利用工艺数据改善加工效益

利用工艺数据改善加工效益今天，大多数主流生产设备品牌都能达到优秀标准，同时所有真正的制造商都知道如何进行电子产品的组装，但是市场竞争的白热化状态使得每天都会产生成功者和失败者，他们两者之间都存在着什么差别呢？答案就是他们利用各种信息，以在必需的质量水平和低成本的前提下达到更高的生产效率的能力。电子组装业者之间的竞争本质上就像在下一盘国际象棋，每个人都有同样的棋子。今天的胜利者不是那些买得起最先进的贴片机、印刷机或回流炉的厂家，而且那些用他们已有的设备实现高效生产，同时成本更低，质量更好的厂家。换句话说，那些下棋更聪明的人，将会赢得胜利。为了更具竞争力，现代电子组装业者必须提高生产线的正常运行时间，降低生产线运行成本并减少返修和市场失效。提高生产线正常运行时间新兴的制造工具可以以多种方式提高回流炉的正常运行时间。首先，可以减少工艺设置时间。在回流炉炉温设置过程中，生产线是停下来的，所以，减少设置时间将直接带来利润的增加。大多数回流炉有能力运行几十亿条不同炉温曲线设置，对于任意一块单板的加工，人们需要决定使用它们中的哪个曲线设置。如果使用基本的炉温测试工具，根据工程师水平的不同，平均回流炉设置时间是1～2小时。然而，使用新型的炉温设置工具，平均设置时间可以减少到只要测一条回流曲线的时间。其次，可以减少工艺验证时间。当换线加工以前加工过的产品时，通常的方法是开始生产前必须运行一次，以验证回流曲线。同样的，大多数工厂要求必须定期，如每月、每周甚至每班次地进行回流曲线验证。使用新型的回流炉监控系统，可以连续地、自动地显示和记录当前的回流曲线，回流炉在不需要任何停线的情况下，可以随时打印目前运行的回流曲线。最后，可以减少回流炉的保养停机时间。在大多数工厂，回流炉需要进行定期的保养，通常从每两周一次到每两个月一次不等。如果由于设备保养不当而引起返修的成本是很高的，因此，设备保养的间隔时间应该更短才是。然而，一旦回流炉停下来进行保养，整个生产线就不赚钱了。使用理想的系统，可以连续地监控回流炉状态，一旦设备出现退化迹象就可以安排保养计划，但保养可以推迟到超出工艺控制线前才实施，这样就可以安全地减少回流炉保养的停机时间。降低生产线运行成本回流炉操作的主要成本是操作工的培训成本，培训成本包括接受培训时操作工的工资成本和培训者的工资成本。然而，成本也包括一个培训较差的操作工所造成的错误成本。学习基本温度测试仪的硬件/软件，学习操作现代回流炉的用户界面，然后理解温区设置/链速和温度曲线之间的关系，整个过程需要一周左右的时间，即便对一个有工程学位的专业人员也是如此。通常操作工仅仅了解了一些基本的东西，并被告知在出现问题的第一时间“找工程师”。然而，新型的工具将回流炉设置和曲线验证简化成一系列“下一步”的按钮，同时避免操作工与回流控制软件打交道(如图1)。这些工具也让操作工不需要明白温区设置和链速是什么意思，更不要说这些概念与最终温度曲线的关系。通常，今天的工具会找到一条比大多数熟练工程师设置更好的温度曲线设置参数。这样的工具能减少培训操作工的时间，同时也减少操作工犯错误的机率和成本。减少返修和市场失效（FieldFailures)如果经过回流炉的每一块单板都在特定的工艺窗口范围内，那么回流炉将不会产生任何的返修或市场失效。然而今天大多数制造商仍然选择生活在有一定比例与回流炉相关的返修或市场失效的世界里，因为要确定所加工的每一块单板都在工艺窗口范围内的成本太高，是不可能的。用传统的曲线测试工具来保证零缺陷回流工艺的成本当然非常高。然而，新型的工具可以实际降低回流曲线设置和监控成本，这部分节约和较低的返修和市场失效带来的成本降低，综合计算后的投资回报非常高。使用新型的工具来达到零缺陷包括四个基本步骤：第一，确定所需的回流工艺窗口。今天的回流设置工具包括一系列来自各种锡膏制造商推荐的工艺窗口，它们会在互联网上定期更新。通常确定正确的工艺窗口也很简单，你只需从清单中选择所用的锡膏种类，然后调整最高回流温度以确保它不超过大多数热敏元件的温度限制即可。第二，查找一条可接受的回流曲线设置。如前所述，现代回流炉可以有几十亿条不同炉温曲线设置，在它们中只有很少比例的设置可以使特定单板在工艺窗口范围内，新型的回流炉设置工具可以让客户输入想要的工艺窗口和新单板的长度、宽度和重量信息，这一信息与此炉子中以前进行过曲线测试的所有产品信息进行综合比较，系统就会计算出一条在规格线内的回流曲线设置。第三、得到最佳回流曲线设置。新型的工具可以将新单板的可接受回流曲线设置调整为最佳回流曲线设置，使之在规格控制线的中央。一条归中的温度曲线可以大大减少由于超出规格线而导致工艺异常。最后，进行连续的工艺监控。不管开始所设置的曲线如何好，随着时间的推移，炉子性能的偏移，同样的曲线设置会使单板实际回流曲线产生变化。为了解决这个问题，大多数电子组装业者需要定期对回流曲线抽检，然而，除非对每块单板都进行曲线测试，否则难以保证每块单板都在规格线内，另外，如果抽检发现一块单板回流曲线有问题，那是不是抽检之后所有的单板都有问题？幸运的是，传感技术和自动化技术的发展使进行连续自动化的回流炉监控成为可能，当工艺超出规格线时，工具会进行报警，这些工具也可以使用SPC（统计过程控制），同时当工艺产生漂移时，工具会显示告警，这样就保证了在实际单板加工时，工艺不会超出规格线（如图2所示）。更好地利用工艺数据利用前面提到的新型工具，我们可以增加一条生产线的正常运行时间、降低运行成本、减少返修和市场失效。同样，新型的工具也可以提高同一工厂内或世界范围内不同工厂的多条生产线的效率。在典型的多条组装生产线应用中，开始我们在试制线上对新产品进行工艺参数设置试制，一旦达到平稳运行，就需要转移到其它量产线并使之与试制线工艺相匹配。我们在前面已经讨论过，对于回流焊工艺，事实上其它生产线的回流炉不能简单地与试制线回流炉采用一样的曲线设置。试制线只是确定想要得到的工艺窗口，对于其它生产线，需要进行各自的曲线设置以满足已确定的工艺窗口的曲线要求。新型的回流炉设置工具提供了一个决定正确回流曲线设置和不同回流炉比较度量的自动化系统，这种度量显示各个回流炉的工艺窗口百分比，小于100%表示工艺在规格线内，100%表示工艺在工艺窗口的边缘并且一旦产生变异就会超出规格线，超过100%表示超过规格线，如图3所示。举例来说，如果有一个全球性的EMS公司，它的试制线在加利福尼亚州的圣何塞，在墨西哥、新加坡和中国都有它的工厂，每个新产品的试制都是在圣何塞的试制线完成的。一旦圣何塞确定了新产品的组装工艺同时客户也同意，那么公司就想把产品转移到量产工厂进行加工。由于试制线配备了新兴的回流炉设置和监控工具，工程师可以看到试制线加工该单板时回流炉的工艺窗口百分比在48～53%之间，他知道数字在工艺窗口范围内，同时工艺偏移较小。当产品开始在其它工厂的另一条生产线进行加工时，试制线工程师只需要指定工艺窗口，配备了理想工具的每个回流炉将自动地选择一条最小工艺窗口百分比的回流炉曲线设置。有些回流炉也许不能在规格线内加工或离规格线太近，这时候需要决定是维修回流炉、调整工艺窗口还是不在该回流炉上加工。无论如何，圣何塞的工程师都可以连续地监控公司在全世界生产线的所有回流炉工艺状态。结论今天，电子组装业者就像在下一盘残酷的国际象棋游戏，每个人都有同样的棋子。胜利者可能不是那些将主要资金投在更新核心设备，而是发现用低成本方法来更好地利用工艺数据的公司。其结果就是，这些制造业者可以提高生产线正常运行时间，减少培训/运行成本，并减少返修和市场失效。