配置生產在新產品導入中的應用

陳斯佩

（上海交通大學，上海 200030）

0 引言

印制電路板裝配（Print Circuit Board Assembly，PCBA）是將印制電路板（PCB）通過鋼網印刷上錫膏，經過表面貼裝技術（Surface Mount Technology，SMT），貼裝上少則幾十顆，多則幾千顆電子元器件，經由回流焊接固定；然后經插接機構元器件，由波峰焊接而完成。以貼裝兩千顆元器件的印制電路板裝配為例，其不同規格的元器件種類有200～300種，關鍵的生產過程主要包括錫膏印刷、元件貼裝、回流焊接、光學視覺檢查、手工/自動插件、波峰焊接、ICT電路檢測、5DX射線透視檢查等八大過程。

配置生產一般是在工程驗證測試階段完成，以此為依據確定零件選型、設計的可制造性。工程驗證中的配置生產主要是指從關鍵零件性能及供應鏈的角度來考慮，研發人員在工程驗證階段需要驗證一些具有相同參數卻來自不同供應商的關鍵器件，以驗證關鍵芯片的性能、異形元器件的設計可制造性（DFM）等。

1 配置生產管理的規劃

1.1 時間的規劃

安排充足的時間，在正常上班時間至關重要，切勿因生產設備昂貴和設備利用率而忽視了配置生產的復雜度和難度。選擇周末或臨時擠出的片段時間，是不可取的。一個新產品導入就是一個產品的引進，幾乎涉及公司所有流程，會有各種異常，須要跨部門合作解決。

1.2 流程的規劃

配置生產往往給人印象是試驗性質，并不一定最終采用，故而在生產中跳過公司現有正常生產流程，這個認識不足取。那些常規生產過程中建立起來的物料系統和質量追蹤系統對短時間內生產多型號產品更為重要，因為新產品生產會遇到更多異常。以一般電路板生產企業的經驗來講，過程失效模式和影響分析（Process Failure and Effect Analysis，PFMEA）和控制計劃必不可少。具體做法就是先按照產品說明及功能，推演出產品組裝順序，制作裝配工藝流程圖；以此為依據識別出PFMEA的過程功能，結合以往經驗和該次生產的產品的特殊性，分析出潛在失效模式，在風險指數評估中識別出現行控制方法和探測方法，針對風險高的過程，提出建議措施實施；最后是制作控制計劃，將新產品生產中，所需要測量或驗證的參數記錄下來，確保在有信心的情況下開始新產品的生產。

1.3 配置管理的組合選取

如果一個印制電路板裝配的生產中有4個元器件需要各自驗證3家供應商為例，這個生產按照排列組合生產非常復雜，而且耗費物料和成本，不現實，因此實踐中，利用正交表安排實驗可以選取出最經濟有效的方案，得到組合數最小、驗證結果相對準確的組合安排。例如，按照正交實驗設計的要求，可以將4個元器件視為4個因素，3家供應商視為3個水平，進行4因素3水平的正交試驗設計，如表1所示。

利用Minitab的“田口設計”模塊，選擇“L9 3**4”，生成L9（34）的正交表如表2所示。為了直觀，我們把每顆料的供應商以1，2，3代替。

從表2可知，各因素的水平變化很有規律，而且使得各因素出現的次數相同，那么就突出了主要因素的影響力，具有均衡分散、整齊可比的特點，代表性高，減少了實驗次數［2］。關于方差分析的結果，在此不作分析，可以參考Minitab的操作指南執行。靈活使用Minitab軟件中的田口設計和方差分析，可以快速實現正交實驗設計，直觀、快速、準確地進行統計分析，提高效率［3］。

表1 因素水平設計

表2 正交實驗表組合

2 配置生產的物料管理

2.1 物料清單的管理

針對每種組合一定要制定單獨的物料清單（Bill of Material，BOM），盡管只有少數幾種料的差別，也是非常有必要。因為印制電路板裝配的生產是跨部門協作的結果，信息溝通需要信息準確而且具有確定性。制作一張生產組合矩陣圖，張貼在現場，來說明這些組合之間的差異非常有必要。實際的生產經驗表明，管理大量相似物料比起管理各自差異大的物料更困難。通過這張矩陣圖，按照物料使用順序排列，既可以合理安排生產減少換線浪費，又可以使團隊在現場生產中有指導規則可循。

2.2 物料實物的管理

在印制電路板配置生產中，可替代的試驗物料一般尺寸上完全一致。芯片類有極性要求，因為數量少，不同供應商會有不同的包裝方式，如卷裝或托盤裝，這些都給生產現場的物料管理和貼裝程序制作帶來相當大的挑戰。

實踐經驗表明，所有新產品試產的物料，都應該設置進料檢驗，使得各種異于常規的物料如本體、包裝及標識等能夠提早發現，經過團隊統一決定，及時給出生產中的對應措施。生產中的物料管理也需要嚴格按照正常生產流程進行以確保可追蹤性。

2.3 物料可追蹤性的管理

如上舉例，兩千顆元器件的印制電路板裝配，其不同規格的元器件種類有200～300種。按照正常生產的模式進行物料的標識非常重要，這樣做既能確保使用正確物料，又能確保完整的追蹤性。應該盡量購買整盤整卷，如果物料貨值比較大，也應考慮使用完整包裝，可以要求供應商把未用的地方空著，以確保獲得整盤物料，已經其原始包裝及信息標識。所有具有標識作用的標簽，應該具有可掃描的條碼，以方便使用系統管控，避免人為誤讀誤寫。嚴格按照企業已經在使用的物料管理系統如SFMM（Shop Floor Material Management）系統進行。根據經驗，人為讀寫和手工記錄是PCBA生產中導致錯料的重大因素。

3 配置生產的過程管理

配置生產中制造工程部門及生產部門擔當了實際生產的規劃工作和操作執行，重要程度不言而喻，他們就像球場的球員，是工程驗證過程中的執行部門，而有了好的球員，還需要好的裁判，所以這里重點談一下計劃和質量兩個生產輔助部門的角色。

3.1 計劃管理

計劃部門在新產品配置生產中，除了預訂充足的生產時間外，還應該起到生產節奏控制的角色。召集會議，商議決定不同組合的生產順序。一旦確定，則起到監督管理的職能，且決定每個配置生產何時完畢，什么情況下算完畢，以及是否可以繼續下一個生產組合等。

3.2 質量管理

電路板裝配的生產，質量管理活動要多于一般組裝生產，依據PFMEA分析結果，制定出產品生產時的質量控制計劃，并監督實施。原因在于：（1）容易錯料，生產物料種類多，物料形體尺寸相似，部分物料有極性要求，多數元件對有效期，防靜電和溫濕度敏感管控非常嚴格。（2）焊接完成后的焊接效果確認，多數客戶要求電路板裝配的產品需要滿足IPC-610的要求，對焊接面積、焊錫爬升角度、零件高度、引腳長度等有詳細且具體的要求，須要專業受訓人員判斷。

4 配置生產的首片確認管理

4.1 產品正確性的首片確認

兩千顆物料貼裝到PCBA上，雖然都是機器根據程序貼裝，但是貼裝程序的正確性需要驗證，主要是確認貼裝出的首片是否符合設計圖紙上的要求。行業通常把具有黏性的膠紙貼在PCB上，依據制作好的程序將零件貼裝到膠紙板上，然后根據物料清單和PCBA的設計圖逐一進行確認：正確的位置裝配了正確的物料，測量物料的值，確認物料的極性等。經驗顯示，首件膠紙板確認的資料來源，應該參照研發部門或客戶提供的圖紙，而不應該來自制作貼裝程序的部門，這樣起到交叉驗證的作用。

4.2 過程有效性的首片確認

所有過程站位，每生產出第一片之后，應該考慮停止下來等待效果確認，合格后再開始。例如PCBA在貼裝生產完成后，即進入回流焊接的過程，該過程雖然長，也非常有必要等待首片的焊接效果確認后再開始。原因在于新產品生產目的就是在驗證過程參數，配置生產有很多種組合，而每種組合的生產成品數量有限，所購買物料也有限，同時可以避免批量報廢導致物料短缺和資源浪費。

4.3 配置生產的可追蹤管理

配置生產有很多種組合，生產出來的產品就會有很多種狀態，如果有不良品，產品狀態會更多，而電路板因為防靜電及環保的要求，產品本體不適合過多標識，統計狀態是一件非常繁雜的工作，遠遠超出了手工管理的能力范疇。一般電路板企業都有自己的產品追蹤系統，例如使用制造執行管理系統（Manufacturing Execution System，MES）進行管控和追蹤。每個組合建立不同的名稱，目的就在于使得各種組合在系統中相互區分成為獨立的產品，這樣才能使每個具有識別身份的PCBA能夠在系統中以不同產品（組合）進行標識，便于追蹤。

5 結語

本文是根據實際配置生產中的活動，總結了配置生產規劃、物料管理及生產過程管理的成功經驗。以電路板裝配的生產活動舉例，特別提出了產品正確性和過程有效性的首片確認原則，對其他多物料的產品試樣生產也具有現實的指導意義。成功的配置生產，可以甄選出優選及備選元器件，而且會給后續設計驗證和生產驗證提供有效幫助且可以加快新產品試產、量產進程。