摘要：本文首先介绍了影响制造成熟度的因素，并对电子元器件工艺成熟度的评价方法进行了重点阐述。
关键词：电子元器件；制造成熟度；工艺成熟度
电子元器件工艺成熟度评估，能有效识别电子元器件制造工艺中的各种风险，及时了解产品工艺的行业水平，有助于企业找出工艺控制能力的薄弱环节及对工艺投资的决策，也可借鉴同行业的经验和各评定专家的意见，改进及提升本单位的工艺水平。
一、影响制造成熟度的因素
制造成熟度是用来衡量一项技术或工艺是否实现了向设备生产的转化，或确定一个装备研制项目是否达到了进入下一阶段的判断指标。制造成熟度等级(MRL，Manufacturing Readiness Level)分为10级。
当装备从设计转向生产制造时，制造风险就显得尤为重要。若生产中使用的制造工艺不成熟，会导致成本上升、产品性能不稳定、可靠性低、难以按时交付等问题。为了全面、完整地识别产品制造所带来的风险，美国国防部制造成熟度评估方法中将制造所涉及的风险因素分为9大制造风险因素，包括技术与工业基础、设计、成本与投资、材料成熟度、工艺能力与控制、质量管理、制造人员、设施与制造管理等，每个风险因素通常包括若干个子因素，通过对9大制造风险因素及其子因素的综合考虑，形成了各级对应的MRL评价标准，以作为制造成熟度评价的依据。
二、电子元器件工艺成熟度评价
在我国，对制造成熟度的研究还处于起步阶段，如何描述和评估制造成熟度以适应我国的实际情况，到目前为止，还没有形成一套相对成熟的理论体系，也没有一个较客观的评价标准来度量与评估项目制造成熟度，还有许多问题需探索及实践。
电子元器件是所有电子信息系统与装备控制系统的基础，它们的性能及可靠性直接影响到整个装备的功能，是装备发展的基础。制造成熟度评价方法将涉及上述9大因素，每个制造风险因素还包括若干子因素，如何制定科学可行的制造成熟度评价标准是一项较困难的工程。
1、工艺成熟度等级划分。工艺成熟度(Process Readiness Level，PRL)主要评价产品从设计开发到最终产品实现的工艺能力水平高低的研究，工艺成熟度评价的对象是技术，即产品制造技术的水平。工艺成熟度评价的重点是产品的可制造性、产品能否成批生产、产品质量与成本能否满足目标要求，以及产品能否投入市场以满足顾客的需求等。
工艺成熟度等级是度量工艺成熟度的一种量化表示法。工艺成熟度与技术成熟度相互关联，两者都是为了识别相关的风险。标准技术不成熟、设计不稳定会影响产品的制造工艺，若产品技术不成熟或设计不稳定，工艺成熟度则无从谈起。因此，每一个工艺成熟度等级的定义中都包含了相应的技术成熟度等级，即当工艺成熟度达到一定等级时，其技术成熟度必须达到相应的技术成熟度等级，其定义为：PRL1：发现工艺基本原理；PRL2：确认制造工艺概念；PRL3：确认工艺方案，验证工艺方案的可行性；PRL4：具备生产原理样件的能力，且原理样件通过了实验室环境的验证；PRL5：具备生产样件的能力，并安装到子系统级样机上，且通过了模拟使用环境的验证；PRL6：具备生产试生产件的能力，并安装到系统级装备中，且通过了典型使用环境的验证；PRL7：具备小批量生产的能力，并验证生产线能力；PRL8：验证生产线可接受的量产与可生产性水平；PRL9：验证速率生产能力。
2、工艺成熟度等级的详细定义。工艺成熟度等级只给出了一个粗略的等级划分标准，还需针对工艺成熟度每一级定义制定一套具体的评价标准，在工艺成熟度评价过程中，评价标准起着提示作用，启发专家从哪些方面考虑问题，从哪些方面来评价工艺成熟度，但又不限于这些问题。通常，工艺成熟度等级第1、2阶段的技术不足以定义一个制造过程，因此，从3开始，其评价标准为：
PRL3：确认工艺方案，验证工艺方案的可行性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆PRL3等级是产品生产工艺路线的制定，在实验室环境下对制造工艺进行验证，并对当前关键部件工艺方案的可生产性进行评估。
PRL4：具有生产原理样件的能力，并通过实验室环境验证。当工艺成熟度达到4级时，技术成熟度应高于相应的等级之上。此时，样件生产的原材料应具备；关键工艺在实验室环境中进行确认和评估；应确定解决可生产性不足的风险降低措施。
PRL5：具有制作样件的能力，并安装到分系统级样机上，且通过了模拟使用环境的验证。当工艺成熟度达到5级时，产品进入工艺开发阶段。此时已确定了材料消耗定额，并完成了工艺装备、试验及检测设备的选择与鉴定原则、方案的制定，但过程能力不足，产品成品率较低。
PRL6：具有生产试生产件的能力，并安装在系统级装备上，且通过典型使用环境的验证。当工艺成熟度达到6级时，生产所需原材料的性能、数量和进度满足生产要求，对产品特性、结构和特点要求进行工艺分析和说明，对关键零部件、重要零部件和关键工序进行识别，以及质量控制点的合理设置，特殊工艺过程试验与检测项目的正确性，过程能力满足要求，产品成品率处于一般水平。
PRL7：具备小批量生产能力，并验证生产线能力。当工艺成熟度达到7级时，验证产品的初始质量水平，具有小批量试生产能力，在生产环境中验证工装、检测及测试设备，验证工艺流程，过程能力充分，具有工序控制点精度保证和质量稳定性控制能力，产品成品率在行业内处于较高水平，表明产品工艺水平的关键指标在行业内处于中等水平，满足了所有设计要求。
PRL8：验证生产线的可接受量产及可生产性水平。当工艺成熟度达到8级时，产品生产过程能力充足，产品成品率在行业内处于较高水平，表明产品工艺水平的关键指标在行业中处于较高水平，设计稳定，很少或无设计变更，制造工艺完全理解并控制在相应的质量水平，生产线达到要求的稳定水平。
PRL9：验证全速率生产能力。当工艺成熟度达到9级时，产品生产过程能力绝对充分，产品成品率处于行业最高水平，表明产品工艺水平的关键指标处于行业最高水平，生产线运行达到要求的质量水平之上，生产稳定。
3、关键工艺特性的确定。工艺成熟度评价标准只给出了一个宽泛的评价指标，而最终能指导评定专家展开工艺成熟度评价工作的是根据这个评价准则，以具体产品为评定对象，通过对产品关键工艺的识别，制定关键工艺特性的判定细则，最后根据关键工艺的判定细则进行工艺成熟度评价。
关键工艺特性是指特定工艺方案中的关键工艺参数总和，它是由影响产品功能性能的不稳定制造工艺、制造过程控制的不确定性和生产过程中的非检验项目等所决定的。
4、评价实施
1)识别关键工艺特性。在此阶段，项目负责人根据产品使用环境及功能确定基本工艺特性清单，然后被评定方根据产品工艺流程和特点提供关键工艺特性初始清单，并将被评价项目关键工艺特性初始清单提供给评定专家组，评定专家组评审基本工艺特性清单及关键工艺特性初始清单，并确定最终关键工艺特性清单。然后，被评定方根据最终的关键工艺特性制定关键工艺评价细则，提交评定专家组评审、修订和补充，形成最终评价细则。评审专家组最终将根据确定的关键工艺成熟度评价细则进行评审。
2)评价关键工艺的成熟度。评定专家组根据工艺成熟度评价准则及关键工艺评价细则，对各关键工艺情况进行逐级、逐项评价，深入了解工艺的研究和应用，分析工艺原理的掌握程度，掌握工艺攻关的完成情况，搞清亟需突破的技术瓶颈，并根据工艺成熟度评价细则对工艺成熟度等级进行评定。基于工艺成熟度评价准则、关键工艺成熟度评价细则及相关关键工艺的基础数据进行评价。该阶段主要包括关键工艺成熟度评价、关键工艺成熟度评价结果的协调及工艺成熟度评价报告的完成等。
参考文献：
[1]周少鹏.制造成熟度及其在我国航天的应用研究[J].航天器工程,2014(02).
[2]高彬彬.制造成熟度管理方法研究[J].制造技术与机床,2014(03).
论文作者:荣希印,谢依烨,牛慧锋
论文发表刊物:《电力设备》2019年第23期
论文发表时间:2020/4/30