Программное решение вопросов запуска продукции в производство

№ 4’2015
PDF версия
Как известно, выпуск новой продукции и подготовка производства зависят от многих факторов. В зарубежной литературе такой процесс подготовки производства получил название NPI (англ. New Product Introduction — «внедрение в производство нового изделия»). Процесс проходит несколько стадий и включает все этапы, начиная с проработки конструкции изделия, планирования технологического процесса, подготовки оборудования и инструкций и заканчивая непосредственным запуском самого процесса сборки.

В условиях глобальной конкуренции стоимость, качество и скорость выхода продукции на рынок являются залогом успеха компаний, поэтому крайне важно при подготовке производства учитывать множество факторов. Нужно понимать, что ошибки, недочеты конструкции и процесса, влияние человеческого фактора, качество подготовки данных, рабочих инструкций и программ и прочие моменты в конечном итоге скажутся на общей трудоемкости, уровне дефектности, издержках в процессе внедрения и в конечном итоге — на качестве и надежности выпускаемого продукта (рис. 1).

Этапы внедрения новой продукции для производства

Рис. 1. Этапы внедрения новой продукции для производства

Именно поэтому необходимо задавать и качественно прорабатывать следующие вопросы: технологична ли конструкция, есть ли возможность ее сборки при имеющихся ресурсах и оборудовании, как наиболее оптимально организовать сам процесс сборки.

В конечном итоге от качества подготовки всех этапов будет зависеть, насколько дорогим и трудозатратным окажется сам процесс внедрения изделия и его производство, что повлияет не только на скорость попадания продукции на рынок, но и на ее себестоимость.

И в данном случае на всех этапах не самую последнюю роль играет сама конструкция изделия, от сложности и технологичности которой зависит многое. Именно конструкция изделия будет определять весь технологический процесс и возможность оптимальной сборки имеющимися мощностями компании-производителя. Ведь одно дело сборка малой партии относительно простого изделия с небольшим количеством компонентов, когда, по сути, можно обойтись только ручным трудом. И совсем другое — подготовка предприятия к серийному выпуску сложной продукции с большим количеством компонентов штыревого и поверхностного монтажа, наличием компонентов QFN, BGA, LGA, ИМС с мелким шагом, крупногабаритных компонентов и т. д.

В этом случае разработка изделия, подготовка и организация производства — это сложная задача, требующая весьма тщательного подхода и привлечения большего количества ресурсов и автоматизированного оборудования. В идеале конструкция изделия должна не только учитывать возможности используемого оборудования и позволять выполнять автоматизированную сборку, но и предусматривать технологические требования и рекомендации (например, к размеру контактных площадок, взаимному расположению компонентов и элементов платы и пр.).

Возьмем, например, такой известный дефект, как «надгробный камень». Как известно, данный дефект может вызывать не только разница в нанесенных объемах пасты, точности установки компонентов и используемой технологии и профиля оплавления, но и размер и конструкция контактных площадок и окон в паяльной маске компонента. Разница в теплоемкости площадок и площади открытой металлизации также может способствовать образованию этого дефекта пайки (рис. 2).

Причины появления дефекта «надгробный камень»

Рис. 2. Причины появления дефекта «надгробный камень»

Еще одним примером служит расположение открытых переходных отверстий в непосредственной близости от контактных площадок компонента BGA или даже на них, что провоцирует изменение формы шариков, утекание припоя и образование пустот в пайке выводов BGA (рис. 3), обнаружить которые можно только на рентгеновском оборудовании. Наличие подобных эффектов при низкой надежности образующихся паяных соединений ставит под вопрос надежность и длительность работы всего изделия в целом.

Образование дефектов при пайке BGA

Рис. 3. Образование дефектов при пайке BGA

При серийной сборке и привлечении автоматизированного оборудования конструкция должна учитывать не только общие требования — наличие реперных знаков, технологических полей для транспортировки по конвейеру, — но и возможности и ограничения используемого оборудования и технологического процесса. Например, производители установок для автоматизированной селективной пайки дают определенные рекомендации по расстоянию и размерам до компонентов от точек пайки (рис. 4). Несоблюдение этих рекомендаций приведет либо к невозможности качественной автоматизированной сборки (повреждение компонентов или повышенное дефектообразование), либо к введению дополнительных ручных операций по допайке проблемных участков.

Примеры ограничений при селективной пайке

Рис. 4. Примеры ограничений при селективной пайке

Только грамотное проектирование изделий с учетом технологии изготовления (англ. DFM — Design For Manufacturing), или, иными словами, всех технологических требований и рекомендаций по процессу сборки и его планирование помогут упростить процесс наладки и подготовки производства и начать выпуск продукции в минимальные сроки.

Немаловажную роль в подготовке производства после проработки конструкции изделия будут играть и все последующие этапы и действия. Нужно грамотно организовать сам процесс сборки и его отладки, подготовить подробные ясные инструкции, проработать и распределить рабочую нагрузку, организовать своевременную передачу информации о внесении возможных изменений, качественно и тщательно подготовить программы и данные для автоматизированного оборудования и пр. От этого будет зависеть, насколько быстро и безболезненно пройдет этап запуска и насколько стабильным и предсказуемым окажется процесс сборки изделия в итоге.

Упростить задачу организации и запуска процесса сборки нового изделия предлагает компания Vayo (Шанхай), чья деятельность сосредоточена на разработке продвинутого комплекса программного обеспечения (ПО) VayoPro, упрощающего и оптимизирующего все процессы, связанные с внедрением новой продукции в производство. Компания располагает программными продуктами для большинства этапов внедрения, начиная с автоматического анализа технологичности конструкции изделия и последующего планирования процесса сборки, генерирования и подготовки рабочих инструкций и заканчивая подготовкой данных и программ для автоматизированного оборудования (рис. 5). Cегодня подобными пакетами программ уже пользуются многие крупнейшие компании — производители электроники.

Программные решения компании Vayo

Рис. 5. Программные решения компании Vayo

В своем программном обеспечении компания Vayo делает акцент не только на максимально простом выполнении всех операций и действий и оказании своевременной технической поддержки, но и на функционале и гибкости своих продуктов при их приемлемой стоимости и возможности бесплатного тестирования.

К особенностям программ VayoPro следует отнести возможность работы с герберами и почти всеми популярными форматами CAD-данных (Cadence, Zuken, Altium/Protel, Mentor, PowerPCB и т. д.), импорт и анализ содержимого BOM-файлов разных форматов, интуитивный и понятный интерфейс пользователя на разных языках.

Программное обеспечение DFM Expert служит для проведения анализа конструкции изделий в автоматическом режиме. DFM Expert позволяет не только анализировать конструкцию элементов платы (размер и положение реперов, дорожек, термобарьеров и шелкографии, апертур трафарета), но и осуществлять так называемую виртуальную сборку изделия. Это значит, что программа выполняет анализ конструкции платы во взаимосвязи со всеми устанавливаемыми компонентами и тестовыми площадками. Благодаря этому появляются широкие возможности по определению технологичности конструкции, то есть выявлению в конструкции всех узких участков с точки зрения возможных проблем сборки, ремонта и тестопригодности изделий.

Такой комплексный подход к анализу изделий на этапе конструирования позволяет:

  • определить оптимальное расположение компонентов сучетом их размеров и параметров;
  • установить размеры, форму исоответствие контактных площадок и выводов компонентов;
  • определить размещение компонентов сточки зрения технологии сборки;
  • обеспечить выполнение требований производителей оборудования ипроцесса (например, при волновой или селективной пайке);
  • обеспечить высокий уровень ремонтопригодности итестопригодности изделия;
  • имногое другое.

Для проведения анализа с учетом параметров всех компонентов программа имеет огромную готовую библиотеку (более 150 000 компонентов) правил проверки с рекомендациями из стандартов и учетом опыта производителей электроники. Также есть возможность создавать свои правила и устанавливать свои критерии анализа.

Результатом работы программы является детальный отчет с указанием всех выявленных несоответствий в конструкции изделия, что позволяет внести своевременные изменения и организовать беспроблемную сборку изделия с первого раза по запланированному оптимальному технологическому процессу (рис. 6).

Возможности DFM-анализа с генерацией отчета

Рис. 6. Возможности DFM-анализа с генерацией отчета

Еще один интересный продукт компании — ПО Document Expert, в задачи которого входит подготовка рабочих инструкций для операторов линий и участков ручного монтажа. Программа позволяет быстро подготовить и сгенерировать текстовые и графические инструкции по разработанному потоку сборки изделия, провести автоматический анализ конструкции изделия с точки зрения распределения сбалансированной нагрузки на рабочие места и участки (например, при ручной пайке или монтаже компонентов) с учетом опыта сотрудников, режима работы и программы выпуска. После такой автоматической балансировки на выходе можно получить графические инструкции и указания монтажникам по пайке определенных компонентов на закрепленных рабочих местах. Их можно распечатать или передать по сети предприятия (рис. 7).

Пример графических инструкций по пайке

Рис. 7. Пример графических инструкций по пайке

Важным этапом процесса внедрения новой продукции в производство является подготовка данных и программ для автоматизированного оборудования, в частности для автоматов установки компонентов. Для этой операции компания Vayo также предлагает уникальное запатентованное решение, реализованное в виде программных продуктов SMT Expert и Vayo Accelerator. Их задача — ускорение и упрощение процедуры подготовки программ сборки для новых изделий благодаря интеллектуальному автоматическому подходу к процессу подготовки данных с минимальным количеством манипуляций со стороны человека. Программное обеспечение по максимуму использует для обработки всю информацию, содержащуюся в импортируемых герберах и CAD-данных. К такой информации, в частности, относятся данные о типе, полярности, координатах и размере компонентов и их выводов, положение реперных знаков и пр.

В программе можно выполнять мультипликацию плат, программирование реперных знаков и корректировку координат установки компонентов, а также автоматическую подготовку и «обучение» компонентов на плате с проверкой и корректировкой полярности и углов поворота при установке. Все это возможно благодаря осуществляемому программой автоматическому графическому анализу и сравнению компонентов из CAD-данных с моделями и параметрами компонентов в библиотеке (рис. 8). Это избавляет от необходимости ручного поиска соответствия в библиотеке или описания новых компонентов на плате: программа сама автоматически установит соответствие компонентов, откорректирует углы поворота или предложит список аналогичных компонентов из библиотеки с возможностью редактирования их параметров прямо из интерфейса программы.

Графический автоматический анализ компонентов в ПО Vayo

Рис. 8. Графический автоматический анализ компонентов в ПО Vayo

Такой автоматизированный интеллектуальный подход упрощает и оптимизирует один из самых сложных и трудоемких этапов подготовки программы и ее отладки для автоматов установки, связанный с обучением новых компонентов и проверкой полярности и углов их установки. На выходе программа генерирует подготовленные данные и рабочие файлы для последующей их загрузки в автоматы установки.

Таким образом, возможности ПО SMT Expert и Vayo Accelerator позволяют не только ускорить процесс программирования автоматизированного оборудования, уменьшить время его простоя, но и свести к минимуму все издержки, связанные с человеческим фактором и оптимизацией программ установки компонентов.

 

Вывод

Процесс успешного и быстрого внедрения новой продукции для производства, или New Product Introduction (NPI), в общем случае представляет собой непростую задачу, когда учесть и проработать необходимо действительно многое, начиная от обеспечения технологичности изготавливаемой продукции и заканчивая грамотной подготовкой и организацией самого технологического процесса. Именно поэтому сейчас в мире разрабатываются и набирают все большую популярность программные продукты для решения задач NPI, использование которых помогает упростить и ускорить процесс подготовки производства к выпуску продукции и избежать возможных проблем при запуске и отладке.                                            

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *