關于電子元器件質量數據資源建設思路的探討

王浩 黃志華 聶國健 鄭麗香 楊云 于迪 李欣榮

[摘? ? 要]? 針對當前國內電子元器件質量數據資源建設中存在的數據分散、數據應用欠缺等問題，以電子元器件“研、用、管”各方的實際需求為基礎，從數據資源體系構建、數據采集與規范化、數據管理與應用三方面入手，對電子元器件全壽命周期質量數據資源的建設思路進行了探討，為行業質量監管與提升、數據共享與交流、數據應用與服務的實現提供了理論支撐。

[關鍵詞] 電子元器件;數據資源建設;質量數據管理

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 01. 078

[中圖分類號] TP274? ? [文獻標識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2020）01- 0196- 04

0? ? ? 引? ? 言

電子元器件質量數據是裝備研制前期指導器件選型的關鍵輸入，是裝備研制過程中設計改進的依據，是支撐行業主管部門頂層行業把控的根本源頭。電子元器件質量數據資源的建設，充分利用質量數據，是保障裝備質量最佳途徑之一。然而，當前國內電子元器件質量數據分散、孤島現象嚴重，數據分析研究與應用不足，導致裝備在實際使用過程中故障頻發、裝備的質量提升受限，為此，通過電子元器件全壽命質量數據的分析與應用研究的實施，可保障裝備任務成功性、維護國家安全。

國外在電子元器件質量數據資源建設方面已經積累了豐富的理論成果與實踐經驗。美國可靠性信息分析中心（RIAC，Reliability Information Analysis Center）通過收集、分析并加工部件和系統的通用質量特性資料，為美國國防部和工業界系統研發制造與監管提供支撐;美國航空工業協會（AIAA，American Institute of Aeronautics and Astronautics）通過信息交流平臺的建立，收集并發布了航天航空領域政策建議、標準等相關行業信息;美國政府與工業界數據交換網（GIDEP，Government/Industry Data Exchange Program）由政府與工業界聯合建立，通過共享產品全壽命周期內研究、開發、生產等階段的技術信息，支撐裝備研制單位加強系統和器件的質量可靠性，有效降低了資源和時間成本。

隨著裝備建設對電子元器件質量數據的需求，國內相關單位相繼建立了電子元器件數據資源平臺，代表性的諸如“電子元器件基礎數據平臺”“電子元器件綜合優選及數據共享平臺”和“賽寶電子元器件數據平臺”，各平臺提供的質量數據大多是產品基本數據，很少有諸如故障數據、失效數據和認證數據等質量數據，所建平臺的數據范圍小、類型單一，數據量也不足以支撐電子元器件全壽命周期設計工作，且各平臺相互獨立未進行有效串聯，數據資源分散、共享和應用缺乏的問題仍未得到有效解決。基于此，本文提出電子元器件全壽命周期質量數據資源建設思路，給出質量數據資源建設的整體工作框架及落實方案建議，以數據的集中收集、統一管理和應用為目的，彌補國內行業數據整合、管理與應用的空白。

1? ? ? 總體思路框架

電子元器件質量數據資源建設可從數據資源體系建設、數據采集與規范化、數據管理與應用三個方面迭代開展，如圖1所示。數據資源體系建設是數據資源建設的基石，在開展此項工作時應梳理電子元器件在全壽命周期內研制、管理與使用方的數據現狀及需求，明確質量數據類型及來源，以解決要收集哪些數據，數據從何處收集的問題;數據采集與規范化應建立數據采集機制，保證數據的交互，此外還需規范數據的屬性定義、格式等采集要求;數據管理與應用要依據各方的數據需求，利用數據處理與分析方法，建立合適的應用模式，形成質量數據產品。

2? ? ? 數據資源體系建設

數據資源體系建設是電子元器件質量數據資源建設的基礎，是保障質量數據規范整合、共享交互、有效應用與服務的前提，具體可從兩方面開展：電子元器件質量數據現狀與需求分析和全壽命周期質量數據梳理。

2.1? ?電子元器件質量數據現狀與需求分析

電子元器件質量數據資源建設的最終目的是利用建立的質量數據，協助電子元器件全壽命周期內各方業務工作質量提升、保障裝備的質量可靠性。應以此為出發點，開展電子元器件全壽命周期內各方的業務需求及應用場景分析。

電子元器件質量數據現狀與需求分析是建立數據資源體系的核心工作內容，是保證所建質量數據資源精準滿足研制、使用與管理各方需求的最有效的手段，能解決需要哪些數據的問題。以電子元器件研制單位為例，各研制單位要降低研制成本、提高元器件上機使用效果，需明確使用單位的選型需求，提前規劃研制計劃，要提升所研器件質量，需對已交付器件的現場使用和失效信息進行分析，指導新研電子元器件質量提升。表1總結了電子元器件全壽命周期中研制單位、鑒定檢驗機構、使用和行業主管部門的質量數據應用場景和數據需求。

2.2? ?全壽命周期質量數據梳理

在明確各方的應用模式與業務需求后，應著手開展全壽命周期質量數據梳理，解決支撐各方業務需求的數據“從哪兒來”的問題。基于各方質量數據現狀，全壽命周期質量數據主要來源于電子元器件研制生產單位、認證檢驗檢測機構、使用單位等，此外部分行業管理部門也會有少量的質量數據儲備。例如電子元器件研制生產單位可能提供生產單位信息、電子元器件基礎信息、生產線信息、供貨/采購信息等;認證檢驗檢測機構具有各種認證信息、鑒定和試驗信息、失效信息等;裝備承制單位具有入所檢驗信息、二篩信息、失效信息等。如圖2所示。

3? ? ? 質量數據的采集與規范化

數據不規范、標準不統一是當前制約電子元器件質量數據資源統一管理的重要因素。由于當前行業質量數據孤立、分散，各方依據各自經驗制定了不同的企標院標，導致同一數據可能具有多種不同的描述，不利于數據的流通與管理;而建立合理的采集交互工作機制，是保證數據長期共享交互的基礎。基于此，應從質量數據規范制定、建立合理的采集交互體制機制、開發數據采集工具三方面保障電子元器件行業質量數據資源后續的高效流通與交互。

3.1? ?質量數據的規范化

質量數據的規范化是保障數據采集交互、數據應用分析的前提，數據規范化是制約國內電子元器件質量提升的主要限制之一。如圖3所示，應通過對相關技術規范、產品手冊等技術文檔的調研分析，結合行業普遍認可的定義和描述，基于全局性、唯一性與合理性等原則，對數據的描述給出原則性要求，制定每條數據項的元數據標準[1]，包括編碼、名稱、類型、隸屬范圍和約束條件等屬性信息，規范采集、管理與應用過程中的數據，以此保障數據的唯一性與流通性。

3.2? ?數據采集

3.2.1? ?采集交互體制機制建設

建立合理的采集交互體制機制是保障數據長期穩定交互的重要手段。由于電子元器件質量數據主要來源于電子元器件研制生產單位、認證檢驗檢測機構、裝備承制單位、使用單位等，涉及面較廣，因此首先需制定質量數據采集填報要求，明確各方信息填報范圍與要求;其次應建立由電子元器件研制單位、認證檢驗檢測機構、裝備承制單位、使用單位及相關管理單位和行業主管機關組成的采集工作體系，所建工作體系中各方應按表2所示職責開展工作。

3.2.2? ?采集工具開發

采集工具的開發是提高質量數據采集效率的重要手段。開發采集工具要考慮工作體系各方當前的信息化程度，針對性設計采集工具，以滿足不同信息化程度的數據采集。

在結構化數據采集方面，針對信息化建設較完善的單位，可設計與該單位信息管理系統兼容的接口，實現數據的自動流轉;針對信息化建設一般的單位，可開發批量導入/出模塊，實現對Excel、Access、SQL等信息的批量導入導出;針對信息化建設較落后的單位，可制作統一的規范化電子填報表，實現數據的手動輸入。

隨著數據的爆炸式增長，數據的類型也在逐漸地轉變，半結構或非結構化數據也在逐漸增長。對于此類數據，采用傳統采集工具通常會發生采集效率低、數據易丟失的問題，為避免此類事情的發生，可利用新技術（如爬蟲技術等），開發新型采集工具，提高數據采集效率。

4? ? ? 質量數據的管理與應用

鑒于全壽命周期質量數據類型多、數量巨大、用戶需求不同的現狀，為實現質量數據有效準確地提供服務，可通過相關數據管理平臺的開發對規范收集的質量數據進行統一的存儲、管理與應用。平臺開發可從平臺數據庫設計與平臺功能模塊設計兩個方面落實。

4.1? ?數據庫設計

設計合理的數據庫結構可實現各種數據的高效存儲，保障數據的持續更新完善和數據資源的升級與維護[2]，以便數據的應用、共享、查詢和追溯。在開展數據庫的結構設計時應全面分析支撐數據字庫的關聯性，充分考慮質量數據的共享，發揮質量數據的集約優勢。全壽命周期質量數據庫可依據器件壽命階段分為研制生產子庫、檢驗檢測子庫和使用子庫，并采用“主表—子表”的數據庫結構模式，以保證各數據庫的統一管理和無縫連接，如圖4所示。

其中，“主表”為器件型號規格、生產單位等基本信息，“子表”為三類子庫中的質量數據，主表與子表由元器件ID、表名、主鍵、列名和各種編碼串聯，以此可確保信息的唯一性。

4.2? ?平臺功能模塊設計

建議通過數據管理與數據服務兩個模塊的設計，保障用戶的應用需求。

（1）數據管理模塊

為實現電子元器件全壽命周期質量數據的統一管理，數據管理模塊可設置數據處理子模塊和數據管控子模塊。由于電子元器件全壽命周期質量數據類型涉及表格、文檔、圖像等多種形式，常規數據管理方法已不足以處理數據存儲與處理過程中發生的缺失、異常等問題，因此，在數據處理子模塊中融合ETL工具，可實現不同類型數據的快速融合，減少處理過程中的人力物力資源;數據管控子模塊主要實現數據維護、保密及用戶管理等常規功能。

（2）數據服務模塊

數據服務模塊應能對數據庫中的數據進行抽取調用，融合諸如數據推送、基于知識圖譜等先進的技術處理方法或工具后，為各方用戶提供滿足其需求的數據產品。數據服務模塊至少應能實現數據的檢索與查詢、數據的統計分析等基本功能。

4.3? ?質量數據應用

數據應用是數據資源建設的最終目標[3]。當前電子元器件質量數據資源除管理不足、共享不到位之外，還存在數據挖掘不深入、應用不充分等問題。因此，探索滿足各方需求的應用模式，為各方提供有用有效的數據產品，輔助各方選擇更優的決策，促進電子元器件行業質量提升，是開展質量數據資源建設的意義。

數據產品從某種意義上來講是一種搜索引擎、一種個性化推薦引擎，是把數據、數據分析模型和分析決策邏輯嵌套在同一軟件系統中，以自動、準確、智能的方式發揮數據價值的工具。數據產品類型多樣，如報表型、多維分析型（OLAP等）、定制服務型和使能型產品等，隨著用戶需求的變化，單純的報表型數據產品顯得過于蒼白，可視化能力較差，定制服務型數據產品因其可視化良好、針對性強在市場中的優勢越來越大。下面以使用單位和行業主管部門為例，依據其業務需求，粗略提出質量數據產品的思路。

（1）使用單位

通過搭建質量數據平臺或系統，開發融合知識圖譜、機器學習等算法模型的功能服務模塊，為使用單位提供電子元器件選型服務是一種較先進的策略。輸入產品的功能性能指標要求，通過模型推算關聯可推送相似要求產品的電子元器件選用情況、電子元器件研制單位選用情況、各電子元器件現場使用過程中失效情況等質量信息，支撐使用單位在最優的研制單位中選擇質量較高的電子元器件，從而可從根本上提升了產品的質量。

（2）行業主管部門

基于行業主管部門對電子元器件宏觀質量水平的把控需求，通過多維統計分析模型，將研制生產、鑒定檢驗及使用過程中產生的鑒定、二篩、DPA合格率及失效模式、失效原因、生產線審查不符合項、管理體系認證審查不符合項等質量狀態信息的統計分析，可為行業主管部門宏觀質量形勢分析工作提供數據支撐。

5? ? ? 結? ? 論

本文針對電子元器件質量數據資源建設的思路開展了探討，提出了數據資源體系建設、數據規范與采集、數據管理與應用三條主線思路，并依次剖析了在質量數據資源建設過程中各部分應開展的關鍵步驟，可對實際的工程應用提供參考。大量有效的數據是數據分析與應用的原材料，因此要保障電子元器件質量數據資源建設能夠落地使用、提升裝備質量，需要靠全壽命周期內各方的參與，以保障數據量足夠支撐能形成準確的數據產品。此外，為滿足工程實際需求，新方法、新技術也可用于數據資源建設中，如大數據處理與分析、數據挖掘等，對于增強數據服務能力具有促進作用。

主要參考文獻

[1]齊劍鋒，李三群，楊素敏.裝備數據工程導論[M].北京：電子工業出版社，2016.

[2]孫少斌，韓志軍，董博.裝甲兵作戰試驗數據工程體系框架設計[J].指揮與控制學報，2016，2（1）：60-64.

[3]李曉衛，王曉亮.基于大數據的艦船裝備資源建設及數據分析利用[J].質量與可靠性，2018（2）：40-44.