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人工智能,你准备好了吗? -浅析SMT手插件自动化的快速实现
录入时间:2019/8/6 11:43:38

Hanwha 焦进莉Hanwha 焦进莉

 

2013年德国联邦教研部与联邦经济技术部在汉诺威工业博览会上提出“工业4.0”,描绘了制造业的未来愿景,提出了人类将迎来以信息物理融合系统(CPS)为基础,以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。

2030年,互联网和其他服务联网的系统将是所有行业实现智能化,并取代传统的机械和机电一体化产品。SMT(表面贴装技术Surface Mount technology)是电子组装行业里最基础最流行的一种技术和工艺,曾经以自动化/高精度著称高科技高新产业,在智能化来袭的第四工业革命时代,为了顺应工业发展的要求,也面临更严峻的挑战。而其迫切要解决的问题是SMT手插件的自动化实现。

人工手插件目前是SMT行业最普遍的,最繁琐也是最耗人力的一道工序,随着无人化、无缺陷、无损耗概念的导入。传统的人工手插件作业已经适应不了当代工业革命的发展要求。我们必须清楚地认识到,在哪些领域,通过哪些产品和什么样的服务,可以使我们实现智能工厂?

人工智能,你准备好了吗?你要如何做?怎么去做?而其中的突破口就是自动化,实现传统人力重复劳动的自动化,只有把最基础的人力动作自动化解决了,再谈实现智能工厂、智能制造。

那么人力动作的自动化怎么实现呢?人工智能,你准备好了吗?我们先从SMT手插件自动化的实现开始简要举例说明:

1 手工作业转自动化贴装

首先,我们先要明确实现自动化取代人工手插件,导入自动化设备的目的,一般投资者会有成本压力或者来自产品工艺的要求,或者想提升自身工厂的竞争力尽快实现无人化、自动化的智能工厂。

1.      迫于成本压力。

随着社会的发展,人力的成本也开始做适当的调整,适用最低工资,引入每周52小时工作制,这些政策的导入在沿海地区城市表现的尤为明显,一些企业可能迫于成本的压力,为节省人工费考虑自动化投资。希望购买的自动化设备能够完全取代人力成本,ROI (投资回报率Return on investment)越短越好,SMT的工艺流程也是十几年的经验传承与发展而来,要很快突破这样一个完全取代人工作业的局面,也不是一蹴而就就能实现,所以如果投资者将眼光聚焦在ROI上,那么导入的进程将会非常坎坷,也会限制项目的持续进展。如果单靠ROI来评估进行自动化的导入,对于人力成本较高,招聘人力非常紧张的沿海地区城市可以适当考虑,但是对于人力成本相对具有优势,且人力充裕的情况下通过ROI进行导入,非常困难。

2.      产品工艺要求。

对于要求高可靠性的产品(汽车、医疗、军用、产业用控制器等)来说,人工手插件已经满足不了高品质,高产能,可追溯等功能。除去ROI的考量,制造工厂不得不咬牙对产品的工艺流程进行改进,否则无法取得对应产品的供货权。

3.      提升竞争力要求。

对于制造业的龙头企业,是行业的标杆,这类企业一般具有前瞻性的投资眼光,短期来看进行设备的投资的ROI会不尽人意,但是从长远来看,无论从成本上还是品质上,其投资的前景还是非常可观。参考以下表格手插工程自动化的优点。

1 手插自动化的潜在利益

序号

手插自动化的潜在利益

1

人工费减少

可以最少人员24H运营,Labor Cost最优化,人员运用的灵活性

2

除去危险作业

确保作业便利性,以高速/高精度作业来代替, 解除单纯反复作业, 改善环境

3

生产速度加快

4

产品品质提高

确保作业品质可靠性,实现Human Error,熟练程序的影响最小化

5

产品流通性提高

6

减少材料浪费

7

人员更换次数减少

8

资本费用减少

提高产能效率,与以上系统联系并消除非效率要素(Smart Factory)

    明确了实现自动化取代人工手插件,导入自动化设备的目的后,我们还需要结合产品产品的实际情况有效进行,导入前我们还需要检查产品是否已经准备好,一般从产品的PCB以及物料等方面考量。

1.      PCB设计

自动化的导入要基于一定的基础上才能实现,在导入前,需要从产品设计开始进行逐一检查,这样导入起来才会更加顺利。

1.1    PCB通孔不彻底,导致物料自动插入会不稳定。

图2 PCB通孔设计不良

1.2    卧式转立式物料元件包装与PCB开孔不符,无法实现自动化生产

图3 元件与PCB不匹配

        

1.3 产品布局太密集,元件与元件之间没有间隙,无法自动插入。

 

图3 元件之间无间隙

   

1.4 PCB上有残留异物,影响元件自动化贴装。

4 PCB上有异物

2.物料品质

2.1 物料来料时脚变形或者长度不一致,导致自动插入不稳定。

图5 物料脚变形

2.2 物料供料方式,需要配合自动化设备的自动吸取。

以下物料包装形式都不适合导入自动化。

6 托盘不规范

一般来说导入自动化的物料盘装料应该注意以下要求:

a.元件X/Y方向需等间距排列,间隙X/Y3mmX不一定等于Y.

b.物料的放置方向与PCB上的放置方向必须是垂直角度.

c.托盘尺寸 330mm (W) X 270mm (L) X 30(H)  ,重量<2.0kg(含元件).

图7 托盘规范要求

以上只从投资的出发点以及产品的特性对手插自动化实现做了初步的浅析,无论是德国工业4.0,美国工业互联网,或者我们中国制造2025,“互联网+”也好,最后的指向就是我们的制造业要走向智能工厂、智能制造。而实现智能工厂,人工作业转自动化,是最基础的第一步,投资者的前瞻性以及工厂的可执行性是我们实现自动化手插的核心。


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