机构越来越多地关注产品适合特定用途的能力、对环境的影响及安全性。这就要求制造商进行认证,保证符合技术法规,其通常依赖可靠的测量。
  潜在市场如此巨大,服务供应商越来越多也就不足为奇了。竞争不断加剧,对低端或基本产品影响特别大,因为其设置成本相对较低,安装用户数量却很高。在全球范围内,尽管达标认证只占整个业务很小的比重,但在某些国家中,首选这种等级的服务正日益明显。认证管理资源有限,导致达标认证周期最长会推延一年之久,各厂商在预测发展中市场时一定要特别谨慎,保证在要求时提供达标认证。
  
  运行环境
  
  客户预期正在不断提高,但为了满足这些预期,只把重点放在质量上是不够的;商业需求也非常重要。供应商的资金压力仍会继续存在,同时竞争也会不断加剧。降低交付成本的方式之一,是使每项作业的工程设计开销达到最小,而这似乎和转向复杂仪器、需要更广泛测试的发展趋势不符。自动测试设备(ATE)可以解决复杂性和测试时间问题,但前提是要使用“智能”软件,用成本较低的操作人员代替超高素质的工程师。尽管这种方案看上去对技术人员非常严酷,但从手动校准转移出去也提供了新的机会,如提高了测试设计、方法检验、软件开发、不确定性评估及应用/使用量与测试程度、数据分析、周期推荐等顾问服务的要求。
  一般来说,技术成本正在不断下降。此外,改善的电路理论和设计、增强的制造精度,实现了更加可靠、更加可预测的性能。生产相对于预计功能采用适当规范的仪器非常可行,这样它不必要求定期维护或终身校准。现场服务人员使用的便携式仪器可能是第一批这类新产品。
  制造商推荐的第一次校准周期不断延长,也可以表明同样的工程设计进步。在20年前,这一周期一般为3~6个月,现在通常是1~2年,未来10年会不会变成3~5年?计算机行业有力地表明,技术进步本身会推动市场发展,在测试测量领域也表明了这一点,据HP提供的数据,其销售的绝大部分仪器是在过去5年中推出的。这种技术刷新速度可能会有效淘汰定期校准,特别是对高科技行业。
  所有这一切的结果可能是,如果潜在市场没有出现明显增长,那么校准厂商会看到其工作负荷下降。在维修收入受到平均故障间隔时间提高影响之后,许多厂商已经把资源重点放在了新兴的“校准”市场上,因此保住市场份额的竞争可能会变得更加激烈。由于这种商业压力,关注质量的供应商将更希望防范“抄近路的牛仔运营商”,这就会要求达标认证机构和注册机构制订有效的政策。
  不断处理新推出的设备给校准实验室带来了挑战。例如,在更换前,技术人员可能会不熟悉某种产品,保养文档迅速过时,本地设计的校准程序需要不断发展。这一切都导致非常高的运营费用,以跟上不断加快的技术发展步伐。
  生产压力和减少存货导致客户很难容忍目前退回工作台校准的交货周期。在计算机行业中,最好只有几个小时的中断时间。在客户的场所执行校准将变得日益流行,特别是对大型制造公司。类似的,出于物流原因,用户正转向外包给一家厂商,这家厂商要么负责所有工作,要么与其它分包商接口,通过代表客户处理设备管理的方方面面来增加附加值。
  
  技术
  
  不断发展的技术,特别是计算机相关技术,将从多个方面影响未来的校准实验室。
  为了解决传统的退回工作台校准方法的不足,一家测试测量仪器制造商开发了一个传送标准,在计算机的指导下,客户可以校准自己的多功能DMM校准器。当然,拥有传送标准的实验室必需在客户使用前和使用后进行校准,并分析所有数据,以签发校准证书。这一流程已经被英国认证管理机构UKAS所认可,据报导工作状况良好,可能会鼓励进一步为其它产品开发远程协作校准。
  在过去20年中,测量设备一直与计算机在不断融合,这种趋势可能会加速,尤其是在快速发展的通信行业和汽车行业中。这些产品使用应用中的术语表示测量结果,也就是说,用熟悉的SI单位(电压、时间、衰减等)表示的技术指标可能会减少。谁来负责色彩饱和、不合法画面及“前肩”等视频行业参数的国家标准呢?传统意义上的校准可能并不适合,因此“检验”可能是必须提供的服务;但检验内容有哪些呢?这要求进行官方审核和指导。
  日益流行的板卡仪器要求主机和计算机才能运行,这种仪器提供了机会,因为现有的校准支持还处在幼年期。某些PC制造商已经使用模块化器件进行照单订购,测试测量的可能发展方向是量身定制设备,通过硬件模块和固化软件选项,这些设备将为用户应用提供各种特性和功能。现有产品已经通过固化软件控制,固化软件可以配置/升级成在现有硬件中增加新功能的模式。可以通过互联网进行远程软件下载,实施这一概念。在不久的将来,可能会实现这样的热线电话......“先生,您想要选项006的功能?好,把仪器的内部调制解调器连接到电话插口上,通过板上阅读器刷信用卡,一会您会一切设置完毕!”
  为支持电子纠错,通过机械器件(如电位计或微调电容器)进行的手动调节在很大程度上从现代测试设备中消失了。但是,某些制造商没有公布与内存升级有关的信息,其可能会限制普通校准实验室调节产品、以符合规范的能力。绝大部分工用设备用户会考虑把保证符合规范看作一个关键需求。
  采用“自我校准”技术的全面内置固化例行程序正变得越来越常见,其优点在于为用户提供了信心,它有时会降低外部可溯源标准数量,以在例行校准时实施调节。在传统上,性能检验通常要求大量的设备,但是,随着相应的证据表明,人们更多地接受自我校准和人工校准,未来校准预期范围可能会下降,从而降低拥有成本。
  某些仪器主要依赖其时基精度。这些设备可能会内置基于GPS的频率振荡器,这些设备与“智能”软件相结合,用户只需每个月简单地连上天线几个小时,就可以实现自含式可溯源校准。
  材料科学的发展,如“高温”(约70K)超导材料的开发,可能会导致在室温中工作或可能在电子运行的小型低温保持器中工作的Josephson/Hall效应设备的出现。通过与上面提到的GPS频率标准结合使用,可以获得一种仪器,能够与主要电压/电阻标准进行连续内部比较。
  测试软件将更加灵活。在以电子数据文件格式提供仪器技术数据时,ATE程序将采用描述测试方法的算法。各个模块将为各种设备类型和分类进行特定测试,使用选择的测试设备和新程序将“基于”选择的标准模块。通过使用这种算法,可以根据选择的测试点、使用的仪器和配置、环境因素、甚至被测设备是否“有噪声”,来动态计算不确定性。可以通过中立的网络知识数据库解析测试结果,这个数据库提供了与调节的影响有关的基本信息(可以从试验中“学习”获得),建议技术人员应该采取什么措施,由于被测设备能够以电子方式进行调节,因此可以自动制订决策,并自动执行。可以报告产品被错误地报告符合容限的百分比概率,即进行消费者风险分析,然后可以使用客户定义的风险等级,推动优化时间表,根据成本自动制订计量学推动的决策。
  
  交付
  
  除测试设备本身的侵袭外,计算机也将彻底改变服务交付流程的其它方面,而不只是通过使用ATE。
  由于校准数据将在线提供,因此客户可以通过互联网查看或下载测试结果和校准证书。由于不需要定期编制纸面硬拷贝,供应商和客户可以降低成本,至少可以减少文档占用的空间。如果希望,在审计过程中,客户可能只需使用收藏的网络浏览器页面,就可以进入供应的网络服务器,然后按需自己打印材料。1995年11月,欧洲实验室认证合作决议(EAL)认可了携带传真授权签名的校准证书,促进了这一过程不再完全限于硬拷贝形式。
  尽管用户非常希望通过互联网提供测试数据,但以简便可用的方式提供数据是最重要的问题,以便能够直接导入客户系统。手动把测试报告的校正系数输入软件耗费的时间太大,而且很容易出错。为实现这一点,要求采用标准文件格式,对现有系统和平台来说,最通用的文件格式可能是ASCII。可以开发专用程序,以厂商提供的任何格式读入数据,但这种方法效率低,很难维护。标准格式必须涵盖现有的测试结果信息,并且能够简便地扩展,以满足未来需求。带标记的ASCII格式似乎是可行的,这种格式类似于万维网的超文本置标语言(HTML)。例如,功率传感器的响应可能输出如下内容:
   8482A
   POWER SENSOR
   HP
   1234A12345
   50E6
   99.0
   100E3
   98.7
   5.000E6
   98.6
  标记表示不同厂商可以使用标记或使用不同的顺序,以略微不同的方式提供数据(退回时含运费、不含运费或额外收取运费),而不管其是怎样由应用程序导入的。
  对用户友好的万维网与自动工作调度功能及上面提到的可能的测试软件开发相结合,可以为客户交互提供几乎无限的潜力。
  客户访问校准实验室的网络服务器,选择Calibration Services (校准服务)。弹出屏幕可以简便地记录详细信息,检验为特定产品提供校准。用户只需点击几下鼠标,就可以选择认证类型和服务等级。他选择“认证校准及由制造商建议”,根据提供的资源(人员和其它调度工作),他保留了一个时隙。这是一个“实况”转播系统,在填充时隙时不再提供时隙,但根据生产容量,可以使用多个命令,填充同一个时隙。最后,系统确认命令,提供与发货安排有关的指令。
  现在,展开您的想象。一名拥有渊博的计量知识的客户订了另一种产品,比如HP8562B频谱分析仪,但这次他想定义测试范围,以便选择Custom Cal(定制校准)。现在屏幕上填充了一个测试名称列表。他指向点击感兴趣的测试,比如他选择输入衰减器精度、IF增益、分辨率带宽、标度保真度和频响。他确认自己的要求,系统报出相应的定制价格。他接受,选择时隙等。在仪器到达实验室时,它已经配置为定制校准,并配有编码信息,导致ATE系统自动选择要求的测试。对这名客户更重要的是定制实际校准测试点(在上限和下限内部删除/增加测试点)。这使测试与仪器制造用途相符,明显减少由于没有使用的范围/功能超出规范错误而导致不必要的召回评测工作。所以说,到目前为止,这将会成为一门飞速发展的科学!
  
  结语
  
  这些预言什么时候成为现实或是否会成为现实纯粹只是推测。但有一点可以肯定,服务/支持环境将继续发展。一如既往,未来成功的校准实验室将是满足需求或更好地预测需求的校准实验室。这些预测是从在跨国市场上运营的大型校准厂商的角度编写的,并不表明当前的作法将完全消失。众所周知,校准将以崭新的面貌跨入新世纪。但50年后又会是什么样呢,现在仍无法确定。
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期刊论文仪器校准对产品质量的贡献发表于2005年11期电子与电脑作者Mike Hutchins,本篇论文的所有权归原作者Mike Hutchins所有,如果您对本文有版权争议,可与客服联系进行内容授权或下架。