MYDATA — философия гибкости

Сергей Рыбаков

В последнее время ведется много разговоров о том, какой же путь у нашей страны в разработке и производстве электронных модулей на печатных платах. Чаще всего, что очень странно, это видение диктуется поставщиками оборудования, которые пытаются выдать желаемое за действительное, либо, что еще хуже, протолкнуть на рынок имеющийся у них товар, зачастую плохо представляя, что это и для каких целей используется. К сожалению, часто это им удается. И способствует этому, к еще большему сожалению, плохая информированность наших производителей о различных видах производств и оборудования, предназначенного решать те или иные производственные задачи.

Начать повествование мне бы хотелось с нескольких вопросов к производственникам, руководителям предприятий.

• Количество плат в одной партии на вашем предприятии действительно доходит до нескольких тысяч или даже десятков тысяч?
• Вы делаете переналадку раз в неделю, а то и месяц?
• Вы производите простые изделия, которые легче выкинуть, чем тратить время на обнаружение дефектов (да, да, не удивляйтесь — есть и такие производители!)?
• Вы уверены в том, что в ближайшие годы вам гарантированы заказы, в которых 0804 — самый маленький компонент, или микросхема с шагом 0,5 мм— самый сложный компонент на плате?

«Да!», то ни в коем случае не тратьте время на прочтение этой статьи! Потому что вы — счастливчик! Эта статья рассчитана на тех, кому приходится быть готовым к любому заказу, монтажу на плату компонента любой сложности. На тех, кто не в праве сказать «нет» своему заказчику. Потому что при таком количестве контрактных производителей и производств, готовых взяться за сборку плат, заказчику зачастую будет достаточно перейти дорогу и найти того, кто скажет: «Да, мы соберем ваше изделие». Эта статья для тех, у кого количество плат в партии составляет от одной до нескольких сотен, максимум тысячу. Эта статья для тех, кто уже сегодня собирает по 4–5 различных изделий в день, для кого отрезки лент по несколько десятков сантиметров — это обыденность. Эта статья для тех, кому приходится собирать прототипы, быстро вносить изменения в конструкцию и снова собирать. Для тех, у кого ресурс изделий составляет десятки лет и от надежности узлов зависит жизнь людей. Для тех, у кого микросхем на плате зачастую больше, чем чип-компонентов. Все это — авиация и железные дороги, судостроение и военная техника, а также системы управления ими.

Итак, мы определились с тем, что существует два основных типа производств: мелкосерийное и крупносерийное. Примерами крупносерийных производств могут являться все производители бытовой техники и электронных изделий широкого применения. Мелкосерийное производство — это вы, наши уважаемые коллеги, если вы отрицательно ответили на эти вопросы.

Мы остановимся на ситуации, которая сейчас характерна для российского производителя электроники. Часто в журналах и других периодических изданиях электронной промышленности появляются материалы и фотографии вновь оснащенных производств «по последнему слову техники». На этих фотографиях люди с опытом работы на производстве видят и загроможденные «новейшими» тележками с питателями производственные помещения, и установщики, предназначенные для работы в составе линий, одиноко торчащие посреди цехов, и оператора, который пытается заправить обрезок ленты длиной 10 см в питатель, который по своему виду, размеру и весу мало чем отличается от автоматической винтовки М16. Видны и дополнительные рабочие места, где склеивают ленты, заряжают питатели, а потом еще и проверяют правильность позиционирования компонентов в ленте. Причем для всего этого требуется дополнительное оборудование и приспособления. Еще можно увидеть цеха, заставленные линиями, но если провести даже беглый анализ, выясняется, что существующий объем производства обеспечит куда меньший набор оборудования и несоизмеримо меньшее количество персонала. Создается впечатление, что объем производства повышается только за счет умножения тех самых линий, а не за счет оптимизации использования оборудования.

Альтернативный пример: европейское предприятие, 4 установщика SMD-компонентов, 1024 питателя, производительность по IPC 9850 — 71 200 комп./ч. Так вот, все это обслуживается одним оператором. Он же осуществляет и подготовку производства. Нет, никто не против создания новых рабочих мест. Но только тогда, когда это не противоречит концепции современного производства, когда все борются с издержками, за повышение качества и снижение себестоимости выпускаемой продукции. Задумайтесь, сколько дополнительных накладных расходов вызовет только подготовка к производству.

Вы наверняка задаете себе вопросы: «Как обеспечить достойную нашего с вами сегмента производительность и при этом сохранить или улучшить качество выпускаемой продукции с минимальным простоем оборудования и скоростью выполнения заказа больше, чем у конкурента?» Мы с вами знаем, что основное время простоя производственной линии при переходе с изделия на изделие приходится на установщик SMD-компонентов. Мы видим, что сегодня время этого простоя пытаются сократить с помощью так называемых тележек. То есть подразумевается, что во время основной работы линии оператор будет поглощен заправкой ленты в питатели и загрузкой их в тележки, причем длина заправочных «хвостов» может составлять несколько десятков сантиметров, а количество потерянных при этом компонентов может превышать количество компонентов в заказе. Конечно, крепкий хозяйственник наверняка позаботится о том, чтобы обзавестись машинкой для склейки ленты или приклеивания дополнительной ленточки для загрузки короткого обрезка. Это отличное решение! С одной лишь оговоркой: 20-летней давности! Пожалуйста, откройте, если у вас есть, или найдите, если у вас нет, какой-нибудь проспект или журнал поставщиков такого оборудования. Там вы наверняка найдете несколько десятков аргументов в пользу инвестирования средств в такие машины и сопутствующее этой машине оборудование, которое лишь позволит ей работать! Так вот, все эти замечательные приспособления обязательно должны быть в музее SMT, причем в зале «Юрский период».

Вот тут и возникают вопросы. Что выбрать? Как разместить свои инвестиции так, чтобы и через несколько лет оборудование отвечало требованиям элементной базы? Чтобы ресурс машины был большим? Чтобы обеспечить все конкурентные преимущества с минимальным количеством грамотного персонала?

В этой статье речь пойдет о мировом лидере в производстве гибкого оборудования — шведской компании MYDATA automation. Компания была основана в Швеции в 1984 году, и, что особенно важно, до сих пор и разработка, и производство находятся в Стокгольме. Название компании происходит от двух шведских слов: MY — микрон и DATA — компьютер. Само название бренда прямо указывает на точность и сильное программное обеспечение. Компания выпустила свой первый установщик в 1985 году, и сразу первым заказчиком стал сегодняшний Thales — компания, занимающаяся только разработкой и сборкой электроники для НАТО. Основной особенностью от других машин того времени, да и наших дней тоже, был принцип монтажа компонентов: «Проверил — поставил», в отличие от существующего и основного (вплоть до настоящего момента): «Поставил — проверил». Принадлежит компания крупнейшей шведской финансово-промышленной группе Scanditek. 120 человек занимаются разработкой и исследованиями. 17% от годового оборота инвестируется в НИОКР.

Нацеленность на передовые решения, вовлечение финансовых и человеческих ресурсов позволяет компании не первое десятилетие оставаться лидером в производстве гибкого оборудования. Лидерство в этом сегменте недавно было еще раз доказано при появлении первого в мире бестрафаретного принтера MY500, созданного специально для предприятий, ориентированных на быстрые переналадки с одного изделия на другое, производителей прототипов и тех, кто работает с малыми сериями. Отсутствие трафарета, одновременное создание программы и для принтера, и для установщика компонентов — все это делает производство максимально гибким. Причем изменения в количестве нанесенной пасты и места ее нанесения корректируются мгновенно, на месте.

В чем же особенность установщиков MYDATA? Чем они отличаются от других? А тем, что они изначально разрабатывались для мелкосерийного многономенклатурного производства. Сама конструкция машин и их питателей, особенности программирования — все говорит об этом. Все другие производители подобного оборудования были и остаются ориентированными на массовое производство. Вы сами можете видеть, что большинство производителей бытовой техники производит и свои установщики. И сейчас наблюдается забавный факт. Некоторых азиатских производителей оборудования пытаются позиционировать и сравнивать с производимой ими якобы передовой военной техникой. Но вы когда-нибудь слышали о передовых, революционных решениях из Азии? Наверняка вы слышали об образцах такой техники из России, США и Европы. Но переворот в военной технике из Азии?

Итак, об особенностях установщика. Первое, что бросается в глаза — это необычная концепция построения машины, отличная от классических, где блок монтажных головок совершает продольно-поперечные перемещения. В машинах MYDATA использована так называемая концепция разделенных осей, где собираемая плата перемещается по оси Y, а монтажные головки — по оси Х. Сделано это, в первую очередь для снижения уровня вибраций и, как следствие, повышения точности.

Другим достоинством такой концепции является размещение всех питателей с одной стороны машины, что облегчает контроль оператором состояния питателей и обеспечивает удобство их замены, так как нет необходимости обходить линию. Это дает возможность установки линии или отдельно стоящей машины практически вплотную к стене, что позволяет более рационально использовать рабочее помещение, в отличие от традиционных систем, где питатели или тележки размещаются с обеих сторон.

Кроме того, в процессе сборки, если есть необходимость, оператор может приостановить монтаж компонентов, при этом плата выезжает к нему, что дает возможность убедиться в правильности монтажа и отправить плату на окончательную сборку.

Размер сборочного стола в базовой машине составляет без малого 500×500 мм, а в специальном исполнении может доходить и до 1000×1000 мм. И все это пространство может загружаться как платами, так и матричными поддонами с микросхемами, что позволяет сократить первоначальные инвестиции. Причем, при достаточном количестве типономиналов в машине, может проводиться одновременная сборка плат разного размера!

Сравните это с машиной классической конфигурации, используемой как отдельно стоящая единица, когда оператор работает как загрузчик с одной стороны, подавая платы в машину, и разгрузчик, извлекая собранную. При этом результат сборки он увидит только на выходе изделия из машины.

Хочется немного подробнее остановиться на подвижном столе, на котором во время сборки размещаются собираемые платы. Некоторые такой способ сборки преподносят как недостаток. Якобы при его перемещении сползают и платы, и компоненты, и поэтому кроме MYDATA никто в мире не использует больше такого метода. Нам очень приятно столь пристальное внимание. Так как никаких других аргументов против установщиков MYDATA не находится, то приходится что-то придумывать. И причина того, что никто в мире не делает этого, одна — никто кроме MYDATA не делает машин для мелкосерийного многономенклатурного производства. Другие просто пытаются приспособить то, что у них есть, для сегодняшних реалий производства.

Для более полного представления о работе стола приведу пример. Представьте поезд в метро. Мы все знаем, что машинист может и ускориться, и затормозить так, что все пассажиры вряд ли останутся на ногах. Но движение поезда плавно, и поэтому мы продолжаем себя чувствовать комфортно. То же самое происходит с платой и компонентами на ней. Программа машины сама рассчитывает и оптимизирует перемещения платы таким образом, чтобы устанавливать компоненты на одной линии, затем смещаясь на следующую. Машина сама рассчитывает, какой компонент и в какую очередь ей ставить. Самые тяжелые и высокие будут поставлены в последнюю очередь, чтобы обеспечить максимальную скорость сборки. Если и этого недостаточно, оператор всегда может задать либо изменить ускорение для перемещения по любой из осей. Это касается и подачи компонента в питателе-ленте, и перемещения его при захвате из ленты по оси Z, и скорости опускания и перемещения платы. Буквально несколько цифр. Каждая машина MYDATA в базовой комплектации может ставить компоненты весом 80 г, а машина, носящая обозначение ECR, — до 300 г. Если бы компоненты сползали, то как были бы обеспечены такие возможности? С недавнего времени реализован линейный привод сборочного стола, что делает его перемещения еще более быстрыми и плавными.

Следующее важное преимущество — это то, что машины с абсолютно одинаковыми возможностями отличаются лишь размером и могут вмещать от 96 до 256 8-миллиметровых питателей. Это означает, что на одной машине вы можете собрать плату практически любой сложности за один проход. Для выполнения такого же заказа на оборудовании другого производителя вам придется либо доставлять многие компоненты вручную, либо инвестировать средства в еще одну машину.

Очень востребованы установщики MYDATA у производителей электроники специального назначения благодаря электроверификатору — устройству, проверяющему соответствие устанавливаемого компонента его спецификации. Это исключает последующий ремонт платы, а то и всей партии, в случае ошибки оператора из-за загрузки неверного номинала, а также ошибки со стороны поставщика компонентов, когда данные, указанные на катушке, не соответствуют номиналу компонентов, находящихся в ней. Кроме того, вы можете быть уверены, что поставите именно тот номинал и с тем допуском, который был задан. Помимо проверки соответствия при помощи электроверификатора осуществляется и точный замер, выдача и распечатка отчета по каждому поставленному компоненту: диодам, резисторам, конденсаторам и транзисторам. Причем все это без потери скорости сборки! Большинство наших заказчиков в России уже убедились в эффективности работы электроверификатора, благодаря чему был реально снижен уровень дефектов конечного изделия.

И конечно, мы не можем не сказать о знаменитых интеллектуальных питателях AGILIS (рисунок). Что мы понимаем под словом «интеллектуальный»? Каждый питатель имеет индивидуальный номер и штрих-код, соответствующий этому номеру. Таким образом, при загрузке ленты в питатель достаточно считать код с катушки с компонентами и с питателя (что занимает секунды) и установить его в машину без программирования его местоположения. Причем само место загрузки питателя подскажет программа MYPLAN, которая выдаст оператору инструкцию по загрузке машины для оптимизации времени и скорости сборки. Эта программа бесплатно поставляется с каждой машиной MYDATA. Остатки компонентов в ленте отслеживаются, а размер питателя (чуть больше авторучки) позволяет хранить его вместе с загруженной лентой сколь угодно долго на складе. При загрузке же его обратно в машину данные о компонентах и их количестве будут немедленно приняты ею в работу.

Важно отметить, что для подачи компонентов и перемещения ленты используется линейный привод. Это значит, что один питатель может реализовывать различный шаг подачи — 2, 4, и 8 мм (причем путем изменений в программе, что также занимает секунды). Важной особенностью является и то, что для AGILIS не требуется проверка положения компонента в ленте. Большинство же производителей автоматов для монтажа компонентов либо делают эту проверку на машине, либо используют отдельные станции, которые опять же не являются бесплатными для заказчика. Эта операция, наряду с загрузкой громоздких питателей и тележек, которые не являются самоходными, отнимает время, которое часто измеряется часами! А если называть вещи своими именами, производители такого оборудования не уверены ни в точной подаче, ни в точном захвате компонента. MYDATA отказалась от такой функции 7 лет назад. С появлением AGILIS, благодаря реализованному принципу линейной подачи, происходит точный захват даже чипов 01005 без предварительной проверки его положения в ленте.

Можно рассказать еще о многих уникальных решениях, примененных в машинах MYDATA, но в рамках этой статьи автор хотел дать лишь общее представление о концепции установщиков и способах ее реализации.

И еще несколько слов. За два с лишним года совместной работы с компанией НПФ «ДИПОЛЬ» нашими заказчиками стали более 20 российских компаний, большинство из которых занято в производстве ответственной электроники или контрактном производстве. Это отражает сегмент MYDATA по всему миру. Наши заказчики не выпускают сотовые телефоны и ЖК-панели, они не выпускают бытовую технику, ресурс которой составляет всего несколько лет. Мы гордимся тем, что электроника марсоходов и стелсов собрана на наших машинах. Среди наших заказчиков Northrop Grumman, Lockheed Martin, Thales Communications, Boeing, General Dynamics, Honeywell, исследовательский центр Philips. 7 из 10 крупнейших контрактных производителей используют наши машины при изготовлении прототипов и мелких серий. Что показательно, нашими заказчиками являются Hitachi и Panasoniс, сами являющиеся производителями установщиков для монтажа компонентов.

Мы ставим своей целью рассказать и дать нашим настоящим и будущим заказчикам объективную информацию, за которую MYDATA несет полную ответственность и гарантирует ее истинность. Нас подталкивает к этому тот факт, что поставщики SMT-оборудования в России больше внимания уделяют техническим решениям отдельных узлов своего оборудования, преподнося это как панацею от тех недостатков, которые были присущи машинам предыдущего поколения. При этом замалчиваются организационные составляющие производства, которые порой сводят на нет ожидания уважаемых заказчиков.