【干货】SMT电子工厂生产线平衡原理与持续改善分析

                                                                                                   


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1、引 言生产线平衡提高产能是一个持续的过程。大量世界级的IT制造厂商将其全球制造基地转移至上海、苏州、杭州等地区。主板(main board，简称MB)虽然是一个非常成熟的产业，但是其新生产基地成立时间较短，不可能完全复制母公司的生产方式，这时非常需要工业工程师们做出不断的改善，以达到提升产能、降低成本、保证品质的目标。主板制造皆采用流水线生产方式，进行生产线平衡与改善，对提高产能、降低成本具有重要意义。


2、生产线平衡原理与改善方法由于现代的流水线生产以机械输送带流动为主，机械输送的速度也应与生产速度相适应，即有相同的节拍时间(Cycle Time，CT)、生产计划及工序作业时间应相适应，若各工序的作业时间相差太大，就会造成作业工序短的工序出现等待现象，其间存在效率损失。当工序之间的作业时间差距很小，生产中等待的时间很少，这时生产效率最高，生产线处于平衡状态。通过生产线平衡分析，以期达到以下目的：(1)缩短每一个工序的作业时间，提高单位时间的产量；(2)减少工序之间的预备时间；(3)消除生产线中的瓶颈、阻滞和不匀等现象；(4)改善制造方法，使它适宜于新的流水作业。在平衡生产线时，采用5W1H提问技术和ECRS分析原则进行作业改善。对于耗时较长的工序，可采取措施为：(1)分割作业，移一部分到耗时较短的工序；(2)利用工具或机械，改善作业缩短工时；(3)提高机械效率；(4)增加作业人员；(5)提高作业人员效率或机能。对于耗时较短的作业，可以采取的措施为：(1)分割作业，填充到其他耗时短的工序，取消本工序；(2)从耗时长的工序移一部分作业过来；(3)把耗时短的工序合并。3、SMT段生产线平衡分析
图1是主板的制造流程，主要分为SMT、和DIP二段。在SMT段中，DEK为锡膏印刷机，在印刷电路板上需用SMT置件位置处刷上锡膏；CP为高速置件机，将体积较小的卷带零件置于PCB板相应位置；QP为泛用置件机，将较大体积的零件置于PCB板相应位置；REFLOW为回焊炉，置件完毕的PCB板加热，令锡膏融化后再凝固；AOI为自动光学检测仪，检查SMT制程置件位置的准确性及锡膏印刷的质量；ICT为在线测试，分别对PCB板上的某个零件或某段电路进行带电测试。由于SMT的产能决定了整条生产线的产能，而SMT的产能又是由其瓶颈位元的CT决定的。所以设法降低SMT瓶颈的CT，提高SMT段的平衡率，对整条生产线的产能提升具有重大意义。3.1 SMT的作业测定经过多次测定取各工序的实际作业时间的平均值(表1所示)，并由此绘制作业负荷图(图2所示)。
3.2 产线负荷分析生产不平衡损失时间为：T=∑(Tmax—Ti)=57.77s平衡率=各工序作业时间合计/(最长作业时间×总共序数)=180.1/(30.96×7)=83.1%生产不平衡损失率=1-平衡率=1-83.1%=16.9%生产不平衡损失时间为57.77s，平衡率为83.1%，生产不平衡损失率为16.9%。因此，该生产线存在较大的改进空间，同时确定瓶颈工序为CP3。4、SMT段生产线平衡持续改善方案4.1 第一次改善整段SMT的瓶颈在CP3(30.96s)，而QP的CT普遍偏小，考虑将零件的分配做一下调整。由于CP3是整段的瓶颈，因此将CP3的一个大排阻和三颗大电容分别调整到QPl和QP2去打(QP3的吸嘴比较大，专门用来打BGA，无法分配小颗零件)。
表2为测量各工序的实际作业时间，图3为改善后的负荷分布图。改善后计算平衡率为91.7%，生产不平衡损失率为8.3%。4.2 第二次改善经过第一次改善后SMT生产线平衡率已经有所改善，产能也得到提升，但是发现经过初次调整的瓶颈位元依然落在CP3(28.82s)，因此再通过零件的调整来设法降低瓶颈位元的CT。对部分零件再次做出调整，将CPl的3颗电阻移至(2P3，再将CP3的一颗IC移至QPl。
表3为测量各工序的实际作业时间，图4为流动作业图。改善后计算平衡率为94.5%，生产不平衡损失率为5.5%。4.3 第三次改善降低了瓶颈位元的CT，瓶颈位元已经转移至CPl，同时引发了一个新问题：由于QP机是单TABLE生产，需要停机换料；而CP机是双TABLE生产，无须停机换料，为防止QP换料时会引起前面CP停机问题的发生，在CP3与QPl之间设置了一BUFFER以进行缓冲。由于此步改善后QPl的CT已经达到了27.54s，其值与CPl的CT 28.00s几乎相等，那么，当QP停机换料时在BUFFER中暂存的板子无法在随后正常生产时被QP消耗，导致BUFFER空间无法释放，失去缓冲作用，最终导致QPl某些时刻成为实际瓶颈。经过对生产线的分析，确定影响因素是BUFFER的进板方式。将BUFFER的出板流程做如下修改：BUFFER出板后，等待进板，进板后马上调整高度至下一片出板处，但若等待13s还未有进板，则自动调整高度至下一片出板处，待QPl置件结束后出板。
表4为测量各工序的实际作业时间，图5为流动作业图。改善后计算平衡率为93.3%，生产不平衡损失率为6.7%。5、结束语经过三次改善，SMT段改善前后CT、平衡率以及产能有了很大的提高，对比如图6、图7所示。 按节拍计算每天8小时不间断的作业时间内，每天SMT段可增产：(8×60×60/28)-(8×60×60/30.96)=97件。
通过对生产线系统分析与改善，达到了提升产能，改善瓶颈的目的。IE方法秉持的是一种思维方式，是精致细微的科学，讲究深入现场，获得原始数据，详细解析事件的细节，建立起有序解决问题的方法体系。无论是作业测定、方法研究和物流分析，还是IE七大手法都只是一种工具，IE工程师关键是要具备不断改善的意识，永远拥有追求合理性标准化的欲望，整体优化的观念，适应生产的动态性特征，应用IE相关理论是生产线改善的最佳途径。

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