В последние десять лет наблюдается постоянный рост стоимости труда операторов. Это усложняет жизнь менеджерам, отвечающим за сборку печатных плат, и заставляет искать пути сокращения затрат и эффективного повышения конкурентоспособности за счёт применения экономичных методов производства.
Одна из новых стратегий, широко применяемых производителями, заключается в замене ручной загрузки печатной платы различными автоматизированными решениями. Заказчики часто задают мне вопросы о достоинствах и недостатках применения автоматизации для замены дорогостоящего ручного труда, не говоря уже о проблемах привлечения и удержания работников, которые стремятся уйти на другую работу с более мягкими условиями труда, например, в сферу обслуживания. Ну а затем задаётся традиционный вопрос: «Какое автоматизированное решение лучше?».
Сегодня широкое распространение получили два автоматизированных решения. Первое заключается в интеграции роботизированного манипулятора в имеющиеся тестеры, а другое – в установке на линию поверхностного монтажа (SMT) полностью автоматического внутрисхемного тестера.
Не так давно я посетил линию по сборке печатных плат в Таиланде, на которой вместо ручной загрузки печатной платы во внутрисхемный тестер использовался автоматический роботизированный манипулятор. Этот манипулятор стоял между двумя тестерами. Дополняли эту автоматизированную систему подъёмник и конвейер, которые транспортировали лотки с платами, поступающими на тестирование, платами, прошедшими тестирование, и отбракованными платами.
Работает эта система следующим образом: роботизированный манипулятор берёт из лотка нетестированную плату и загружает её в тестовую оснастку. После загрузки платы установленная на тестовой оснастке пневматическая крышка автоматически закрывается и выполняется сканирование штрихового кода. Если плата ложится на установочные штифты тестовой оснастки с перекосом, то при закрытии пневматической крышки она повреждается. Во время моего визита я наблюдал три таких случая в течение 15 мин. Типовая конструкция роботизированного манипулятора показана на рисунке 1.
Чтобы снизить риск повреждения платы в результате неточного позиционирования, производитель задействовал оператора, который вручную корректировал положение платы перед закрытием крышки. Невольно я отметил потенциальный риск защемления руки оператора, в случае если он не успеет убрать её до закрытия автоматической пневматической крышки.
По завершении тестирования роботизированный манипулятор извлекает плату из тестера и, в зависимости от результатов тестирования, помещает её в лоток для исправных плат либо в лоток для бракованных плат. На этом этапе я заметил, что время от времени плата ложится в лоток криво, и оператор буквально бросается к нему, чтобы вручную исправить положение. Такое использование штатного оператора для контроля работы автоматизированной системы выглядит нелогично, поскольку устанавливалась она, в первую очередь, для сокращения числа операторов.
Описываемая автоматизированная установка занимает площадь примерно в 1,5 м2, не считая конвейера, которому также необходимо немало места. В итоге это решение требует достаточно большой площади.
Во время визита мне посчастливилось наблюдать работу техника, обслуживающего вышедшую из строя систему внутрисхемного тестирования. Сначала он отсоединил шланг пневмосети и снял пневматическую крышку тестовой оснастки, и лишь потом снял саму тестовую оснастку. Когда я спросил, почему он так сделал, он ответил, что тестовая оснастка слишком тяжёлая, чтобы поднять её с установленной пневматической крышкой. То есть, снимая крышку, он облегчает тестовую оснастку. Эта система оборудована одним роботизированным манипулятором, обслуживающим два тестера. В результате, дабы сократить простои, при остановке одного тестера робот продолжает обслуживать второй тестер. К сожалению, это заметно ограничивает доступ техника к тестовой оснастке, поскольку роботизированный манипулятор продолжает двигаться в непосредственной близости от зоны ремонта.
Для работы с платами разной формы и размера роботизированному манипулятору в этой системе необходим специальный вакуумный захват. Один из инженеров пояснил мне, что для срабатывания вакуумный захват должен сначала плотно прижаться к плате, чтобы обеспечить плотный контакт присоски. Однако это порождает проблемы с очень тонкими платами толщиной 0,6 мм и меньше – такие платы изгибаются под давлением присоски, и известны случаи растрескивания паяных соединений микросхем с шариковыми выводами (BGA).
В итоге сопровождающий меня инженер признался, что до сих пор скорость работы автоматизированной системы не смогла достичь скорости ручной загрузки, которую она призвана была заменить.
Не вдаваясь в детальный анализ затрат, даже с учётом того, что роботизированный манипулятор может быть не самым дешёвым и не самым эффективным решением, он определённо сглаживает проблемы удержания на данном рабочем месте операторов в условиях высокой текучести кадров.
Во время другого недавнего посещения производственной линии – на этот раз у производителя печатных плат в Северной Америке – я обратил внимание на встроенный в линию автоматизированный манипулятор системы внутрисхемного тестирования. По словам руководителя отдела испытаний, самой большой проблемой в производстве являются повреждения, связанные с ручными операциями, например, в результате воздействия на печатные платы электростатического разряда. Также немалый вред наносит высокая текучесть кадров среди операторов. Он считает, что решить эти проблемы сможет встроенное в линию решение для автоматического внутрисхемного тестирования.
Любопытно было наблюдать, как работает эта линия. Тестируемые печатные платы (листы с несколькими платами или отдельные платы) транспортируются конвейером или магазином загрузки, который передаёт платы манипулятору внутрисхемного тестера. Затем считыватель штрих-кода идентифицирует плату, после чего она устанавливается в тестовую оснастку и начинается процесс тестирования.
По завершении теста исправные платы передаются на следующую станцию, а платы, не прошедшие испытания, автоматически отбраковываются и направляются в лоток или магазин для дефектных плат.
На этой линии я не заметил ни одного оператора, занятого исключительно мониторингом операций. В случае неправильной установки платы манипулятор автоматически прекращал работу. Затем включался световой и звуковой сигнал тревоги, после чего оператор безопасно и быстро устранял проблему.
Используемый на этом заводе встроенный в линию манипулятор внутрисхемного тестера был меньше имеющихся внутрисхемных тестеров, работающих за пределами производственной линии. По свидетельству одного из местных инженеров, их новая система внутрисхемного контроля имеет длину всего 9 м и высоту примерно 1,7 м. Компания установила манипулятор внутрисхемного тестера в одну линию с конвейером и оборудованием для поверхностного монтажа (см. рис. 2), сэкономив ценные производственные площади.
Тестовая оснастка в этом решении содержит верхний и нижний держатели. Она выглядит более лёгкой и проще снимается, поскольку допускает конструктивное разделение. Кроме того, это сокращает время перенастройки при переходе на выпуск другого изделия. По словам наладчика, диагностика неисправностей выполняется достаточно быстро и просто, поскольку он не ограничен пространством, и тестовая оснастка легко снимается.
Впрочем, я заметил, что в случае поломки встроенного в линию манипулятора, все тестируемые платы должны либо передаваться на следующую станцию, либо будут скапливаться впереди, чтобы не останавливать производство.
Этот встроенный в линию манипулятор системы внутрисхемного контроля использовал в качестве тестовой оснастки традиционную матрицу игольчатых контактов и не нуждался в вакуумном захвате. Кто-то может заметить, что большая часть стоимости установки войдёт в начальные затраты на производственное оборудование. Однако в долговременной перспективе основные периодические затраты на тестирование ограничиваются расходами на тестовую оснастку.
Сводка общих черт и отличий системы внутрисхемного контроля с роботизированным манипулятором и полностью автоматической встроенной в линию системы контроля приведена в таблице. Заказчики могут учесть эту информацию наряду с требованиями бюджета и решить, на каком варианте остановиться, когда дело дойдёт до автоматизации внутрисхемного контроля.
В прошлом противники автоматизации боялись, что она приведёт к росту безработицы. В современном мире, где работники избалованы большим выбором возможностей, однообразная работа мало кого привлекает. Поэтому люди предпочитают ей работу в других сферах, таких как сфера обслуживания, где предлагаются значительно более комфортные условия труда.
Следовательно, ответственность за повышение эффективности ложится на производителей. В электронной промышленности автоматическая сборка печатных плат привела к росту качества, снижению цены и невероятному подъёму производительности. В конечном итоге выигрывают от этого потребители, которые получают доступ к лучшим продуктам по меньшим ценам – вспомните хотя бы, как выглядели ноутбуки десять лет назад, и сравните их с современными функционально насыщенными планшетами.
Так же как потребители получили богатейший выбор высококачественных изделий, производители электроники получают возможность выбора между полностью интегрированными в линию системами внутрисхемного контроля и установленными за пределами линии внутрисхемными тестерами с роботизированным манипулятором.
Если вам понравился материал, кликните значок — вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал —не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
