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電子制造業的自動化趨勢越來越明顯_0

未知 2019-06-07 14:04

  雖然全自動化的生產可能永遠也無法實現,但人們對制造業自動化的追求卻從來沒有停止過。無論是從把人類從機械勞動的奴役中解放出來,或是從追求資本最大效益的角度來看,電子制造業的自動化趨勢都是必然的。不過明智的管理者必須看到在機器、人和信息交互的制造環境中仍然存在著相互制約:先進的設備和信息管理系統如果落入缺乏訓練、甚至還生活在史前年代的人手中也只是廢鐵一堆。

  國際生產設備自動化潮流也正面臨著關鍵時刻:推廣并實施在設備和設備之間,以及從設計到制造的整個工業流程中的統一語言生產制造數據標準交換格式的努力已經展開。一些廠商做出了獨特的貢獻,而IPC這樣的標準組織則在努力推動全球范圍內的設備制造商都來響應新的標準。

  人們希望,新標準將不僅可以把不同設備供應商的不同機器有機地連成一體,而且有助于生產線自動化和工廠管理系統自動化的整合。在中國大陸,PCB生產和管理自動化的發展是不平衡的,供應鏈和其它外部環境對自動化時代的降臨似乎還沒有做好足夠的準備。

  全自動化PCB生產制造不可企及

  PCB制造工廠的自動化主要分為兩大不同但又相互影響的領域:生產線以及單個制造設備的自動化和工廠管理系統的自動化。IPC負責技術標準和國際合作的副總裁DavidW.Bergman試圖對生產線上制造設備的自動化等級給出一個定量描述。他說:從使用自動化設備或機器的角度來看,自動化可以被分為幾種類型:半手工、機器輔助、人工輔助、半自動化和全自動化。整體上,PCB生產制造的自動化還有相當長的一段路要走。我個人的觀點是,生產自動化最多的類型會歸于人工輔助一類。

  Bergman關設備自動化程度的論述來自他對歷史和現實的觀察,他認為有一些工藝步驟機器可能永遠無法取代人工。他說:有一種說法叫做自動化的孤島,已經在在業內流傳了將近20年。是指諸如電鍍、鉆孔、布線這類自動化很高的生產步驟被其他大量的手工或半手工的生產步驟所包圍。個別公司擁有先進的物流傳輸設備可以輔助物流輸送,但多層板的壓制和光學檢測以后的驗證仍然需要可觀的人工干預。

  一些人士對目前和未來生產線自動化程度的估計沒有Bergman那樣保守,設備供應商安必昂亞太區業務總監李林炎以異型元件裝配這一傳統上必須依賴手工的工藝為例,說明更多的手工操作終將被機器取代。他估計,未來在生產線上,手工承擔的工作比例會被限制在5%以內。李林炎解釋說:異型器件傳統上都是依靠人工插裝或貼裝的,盡管目前自動異型器件插裝或貼裝的初期投資比較大,但我相信人工操作在這一領域也終將成為歷史。其更本原因是制造商對效率和可靠性的不斷追求,而與此同時,異型器件的供應商也在使異型器件本身變成更為標準的、適合于生產自動化的產品。

  不過按照Bergman的定義,生產線100%的自動化,或真正意義上的全自動化是永遠不可能實現的。他說:自動化生產設備有時候非常昂貴,人們必須對它帶來的好處、成本以及它對工藝流程的影響等進行仔細權衡。無疑,大規模生產本質上更傾向于采用自動化設備,但PCB終究是一種客戶定制的產品,其中涉及大量與此相關的生產步驟。因此我個人的觀點是,要達到經濟上劃算的全自動化幾乎是不可能的。

  即使人們可以丟掉實現全自動化的幻想,但利益的驅使還會促使設備制造商、系統供應商們不斷去探索自動化的極限無論是在設備級、生產線級還是更高的車間和工廠級。ValorComputerizedSystems市場和產品管理執行副總裁JulianCoates表示:生產自動化的根本驅動力來自于產品上市時間的壓力和對成本最小化的追求,而這要求最大程度地減少生產過程中的手工操作。

  不過目前推進自動化進一步發展的一個最大障礙可能來自語言溝通的問題。Valor的Coates解釋說:自動化的進一步發展要求對電子制造業從產品設計到制造流程中的整個原則進行更新,PCB設計、制造和裝配這三個環節需要有更多更有效的交流,以便三個環節的數據可以相互兼容,并在生產線上可以無縫地移植。他指出,從上世紀70年代起到現在,客戶提交給制造商的有關數據仍然主要停留在Gerber文件上,而Gerber格式文件其實缺少很多和PCB制造有關的信息。

  為此,ValorComputerizedSystems已經提出了自己的解決方案。Coates舉例說:以PCB設計為例,生產自動化要求在產品設計階段就為下游生產各個環節的可制造性進行考慮。這樣做的挑戰就是要發展一種在PCB制造各個階段都具有互換性的數據格式,目前ODB++就是這種努力的一部分。Coates還把那種后Gerber時代數據不統一的現狀形容為史前狀態,他抱怨目前還是有太多不同的數據格式在被使用,并認為這是實現生產自動化的主要障礙。

  IPC在制定數據標準的努力中正在發揮主導作用,Bergman介紹道:在生產自動化的努力中,要協調眾多的設備和系統供應商是一件艱巨的工作。其中,IPC在制定相關數據標準上的工作已經持續了20多年。根據由NEMI(美國電子制造業聯合會)協調的產業聯盟的決定,IPC應該把IPC的GenCAM格式和Valor的ODB++格式中最好的部分加以綜合。經過相關委員會兩年的艱苦工作,結果就產生了IPC-2581標準。這一標準不久前已經正式發布,我們希望它可以最終完全取代Gerber標準。

  不過Bergman承認,如果有關廠商不支持這個新標準或沒有很好地貫徹標準,PCB制造業就不可能真正從中受益。他說:目前我們正在推進標準實施,NEMI也在要求其成員公司采納這個標準,同時我們也在考慮為有關公司提供相關的咨詢服務并建立必要的標準認證程序。

  生產線自動化和工廠管理系統自動化的融合

  JulianCoates回顧了PCB生產自動化的歷史,他指出這一歷史可以從兩個相反的方向去追溯,而這兩個方向其實也在慢慢匯聚成一點。第一個方向是對設備和工藝實現自動編程和控制。他介紹說,到上世紀80年代末,單臺設備已經有獨立的控制器,可以在生產線上通過手工操作把簡化的CAD數據輸入到機器中,這已經是那個時代一流的技術了。在上世紀90年代出現了離線的CAM(計算機輔助制造)系統,通常這種系統由設備供應商自己提供,由此設備編程和生產可以同步進行。在最近5年里,這一趨勢有了進一步發展,其特點之一是獨立的軟件開發商開始提供離線的工藝自動化解決方案,而他們和設備供應商是完全獨立的不同公司。正是這樣,這些軟件開發商提供的方案不再局限于單一的設備上,而是針對生產線上所有的流程。

  自動化的第二個方向是企業級的管理控制系統如PDM(產品數據管理系統)和ERP(企業資源計劃系統)等。Coates繼續介紹道,這兩種系統都有整合MES(制造執行系統),向加工預處理和生產制造領域擴張的趨勢。MES是整個工廠IT基礎設施的一個應用層,它目前正在迅速填補企業級管理系統和生產線設備級管理系統之間的空隙。

  生產線的自動化和整個工廠管理系統自動化(包括計劃系統、庫存管理等)的整合是一個歷史趨勢,這種努力其實已經存在有幾十年了,Coates認為否認這種歷史趨勢將是錯誤的,他說:因為這一趨勢近年來一直在加速進行,其目標是在企業一級實現完整的自動化系統集成。不過他相信目前任何一家供應商都無法提供一種萬全之策,從而在單一的系統架構下完成整合。因此他認為最實際,也是最好的做法是把企業中各個機構的目標化解出來,然后選擇相應的自動化解決方案。

  它們的目標分別可以是生產準備、生產過程追溯、生產監控、ERP、PDM和供應鏈管理等等。關鍵是在一開始就有步驟地、協調地來實施這些系統,使得這些子系統可以在一定程度上被整合到一起,同時在引入每一個子系統時,保證其基本的商業效益得到切實的發揮。他解釋說。

  IPC的Bergman補充說,有關生產制造系統、生產管理以及計劃和物料管理系統的綜合,已經有一些工具,例如XML,可以讓工廠管理人員遠程監控生產運行狀況。其最佳的應用之一是讓客戶可以隨時了解并追蹤自己產品的加工狀態。

  中國本地制造商對PCB生產自動化的認知正在加深

  中國大陸已經成為全球PCB制造和組裝業的重要基地之一,中國也被認為是人工成本最低的地區之一。因此了解中國PCB制造商對自動化的看法是有意義的。

  江裕集團是中國大陸最早一家PCB制造服務供應商之一,從一開始主要服務日本客戶,現在已經把客戶范圍擴展到歐洲。該集團制造部高級經理汪永平介紹說:自動化使我們的生產效率以每年30%以上的速度提升,同時我們的產品不良率每年也降低近200PPM。根據我們的統計分析,不良率有50%是人為疏忽造成的,因此,盡量減少人工操作對質量提升的作用是非常明顯的。

  除了自動化驅動力中的商業因素外,自動化潮流中也有人性的因素,江裕集團生產總監孫成寶說:我們非常了解在生產制造的環境下,人很容易疲勞,這不僅造成生產效率的低下和產品質量的降低,更是可能對員工的健康構成威脅,因此只要成本合理同時機器可以勝任,我們就盡量不用手工操作。

  盡管已經有中國本地制造商從自動化中受益,但汪永平認為大陸的廠商在自動化方面的發展非常不平衡。汪永平說:一些大陸制造商在生產線自動化和工廠管理自動化兩方面發展地都很好,部分廠商的發展水平甚至超過了其海外同行,但很多廠家還幾乎處在原始狀態。只有零星的一些自動化設備,而其它多靠手工操作,設備之間更談不上聯網。孫成寶舉例說明了原始狀態的原始程度:典型的情況是買一臺焊爐,其它大部分都靠手工完成。按照Bergman的比喻,這臺可憐的爐子是被人力的汪?大海所包圍著。

  不過汪永平提醒說,即使是一些自動化起點相當高的本地制造商,其產生的效益也可能不盡人意。我認為這主要是人的問題。他說,自動化的目的之一是要減少人工的干預,但要發揮出自動化帶來的好處,卻又需要高素質的人員。這聽上去是相互矛盾的,但在一個人、機器和信息相互交互的現代化制造環境中,這正可能是自動化的精髓所在。

  從外部環境上看,中國本地制造商在工廠系統管理自動化方面還遇到一些不利因素。孫成寶說:例如本地元器件供應商有時連最起碼的器件識別碼都沒有,元器件的信息也無法方便地輸入到數據庫中,自動化的生產信息管理和質量追蹤等就無從談起。

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