SMT連續流創建研究

楊勇

摘 要：連續流可以降低在制品數量、縮短制造周期、提升企業的生產和管理效率。根據PCB雙面貼片的生產方式，從產品零件分布特性、生產節拍計算、SMT布局設計和生產線持續優化等方面論述了如何實現高效SMT連續流生產方式。

關鍵詞：SMT；連續流；編程效率；貼片機

中圖分類號：F273 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.10.011

近年來，我國的SMT（Surface Mount Technology，表面貼裝技術）產業及相關技術發展迅猛，SMT設備被廣泛運用于通信、消費電子、汽車電子和工業自動化等電子信息產品制造行業。研究發現，電子行業SMT制造成本占產品總成本的60%以上，如何提升SMT設備的生產效率，降低SMT制造成本已成為企業重點關注的問題。沈新海從人、機、料、發、環等具體控制點闡述了微利時代SMT代工企業如何降本增效，贏得發展。多數企業SMT成本改善都是圍繞SMT設備開始的，投入大量資源以提高單個設備或生產線的稼動率，忽視了SMT生產線整體成本的改善。

一個流（one-piece flow）生產方式可以簡化企業復雜的生產問題，減少浪費，這種連續流生產主要圍繞工藝流、物流和信息流展開優化工作。本文從產品、設備特性分析入手，運用價值流工具建立適合電子產品發展的高效SMT連續流生產線，從而提高綜合運營效率和產品競爭力。

1 SMT連續流定義

SMT線基本配置包含上板機、印刷機、錫膏檢測機、N臺貼片機（根據產品需求合理評估）、回焊爐、AOI和多個連接軌道。PCB從上板機流入，經中間多個工作站后流出，完成第一面PCB板零件貼片加工，重復前一過程完成第二面零件貼片一加工過程。該過程可以在一條線或兩條不同線上完成。

2 SMT連續流創建影響因素

連續流生產線可縮短制造周期，導致現場浪費更加嚴重，歸類分析影響SMT高效連續流的因素主要表現在設計、C.T、Layout、物料、轉型、質量、在制品和排程計劃等方面。

2.1 前期產品設計

PCB正、反面零件數量分布、PCB拼板數影響SMT貼片時間。

2.2 生產節拍時間

設備生產線瓶頸工時，應在貼片機站節拍時間能滿足客戶需求的前提下設置非貼片機瓶頸。可通過減少貼片機數量釋放設備產能。

2.3 布局設計

連續流布局設計需要考慮減少工人走動和人工傳遞。

2.4 物料供應

高、中頻率使用的物料優先擺放靠近生產線，同時，以拉動方式實現物料供應，使線邊物料庫存保持最小需求。

2.5 快速轉型

生產線進行“一分鐘轉型”持續改善。

2.6 質量控制

考慮生產線不良品控制或采取不良品自動拒出，不良品不傳送至下一工站。

2.7 在制品管理

在SMT與后工藝之間設置一定數量的在制品，滿足后工藝生產不停線生產。

2.8 排程計劃

根據產能變化，定期召開會議檢討生產線安排產品種類和批量是否合理，對產能不平衡性較高的線體可提出產線重組需求。

3 SMT連續流創建過程

連續流實施需從產品整體價值流出發，信息流、物流控制要促使排程計劃指令通暢、有效，達到各工藝流程之間統一的生產節奏；針對零件分布特性相似的產品評估貼片機等設備數量的需求，根據現有工藝成流程實現連續流物理連接等布局規劃設計，同時，需要進行持續線平衡優化、生產批量優化調整和快速轉型等保障連續流得以穩定實施。因此，SMT連續流創建過程分為產品分類分析、節拍時間分析、布局設計和持續優化四個步驟。

3.1 產品零件分布特性分析

連線設備配置思路由選擇產品決定與之匹配的設備型號、數量。為了充分發揮設備的產出效益，建議將零件分布相似的產品優先放在同一條生產線上。基于PCB產品特點分析，影響貼片效率的主要參數有板寬、標準零件數、異型零件數、第一面與第二面零件比值等參數，產品特性分析如表1所示。

在表1中，板寬會影響轉型時間，每條生產線建議選擇唯一板寬，可縮短轉型設備的調整時間；標準件數量或異型件數量主要決定貼片時間，零件點數可評估貼片設備數量；異型件百分比值可反映產品對異型件貼片設備的數量要求；1st與2nd零件的比值可反映對連線設備不同面別之間的貼片設備產出能力配置比例。

3.2 生產節拍計算

瓶頸應放在貼片機站，因此，SMT生產節拍時間由貼片機配置決定。貼片機配置有設備型號、數量的選擇。不同型號貼片機的貼片能力各不相同，貼片能力以CPH衡量（chips per hours，每小時貼片chip零件數）。松下貼片設備單機產能大，CM402-L型號理論CPH為60 000點，松下CM602型號設備理論CPH為100 000點；FUJI NXTII模組設備單機產能小，理論CPH為26 000點。實際CPH=每小時實際產出產品數量×單位產品零件數=3 600/C.T（標準工時）×稼動率×單位產品零件數=理論CPH×編程效率（程式完成后基于標準工時計算的實際CPH與理論CPH（參考設備供應商設備性能規格參數）的比值，該參數由設備特點、產品特點與編程人員的水平三者共同決定）×設備運行效率。當程式經過長期優化后，編程效率值趨向平穩，因此，理論上編程效率可代替C.T評估產能。第一面或第二面貼片機需求數量≈∑（產品第一面或第二面零件數×單位小時FCST需求）/（理論CPH×編程效率×設備運行效率），其中，設備運行效率可參考歷史平均值，編程效率預測有以下2種方法。

3.2.1 基于經驗值預測編程效率

通過對當前產品的數據分析，按照生產線建立不同生產線的編程效率平均值。由于工廠程式會持續優化，所以，產品與線體的選擇會逐步趨向合理，平均編程效率可作為新產品設備需求評估參考值。

3.2.2 基于歷史數據的預測編程效率

基于工廠同類型產品，建立同類型貼片機設備的編程效率回歸方程，用來對不同零件點數計算出樣本范圍內對應的編程效率水平。比如，對Y公司100組同類產品編程效率進行數據分析，建立的產品母板零件數與編程效率的回歸方程為：編程效率=0.286+0.000 222母板零件（滿足條件R-S>85%，P<0.05，殘差值正態，適合母板零件的數據范圍為150～1 200點）。編程效率并非與零件數線性正相關，運用回歸方程預測編程效率時要設定編程效率上限：編程效率最大值應接近或低于當前生產線的歷史最大編程效率。通過計算分別得出兩面Chip貼片的需求數量。完整的SMT貼片機配置還包含：異型貼片機（或貼片模組）能力配置，即異型件CPH能力在貼片機組中的比例要匹配80%以上產品異性件比例；第一面貼片機與第二面設備產能比例應接近與1st/2nd零件比值。在組成生產線時需考慮非貼片機瓶頸問題，比如印刷機、AOI等工站有最快速度限制。零件數少的產品生產瓶頸站一般會出現在印刷站，要避免貴重貼片設備產能浪費，應考慮是否減少貼片機的投入量。

3.3 SMT布局設計

SMT連續流布局應重點推廣U型線布局方式。直線型與U型生產線的優、劣勢比較如表2所示。

工時平衡和提升操作效率的設備布局原則有以下6點：①應就近布置必要的物料和工具，使產品流動順暢、人員走動距離最短；②上板機至印刷機前增加1段0.5 m的軌道，可降低上板機裝料停頓損失；③設備背面需要操作（選用單面貼片機則

無此問題），布局需考慮方便操作員通過的移動軌道，比如可伸縮式軌道或可上掀式軌道；④為了降低小異常停線對瓶頸設備的產能損失影響，可在瓶頸設備前、后設置最小的在制品，參考數量為兩三片；⑤為了確保第2面印刷前PCB溫度達到常溫值，應在第1面爐后至該設備前留有足夠傳板軌道；⑥為了避免完成貼片的PCB堆積在回焊爐內造成高溫報廢，可在AOI設備后設置1臺buffer機，容量大小為20～30 min。

3.4 生產線持續優化

3.4.1 生產批量設置

要想獲得較高的生產效率，需要減少轉型次數，每班可轉型次數應遵循一定的原則，從而使生產線可達成85%～90%的生產效率目標。縮短轉型時間時，可適當增加轉型次數，比如轉型時間為10 min，每班最多轉型3次；考慮控制在制品總量，根據客戶需求將產品按照生產負荷分類為高頻、中頻和低頻三類。對于不同負荷分類的產品定義對應不同的生產周期和在制品庫存量而言，高頻生產產品每日都有生產需求，轉型批量設置1 d的需求量；中頻生產產品為隔天生產，轉型批量設置2 d的需求量；低頻生產產品每周僅需生產一次，轉型批量大小設置5 d的需求量，客戶一周的生產需求量安排一次性生產完成。

3.4.2 生產線工時平衡優化

SMT線瓶頸工站應出現在貼片站，而印刷站、錫膏檢測站、回焊爐和AOI站工時均應短于貼片工站工時。連線工時分析的主要任務是優化貼片機工時，不斷打破當前瓶頸，持續優化直至達到生產線目標工時。

3.4.3 快速換型改善

為了縮短產品換型時間、提高生產效率，應運用SMED方法（Single Minute Exchange of Die，一分鐘換型），分析并將“內部作業”轉化為“外部作業”的改善機會。

4 結束語

隨著SMT自動化設備成本的下降，人力成本在逐年上升，同時，廠房面積資源逐步成為工廠的資源瓶頸，連續流生產方式成為解決這些問題的重要手段。連續流生產方式是對傳統單線生產模式的升級，其創建過程依托價值流改善為基礎，通過縮短制造周期，實現價值增值流動。同時，連續流實施可帶來生產效率提升、在制品數量減少、人力投入減少和場地面積縮小等諸多好處，是我國制造企業推進自動化進程中可大力推廣的先進生產方式。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕