构建PCB组装联机集成系统的七大步骤
本文分析了建立PCB联机集成系统的七大步骤，它可帮助企业降低成本，缩短产品上市时间，并最终提高生产利润。这些步骤将有助于增强企业在印刷线路板组装领域的竞争优势，并为企业的发展提供有益的参考。
Dennis F. Lockhart
系统应用工程师
美国环球仪器公司
联机集成系统是指那些按照产品要求专门设计，并灵活地将若干个独立组装设备相联的系统。由于设计时考虑了生产流程、设备配置和其他诸多因素，原先互不相关的单个组装设备联机后能够作为一个整体进行生产。
这种集成系统不仅优化了企业的生产工序，而且使企业能够根据实时制造流程进行生产管理，不再像从前那样需要根据计划进行管理。利用收集到的生产趋势实时数据，企业能够根据日生产的实际情况同客户签订生产合同。这样，集成系统不仅可以最大限度地提高企业的生产效率，而且也能灵活有效地针对变化的市场做出积极反应。
本文分析建立联机集成系统的六个主要步骤，帮助企业降低成本，缩短产品上市时间，并最终提高生产利润。
第一步：分析目前企业生产运作
详细分析制造流程可以帮助一个企业避免不必要的开支，为当前和将来的生产需要提供最佳集成方案。分析制造流程时，需要从物料流、产量、库存管理和工序瓶颈等方面入手。
物料流
根据传统的批量物料需求计划，并利用独立的制造单元从事大批量生产时，物料流方面往往有不当之处。 企业使用单独的插件机进行印刷线路板自动组装，容易积存在造件，并因此引起库存成本的攀升。
例如生产人员要安装三种元件，其中用到传统的可装50只印刷线路板的箱子。假定线路板的输入和输出各需要两只箱子，那么每位生产人员要操作100只待输入线路板和100只待输出线路板，这样每台机器有200只在造件。三台机器便有600只在造件。在这种批量生产过程中，在造件以及库存成本很容易失控。
工序、物料吞吐能力和库存
线路板受损时，大量的线路板会堆积在制造和检验工序前；组件脱离组装孔时，半成品就会在各工序间堆积起来。缓慢的物料人工搬运会影响企业物料的吞吐能力。库存管理问题包括不知自己有哪些库存，放置在何处，需要购进新的物料却不具备足够的库存空间等等。
除了上述问题之外，企业往往还需要考虑成本因素。首先是物料自身的成本，其次是组件、半成品存放及搬运引起的劳动成本，还有库存场地的成本以及资金成本。所有这些加在一起都将消耗大量资金。
第二步：按照生产要求设计系统
企业可能会有多种设计集成系统的方案。 由于部分电子产品的使用年限不过一年，因此选择设计方案的关键是：按照该产品的市场生命周期，选择符合生产需求的系统。市场的不断变化要求企业能够通过联机制造技巧，最大限度地缩短产品上市时间，降低生产成本。
联机集成系统能够将插件或表面贴装电路产品的上市时间从若干天缩短到数小时。联机还使传送装置加快了制造流程的速度，因而企业能够轻松控制产品的付运和采购计划。
当设计联机集成系统时，企业需要考虑如下因素：
生产流程
可以设计一个满足多种生产要求的联机系统。传递装置可在组装机之间传递线路板，也可自动地将线路板从一个区域运送到另一个区域。
如果设备操作要求工作人员随时能安全跨越到生产线的另一侧，则必须为系统配备穿梭门和提升门等相关装置：可在生产线上自动打开一个缺口，方便人员走动。
以装卸模块作为缓冲，管理物流可以避免生产出现瓶颈现象。利用其他模块还可为线路板提供旋转、倒装、升降、改变方向等动作，以满足双面加工的需求或适应场地限制。
富有针对性的配置
联机集成系统既可满足大批量生产，又可满足多品种生产。如果是大批量-少品种生产，可以将系统设计为全线传送线路板，不必像批量生产那样将线路板临时垒放在生产线旁边的箱子内。线路板可自动通过如下生产工序：丝网印刷、表面贴装/插件组装、回流、波焊、手工组装、波焊后手工组装、线路测试、功能测试、最后组装和包装。
联机集成系统避免了库存，因而减少了库存带来的较高的增值成本。过长的的生产线可能不适用于所有生产环境。不过系统集成的选择范围很宽。例如，采用线路板传送模块可使生产线设计更具灵活性；安装有换向器或线路板翻转模块的生产线可以克服场地狭小的限制。生产线也可以采用U型或首尾相接的布局来充分利用场地；空中传送装置可以节省空间。
在多品种产品生产环境中，板的正面和背面的组装都是自动完成，但各工序相互独立，以满足迅速转换品种的需要(图1)。
系统可在不改变整条生产线配置的情况下变换产品设计或者改变产量要求。而改变配置往往能浪费数小时甚至几天的时间。
牵引技术
在集成系统中使用牵引技术有助于避免生产出现瓶颈现象，并可保持连续的物料流。利用这种设计技术，系统可以在组装单元之间牵引线路板，保持线路板移动。由于避免了瓶颈现象，系统无需再为组装单元之间配置缓冲模块。牵引技术也有利于减少组件库存。
(图2)显示如何在联机生产工艺中使用牵引技术。通过设计，可以从整条工艺的末端即付运端开始，让每一道前序工艺都比生产人员的移动速度慢一些。
改进生产工艺，减少机器之间的缓冲模块可以减少在造件，并相应减少组件的库存。
生产管理人员每天都需要在生产场地为相关工序准备足够的组件，而库存组件应保持最少，以便节省运输成本和大宗采购组件带来的高成本。 企业应该按照每日的组件使用情况来调整采购计划。
第三步：按自动化集成要求设计线路板
计算机辅助设计程序详细说明了印刷线路板的设计标准。为了确保每一个生产工序保持最高效率，印刷线路板设计应满足自动化集成的需要。设计人员需要从一开始就介入整个生产，并与生产工程师密切沟通，取得生产工程师对每一道工序的认可。
目前，国际印刷电路板协会正与各厂商合作，共同推进印刷线路板设计的标准化进程，并将新的设计原理纳入到计算机辅助设计程序中，以优化生产。这些新的设计原理需要按照自动化设计规则进行检查。
第四步：评估组装机
印刷线路设计是很复杂的，企业在组装生产过程中应尽量避免使用劣质的组装机、丝网印刷机、传送装置和测试装置，而应使用质量得到严格控制、有可评估的内部数据的组装机。这些统计数据使用相同的可比统计程序控制(SPC)格式，内容包括组装机的工作时间、停工时间、平均维修时间、故障的平均间隔以及维修的平均间隔。
第五步：提高测试能力
为了完成有关制造工序方面的管理报告，企业需要一定的测试能力。 可以通过一台主机从生产线上收集具有通用统计程序控制格式的实时数据来测试线路板设计、机器质量、物料流、制造流程等各个方面。另外，企业也可以利用收集到的数据监控送料器和检测器，并比较数据，以设定相关限制和启动设备。
如今的计算机辅助设计系统集成了许多辅助制造程序。进行数据收集的主机可帮助组装机和检测器下载模式程序。这样，当一种设计完成后，模式程序也随即开发出来，并下载给各组装设备。一旦设计发生了改变，相关信息也能够及时反馈给生产和采购部门。
主机需要用TCP/IP 协议和Windows NT实现系统的以太网连接。利用Windows NT，主机可将数据传给生产系统。企业还应对数据的完整性和不同级别的密码给予特别的关注。
第六步：分析性能发展趋势
对于新产品来说，上市时间是一个关键因素。因此，企业必须建立一个系统，收集、验证系统程序控制数据，并以此分析产品性能的发展趋势，实时确认制造流程准确无误。数据应实时显示给生产现场的工作人员，并以图表的方式提供给不在现场的管理人员。
收集数据的主机具有动态数据交换功能，可使用多种应用程序。通过这些应用程序，生产管理报告可以被转化为电子数据处理表形式，这样就可以按所需格式制作新的报告。数据也可以被制成结构化检索数据库，支持SAP和Oracle等商业软件。
主机为每天交付的印刷线路板的数目设立一个窗口，并将这些数据提供给采购部门，采购部门就可以根据物料的日消耗量制定相关采购计划。 利用主机的HTML和ASP技术，管理层、服务人员、计划制定部门、采购部门等可以在办公桌旁对生产线状态进行评估。如果各部门都可获得实时生产数据，那么小批量和定制产品生产也可以创造利润。
总结
最后，企业还应该根据实际生产情况，对制造工序和流程进行灵活调整。上述讨论可为具体的印刷线路组装提供参考。根据生产趋势和日实际生产需求，相应改进生产工艺，企业可以不断减少成本，提高利润率，并最终增强自身在印刷线路组装领域的竞争优势。