Аналіз факторів, що впливають на продуктивність автоматів установки компонентів поверхневого

Геннадій Єгоров

Багато виробників електроніки не приділяють достатньої уваги забезпеченню максимальної ефективності роботи складально-монтажного обладнання як у вигляді окремих одиниць, наприклад автоматів установки компонентів, так і у складі складальних ліній. Тим часом аналіз роботи обладнання та низки організаційних заходів дозволяє суттєво збільшити продуктивність та отримати величезний економічний ефект. Тож від чого залежить реальна продуктивність устаткування? Давайте з прикладу автоматів установки компонентів поверхневого монтажу проаналізуємо чинники, які впливають продуктивність.

При експлуатації автоматичних складальних ліній користувачі часто стикаються з тим, що вказані в технічній специфікації значення продуктивності автоматів, призначених для встановлення компонентів поверхневого монтажу, на практиці виявляються недосяжними.

Тож у чому тут проблема?

У технічній специфікації на автомат (незалежно від виробника), як правило, зазначені два параметри, що характеризують його продуктивність: максимальна продуктивність та продуктивність за IPC-9850.

Максимальна продуктивність визначається за методикою, заданою виробником. При цьому виключається вплив усіх факторів, здатних знизити продуктивність (операції транспортування та фіксації плати, зчитування реперних знаків, перевірка вакууму під час захоплення компонентів). Складальна програма складається так, щоб максимально зменшити відстань, що долається настановним модулем. Компоненти захоплюються одночасно (якщо це передбачено конструкцією автомата). Продуктивність,визначену таким чином можна розглядати як теоретично досяжну.

Продуктивність IPC-9850 підтверджується за методикою стандарту IPC-9850 з використанням стандартної плати та компонентів (як правило, С0603). Призначення цієї характеристики порівняти автомати різних виробників. Методика передбачає встановлення компонентів стандартної програми на стандартну плату. Причому враховується час, витрачений як на складання плати, а й зчитування реперних знаків, фіксацію і розблокування плати у робочій зоні автомата. На реальну продуктивність, яка, як правило, становить 50-70% від максимальної за специфікацією, впливають такі фактори:

розміри друкованої плати (далі ПП);
розташування компонентів на ПП;
кількість компонентів на ПП;
кількість типономіналів компонентів;
наявність компонентів, критичних з погляду установки (компоненти з малим кроком, компоненти великих розмірів);
наявність спеціальних опцій у автомата;
технологічні втрати.

Розглянемо залежність реальної продуктивності від кожного фактора окремо, оскільки аналіз спільного впливу на продуктивність всіх перерахованих вище факторів вкрай скрутний.

Розміри друкованої плати та розташування компонентів на ПП

Вплив розмірів ПП (рис. 1) на продуктивність ось у чому. При складанні ПП великих розмірів час, що витрачається настановним модулем на переміщення від позиції захоплення до позиції установки, більше, ніж при складанні ПП з малими розмірами. З цієї причини зі збільшенням розмірів ПП продуктивність знижується.

Час руху настановних головок від позицій захоплення до позицій установки також залежить від розташуваннякомпонентів на ПП. Наприклад, якщо компоненти переважно розташовані в тій половині ПП, яка ближче до бази живильників (тут маються на увазі автомати, що мають живильники тільки з одного боку), то середній час руху головки від позиції захоплення до позиції установки менше, ніж у разі рівномірного розміщення компонентів за ПП. Це тим помітніше, що більше розміри ПП і більше кількість компонентів на ПП.

Кількість компонентів на ПП

При відносно малій кількості компонентів на ПП продуктивність автомата істотно нижча за максимальну (рис. 2).

Це пояснюється тим, що витрати часу на транспортування та фіксацію ПП у робочій зоні автомата, зчитування реперних знаків, зміну вакуумних захоплень та інші дії, які безпосередньо не є установкою, можна порівняти з часом встановлення компонентів. Зі зростанням кількості компонентів на ПП продуктивність підвищується і прагне максимально досяжної. Очевидно, це відбувається тому, що час на безпосередню установку щодо великої кількості компонентів значно більше часу зчитування реперних знаків та транспортування ПП.

Якщо при складанні ПП проводиться установка великої кількості типономіналів, то може знадобитися зміна вакуумних захватів, яка, якщо не здійснюється нальоту, призводить до збільшення часу циклу установки.

Кількість типономіналів компонентів

З метою максимізації продуктивності дуже важливо оптимально розташувати живильники і зробити це відповідно до числа типономіналів. Коли кількість типономіналів невелика, простіше підібрати розташування живильників, щоб мінімізувати переміщення головки для встановлення від позиції захоплення до позицій установки компонентів. В свою чергу,автомати з багатозахватним настановним модулем повинні виконувати одночасне захоплення кількох компонентів, близько встановлених на ПП. Тим самим можна збільшити продуктивність автомата.

Наявність компонентів, критичних з точки зору встановлення

Наявність компонентів, критичних з погляду установки, знижує реальну продуктивність. Встановлення компонентів з малим кроком висновків, як правило, вимагає центрування системою технічного зору на основі ПЗЗ-камери, при якому необхідна зупинка головки із захопленим компонентом над камерою. Крім того, зазвичай переміщення таких компонентів здійснюється на зниженій швидкості та зі зниженим прискоренням.

Наявність спеціальних опцій у автомата

Існують спеціальні налаштування, що дозволяють збільшити реальну продуктивність автомата. Наприклад, обладнання автомата додатковою камерою для центрування компонентів у задній базі живильників дозволить унеможливити переміщення компонентів, захоплених з живильників і розташованих на задній стороні автомата, до камери з передньої сторони. Це, звісно, призведе до підвищення продуктивності. Наскільки? Залежно від того, скільки компонентів розміщено на задній базі живильників.

Ще один показовий приклад - застосування систем переміщення живильників (візок). Дані системи дозволяють помітно знизити час переналагодження автомата, оскільки спорядження живильників може проводитися поза автоматом, що зводить переналагодження лише заміну одних візків на інші.

Технологічні втрати

У процесі роботи автомат може захоплювати чи розпізнавати компоненти. Тому є безліч причин: скінчилися компоненти в котушці, залипла або порвалася покривна стрічка, засмічено вакуумне захоплення і т. д. Не розпізнавшикомпонент, автомат здійснює додаткове переміщення для скидання компонента. Чим більше таких холостих переміщень виконує автомат, тим більшою мірою знижується продуктивність.

Працюючи автомат установки компонентів витрачає час як на установку, а й зчитування реперних знаків, транспортування ПП. Крім цього, час витрачається на повторне захоплення компонентів, перезаряджання живильників, втручання оператора. Коефіцієнт використання автомата, зазвичай, вбирається у 0,75.

Зазначимо, що описаний вище вплив різних факторів на реальну продуктивність не претендує на повноту, а наведені приклади лише ілюструють, як може виявлятися цей вплив.

Реальна продуктивність автомата розраховується як добуток максимальної продуктивності коефіцієнт зниження продуктивності і коефіцієнт використання автомата.

При об'єднанні в лінію кількох автоматів продуктивність лінії не дорівнює сумі продуктивності кожного з них. Неминучий дисбаланс, тобто один автомат буде завантажений трохи більше за інший.

Взагалі кажучи, лінії поверхневого монтажу являють собою лінії «пляшкового шийки». Продуктивність лінії настільки велика, наскільки велика продуктивність низькопродуктивної установки. Зазвичай найнижчими є автомати установки компонентів. У цьому випадку підвищити ефективність роботи лінії можна лише шляхом оптимізації програм та балансування автоматів за допомогою відповідного програмного забезпечення. Однак на практиці виникають ситуації, коли «пляшковим шийкою» стає, наприклад, операція нанесення пасти або паяння оплавленням. Це може статися при збиранні плат з дуже малою кількістюкомпонентів, що встановлюються, або якщо обладнання підібрано без належного запасу за продуктивністю. Тоді для підвищення продуктивності повинні бути досліджені відповідні резерви (підвищення швидкості трафаретного друку, швидкості конвеєра печі паяння оплавленням), однак необхідно мати на увазі, що зміна даних факторів може негативно вплинути на якість друкованих вузлів.

Істотний вплив на загальну продуктивність лінії мають і організаційні фактори:

організація переналагодок;
організація оперативного постачання компонентами лінії збирання;
організація роботи операторів (своєчасна підготовка живильників до, а чи не за фактом зупинки автомата) тощо.

При поганій чи неправильній організації виробництва коефіцієнт використання лінії може перевищувати 50%.

Таким чином, щоб підвищити ефективність автоматів встановлення компонентів та складальних ліній на їх основі, необхідний ретельний аналіз усіх причин, що впливають на продуктивність. Саме тому підприємство ОСТЕК запровадило комплексну послугу-«Підвищення ефективності використання автомата установки компонентів». Найкращі фахівці компанії готові провести комплексний аналіз ефективності роботи даних автоматів та виробництва загалом, а також розробити відповідну індивідуальну програму. Результат – величезний економічний ефект. Наведемо лише один приклад нашої практики:

Замовник має мультипліковану плату з восьми блоків з 36 компонентами на кожному.

Час складання цієї плати на автоматі встановлення компонентів складає 104,7 с.

1. Засобами AMS є можливість перетворити мультипліковану плату з поблочним складанням на мультипліковану і збирати їїдовільним чином. Після перетворення плати у не мультиплікований час складання склало 99,1 с.

2. Один із компонентів на платі використовується значно частіше, ніж інші. Для підвищення продуктивності можна збільшити кількість живильників цього компонента. В даному випадку, встановивши два живильники для домінуючого компонента, час складання тієї ж плати можна скоротити до 96,6 с.

У результаті загальний виграш за часом однією плату становив 8,1 з. У перерахунку на плати виграш становив 24 мультипліковані плати на день, або 5760 плат на рік.