摘要
信息科技快速发展，电子产品也更加精密，质量要求相对提高。以往主板组装不良，根据统计有80%来自制程的问题。所以如何提早发现异常及分析问题并尽快找出解决方案，将是制程改善最重要的目标。但以往不良原因之分析，必须藉助相关人员(专家)经验与技术 ，找出问题症结，并加以解决，但往往旷日费时，无法立即解决，造成无谓的损失。但制程管理所包含层面相当广泛，而案例式推理(Case-base reasoning)是一种有效率知识管理工具，并藉由信息科技的协助，将可提升制程分析与管理能力。本研究藉由案例式推理及专家系统来分析主板制程不良原因，针对不良现象，加以分类(如:短路、空焊、冷焊….) 及列出解决对策，来建构一套主板制程不良分析数据库，及配合品管七大手法，达成立即分析问题及改善的目的。更可利用因特网(Web-based)技术，使得相关人员能够共同使用制程分析系统，达到知识与经验共享的目的。主要针对主板不良原因，利用其现象间相关属性与相似度，并采用归纳整合建立数据库，运用过去案例的经验，来解决新的问题。本研究以某主板厂商导入本系统为例，藉由此一分析系统的协助，初期已可以缩短问题分析一半的作业时间，且能够迅速提供不良原因及解决对策，更可提升制程分析与管理能力，并有效降低成本，提升企业竞争力。进一步经由系统所回馈的信息，可作为制程参数优化的参考，以降低主板制程不良率。除此之外，也可藉由此系统做为人员教育训练教材，增加经验累积，达到知识管理的目的。
关键词：案例式推理，制程分析，专家系统，主板装配
1. 研究动机与目的
信息科技快速发展，产品也更加精密，质量要求相对提高，而制程管理将是影响质量重要因素之一。当制程发生问题时，以往不良原因分析与解决，多半依赖相关人员的知识与经验。而这些经验常因人为或外在因素，造成误判。况且信息业人员流动率一向偏高及因应经济不景气所采取人员精简政策，而容易造成经验传承上的继层。其主要原因，以往的经验仅存于个人，使得分析与解决问题的经验无法共享，以致分析与解决问题的能力事倍功半，失去解决问题的先机。
尤其在迈入二十一世纪之际，为了因应企业之间的激烈竞争，企业将迈入全球化。如何快速反应问题，并立即解决，将使企业立于不败之地。但在这繁杂生产过程，必需利用信息科技的快速进步，整合现有信息、资源，成为一套实用的系统。并透过网际纲路的功能，将此一系统提供给分布全球各地工厂使用，以达成资源共享。尤其当制程发生问题时，能够立即分析找出原因及解决对策，并减少损失，将是本研究深入探讨的动机。基于上述理由，本研究主要目的，想藉由案例式推理的原理与Delphi 数据库[6]建构一套主板制程分析管理系统。本研究欲达到的目的：
1. 藉由案例库的法则，建构一套制程分析管理系统，记录不良现象、产生原因、解决对策… 等信息。并利用案例库索引方法，撷取旧案例知识，作为制程管理的依据。
2. 结合CBR 的特性，整合过去案例经验与法则，让员工易于自我学习并教导员工，避免不良再发生，并彼此交换经验，达到知识管理的目的。
3. 与现有Bar-Code 系统相结合，降低制程分析作业的时间。
4. 利用Web-based 的技术，使得分布世界各地工厂，能够共同使用这一套制程分析系统，达到
资源共享。
5. 藉由此系统回馈的数据，作为制程参数优化的参考，以达到降低不良率。
2. 文献探讨
首先探讨主板产业的现况，以暸解主板制程问题。并藉由探讨案例式推理与模糊理论的相关研究，以作为本研究建立主板制程分析系统。
2.1 主板制造流程
主板(M/B Main Board)利用表面黏着技术(SMT)及人工插件(MI) 经过波焊将许多零件装配在印刷电路板(PCB)上[5]，其制造流程请参考图一。
图一. 主板制造流程
2.2 主板不良现象
主板是电子产品之核心，故主板的优劣，对于电子产品的质量有极大的影向。主板经过繁复制程，也由于受到材料、设备、生产技术、人员….等因素，易产生不良现象有短路、开路、冷焊、包焊…. 等[7]。如图二
图二. 主板不良现象案例
1. 短路(Short): 不应导通而导通。
2. 冷焊(Cold solder): 焊点表面无亮度及灰暗。
3. 空焊(Insufficient soldering); 开路(OPEN):零件脚未沾锡，应导通而导通。
4. 墓碑效应(Tombstone): 零件原本应平贴PCB上，但却是站立。
2.3 案例式推理简介
一般案例式推理运作模式，主要包含4 个循环过程[2]:
1. 检索(Retrieve): 从案例库找出最相似的个案。
2. 再利用(Reuse): 利用案例的经验和方法，去解决新的问题。
3. 修改(Revise): 检索最相似的个案，修改所提供的解决方法。
4. 回存(Retain): 将新的解决方案储存案例库，以供将来再使用。
当一个新案例产生时，与案例库中的旧案例进行比对，去检索一个或多个过去相似案例，再经由这些案例所提出解决方案，然后依实际需求去修改解决方案，并撷取有用的新经验存入案例库。图三所示。
修正后解决方案：
a. 确实执行回温作业。
b. PCB 作业前须烘烤。
c. 降低升温速度或增加输送带速度。
d. 调整钢板，对准PAD。
e.BGA 作业前须烘烤。
f. 调整组件对位装置。
1.相似点(原因)可利用:
a. 锡膏经冷藏，回温不完全。
b. PCB 板中水分过多。
c. 升温过快。
d. 钢板未对准PAD。
相似点(原因)不可利用:
a. BGA 内水分过多。
b. 组件放置不准确。
2.解决方案：
a. 确实执行回温作业。
b. PCB 作业前须烘烤。
c. 降低升温速度或增加输送带速度。
d. 调整钢板，对准
图三. 案例式推理之循环
当新案例发生时，从案例库找出相似的个案，并利用案例的经验去解决新的问题。将新的解决方案储存，以供将来再使用。
3. 研究方法
本研究主要是利用案例式推理的原理及模糊理论，来分析主板制程不良现象，加以分类(短路、空焊、冷焊) 找出其不良原因及列出解决对策。并建构一套主板制程分析数据库，为了便于制程管制并降低不良率，其不良现象、产生原因、解决对策、责任归属，必需明确分类，以便能够找出真正问题的症结，并加以解决。以确保生产制程的稳定性，其系统流程如图四。
3.1 系统流程
图四. 系统流程
3.2 问题描述
以往当主板组装发生不良时，立即召集相关人员，分析不良原因并找出解决对策。但往往旷日费时，无法立即解决，不仅造成停线的损失及质量异常，使公司蒙受无谓的损失。此一问题周而复始一再发生。
经深入研究，发现可以归纳下列几个问题点。
1. 相关不良分析数据与解决对策，分散于各单位，无法有效整合与累积，以致造成信息共享程度偏低。
2. 随着数据日积月累的增加，书面文件不易使用。
3. 因缺乏一套制程不良分析系统。故当制程发生不良时，无完整相关数据，提供解决问题的参考，以致事倍功半。相关经验不易累积与保存。
依据上述原因加以探讨，在主板不良原因分析上，确实有改善的空间。而如何建构一套主板制程分析系统，来辅助相关人员缩短分析作业流程时间，更将是提升制程能力的关键。
3.3 数据收集的方法
为了建立主板制程分析系统，必须针对制程异常所发生不良现象，加以分类，并找出产生原因及对策的相关数据加以收集。案例取自F公司从87 年至90 年间主板组装不良分析资料。案例依制程别分为SMT 制程及DIP 制程。
3.4 主板案例库建立
在这庞大的制程数据库，为了便于快速、有效率搜寻所需的数据。必须将主板组装制程中，所发生异常依制程别、零件种类 、不良现象、 不良原因及解决对策加以分类。其说明如下为指标，作为案例搜寻的依据，并决定指针权重和属性间相似值。此案例库采用归纳整合方式，运用过去案例的经验来解决新问题的工具。
3.4.1 主板案例描述(Case Representation)
图五. 案例描述(点击看大图)
案例(Case) 本身即代表一种知识，在案例库中需要以一种结构性的方式来表达，典型的案例大致包含了三部份[4]:
1. 问题(Problem): 描述个案发生的状态，对照本研究为不良现象。
2. 对策(Solution): 此问题获得解决方法。
3. 结果(Outcome): 描述问题解决后之结果。
本研究的案例描述，是以制别、不良现的方式、发生原因及解决对策来描述个案。主板在组装制程中发生异常时，一般员工根据自己的经验及知识，来描述案例。但因缺乏专业知识，所叙述的案例可能不够客观与实际情况有相当程度的差异。因此案例之描述必须藉由专家根据专业知识，客观清楚将案例明确的描述及记录下来。说明:
1. 制程别：SMT、DIP。
2. 零件种类：电阻、电容、IC、Chip -set….etc 。
3. 不良现象：短路、开路、冷焊、锡球、白斑… . 。
4. 产生原因：制程、材料、参数、设计、操作。
5. 发生处:PRINT 、REFOLW OVEN 、REWORK/REPAIR、QA…。
6. 责任归属：设计、治具、机器、材料、制程、人员。
7. 解决对策：依不同不良现象及产生原因，找出问题所在，并加以解决。
3.4.2 案例索引(Case Indexing) [2]
其主要的目的为提供索引的内容，以减少在案例库中搜寻的时间，使案例易于取得，索引内容应具有几项要件：
1. 必须是可预测的。
2. 具有案例可被使用目的。
3. 可扩大案例库的使回范围。
4. 具体易于辨识。
索引必须适当的属性值(Features) 来描述及确认问题，本研究拟以零件种类与不良现象做为索引的内容。
3.4.3 案例撷取(Case Retrieval)
为了撷取相似的案例，就必须比对案例间之差异与相似度。以往皆由专家以主观认定案例间的差异或相似，较缺乏客观标准。但为了建立一套客观相似度评估系统，新问题与旧案例间的相似度，以制程别、不良现象、零件种类、不良原因及解决对策，作为相似度的评分标准，而相似度的计算，利用案例推理法(CBR) 与模糊系统(Fuzzy) 来演算。另权重的设定，一般以多专家的模糊判断系统来评定。
3.5.1 建立指针关联性系统
1. 建立指针权重评估系统
(a) 界定评定的标准: 指标对于不良案例的比对相当的重要，故在此案例推理纟统，选择制零件种类、不良现象，为指标因素。
(b) 选定各指标重要性所使用的语言变量（如表一）。
表一. 指针权重语言集
(c) 决定各指标权值[8]: 专家利用语言变量来评估指针权重如表二所示。
表二. 指标的权重值
2. 建立指针属性评估系统:
(a) 界定评定的标准: 指标对于不良案例的比对相当的重要，故在此案例推理纟统，选择制零件种类(表三)、不良现象(表四)共二项，为指标因素。本研究采取零件种类的属性分为电容(SMT) 、电容(DIP) 、电阻、IC(SMT) 、IC(DIP) 、Chip-set、Connecter 等七项。不良现象的属性分为短路、开路、错件、锡洞、锡球、锡量不足、焊点不亮等七项。
表三. 零件种类各属性间的相似值
表四 不良现象各属性间的相似值
(b) 选定各指标重要性所使用的语言变量。
(c) 决定各指针各属性间的相似值。
3.5.2 案例相似性公式
本研究所采用的相似性算法：比较输入的指标与案例库中的每个案例的相似总值，并依照相似总值的高低排序。运算步骤如下:
1. 输入测试案例指棕标属性。
2. 选取第一各指标Wi，在选取测试的案例与案例库中案例的第一各指棕标相似值SIM(CASE INPUT ,CASE HISTORY)
3. 再将第一个指标权重与第一个指标相似值相乘，即Wi*SIMVALUEL，得到第一个案例指标权重相似值乘积。
4. 重复第一个指标之步骤迥圈，直至指标选取结束，得一个案例之相似总值。
5. 比较案例库中的案例，计算各个指标总值。
3.6 法则库推理法
运用法则库推理法过程中，建构出推论的不良现象与不良原因的关系，运用专家系统 IF THEN的型式建立不良现象用于推测不良原因。但事实上发现不良现象与不良原因并不是单纯一对一的关系。有的不良现象会对应多个不良原因。换另一角度来看，也就是不良原因会包含多个不良现象。因此以不良现象推测不良原因的过程中，有可能发生一个不良现象，对应出一个或一个以上的不良原因，而且这些不良原因都可能发生，为了判定最可能的不良原因，将运用模糊理论的模式，用隶属程度来做不良原因的推论与判断。
在法则式专家诊断系统推论下，找出最有可能发生不良区域，填入不良现象集合，利用模糊推论针对不良现象进行可能发生不良原因推估。
透过经验式的访谈、判定及整理相关文献，并分析不良现象与不良原因的关系，统合出不良现象与原因一对一以及一对多的复杂关系[10]，如图六。
图六. 不良现象与不良原因之关系图
4. 系统建构
本研究系统建构，采用ASP 操作系统，而案例库存取以Delphi 数据库来管理。透过平台作业，存取案例库中旧有案例的解决方案，快速来解决新的案例。
4.1 主板制程分析
在建构制程分析系统之前，本研究以某家主板厂商为例，收集过去制程所发生不良原因与解决对策，并访讨相关人员后，将所得数据加以整理分类，作为系统建构过程中，重要的基础。
根据访谈及观察结果，发现此一厂商在制程分析能力上，遭遇到一些问题。当制程发现异常时，无法立即找出原因及对策，必须透过相关人员讨论分析，找出解决对策。往往错失先机，造成不必要的浪费。且往往同一异常现象，常因不同时间及人员分析，产生不同解决对策，不仅不够客观，并造成制程不稳定及管理上的困扰。
4.2 系统架构
有鉴于此，为了降低制程异常并分析原因，并使其解决对策一致性，将取得不良现象、产生原因、解决对策、责任归属，利用CBR 相似度原理加以分类，其系统之架构图(如图七)。制程发生异常，只要将所得数据，透过Web-base 机制，将得到相关信息，并可彼此交换经验，使得知识库更加完善。同时防患未然，避免异常再度发生。更运用品管要因分析图(鱼骨图) 、检核表等手法，使制程更加稳定，并达到知识管理的目的。
图七. 系统之架构图
4.3 制程分析系统
在此一主板制程分析系统(参考图八)，包含案例新增、修改、删除、查询、打印等功能。进入系统会出现二各指针(参考图九)，利用下拉式窗体，以利用户选择。设定完成后，按下确认键，进行案例间的比对，进而产生案例相似值，并利用排序功能以相似度为要项，由高而低排列。
图八
图九
4.3.1 相似度比较计算
如有一新问题(如图十) ，经比对不良现象案例库，发现案例(图 十一) 较为相似，且为短路(SHORT)现象
图十(新问题) 图十一(案例)
表五. 案例比對相似度排序
以加权平均计算案例间的相似度=(1 0.9*0.3 0.8*0.7 0.6*)/3=81%
5. 结论
本研究制程分析系统，在某主板制造厂，试行三个月后，发现以往制程发现异常，找出其问题点，平均需花费1~2 小时。但藉由此一系统协助，不仅可以缩短一半作业时间，更能迅速提供不良原因分析及解决对策，对其制程分析能力提升不少。此一理论架构能整合实务界现有的数据，并利用案例式推理的理论及Delphi 数据库管理建构一套易于使用的系统，并使相关人员藉由此一系统交换彼此经验并增加知识，进而达到知识管理的目的。
此一系统架构具有相当之弹性，可运用其他领域。更可以结合现行Bar-Code 系统， 因Bar-Code 系统只能提供不良现象及问题，不能提供原因及解决对策。利用此系统特性与Bar-Code 系统相结合，能够分析不良并立即改善，降低不良率，保特制程稳定。
6. 参考文献
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