ＳＭＴ生产系统的最佳化仿真.doc

生产系统的最佳化仿真摘要如何提高产能，降低成本是电子产品制造一直追求努目标，由于（ ）表面黏着技术的发展，不仅提升产品的功能，更大幅降低生产成本，但由于生产制造技术进步，在生产管理却还是停留在传统工时计算方法，而缺乏一套完整的分析管理方法，加上生产系统所包含设备是非常昂贵，如何使其发挥最大效用，是提高投资报酬率最佳方法之一，有鉴于此，本报告将对生产流程，透过仿真软件结合，对生产管理及设备使用提供充分信息，以缩短上线准备及生产配置的时间，达到生产平衡及最佳化目的。关键词:（Surface Mount Technology）表面黏着技术一、绪论电子制造业是信息业中最重要的产业之一，对电子产品的组装制造而言，（）是最基本和重要的环节。在电子工业制程中，有一项梦寐以求的目标，就是提升功能密度，意即使更多的功能安置于同样面积电路板上，或者使其维持同样的功能，但面积要缩小。另一个重要目标就是如何降低成本，能够同时解决以上问题的现代答案就是表面黏着技术（：），使用表面黏着技术优点很多，例如提升功能密度，重量减轻，减少电感电容和阻抗降低生产成本，符合电子业界所追求的轻薄短小的目标。表面黏着技术（）是将电子组件以芯片装载器的包装方式，并以不同以往焊接方式来制作组装在电路板上，同时将传统穿孔插件方式改为快速的表面黏着方式，这种将芯片件以表面黏着方式，安置在印刷电路板的技术，统称为表面黏着技术。一般表面黏着技术生产流程约略分为钢板印刷，置放表面黏着组件（：），回焊及测试四大部份，而其中最费时的是置放表面黏着组件，因为零件数众多且复杂，必须搭配不同置放设备使用，多数生产线使用两台取置机搭配使用，一台为高速机及一台泛用机来提升系统的产出效率，但是在生产线的瓶颈仍出现在自动取置机，目前业界为提高产量，多数作法有二；（一）缩短机器停机休息时间，采取小时生产方式（二）增购设备，增加一台诇速机或泛用机自动取置机方式来应付高零件数的产品，但是设备一套动辄要上千万元昂贵设备，要发挥其最大效能，必须在生产及制程管理上作改善，如何将高速机及泛用机使用作适当的分配，使两台机器的负荷量相近，而使系统效率最佳化，因此评估利用自动取置机排程配当而达到生产平衡是一个最重要课题，本研究将着眼于评估自动取置机最佳化及生产线设备平衡问题。二、问题描述在作生产线规划，都会考虑产品的复杂度，零件数的多寡来选择设备，一般的组合为锡膏印刷机高速机泛用机回焊炉，但是却没有考虑到产能平衡问题，于是就会产生产能不足及弹性不够状况，造成部份设备因产出速率不平衡，而发生闲置或瓶颈的问题，而其中影响生产产量，稼动率，和设定工作效率最大的是自动取置机生产系统，其存在下列现象：（） 整条表面黏着技术生产线的瓶颈，通常出现在自动取置机，尤其零件数多的产品，特别明显。（） 取置机间（高速机泛用机）没有达到平衡，通常高速机置放零件数较多，泛用机零件数较少，虽然高速机速度较快，但置放零件总时间仍超过泛用机。（） 工程师依据个人经验，分派零件到各取置机，就实际上线试作，若取置生产严重不平衡时才再修正零件分派。由上述现象显示，目前线生产存在一些问题有待改善：（） 自动取置机零件配置排程质量不一，会随工程师经验所作决定，易产生偏差。（） 以实际上线寻找生产平衡点，会造成时间，人力，财力及物力损失。（） 产品上线准备过长，面对产品多样化和交期缩短的要求，缩短产品上线准备和生产时间是必须的。因此生产作业的生产配置标准化和设备使用最佳化是迫切待解问题。三、研究目的目前国内厂商生产线，有很多厂牌，虽然其功能及特性不同，但都大同小异，只是每个厂牌的速度不同，至少包括锡膏印刷机，高速机，泛用机，红外线回焊炉，其中在制程的瓶颈多是自动取置机（高速机泛用机），由于基板不断升级，板子的零件数及复杂度也不断增加，SMT生产线自动取置机的配置及的设备使用平衡都必须经过仔细计算评估考虑，才可以达到生产作业平衡与最佳化。本文拟以探讨G公司案例,研究评估各种PC产品之主机板在现有SMT 1+1(高速机*1+泛用机*1)系统及2+1系统 (高速机*2+泛用机*1)之生产最适化及设备使用率，达到各站作业平衡，缩短各站的等待时间，提高设备使用率，来提高生产线产量，而主要目的利用仿真软件，仿真生产作业配置情况，寻求生产系统的产出最佳化和设备使用平衡。四、介绍电子工业发展以来，一项很重要目标是希望在维持优良质量及高可度之下，能够提升功能密度以朝向轻、薄、短、小迈进，而发展的目的，就是着眼于如何使电路板的体积尽量缩小、功能却是更加扩大。整体而言，发展的概念，可从组件、制程、生产设备三者来分析，以下分别讨论：A,面黏着组件表面黏着的定义即是将表面黏着组件（：）直接放置于已沾有胶或锡膏的电路板上，然后再利用一定的加热技术使组件固定于电路板的表面上。与传统方式最大的差异，是不依靠零件脚插入钻好孔的电路，来支持它的重量或维持它的方向。 由于与传统贯孔组件的不同，造成发展初期的最大问题，即在于的成本居高不下，缺乏统一规格等有关组件的问题。近年来由于制造技术和包装技术的改进，目前厂商能提供的多达两万多种，其分类如下图所示： 一般而言，有以下的特性：（一） 体积小、重量轻以脚记忆为例，在改为后，印刷电路板的面樍即从原来的平方吋缩到方吋，减少。（二） 组件接脚（）很短，甚至没有接脚接脚短使得电阻及电容变小，自感也不大，所以高频下也可以顺地运作。此接脚短也使得运作操作而损坏的情形很难发生，提高可靠度。（三） 组件成本低由于制造材料的节省与业者的大量使用，价格已低于传统双排脚（：）组件。（四） 易于在自动化生产中采用较传统省去弯脚，剪脚等步骤，仅须取置机将放置在电路板一即可焊接，更适合自动化的生产。B表面黏着技术的制程由于应用的不同，欲获取的利益有别，所以制作表面黏着电路板的型态也有不同，应用者可以依照自己的笙品型态而选择适合的制程和设备，一般而言可分为三种型态来说明：（一） 第一类型（）电路板的单面或正反两面全部都是，密度相当高，通常以军事上的用途最多，但困难度较高，测试也不易。优点：电路板的体积可缩到最小程度。非常适合高度自动化的作业。从放置组件到成品完成可以一气呵成，可靠度大为提高。如果熟习制程技术，可使生产成本大幅下降。电气特性获得改良。限制：组件的来源有限，有些组件尚未化。需投资新的设备，并且学习新的生产技术。组件和板子之间不同热膨胀系数的问题有待克服。（二） 第二类型（）为混合式的板。也就是同一块板子，表面黏着组件和传统穿孔零件互相搭配，可以只做一面，也可双面都做。其可再分为三种形态：正面为穿孔零件和表面黏着组件，背面为简单的表面黏着组件。正、反正皆为所有表面黏着组件及穿孔零件。正面为所有表面黏着组件及穿孔零件，背面为所有表面黏着组件。优点：选用组件有较大的弹性，可从经济因素考虑以降低组件的成本。旧有的设备如自动插件机、波焊机等仍可使用。限制：制程的步骤增加，设备的安排不易，生笙速率将会降低。（三） 第三类型（）有脚零件在电路板的正面，然后在背面再以方法装配电阻、电容等。优点：电路密度比传统高。用波焊一次即完成焊锡工作。组件来源充裕。限制：脚距较小的芯片承载器等功能复杂的组件用波焊易产生焊接不良或搭桥的现象，所以产品的功能会受到限制。三、表面黏着技术的生产设备不论制程如何不同，基本上，的生产设备可分为六类。各类设备的技术分类如下所示。一、网印（或点胶）设备（）二、取置设备（）三、焊锡设备（）四、清洗设备（）五、测试设备（）六、辅助设备的生产设备之中，以取置设备及焊锡设备为最重要之部分，以下分别作简单之介绍：一、取置设备取置设备是制程中，最具关键性的设备，由于表面黏着组件的微小，要将其精确地放置到焊垫上，人是无法胜任的；在高速度、高精度的要求下，只有求诸于自动取置机来达成功能。取置的基本动作顺序为：（一） 利用适当的放置头，从送料机构中抓取组件。（二） 组件在运送过程中，同时做校正对准（）。（三） 以适当的压力，将组件放置在板子上已预先设定好的位置。到目前为止，取置机以其置放方式的不同，可以区分为以下四种类别：（一） 在线置放式（）此型放置机的特色在于每站有一独立、固定的置放头，依生产线安排方式组合而成，由于输送带将基板送到每一站时，仅置放一特定组件，如此可省去替换置放头的时间，尤其适用于基板上组件种类及数量不多的量产产品。（二） 连续置放式（）此型放置机的主要特征是纯料由软件来控制置放头及夹持基板的工作台之传动方向与位置，因可依序抓取各种不同型态的组件来进行置放，所以工作弹性大，特别适合少量多样之产品，唯一缺点是装配速度较慢。（三） 同时置放（）放置机拥有多个放置头，可以同时抓取与置放一整型的零件于基板上，快速、工作量大为其最大之特点，而其机械结构显得错综复杂。（四） 连续/同时放置式（）此种放置机的优点在于在多个放置头，零件由置放头同时抓取后，配合可移动的工作台来依序或同时置放，如此将使得零件安排密度大幅提升，置放速率也可大为增进。不过，其结构较前三种更为复杂。二、焊锡设备焊锡设备的选择是依照所用制程而定，通常，如果全部是，则采用锡膏回焊法（）；若是包括有穿孔零件的混合电路板，则点胶波焊法（）为比较合适的方法。（一） 回焊法将锡膏涂抹于基板上的焊垫（），在放置后，利用热传原理，加热至约，锡膏会熔融或回流而形成焊点，焊锡的表面张力使零件固定在一定的位置。其中主要的有二种方式：红外线回焊（）和汽焊（ ）。说明如下：红外线回焊此为利用发热体发射红外线，以幅射方式加热至欲焊接之部份而达到焊接的目的。汽焊：此法的原理是将某种化学液体加热至沸腾产生蒸汽，低温的基板浸于和沸点同温的化学液蒸汽区内，由于这些高温蒸汽而使锡膏熔解，产生焊接的效果。（二） 波焊法以一种特殊用途的胶，涂抹在基板的焊垫上，在放置后，将电路板通过波焊炉，熔融的焊锡波喷上去，接触锡垫部分的铜而把组件牢牢地焊在焊垫上。此方法同时适用和穿孔组件。五、系统描述1.SMT生产系统设备组成(1) SMT LINE 基本的组成吸板机锡膏印刷机高速机泛用机回焊炉收板机吸板机：利用虹吸管原理将PCB吸放置于输送代带上印刷机：系利用网板将锡膏印刷于PCB上置放机:：系利用取置头将各式SMT零件吸取置放于已印刷锡膏PCB之指定位置高速机：使用二组旋转头共24个吸嘴每小时最大可置放零件2万颗.适用从0402 R ;C 类零件到18m/m18m/m各式零件.泛用机：具有 4 个 I C头(附有1个可置换4种TYPE 的吸嘴置换器).适用于各式零件.回焊炉：系利用 HEATER 或 IR加热,并利用N C 控制其加热器温度和轨道速度,达到所要求之回焊状况.收板机：将回焊完成之半成品收置于半成品收集箱内,以便搬运.(2)SMT生产流程 A. 1+1 系统: 高速机*1+泛用机*1B. 2+1 系统: 高速机*2+泛用机*1六、输入数据收集与分析1.SMT各装置生产作业时间分析机台设备作业需求时间标准作业模块作业数量单位作业时间锡膏印刷机28 sec/set1 组印刷头1 sets/time28 sec/set高速机0.18 sec/pcs2 组旋转头2 pcs/time0.09 sec/pcs泛用机3.6 3.6 sec/pcs4 组 IC 取置头 4 pcs/time0.9 sec/pcs回焊炉360 sec/set 8 组加热温区*214 sets/time360 sec/set 资料收集分析： 2.产品零件组成分析NoModelSMT Qty0603-SOIC28QFP-BGARemarkA3xx34332617B4xx46744720C5xx55853622D6xx66864325E7xx73170328F8xx842812303.生产作业输入基本分析ModelSMT Qty锡膏印刷机高速机泛用机回焊炉A3xx3432829.3415.3360B4xx4672840.2318360C5xx5582848.2419.8360D6xx6682857.8722.5360E7xx73128360F8xx84228360七、系统模型1.AREMA 系统模型(1) SMT-1 1+1 系统: (高速机*1+泛用机*1)(2) SMT-2 2+1 系统: (高速机*2+泛用机*1)2.系统模型输入参数设定SMT-1NoModelSMT Qty0603-SOIC28QFP-BGALoader TRN(min,mode,max) 锡膏印刷机高速机泛用机回焊炉 NORM(,)A3xx343326170.470.490.730.470.981.026.005.00B4xx467447200.470.671.010.471.341.206.005.00C5xx558536220.470.801.210.471.611.326.005.00D6xx668643250.470.961.450.471.931.506.005.00E7xx731703280.471.051.580.472.111.686.005.00F8xx842812300.471.221.830.472.441.806.005.00SMT-2NoModelSMT Qty0603-SOIC28QFP-BGALoader TRN(min,mode,max)锡膏印刷机高速机1高速机2泛用机回焊炉 NORM(,)A3xx343326170.470.270.400.470.440.541.026.005.00B4xx467447200.470.370.550.470.600.741.206.005.00C5xx558536220.470.440.660.470.720.881.326.005.00D6xx668643250.470.530.800.470.871.061.506.005.00E7xx731703280.470.580.870.470.951.161.686.005.00F8xx842812300.470.671.000.471.101.341.806.005.00八、输出数据分析1.产能比较分析NoModelSMT QtySMT-1SMT-2I/PO/PWIPI/PO/PWIPA3xx34325662550163064304618B4xx46720142002122895287619C5xx55817481736122691267417D6xx66815021481212408239117E7xx73113951355402256224016F8xx84212331172612024200816NoModelSMT QtyI/PO/PWIP差异%差异%差异%A3xx343-498-19.4%-496-19.5%-2-12.5%B4xx467-881-43.7%-874-43.7%-7-58.3%C5xx558-943-53.9%-938-54.0%-5-41.7%D6xx668-906-60.3%-910-61.4%419.0%E7xx731-861-61.7%-885-65.3%2460.0%F8xx842-791-64.2%-836-71.3%4573.8%2.设备使用率分析NoModelSMT Qty锡膏印刷机高速机泛用机回焊炉 AVERAGA3xx3430.837510.872650.453770.760740.7312B4xx4670.657350.936350.418550.596980.6523C5xx5580.570530.976370.399810.517880.6161D6xx6680.492040.998750.387650.441840.5801E7xx7310.455310.998890.39710.404130.5639F8xx8420.402440.998980.367910.349440.5297NoModelSMT Qty锡膏印刷机高速机-A高速机泛用机回焊炉 AVERAGA3xx3430.978690.467910.574030.541840.978690.6406B4xx4670.924510.602720.742970.601990.857510.7013C5xx5580.852960.672430.821430.615570.797410.7267D6xx6680.769920.727130.885270.625720.713180.7378E7xx7310.720420.743950.907270.656260.667890.7438F8xx8420.645650.772550.940030.630610.598910.73553.设备成本分析LINETYPE锡膏印刷机高速机-A高速机泛用机回焊炉 SUMMPM-APCP643N/AQP-242SN245SMT-11+1400000010000000$0120000004000000$30,000,000SMT-22+1400000010000000$10,000,000120000004000000$40,000,000LINETYPESMT设备每日摊提成本(5年折旧)SMT-11+15*365=1825$16,438.36SMT-22+1 $21,917.814.产出单位设备成本分析LINEModelABCDEFSMT3xx4xx5xx6xx7xx8xxQty343467558668731842SMT-1O/P255020021736148113551172U/C$6.45$8.21$9.47$11.10$12.13$14.03SMT-2O/P304628762674239122402008U/C$7.20$7.62$8.20$9.17$9.78$10.92九、建议依据系统仿真输出数据与分析，我们可以发现PC Motherboard SMT生产加工,SMT取置系统对生产产能影响最大,其中又以高速机影响最多,在本次SMT生产系统仿真中，在1+1系统(高速机*1+泛用机*1)中