正確選擇貼片機降低產品單位貼裝成本

制造商要想在快速多變的市場上擁有競爭力，必須具備小型化制造以及靈活處理生產問題的能力，同時還要能夠以零缺陷、低機器成本和更高適用性實現較高的產出。 


   “單位貼裝成本”是普遍認可的SMT制造效率主要指標，簡單地說，它可以計算為資本投資與產出之比。然而，PCB生產不是一個簡單的過程，只有在等式中同時考慮這種表面成本和其它多項成本因素時，單位貼裝成本才有實際意義。下面我們將揭示怎樣關注這些對利潤率造成負面影響的因素，諸如運作成本和收益損失等，首先我們必須仔細研究貼片機的基本設計概念。 


   每項隱藏成本的相關性因制造商不同而有所不同，甚至依應用的改變而發生變化。例如，假設勞動力和耗材的成本相對較高，但產品的價值低，那么在總的生產成本等式中，運行成本所占的比例將高出缺陷成本。另一種假設是勞動力成本相對較低但產品的價值高，在這種情況下，產品收益損失可能是更重要的因素。顯然，最全面的貼片機解決方案應是不管在什么假設下，均可大幅減少所有可能的隱藏成本。 


   正確的貼片機概念有可能為所有SMT業者帶來益處，制造商將找到具有高度預見性的高利潤生產方式，而他們的客戶將及時得到高質量的產品。 


   與機器和生產線相關的成本因素 


   投資資本支出僅僅是數項成本中的一個部分，這些成本必須與利潤率等式中的收益進行平衡。其它成本因素包括： 
* 財務成本 
* 勞動力成本 
* 缺陷成本 
* 擁有成本 
* 場地成本和日常營運成本 
* 直接材料成本 


   在貼片機規格方面，產量僅與單位生產速度有關，而產出(也就是收益)則與數項其它因素有關，這些因素包括： 
* 預期工時數 
* 預計的停工期 
* 未預見的停工期 
* 機器及產品轉換時間 
* 送料器補充 
* 元器件短缺 


   優化生產速度 


   SMT貼片機常見基本單元包括基架、送料裝置、線路板傳送裝置、線路板定位傳感器、元器件對中傳感器以及貼裝頭或貼裝頭組。貼裝頭的運動由一個XY方向機械手控制，包括旋轉和Z方向運動裝置，它的任務是從送料器中拾取元器件，在對中裝置中測量元器件，然后將其旋轉至正確的貼裝角度貼裝在基板上。機械手、線路板定位傳感器以及貼裝頭構成貼裝模塊，用于決定元器件相對于PCB的位置。就精度而言，這個貼裝模塊將決定貼片質量。 


   貼裝周期由PCB進板、測量至少兩個定位點、元器件拾取、元器件對中、元器件貼裝和PCB出板構成。其中貼裝時間是貼裝周期中唯一的生產性部分，所有其它步驟均未給產品增值，如果這些步驟需要按順序完成，那么它們所耗費的時間會延長整個生產周期。因此，設備制造商試圖設計出這樣的機器，使得某些步驟可與貼裝步驟并行，其結果將最終決定總的生產周期的長短。 


   對市面上現有的各種貼片機設計概念進行分析后可以發現： 1．使用步進式輸送裝置，將所有的線路板在通過機器時同時步進移動，可使線路板進板/出板的時間損耗減至最少。 2．多個貼裝模塊并行運作，在多塊線路板通過工作區時同時工作，并配有激光視像裝置，這樣可以最大程度改善貼裝操作和非生產操作的時間比例。實現產量最大化不是依靠使每個機械手達到其技術極限得到，而是通過增加新的貼裝模塊數量來實現。 


   進一步分析表明，在帶有步進式輸送裝置的并行貼片機中，兩次貼裝操作之間的非生產性時間最少。這種技術可以使生產周期最短，但是如何處理影響單位貼裝成本的其它因素呢？ 


   優化投資 


   SMT制造商面臨的挑戰之一是讓投資與生產量互相配合，這樣可避免資產閑置造成的高成本。對于大多數貼片機來說，產量升級只能以更換機器為代價，而這將意味著較大的投資支出，如果所需的生產能力未能立即利用，單位貼裝成本將大幅提高。 


   然而，利用模塊化并行貼裝方式，就能夠實現通過增加單個貼裝機械手的方式來增加生產能力，因此生產能力可與生產需求密切配合，從而實現最小的固定單位貼裝成本。這種方式還可以根據應用和工藝，靈活地增添貼裝模塊，確保可在未來保護以往的投資。 


   新一代并行貼裝技術的優點之一，就在于其基架式設計可讓用戶方便快速增添或拆除小型輕量的機械手，使得單個機械手可在生產線之間調動，甚至在生產場地之間調動，以達到優化整個企業生產能力與需求配合的目的。由于機械手在工廠制造時已經過校準，具有重復度非常高的接口，因此當為產量和應用升級而增添機械手時無需進行重新校準。 


   為了使運行成本減至最低，還可以通過在相同占地面積條件下擴充生產能力達到，這種方法可提供產能和應用靈活性，同時不會影響生產線。由于并行貼片機的占地面積都很小，并且是單邊操作，因此它不僅可以容許一個操作者同時控制兩條生產線降低勞動成本，還可以實現空前的生產密度，節省廠房車間的面積。 


   提高設備適用性 


   如前所述，并行貼片機的各個機械手都以相對較低的速度工作，機器的平穩運作可使磨損減至最小。這樣，每個機械手的平均故障間隔時間(MTBF)將超過5億次貼裝周期。因為維修一般是在線替換或離線修理，所以可將生產線停工維修時間減少至僅僅相當于機械手替換時間，即少于5分鐘。不管什么情況下，采用這種策略都可以實現非常簡單的預防性維護，通常每周所需停機維修時間不超過一小時。 


   另外，并行貼片機離線送料器的設置和校準、自動PCB寬度和厚度調整、自動吸嘴更換以及產品轉換亦同樣迅速，所以對現今高度混合且高產量制造環境來說非常理想。 


   還有一點需要記住的是，生產線效率會隨串聯機器的數量增加而急劇降低，而使用新一代并行貼裝技術后，單臺機器任一元器件貼裝速度都可高達150k cph，從而避免了效率降低情況發生的可能。 


   貼裝質量也是一項重要的考察內容，有缺陷的貼裝操作會造成元器件浪費和維修成本升高，并行貼片機可通過連續的拾取校正、拾取力優化、貼裝運動中的連續元器件檢查、可編程z方向置放力以及線路板翹曲校正等措施將這些問題減至最少。貼裝質量通過用軟件連續校正機器實現，可確保高精度和高穩定性，使用這些措施后將能夠達到20ppm的缺陷率。 


   單位貼裝成本數據比較 


   對于大多數貼片機來說，停機時間是影響單位貼裝成本的主要因素。與模塊化貼片機的典型停機時間成本相比，收集式貼裝機(collect-and-place machine)的成本近似于它的6倍，而轉塔式機器則約為其7倍。因產品復雜性或生產線產量因素而造成停機時間增加將意味著總生產成本增高，此時單位貼裝成本也隨之升高。 


   資金成本是影響單位貼裝成本的第二大因素。由于模塊化機器可以較小的增幅而不是以機器的增加來擴大產能，因此投資可與生產需求密切配合，從而實現了固定的單位貼裝成本。