SMT生产过程优化毕业论文.doc

北华航天工业学院毕业论文 I 摘 要 论文是结合 SMT 生产线的基础知识与生产线生产的基本情况为前提 以提高 SMT 生产效率为目标而展开论题 SMT 生产线要达到最大的产量 必须考虑两个问题 生产线平衡和生产线的效率 生产线的平衡可以通过负荷的优化分配来实现 建立优化程序只是获得了静态的平衡 而生产线的效率要求获得动态平衡 关键词 质量 优化 瓶颈 高速贴装机 高精度贴装机 北华航天工业学院毕业论文 II 目 录 第第 1 1 章章 绪论绪论 1 1 1 1 SMT 概念 1 1 2 SMT 有何特点 1 1 3 课题研究背景 1 第第 2 2 章章 SMTSMT 生产流程生产流程 2 2 2 1 生产流程 2 2 2 SMT 产线线体配置 3 2 3 印刷机 3 2 3 1 印刷方式 3 2 3 2 印刷工作流程 3 2 3 3 典型的印刷缺陷 4 2 3 4 关于锡膏的印刷 4 2 4 贴片机 4 2 4 1 作用 4 2 4 2 贴片机工作流程 5 2 4 3 常见的贴装缺陷 5 2 4 4 SMT 元件贴装标准 6 2 5 AOI 自动光学检查 8 2 5 1 AOI 定义 8 2 5 2 主要特点 8 2 5 3 原理简图 8 2 5 4 AOI 的合理安排 9 2 6 回流焊 11 2 6 1 预热区 11 2 6 2 恒温区 11 2 6 3 回焊区 12 2 6 4 冷却区 12 2 7 目检 12 2 7 1 作用 12 2 7 2 相关外观判定标准 12 2 7 3 SMT 常见焊点缺陷及分析 12 北华航天工业学院毕业论文 III 第第 3 3 章章 SMTSMT 品质管理品质管理 1515 3 1 品质管理的定义 15 3 2 SMT 生产中的不良 15 第第 4 4 章章 SMTSMT 生产过程优化生产过程优化 2020 4 1 优化概况 20 4 2 生产线平衡 20 4 2 1 生产线平衡原理与改善方法 20 4 2 2 负荷分配与生产线平衡 21 4 2 3 生产线平衡软件 22 4 2 4 设备优化 22 4 2 5 如何生成优化的贴装程序 23 4 2 6 生产线平衡硬件 24 4 3 生产线的效率 24 4 3 1 目的 24 4 3 2 影响产能效率因素分析 24 4 3 3 改善方案的设计与分析 25 4 3 4 瓶颈现象及解决办法 26 4 3 5 生产实施严格有效的管理措施 28 4 4 生产线平衡和生产线的效率 28 第第 4 4 章章 结论结论 2929 致致 谢谢 3030 参考文献参考文献 3131 附附 录录 3232 附录附录 1 1 3232 北华航天工业学院毕业论文 1 SMT 生产过程优化 第 1 章 绪论 1 1 SMT 概念 表面组装技术 SurfaceMountTechnology 简称 SMT 是由混合集成电路技术发展而 来的新一代电子装联技术 以采用元器件表面贴装技术和回流焊接技术为特点 成为电 子产品制造中新一代的组装技术 SMT 的广泛应用 促进了电子产品的小型化 多功能 化 为大批量生产 低缺陷率生产提供了条件 1 2 SMT 有何特点 在组装密度高 电子产品体积小 重量轻 贴片元件的体积和重量只有传统插装元 件的 1 10 左右 一般采用 SMT 之后 电子产品体积缩小 40 60 重量减轻 60 80 可靠性高 抗振能力强 焊点缺陷率低 高频特性好 减少了电磁和射频干扰 易于实 现自动化 提高生产效率 降低成本达 30 50 1 3 课题研究背景 随着 IC 封装就向着高度集成化 高性能化 多引线和窄间距化方向发展 它推动了 SMT 技术在高端电子产品中的广泛应用 但由于受到工艺能力的限制 面临许多技术难 题 1998 年以后 BGA 器件开始广泛应用 尤其是通信制造业中 BGA 类器件的应用 比例呈现了快速的增长 同时 SMT 技术在通信等高端产品的带动下 进入了快速 良 好的发展期 目前 电子产品呈现了小型化 多功能化的趋势 尤其是以手机 MP3 为代表的消 费类电子产品的市场呈现爆发式的增长 进一步带动了表面贴装元器件的小型化和产品 组装的高密度化 0201 元件 CSP flipchip 等微小 细间距器件也进入了 SMT 的实际 应用中 极大提高了 SMT 技术的应用水平 同时也提升了工艺难度 对于印制板组装厂商来讲 要想在激烈的竞争中取胜 最重要的是使生产线发挥最 大的效率 提高合格产品的产量 然而 要达到这一目标 必然会受到诸多因素的影响 所以必须对SMT生产线进行优化 才可以实现高效生产 北华航天工业学院毕业论文 2 第 2 章 SMT 生产流程 2 1 生产流程 印刷效果检查 印刷锡膏 红胶 PCB 来料检 查 功能测试 交修理员进行修理 焊接效果检查 过回流炉焊接 固化 炉前检查 贴 片 后焊效果检查 后焊 红胶工艺可过波 峰焊 向上级反馈改善 交修理维 修 向上级反馈改善 通知技术人员 改善 校正 夹下已贴元件 清洗 IPQC 确认 通知 IQC 处理 成品包装送检 北华航天工业学院毕业论文 3 2 2 SMT 产线线体配置 SMT 线体配置如图 2 1 所示 2 3 印刷机 2 3 1 印刷方式 钢网刻孔要根据零件的类型 基材的性能来决定 其厚度和孔的大小及形状 其优 点是速度快 效率高 2 3 2 印刷工作流程 SMT 印刷工作流程如图 2 2 1 基板搬入 2 基板定位 3 视觉系统对位 4 印刷平台上升 5 刮刀向前后挂印锡膏 6 慢速脱模 印刷机 贴片机 AOI 目检 回焊炉 图 2 1 产线线体配置 图 2 2 印刷机印刷简图 北华航天工业学院毕业论文 4 7 印刷平台下降 8 基板搬出 2 3 3 典型的印刷缺陷 1 焊盘上焊锡不足 2 焊盘上焊锡过多 3 焊锡对焊盘的重合不良 4 焊盘之间的焊锡桥 2 3 4 关于锡膏的印刷 1 锡膏的成分 熔点 1 含银锡膏其成对分及比例为 锡 铅 银 62 37 1 其熔点为 183 摄 氏度 2 不含银锡膏其成都成分及比例为 锡 铅 63 37 其熔点为 179 摄氏度 2 锡膏的保存 一般的锡膏保存在冰箱或冻库中 保存的温度范围一般为 5 3 摄氏度 3 锡膏的使用步骤及有关印刷作业参数 1 从冰箱或冻库中取出锡膏 于室温下回温 4 小时 2 手工均匀搅拌锡膏 5 分钟以上 3 印刷角度一般为 45 60 度左右 4 印刷速度一般为 30 40mm s 5 印刷时的力度 根据 PCB 板的大小和刮刀类别 在 3 8kg 力之内选取最佳印刷力 度 2 4 贴片机 2 4 1 作用 其作用是将表面组装元器件准确安装到 PCB 的固定位置上 所用设备为贴片机 位 于 SMT 生产线中印刷机的后面 北华航天工业学院毕业论文 5 2 4 2 贴片机工作流程 S MT 贴片机工作内部流程如图 2 3 2 4 1 基板搬入 2 基板定位 3 支撑平台上升 4 视觉系统定位 5 贴片头取料 6 贴片头贴片 7 支撑平台下降 8 基板搬出 2 4 3 常见的贴装缺陷 1 偏位 2 立碑 3 反白 4 侧立 5 压件 6 错件 7 少件 图 2 4 贴片机工作简图 图 2 3 贴片机工作简图 北华航天工业学院毕业论文 7 2 4 4 SMT 元件贴装标准 北华航天工业学院毕业论文 8 北华航天工业学院毕业论文 9 2 5 AOI 自动光学检查 2 5 1 AOI 定义 自动光学检测仪 AOI Automated Optical Inspection 是应用于表面贴装 SMT Surface Mounted Technology 生产流水线上的一种自动光学检查装置 可有效的检测 印刷质量 贴装质量以及焊点质量 通过使用 AOI 作为减少缺陷的工具 在装配工艺过程 的早期查找和消除错误 以实现良好的过程控制 早期发现缺陷将避免将不良品送到后工 序的装配阶段 AOI 将减少修理成本将避免报废不可修理的电路板 2 5 2 主要特点 1 高速检测系统 不受 PCB 贴装密度影响 2 快速便捷的编程系统 图形化界面 所见即所得 运用贴装数据自动进行检测程 序编制 3 针对不同的检测项目 结合光学成像处理技术 分别有不同的检测方法 检测算 法 4 在被检测元件的贴装位置有偏移的情况下 检测窗口会自动化定位 达到高精度 检测 5 显示实际错误图像 方便进行工人进行最终的目视核对 6 统计 NG 数据分析导致不良原因 实时反馈工艺信息 2 5 3 原理简图 SMT 中应用的 AOI 技术的形式多种多样 但其基本原理是相同的 如图 2 5 所示 即用光学手段获取被测物图形 一般通过一传感器 摄像机 获得检测物的照明图像并 数字化 然后以某种方法进行比较 分析 检验和判断 相当于将人工目视检测自动化 智能化 北华航天工业学院毕业论文 10 图 2 5 AOI 基本原理示意 2 5 4 AOI 的合理安排 AOI 可以在 SMT 生产的各个环节起到检测作用 但目前 AOI 价格非常昂贵 对占大 多数比例的中小型电子生产商来说 为每个环节都配置 AOI 是不合适的 因此当一条生 产线上只有一台 AOI 时 应把它放在哪个环节 这是非常值得探讨的 1 主导思想 如图 2 6 所示 有两种检查主导思想 缺陷防止或缺陷发现 适当的方法应该是缺 陷防止 在这样一个方法中 AOI 机器应当放在 SMT 生产线的焊膏印刷机之后 或者放 在元件贴装之后 主导思想为缺陷发现时 AOI 机器应当放在回流炉之后 这是制造工 艺中的最后步骤 以保证产品质量 2 实施目标 应用 AOI 的主要目标在于最终品质和过程跟踪 最终品质注意力主要集中在产品生产的最终状态 当生产问题非常清楚 产品混合 度高 数量和速度为关键因素的时候 优先采用这个目标 设备可以产生大范围的过程 控制信息 使用 AOI 设备来监视生产过程 典型内容包括详细的缺陷分类和元件贴放偏 移信息 当产品可靠性高 混合度低 大批量制造和元件供应稳定时 优先采用这个目 标 在线监控具体生产状况 并为生产工艺的调整提供必要的依据 北华航天工业学院毕业论文 11 图 2 6 AOI 在 SMT 生产线中放置位置 3 实施策略 机器所放置的位置可以实现或阻碍检查目标 不同的位置可产生相应不同的过程控 制信息 AOI 放置位置是由下面因素决定的 特殊生产问题 如果生产线有特别的问题 检查设备可增加或移动到这个位置 监测 缺陷 尽早发觉重复性的缺陷 实施目标 对于 AOI 设备 没有一个最好的位置来处理所有的生产线缺陷 如果应用 AOI 的目标是要改进全面的最终品质 机器放在过程的前面可能没有放在后面的价值大 机器放在前面是为了避免对已有缺陷的产品再增加价值 此外在过程的早期 维修缺陷 的成本大大低于发货前后的维修成本 但许多缺陷是在生产的后期出现的 意味着不管 前面发现多少缺陷 发货前还是需要全面的视觉检查 4 放置位置 实施 AOI 的关键 就是将检查设备配置到一个可以尽早识别和改正最多缺陷的位置 虽然 AOI 可用于生产线上的多个位置 但有三个检查位置是主要的 印刷之后 SMT 中 60 70 的焊点缺陷是印刷时造成的 如果焊膏印刷过程满足要求 就可以有效减少后期出现的缺陷数量 回流焊前 这是一个典型的放置位置 因为可发现来自焊膏印刷以及机器贴放的大 多数缺陷 在这位置上可以产生程控信息 提供贴片机和密间距元件贴装设备核准的信 息 用来修改元件贴放或表明贴片机需要校准 满足过程跟踪的目标 回流焊后 这是 AOI 最流行的选择 因为这个位置可发现全部装配错误 避免有缺 陷的产品流入客户手中 回流焊后检测能够提供高度的安全性 它可识别由焊膏印刷 元件贴装和回流过程引起的错误 支持最终品质目标 北华航天工业学院毕业论文 12 2 6 回流焊 热风回流焊过程中 焊膏需经过以下几个阶段 溶剂挥发 焊剂清除焊件表面的氧 化物 焊膏的熔融 再流动以及焊膏的冷却 凝固 如图 2 7 图 2 7 回流焊过程曲线图 2 6 1 预热区 目的 使 PCB 和元器件预热 达到平衡 同时除去焊膏中的水份 溶剂 以防焊 膏发生塌落和焊料飞溅 要保证升温比较缓慢 溶剂挥发 较温和 对元器件的热冲击 尽可能小 升温过快会造成对元器件的伤害 如会引起多层陶瓷电容 器开裂 同时还 会造成焊料飞溅 使在整个 PCB 的非焊接区域形成焊料球以及焊料不足的焊点 2 6 2 恒温区 目的 保证在达到再流温度之前焊料能完全干燥 同时还起着焊剂活化的作用 清 除元器件 焊盘 焊粉中的金属氧化物 时间约 60 120 秒 根据焊料的性质有所差异 冷卻區 图 2 5 回流焊过程曲线图 预热区 恒温区 回焊区 冷却区 北华航天工业学院毕业论文 13 2 6 3 回焊区 目的 焊膏中的焊料使金粉开始熔化 再次呈流动状态 替代液态焊剂润湿焊盘和 元器件 这种润湿作用导致焊料进一步扩展 对大多数焊料润湿时间为 60 90 秒 再流 焊的温度要高于焊膏的熔点温度 一般要超过熔点温度 20 度才能保证再流焊的质量 有 时也将该区域分为两个区 即熔融区和再流区 2 6 4 冷却区 焊料随温度的降低而凝固 使元器件与焊膏形成良好的电接触 冷却速度要求同预 热速度相同 2 7 目检 2 7 1 作用 检查贴裝零件在回焊后的焊接情况如有不良 及时送修提高企业良率及在客户心目 中的形象 2 7 2 相关外观判定标准 SMT 手机外观判定标准 PCB 外观判定标准 2 7 3 SMT 常见焊点缺陷及分析 1 虚焊 1 外观特点 焊锡与元器件引线或与铜箔之间有明显黑色界限 焊锡与界限凹 陷 2 影响度 不能正常工作 3 原因分析 元器件引线未清洁好 未镀好或锡被氧化 PCB 铜箔被氧化或未清洁好 喷涂的助焊剂质量不好 北华航天工业学院毕业论文 14 SMT 红胶制程中存在 溢胶 这种不良现象 2 冷焊 1 外观特点 表面呈豆腐状颗粒 有时可能有裂纹 2 影响度 强度低 导电性不好 3 原因分析 焊料未凝固前焊件抖动 回流焊焊接温度偏低 或链速偏高 3 桥接 1 外观特点 相邻导线连接 2 影响度 电气短路 3 原因分析 焊锡过多 烙铁撤离角度不当 4 锡尖 1 外观特点 出现尖端 2 影响度 外观不佳 容易造成桥接现象 容易碰坏贴片元件焊极 3 原因分析 助焊剂过少 而加热时间过长 烙铁撤离角度不当 5 针孔 1 外观特点 目测或低倍放大看有孔 2 影响度 强度不足 焊点容易腐蚀 3 原因分析 引线与焊盘孔的间隙过大 6 剥离 1 外观特点 焊点从铜箔上剥落 2 影响度 断路 3 原因分析 焊盘上金属镀层不良 7 铜箔翘起 1 外观特点 铜箔从 PCB 上剥离 2 影响度 PCB 已损坏 3 原因分析 焊接时间太长 温度过高 8 焊料堆积 1 外观特点 焊点结构松散 白色 无光泽 2 影响度 机械强度不够 可能虚焊 北华航天工业学院毕业论文 15 3 原因分析 焊料质量不好 焊接温度不好 焊锡未能凝固时 元器件引线松动 9 焊料过多 1 外观特点 焊料面显凸形 2 影响度 浪费焊料且可包含缺陷 3 原因分析 焊丝撤离过迟 10 过热 1 外观特点 焊点发白 无金属光泽 表面粗糙 2 影响度 焊盘易脱落 强度降低 3 原因分析 烙铁功率过大 加热时间过长 11 松动 实质性裂焊 1 外观特点 导线或元器件引线可移动 2 影响度 导通不良或不导通 3 原因分析 焊锡未凝固前引线移动造成空隙 引线未处理好 机械作用导致裂锡 北华航天工业学院毕业论文 16 第 3 章 SMT 品质管理 3 1 品质管理的定义 1 品质管理是一种新的经营管理方法 是经营的思想革命 2 品质管理公司内尚未协调的各种管理活动综合成一个整体的管理体系 3 品质管理是管理工具 籍此授予品质管理方面的职权与责任 以解除管理上的不 必要细节 而全力保证品质工作 4 品质管理体系的发展 维持及改进产品品质的管理范围 3 2 SMT 生产中的不良 1 零件反向 1 产生的原因 1 人工手贴贴反 2 来料有个别反向 3 机器FEEDER坏或FEEDER振动过大 导致物料反向 振动飞达 4 PCB板上标示不清楚 导致作业员难以判断 5 机器程式角度错 6 作业员上料反向 IC之类 7 核对首件人员粗心 不能及时发现问题 8 炉后QC也未能及时发现问题 2 对策 1 对作业员进行培训 使其可以正确的辨别元器件方向 2 对来料加强检测 3 维修FEEDER及调整振动FEEDER的振动力度 4 在生产当中要是遇到难以判断元器件方向的 一定要等工程部确定之后才 可以批量生产 也可以SKIP 5 工程人员要认真核对生产程式 并要求对首件进行全检 特别要注意有极 性的元件 6 作业员每次换料之后要求IPQC核对物料 包括元件的方向 并要求作业 员每2小时必须核对一次物料 7 核对首件人员一定要细心 最好是2个或以上的人员进行核对 如果有专 门的IPQC的话也可以要求每2小时再做一次首件 8 QC检查时一定要用放大镜认真检查 对元件数量多的板尽量使用套版 北华航天工业学院毕业论文 17 2 少件 缺件 1 产生的原因 1 印刷机印刷偏位 2 钢网孔被杂物或其它东西给堵塞 焊盘没锡而导致飞件 3 锡膏放置时间太久 机器Z轴高度异常 4 置件后零件被NOZZLE吹气吹开 5 PCB板的弯曲度已超标 贴片后元件弹掉 6 元件厚度差异过大 7 机器零件参数设置错误 8 FEEDER中心位置偏移 9 机器贴装时未顶顶针 10 炉前总检碰撞掉落 2 对策 1 调整印刷机 要求印刷员对每一PCS印刷好的进行检查 2 要及时的清洗钢网 一般5 10PCS清洗一次 3 锡膏在常温下放置一定不能超过24小时 4 校正机器Z轴 5 按照 贴片机保养记录表 对机器进行保养 及时清洗NOZZLE 6 每天对机器气压进行检查 在月保养的时候要对机器的过滤棉进行清洗 3 错件 1 产生的原因 1 作业员上错物料 2 手贴物料时贴错 3 未及时更新ECN 4 包装料号与实物不同 5 物料混装 6 BOM与图纸错 7 SMT程序做错 8 IPQC核对首件出错 2 对策 1 对作业员进行培训 包括物料换算及英文字母代表的误差值 培训之后要 对作业员进行考核 每次上料的时候要求IPQC对料并填写上料记录表 每2小时 要对机器上所有的物料进行检查 2 对ECN统一管理并及时更改 3 认真核对机器程式及首件 使机器里STEP与BOM 图纸对应 北华航天工业学院毕业论文 18 4 核对首件人员一定要细心 最好是2个或以上的人员进行核对 如果有专 门的IPQC的话也可以要求每2小时再做一次首件 4 短路 1 产生的原因 1 锡膏过干或粘度不够造成塌陷 2 钢网开孔过大或厚度过大 3 机器刮刀压力不够 4 钢网张力不够 钢网变形 5 印刷不良 印刷偏位 6 PCB与钢网之间的缝隙过大 造成拉锡尖 7 机器贴装压力过大 Z轴 8 PCB上的MARK点识别误差太大 9 程式坐标不正确 10 零件脚歪 会造成元件假焊及短路 2 对策 1 更换锡膏 2 减少钢网开孔 IC及排插最好是焊盘内切0 1 mm左右 或重新开钢网 最好 是采用激光 钢网厚度一般在0 12mm 0 15mm之间 3 加大刮刀压力 刮刀压力一般在3 5Kg左右 以是否能把钢网刮干净为标 准 钢网上不可以有任何残留物 4 更换钢网 钢网张力一般是40N 5 重新校正印刷机PCB MARK和钢网MARK 6 调整PCB与钢网的间距 最好是PCB板紧贴钢网 必须是一条平行线 否则 钢网很容易变形 7 Z轴下压过大会导致锡膏塌陷而连锡 下压过小就会造成飞件 8 误差太大会使机器识别不稳定而导致机器坐标有偏差 如果有密脚IC的 话就会造成短路 SAMSUNG SM321的识别参数是600 9 更改元件的参数 包括元件的长 宽 厚度 脚的数量 脚长 脚间距 脚与本体 之间的距离 10 修正元件脚 5 直立 立碑 1 产生的原因 1 钢网孔被塞住 2 零件两端下锡量不平衡 3 NOZZLE阻塞 Nozzle吸孔部份阻塞造成吸力不平均 北华航天工业学院毕业论文 19 4 FEEDER偏移 造成Nozzle无法吸正 导致侧吸 5 机器精度低 6 焊盘之间的间距过大 焊盘上有孔 焊盘两端大小不一 7 温度设定不良 立碑是电阻电容常见的焊接缺陷 引起的原因是由于元 器件焊盘上的锡膏溶化是润湿力不平衡 恒温区温度梯度过大 这意味着PCB板 面温度差过大 特别是靠近大元件四周的电阻 电容两端的温度受热不平衡 锡 膏 溶化时间有一个延迟从而引起立碑的缺陷 8 元件或焊盘被氧化 2 对策 1 清洗钢网 要求作业员按时对钢网进行清洗 清洗时如果有必要的话一 定要用气枪吹 严禁用纸擦拭钢网 擦拭钢网一定要用无尘布 2 调整PCB与钢网之间的距离 PCB必须和钢网保持平行 3 清洗NOZZLE 按照贴片机保养记录表上的规定按时对NOZLLE进行清 洁 注意 NOZLLE可以用酒精清洗 洗完之后要用气枪吹干 4 调整飞达中心点 5 校正机器坐标 同时要清洁飞行相机的镜子 内外LED发光板 注意 清 洁LED 6 重新设计焊盘 或将贴片坐标往焊盘少一点的地方靠近 7 重新设置回流焊的温度并测试温度曲线 8 更换元件 6 偏位 1 产生的原因 1 PCB板太大 过炉时变形 2 贴装压力太小 回流焊链条振动太大 3 生产完之后撞板 4 NOZZLE问题 吸嘴用错 堵塞 无法吸取Part的中心点 造成置件压力不 均衡 导致元件在锡膏上滑动 5 元件吃锡不良 元件单边吃锡不良 导致拉扯 6 机器坐标偏移 2 对策 1 PCB板过大时 可以采取用网带过炉 2 调整贴装压力 以SAMSUNG SM321为例 Z轴压力应该 0 2到 0 5之间 但数值不能过大 如果过大会造成机器NOZZLE断 NOZZLE阻塞 NOZZLE变形 北华航天工业学院毕业论文 20 机器Z轴弯曲 3 调整机器与机器之间的感应器 4 更换物料 5 调整机器坐标 7 反白 1 产生的原因 1 作业员贴反 2 机器贴装压力过大 Z轴下压过大 导致机器贴装时元件弹起来 注意 机器的Z轴下压不要过大 否则会造成机器的严重损坏 包括NOZZLE断 NOZZLE 弯曲 Z轴损坏 Z轴变弯曲 一般Z轴下压不可以超过负0 5mm 3 印刷锡膏过厚 导致锡膏把元件包起来 在回流区的时候由于热效应元 件反过来 4 来料也反白现象 2 对策 1 对作业员进行培训 2 调整贴装压力及Z轴的高度 3 调整印刷平台 也可以减少钢网开孔的厚度 4 认真核对来料 北华航天工业学院毕业论文 21 第 4 章 SMT 生产过程优化 4 1 优化概况 SMT生产线要达到最大的产量 必须考虑两个问题 生产线平衡和生产线的效率 生产线的平衡可以通过负荷的优化分配来实现 建立优化程序只是获得了静态的平衡 而生产线的效率要求获得动态平衡 高精度贴装机对于印制板组装行业来讲 收入和利润取决于大量生产合格产品的能 力 但要想使生产线发挥最大的效率 获得最大的产量 又会受到许多因素的影响 包 括设备的类型 产品的类型 组线方式以及采用的控制软件等 必须对这些因素进行优 化配置 才可以实现高效生产 总的来说 SMT生产线的优化有两种不同的方法 具体采用什么方法要根据生产环 境的特点而定 在品种单一 批量大的生产环境中 重点是要使印制板的产量达到最大 设定每台设备的贴装程序和喂料器配置 选整条生产线作为一个整体进行优化 使其生 产节奏最快 这种情况下 优化目标就是使各台设备的生产节奏一致 并且速度最快 在多品种 少批量的生产环境中 由于不同品种间进行转换所需时间较长 不再具备以 最快的节奏生产一种印制的优势 所以上面的方法就不可能产生最佳的效果 因此 在 这种情况下 重点是减少不同品种印制板之间的更换时间 因此 建立喂料器配置和相 应的贴装程序时就要综合考虑 应尽力减少从一种印制板的生产转换到另一种所需的时 间 加外 不同印制板实现连续生产可以减少整体上的更换时间 从而提高整体的印制 板产量 在中等批量的生产中环境使用什么方法不容易确定 根据生产运行实际批量 两种都应考虑 还可以使用模拟软件来帮助我们事先确定哪种方法更适合 尽管这两种 方法看起来不同 但优化方法是基本相同的 优化目标都是实现设备的最大效能 提高 投资回报率 4 2 生产线平衡 生产线平衡提高产能是一个持续的过程 大量世界级的IT制造厂商将其全球制造基 地转移至上海 苏州 杭州等地区 主板 main board 简称MB 虽然是一个非常成熟的 产业 但是其新生产基地成立时间较短 不可能完全复制母公司的生产方式 这时非常 需要工业工程师们做出不断的改善 以达到提升产能 降低成本 保证品质的目标 主 板制造皆采用流水线生产方式 进行生产线平衡与改善 对提高产能 降低成本具有重 要意义 北华航天工业学院毕业论文 22 4 2 1 生产线平衡原理与改善方法 由于现代的流水线生产以机械输送带流动为主 机械输送的速度也应与生产速度相 适应 即有相同的节拍时间 Cycle Time CT 生产计划及工序作业时间应相适应 若 各工序的作业时间相差太大 就会造成作业工序短的工序出现等待现象 其间存在效率 损失 当工序之间的作业时间差距很小 生产中等待的时间很少 这时生产效率最高 生产线处于平衡状态 通过生产线平衡分析 以期达到以下目的 1 缩短每一个工序的作业时间 提高单位时间的产量 2 减少工序之间的预备时间 3 消除生产线中的瓶颈 阻滞和不匀等现象 4 改善制造方法 使它适宜于新的流水作业 对于耗时较长的工序 可采取措施为 1 分割作业 移一部分到耗时较短的工序 2 利用工具或机械 改善作业缩短工时 3 提高机械效率 4 增加作业人员 5 提高作业人员效率或机能 对于耗时较短的作业 可以采取的措施为 1 分割作业 填充到其他耗时短的工序 取消本工序 2 从耗时长的工序移一部分作业过来 3 把耗时短的工序合并 4 2 2 负荷分配与生产线平衡 1条生产线由多台设备组成 如果每台设备的生产负荷都相等并且最小 生产线就 将达到最大的生产能力 这里的生负荷指的每设备贴装的元件数量 然而 贴装速度最 慢的设备将决定整条生产线的实际产量和生产能力 如果一台设备的循环时间是20秒 但另一台设备的循环时间为30秒 那么 这条生产线生产一块印制板的时间将为30秒 这对于整条生产线是没有好处的 为了很好地进行平衡 整条生产线的生产负荷必须平 均分配 元件的分配过程如下 首先 分配特定的元件给相应的设备 例如 细间距器 件给高精度贴装机 chip元件给高速贴装机 然后根据初始分配元件的情况 各台设备 的优化程序就可以计算出循环时间 设备优化程序的输出结果又将作为生产线平衡软件的输入数据 生产线平衡软件根 据不同的设备优化程序计算出的循环时间 对生产线上的所有设备重新分配元件 然后 北华航天工业学院毕业论文 23 再分配剩余的那些元件 循环时间短的设备得到的元件数量多一些 循环时间长的设备 得到的元件数量少一些或根本没有 接下来 对设备再一次进行优化 并计算出循环时 间 如果计算循环时间不在确定的范围内 生产线平衡软件将对元件进行重新分配 直 到建立所需平衡为止 这个反复的过程可能会进行许多次 这取决于应用过程的复杂程 度 和生产线平衡软件的智能化程度 然而 即使经过多次的反复 也可能不会形成真正 的解决办法 例如 一条生产线包括一台高速机和一台高精度机 而所贴元件种类中复 杂元件占大多数 高速机由于功能上的限制无法贴装这些元件 这样就很难达到一个平 衡 而实际上 这种情况在生产中经常发生 4 2 3 生产线平衡软件 生产线平衡软件生成的结果可能不是最佳的解决办法 而只是次优化方案 如果我们将设备循环时间定义为一个期望值 这样就将优化过程归结为寻找最优期 望值 根据应用过程和使用的优化算法 它代表最优化的生产线平衡解决办法 然而 事先不知道如何获得这个值 这就象虽然知道一座山的高度 却不知道山的最高峰在何 处 对于人来说 在许多情况下能够更相对容易地找到最佳值 因为我们具有把握全局 的能力 我们的观察能力结合我们已有的知识可以帮助我们找出山的最高峰或它的近拟 位置 但是 目前的软件技术还不具备类似的功能 它每一次只能计算一步 尽管它计 算速度非常快 优化软件就象一个夜幕中的登山者 相想找到山的最高峰 假定最初他并不知道他 所处的位置 当他朝着某一个方向走的时候 他只能凭感觉来确定他是在向上走还是向 下走 这个人只有不停地走 才能感觉到坡度是否发生了变化 如果他感觉到从向上走 变为向古走了 他就知道是刚刚经过了一个山头并记下这个头 也就是说 是最优化值 还是次优化值 如果只是一个其中的一个小山头 那这个人应该从哪个方向下山呢 哪 条路是通往最高峰的 由于这个人处在黑暗中 他只能随意选择一条路 又一次上山和 下山 直到他找到另一个山峰 然后比较目前所在的山峰和前一个山峰的高度 确定哪 个高 但是这个人怎么知道他已经找到了最高峰 或者说优化软件怎么知道它找到了最优 期望值 只有当这个人事先对地形有了全面的了解才能知道 对于软件也是同样的道理 现大已经有了专门的软件 能预期一套数学方程式的近似的最优期望值 生产线平衡软件也是以相类似的方法在工作 当找到一个优化值以后 它会继续进 行寻找 直到找到一个认为是接近最优期望值的可接受的新的优化值 软件可能把上次 找到的优化值作为一个新的起点继续寻长 也可能选择一个完全不同的起点 根据生产 线平衡软件完善程度的不同 寻找的方法 可能相当随意 或者会使用一定的预期技术 显然的是 寻找的过程越长或应用过程越简单 结果就会越好 北华航天工业学院毕业论文 24 4 2 4 设备优化 生产线平衡过程 的品质取决于设备优化程序的品质 如果模拟的循环时间和实际的 循环时间之间有差别 实际上的平衡就会出现扭曲 生产线平衡软件必须注意各台设备 的负荷是否相等 然而 设备优化程序必须先找出最小循环时间 优化原则在很大程度 上取决于设备的结构 对于X Y构架的设备 通常依照下述原则使其达到最小循环时间 1 尽量大可能使多个贴装头同时拾取元件 2 拾取频率高的喂料器应安放在接近印制的位置 一般将其放在设备的前面 接近 主挡块 3 在每个拾放循环过程中 都要使所有的贴装头满负荷 这样可以优化效率 4 在一个拾放循环过程中 只从前面或后面拾取元件 而不是两边都取 这样可以 减少拾取时的移动路程 5 为了减少拾取时的移动路在一个拾放循环过程中只沿着X坐标增加或X坐标减少 的方向拾取元件 而不能朝两个方向都运动 6 一个循环中 按照X和Y坐标增加或X和Y坐标减少的顺序进行贴装 减少贴装头 的移动路程 很显然 有几个原则在本质上是有矛盾的 这就意味着设备优化程序必须进行折衷 这也取决于应用过程的复杂性 对于每一个原则都进行权衡后 设备优化程序就可以在相对矛盾的情况下 确定一 个适当的解决办法 4 2 5 如何生成优化的贴装程序 设备的贴装程序可以在线生成也可以离线生成 离线生成程序是更经济和有效的 贴装设备简单地用来编程是一种浪费 另外 编制程序一般都需要进行一定的分析和思 考 这个工作在一个相对安静的工作环境中进行比较好 对于设备的优化和生产线的平衡 设备供应商和第三方的供应商都提出了软件解决 办法 设备供应商主要是针对他们自己的设备开发软件 显然 设备供应商并不希望和 竞争对手分享自己设备的定时模式 因此 他们的软件几乎是只限于他们自己的设备 使用设备供应商的优化软件生成的贴装程序通常是最好的 然而 对于使用来自不 同供应商的设备的组装生产线来说 可能无法提供令人满意的解决办法 这就需要一种 软件 能够对包括不同品牌设备的生产线进行平衡 在这个领域 第三方的软件可以提 供解决办法 由于和设备供应商的关系是独立的 他们可以针对不同品牌的设备提供优 北华航天工业学院毕业论文 25 化模块 有些软件商已经开发出了他们自己的生产线平衡软件和用户接口 关于不同设 备的优化模块 他们可能会自己开发 也可能从原始设备制造商那里取得使用许可 不 管哪种方法都能提供一个好的解决办法 然而 使用原始设备供应商的优化模块 再结 合最好的定时模式和最新的设备功能 第三方的平衡软件可以提供最好的解决办法 目 前提供这类功能的软件包括mitron fab master unicam等 他们都与EAD厂商和设备供 应商如Siemens Philips YAMAHA Universal等合作 提供针对这些设备的优化模块 4 2 6 生产线平衡硬件 一条SMT生产线可以看作是一组相互依赖的事物 如果生产线中存在瓶颈的话 这个 瓶颈就将决定整条生产线的最大产量 由于生产波动导致生产线中出现临时性的不稳定 将会减少产量 生产波动还会引起失误的累积 而这些失误是无法弥补的 生产波动是 由一些随意的事引起的 例如喂料器空了 视觉检验错误 印制板代中断 设备问题等 等 贴装过程也是相互依赖的 因为一台设备只有当流水线上的下一台设备处于等待状态时 才能将印制制板传下去 同样地 下一台取决于接下来的设备是否准备好 在SMT生产线中增加一台设备 可以解除生产线上的瓶颈问题 并提供一定的生产预 留能力 这个预留能力能够吸收由生产波动引起的生产线临时性的不稳定 而且最终产 量的增加远比单台增加的设备的生产能力所作出的贡献要大的生瓶颈现象 一个解决办 法就是增加一台高精度装机 然而 更好的办法是增加一台高速 多功能的贴装机 能 够适应包括细间距器件在内很大范围的 如果这台设备所能适应的元件范围覆盖了高速 机和高精度机 它将能够解决无论由哪种设备所引起的瓶颈问题 目前贴机的发展趋势 也反映出了客户的这种需求 许多设备制造商对贴装头作出了新的改进 使其设备能够 适应很大的范围的元器件 尤其是新型元器件 如BGA CSP和flip chip等 再加上图像 处理系统的不断进步 贴装速度也在不断提高 然而 生产波动经常发生在高精度机 这是由几个原因造成的 首先 高精度机贴 装的是比较复杂的元件 这些元件可能由于引脚弯曲问题无法通过视觉系统的检验 其 次 有少数的大元件采用与小元件同样尺寸的盘式包装 就会由于补充而经常引起中断 4 3 生产线的效率 4 3 1 目的 目前 印制板组装厂之间的竞争越来越激烈 要想在这激烈的竞争环境下生存 北华航天工业学院毕业论文 26 那么就必须能够提高生产线的产能效率 以高品质高产能来取得优势 而对于实际的生 产 提高效率的途径有很多 可以从改善设备性能 也可以从加强管理以先进的生产理 念来达到这一目标 4 3 2 影响产能效率因素分析 从某个角度来看 效率不高的原因是生产期间不必要浪费所致的 而浪费的形式是 多样的 鱼骨图能够将影响产能效率的各项参数 通过逐一排除的方法 可以帮助找出 原因 下面是针对某厂的实际生产情况的产能效率鱼骨分析图 如图 2 8 所示 图 2 8 产能效率鱼骨 从以上分析图可知 影响产能效率因素是多方面的 但是以上因素最终导致的是一 些不必要的浪费 比如 由于工人操作熟练程度不高 培训不到位 最终在生产线上体 现的是工时的浪费 由于机种切换的不及时 导致过多的非生产时间的产生 物料的备 置不及时 导致生产线等待的浪费 设备的维护保养不到位 导致排除过多故障的冗余 时间 4 3 3 改善方案的设计与分析 1 连板生产 对于单板及连板数量较少的机种 通过增加连板数量可以提高生产效率 但是 要实现连板的生产 方面应考虑P CB 板的大小 另一方面应考虑客户和供应商能否给 予配合 因此 该方案的实施应作好以下准备 1 统计适合此方案的机种 北华航天工业学院毕业论文 27 2 自购料要求供应商更改 客供料需与客户协商更改 3 对于更改后的机种需重新制作钢网 4 重新制作相关程序并优化 该方案具体的实施情况以该厂的某机种单板改为6 连板为例 单板生产时 其瓶 颈时间是1 2 S 这样计算 每小时理论能生产出3 6 0 0 1 2 3 0 0 片 改为6 连 板生产时 连板生产的瓶颈时间是5 5 5 S 这样每小时理论能生产出 3 6 0 0 5 5 5 6 3 9 0 片 由此可知 该机种通过改为连板生产后 产能得到了 3 9 0 3 0 0 3 0 0 1 0 0 3 0 的效率提升 另外 此改善对品质无任何不良影响 个别机种还可取消治具生产 更利于生产作业 2 减少细节浪费 生产中的小细节往往会浪费我们的生产时间 每件事情也许浪费的时间并不会很长 但是时间是累计的 因此要提高产能 我们必须解决好浪费这一问题 备料与在线换料 接触生产线时我们老大就处处在强调在线换料的问题 我一直认 为为了防止混乱 我们必须在停线后再进行一系列换线 最后才知道生产中换线是必要 的 在换料不熟悉导致产线工时损耗所占比例也是不小的 因此 加强员工的技能培训 很重要的 在实际生产中 由于备料不及时导致产线出现待料的情况并不少 做好物料管理对 及时备料是非常关键的 因此 制定完善的物料管理系统以及落实好系统的执行情况至 关重要 2 换班交替的准备 换班过程中 因为没有作好交接的准备 导致换班后出现停产现象并不罕见 因此 为了下一班的生产提前作好换班准备对于整体产能效率的提高是非常重要的 3 生产换线 今年以来 电子车间的产品一直处在供不应求的状态 一方面由于市场需求猛增 一方面也受到车间生产效率不高的影响 受物料及库存的影响 SMT段每天生产转换线 比较频繁 且单次转换线时间一般在1 5 3小时左右 严重影响生产效率 针对这一问题通过跟物料 计划及品质部门协调 采取了各项措施来提高转换线效 率 第一 采购多台料架车 将拆料 分料 清料的工作分配到仓库 第二 工艺调试 炉温测试 ECN变更在转换线时间内同步完成 第三 产线作业员在机器停机换线时 优先换线工作 第四 结合计划部门 加大单批次产品生产数量 减少换线次数 第五 优化贴装程序 第六 改变原来首检合格后再生产的模式 成熟产品的首检与生产同步进行 从以上几点严格实施后 所有产品的换线效率大幅提高 SYMC控制器的由原来的3 5 北华航天工业学院毕业论文 28 小时缩短为1 2小时 总体生产效率提高30 以上 大大缓解了SMT段生产压力 4 3 4 瓶颈现象及解决办法 SMT生产线可以看作是一组相互依赖的事物 如果生产线中存在瓶颈的话 这个瓶 颈就将决定整条生产线的最大产量 由于生产波动导致生产线中出现临时性的不稳定 将会减少产量 生产波动还会引起失误的累积 而这些失误是无法弥补的 生产波动是 由一些随意的事引起的 例如喂料器空了 视觉检验错误 印制板代中断 设备问题等 等 贴装过程也是相互依赖的 因为一台设备只有当流水线上的下一台设备处于等待状 态时才能将印制制板传下去 同样地 下一台取决于接下来的设备是否准备好 1条生产线通常包括一台高速贴装机和一台高精度贴装机 由于高速机能贴装的元器 件范围有限 所以瓶颈经常出现在生产线中的高精度贴装机上 尤其是当复杂元器件的 数量较多时 一个解决办法就是增加一台高精度贴装机 然而 更好的办法是增加一台 高速 多功能的贴装机 能够贴装包括细间距器件在内的绝大多数元器件 如果这台设 备所能贴装的元器件范围覆盖了高速机和高精度机 它就能够解决无论由哪种设备所引 起的瓶颈问题 目前贴装机的发展趋势也反映出了客户的这种需求 许多设备制造商对 贴装头作出了新的改进 使其结构能够适应很大范围的元器件 尤其是新型元器件和倒 装片等 再加上图像处理系的不断进步 贴装速度也在不断提高 生产线中增加一台贴片机 不仅可以缓生产线上的瓶颈问题 而且能提供一定的生 产储备能力 这个储备能力能够消除由生产波动造成的生产线临时性的不稳定 增加这 样一台多功能贴片机后 生产能力的分布就更加合理 更易于建立生产线的平衡 使生 产线中的多台设备同时提高生产效率 所以最终增加的产量远比单独添加这台设备而提 高的产量要多 由于生产波动导致生产线中出现临时性的不稳定 将会减少产量 生产波动是由一 些随意的事件引起的 例如喂料器空了 视觉检验错误 印制板传输中断 设备问题等 等 生产波动经常发生在高精度机 这是由几个原因造成的 首先 高精度机贴装的是 比较复杂的元器件 这些元器件可能由于引脚弯曲问题无法通过视觉系统的检验 其次 有少数的大元器件采用与小元器件同样尺寸 直径 的带盘式包装 就会由于经常补充 元器件而引起中断 缓冲设备也可以消除或减轻各种临时性的中断对自动化流水线的影响 足够的缓冲 装置可以明显提高生产线的产量 即使前面或后面的设备停止运行了 生产线上的其它 设备也可以继续进行生产 目前的缓冲设备有许多类型 包括只能储存几块板的缓冲传 送台和能储存多块板的立式缓冲台 在实际生产中 缓冲传送台是成本最低的办法 通常可以缓冲三块板 还很容易和 手工检测台结合使用 立式缓冲台包括后进先出式和先进先出式 后进先出式缓冲台通 北华航天工业学院毕业论文 29 常比先进先出式缓冲台的价格要低 后进先出式缓冲台的缺点是当产品更换以后 旧的 产品可能还在缓冲台中存着 因为最后一块板进来以后是先出去 后进先出式缓冲台通 常用于焊接以后的缓冲 在这种情况下 前面所提到的缺点就可以不用考虑 从生产线 效率的角度来考虑 先进先出式缓冲台是理想的解决办法 所需的缓冲台的尺寸和容量 取决于随机中断发生的周期 频率和分布位置 4 3 5 生产实施严格有效的管理措施 为了提高产能我们必须实施严格有效的管理措施 SMT设备是机电一体化的精密设备 在工作中实行严格有效的管理措施是提高SMT生产线效率的一个重要办法 如提前将要补 充的元件装在备用送料器上 生产线装配前面批号的最后几块的的同时 做好生产线下 一批号产品的准备工作等等 SMT生产线属大生产流水线 产值是以秒来进行计算的 而生产的流畅性和产品的质量除设备与环境因素外 人的因素占有极为重要的成分 例 如若操作员对设备很熟悉 那么在生产过程中排除问题所花费时间较少 也可节约生产 时间 提高生产效率 所以我们格外重视对员工的培训 除了定期进行专业技能培训外 我们还以一些专业SMT书刊为教材组织员工学习 培养对SMT的热爱 提高每个人的综合 业务水平 SMT设备进行定期检验与保养也是保证充分发挥其功效的有力保障之一 很 多公司由于生产任务繁重 在生产过程中往往会忽视这一点 一旦设备因故障不能正常 生产时 其停工所造成的损失要远远大于对设备定期停机检验与保养的费用 因此必须 强调对设备定期进行科学的检验与保养 使设备处于良好的状态之中 SMT生产需要高 的投入 但如果管理与使用得法 我们将会充分挖掘SMT生产线的生产潜力 提高生产效 率 在几年之内就会收回全部的投资 实现 高投入 高产出 4 4 生产线平衡和生产线的效率 为了获得最大的产量 优化程序必须使每台设备的负荷都最小并且相等 然而 这 只是一个方面 生产线的效率也是一个关键的问题 生成优化程序只是建立的静态的生 产线平衡 而生产线原效率则包含了动态的内容 达到平衡是一方面 在不停的运转中 保持平衡则是更复杂的另一方面 正象前面所讨论的 随机发生的设备中断明显会影响生产线的效率 然而