Обеспечение максимально высокой продуктивности линии


PDF версия

В статье приведены рекомендации, позволяющие увеличить производительность линии при мелкосерийном выпуске изделий.

Конкуренция заставляет западных производителей переходить на мелкосерийный выпуск продукции, чтобы быстрее удовлетворить потребности клиента. Как правило, при изготовлении небольшими партиями время выпуска продукции минимально, поэтому производители не используют оборудования, установка которого требует больших временных затрат. Немалое значение имеет и повышение производительности линии. Частично этот вопрос решается за счет исключения простоев во время переналадки оборудования.
При больших объемах производства мелкосерийной продукции серьезной проблемой становится разнообразие выпускаемых изделий, особенно если на линии работают один-два оператора. Наиболее затратными по времени операциями являются перезарядка питателей. Необходимо свести к минимуму количество повторных наладок оборудования за смену. В то же время от количества переналадок зависят три фактора: эффективность производства, своевременность выпуска продукции и ее цена. Если автомат спроектирован грамотно, делать выбор между производительностью и переналадками не приходится.

Своевременность

Для своевременного выпуска продукции необходимо обеспечить достаточную эффективность производственной линии, т.к. любой простой неизбежно ведет к потере времени и уменьшению прибыли.
Другой не менее важный аспект — гарантированное наличие элементной базы. В отсутствие какого-либо компонента может произойти вынужденная остановка производства.
Алгоритм действия автомата может быть различным — от структурированного (сбалансированного) монтажа с помощью многофункциональной головки до установки по случайному принципу. При случайном монтаже происходит несбалансированная загрузка отдельных модулей, что приводит к несовпадению продолжительностей циклов. Возникающие простои существенно снижают производительность линии. В зависимости от принципа действия установщика следует тщательно подбирать сборочную головку — от этого зависит своевременность выпуска продукции.

Программа-оптимизатор

Чем с меньшим количеством параметров работает оптимизирующая программа, тем выше вероятность прогнозирования результатов работы линии. В качестве переменных, определяющих ее производительность, рассматриваются последовательность сборки и монтажа, общая сумма перемещений, тип головки, количество замен насадок, элементная база, метод выравнивания, стратегия оптимизации, обслуживание линии (установка программы).
На рисунке 1 слева показан пример схемы перемещений вращающейся головки с несколькими насадками. Справа показана схема перемещения головки, которая захватывает и устанавливает компоненты поодиночке. В системе слева на продуктивность линии влияет большинство указанных факторов, причем, чем шире спектр выпускаемой продукции, тем заметнее различаются программы установки. Напротив, для системы справа эти параметры практически не играют какой-либо роли, поэтому продуктивность линии легко оценить с большой долей вероятности.

 

Рис. 1. Перемещения головки, устанавливающей один (справа) и несколько (слева) компонентов за прогон

 

Буферизация

Буферизация является важным средством добиться максимальной продуктивности, позволяющим избежать сбоев, которые требуют вмешательства оператора. При использовании буферов между установочными модулями обеспечивается запас времени на устранение неполадки. Если на линии работают один-два оператора, эффект от использования буферов становится особенно заметным.
Буферы компенсируют временные различия в цикле производства в течение дня (сбои, нехватка компонентов в питателях и другие проблемы). Для мелкосерийного производства это критически важно. Как правило, чем больше буферов, тем лучше, — разумеется, с учетом длины линии, количества операторов, средней продолжительности цикла. Линия без буферов априори имеет низкую продуктивность. Буферы можно встроить непосредственно в установочные машины либо в качестве отдельных блоков между ними.
В то же время буферизация целесообразна лишь при необходимости повысить среднюю производительность каждого установщика. Если продолжительность производственного цикла модулей сборочной линии различна, например при «случайной» установке, то сбоев при подаче плат не избежать даже при использовании буферов (см. рис. 2).

Выбор типа головки

В идеальном случае головка имеет несколько шпинделей, работающих независимо и без замены насадки и устанавливающие различные типы компонентов с одинаковой скоростью. Таких головок не существует, однако чем ближе параметры головки к этому идеалу, тем точнее оценивается время выпуска партии, поскольку производительность каждого установщика известна с большой степенью достоверности. В результате цена изделий снижается.
Головки могут захватывать один или несколько компонентов. По принципу действия различают револьверные, турельные головки, многошпиндельные балки (одно- и двухрядные) и одиночные головки (см. рис. 3).

 

Рис. 2. Производительность линии с буферизацией и без нее

Рис. 3. Типы головок слева направо: револьверная, турельная, многошпиндельная балка, одиночная

Чем больше диаметр револьверной головки, тем больше расстояние между отдельными шпинделями, что позволяет устанавливать компоненты различных типов и размеров (см. рис. 4). Угловое ускорение этих головок при вращении достигает 4g. Насадки выбираются в соответствии с типом компонента. С увеличением числа этих типов производительность снижается (см. рис. 5), поскольку насадки меняются чаще. Из-за большого вращательного момента головок страдает повторяемость результатов монтажа.

 

Рис. 4. Принцип работы вращательной головки

Другой недостаток головок данного типа заключается в том, что они имеют большой размер и массу. Они приводятся в действие массивными двигателями, которые потребляют большое количество энергии. Насадки приходится часто менять, что увеличивает число пустых циклов. Поскольку требования к меньшему расходу энергии и сокращению выбросов парниковых газов растут, можно предположить, что вращательные головки вскоре перестанут использоваться.

 

Рис. 5. Снижение производительности из-за различия геометрических размеров компонентов

Турельные головки бывают как специализированными, предназначенными для установки кристаллов, так и многофункциональными для установки компонентов различных типов, в т.ч. с малым шагом между выводами (см. рис. 6). Поскольку замена головок в мелкосерийном производстве нецелесообразна, правильный выбор головки имеет определяющее значение. При использовании специализированных головок оценка производительности осуществляется с высокой вероятностью. При необходимости монтажа различных типов компонентов (как правило, при малом числе установочных модулей на линии) целесообразнее использовать многофункциональные головки.

 

Рис. 6. Загрузка турельной головки при установке различных по размеру компонентов

Для многофункциональных головок размер и высота компонента не так важны. Гораздо большее значение имеют несистемные простои, которые могут привести к существенному снижению производительности. Соответственно, оценить производительность линии в этом случае намного сложнее.

 

Рис. 7. Головки, используемые в зависимости от размера компонента

Достоинство головок с большим числом шпинделей (см. рис. 7) заключается в том, что одна головка может использоваться не только для монтажа кристаллов, но и для установки компонентов с малым шагом выводов. Как правило, замена насадки производится несколько раз — это еще одно преимущество использование таких устройств. Программы для различных автоматов несложно подогнать друг к другу, однако чем случайнее размещение компонентов, тем в большей мере падает производительность линии. Кроме того, только несколько шпинделей можно использовать для установки ИС, поскольку для обеспечения высокой точности монтажа необходимы сложные аппаратные схемы. Оценить производительность, как и в предыдущем случае, сложно (см. рис. 8).

 

Рис. 8. Снижение производительности из-за различия геометрических размеров компонентов

Головки, устанавливающие компоненты поодиночке, имеют важное преимущество — их перемещение можно оптимизировать (см. рис. 9). Для работы со стандартным набором компонентов требуется небольшое количество насадок. Каждая головка может устанавливать компоненты всех типов. Ограничивающим фактором является точность выравнивания: если для одних компонентов достаточно лазерного выравнивания в процессе установки, другие требуется предварительно выравнивать с помощью видеокамеры. Оценка производительности осуществляется с высокой степенью вероятности благодаря малому количеству параметров (см. рис. 10). Скорость установки для всех типов компонентов примерно одинакова.

 

Рис. 9. Использование одиночной головки

 

Рис. 10. Снижение производительности из-за различия геометрических размеров компонентов

На первый взгляд, производительность одиночной головки меньше, чем многофункциональной, однако первая из них обеспечивает фактическую производительность до 50 тыс. компонентов в час, что немало. Одна и та же процедура манипуляций всеми типами компонентов не сказывается на производительности, но является существенным преимуществом, поскольку обеспечивает контроль качества монтажа каждого компонента.

Заключение

В мелкосерийном производстве нецелесообразно жертвовать производительностью ради гибкости. Если оборудование подобрано верно, не требуется идти на компромиссы. Буферы позволяют компенсировать несоответствия между продолжительностью производственных циклов разных модулей. Операторы могут устранять сбои без ущерба продуктивности, что очень важно, если линия обслуживается малочисленным персоналом.

Литература
1. E. Klaver. Why sacrifice throughput for change-over time?//www.assembleon.com.

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *