陳斯佩

（上海交通大學(xué)，上海 200030）

0 引言

印制電路板裝配（Print Circuit Board Assembly，PCBA）是將印制電路板（PCB）通過鋼網(wǎng)印刷上錫膏，經(jīng)過表面貼裝技術(shù)（Surface Mount Technology，SMT），貼裝上少則幾十顆，多則幾千顆電子元器件，經(jīng)由回流焊接固定；然后經(jīng)插接機(jī)構(gòu)元器件，由波峰焊接而完成。以貼裝兩千顆元器件的印制電路板裝配為例，其不同規(guī)格的元器件種類有200～300種，關(guān)鍵的生產(chǎn)過程主要包括錫膏印刷、元件貼裝、回流焊接、光學(xué)視覺檢查、手工/自動(dòng)插件、波峰焊接、ICT電路檢測、5DX射線透視檢查等八大過程。

配置生產(chǎn)一般是在工程驗(yàn)證測試階段完成，以此為依據(jù)確定零件選型、設(shè)計(jì)的可制造性。工程驗(yàn)證中的配置生產(chǎn)主要是指從關(guān)鍵零件性能及供應(yīng)鏈的角度來考慮，研發(fā)人員在工程驗(yàn)證階段需要驗(yàn)證一些具有相同參數(shù)卻來自不同供應(yīng)商的關(guān)鍵器件，以驗(yàn)證關(guān)鍵芯片的性能、異形元器件的設(shè)計(jì)可制造性（DFM）等。

1 配置生產(chǎn)管理的規(guī)劃

1.1 時(shí)間的規(guī)劃

安排充足的時(shí)間，在正常上班時(shí)間至關(guān)重要，切勿因生產(chǎn)設(shè)備昂貴和設(shè)備利用率而忽視了配置生產(chǎn)的復(fù)雜度和難度。選擇周末或臨時(shí)擠出的片段時(shí)間，是不可取的。一個(gè)新產(chǎn)品導(dǎo)入就是一個(gè)產(chǎn)品的引進(jìn)，幾乎涉及公司所有流程，會(huì)有各種異常，須要跨部門合作解決。

1.2 流程的規(guī)劃

配置生產(chǎn)往往給人印象是試驗(yàn)性質(zhì)，并不一定最終采用，故而在生產(chǎn)中跳過公司現(xiàn)有正常生產(chǎn)流程，這個(gè)認(rèn)識(shí)不足取。那些常規(guī)生產(chǎn)過程中建立起來的物料系統(tǒng)和質(zhì)量追蹤系統(tǒng)對(duì)短時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)多型號(hào)產(chǎn)品更為重要，因?yàn)樾庐a(chǎn)品生產(chǎn)會(huì)遇到更多異常。以一般電路板生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)來講，過程失效模式和影響分析（Process Failure and Effect Analysis，PFMEA）和控制計(jì)劃必不可少。具體做法就是先按照產(chǎn)品說明及功能，推演出產(chǎn)品組裝順序，制作裝配工藝流程圖；以此為依據(jù)識(shí)別出PFMEA的過程功能，結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)和該次生產(chǎn)的產(chǎn)品的特殊性，分析出潛在失效模式，在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)估中識(shí)別出現(xiàn)行控制方法和探測方法，針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)高的過程，提出建議措施實(shí)施；最后是制作控制計(jì)劃，將新產(chǎn)品生產(chǎn)中，所需要測量或驗(yàn)證的參數(shù)記錄下來，確保在有信心的情況下開始新產(chǎn)品的生產(chǎn)。

1.3 配置管理的組合選取

如果一個(gè)印制電路板裝配的生產(chǎn)中有4個(gè)元器件需要各自驗(yàn)證3家供應(yīng)商為例，這個(gè)生產(chǎn)按照排列組合生產(chǎn)非常復(fù)雜，而且耗費(fèi)物料和成本，不現(xiàn)實(shí)，因此實(shí)踐中，利用正交表安排實(shí)驗(yàn)可以選取出最經(jīng)濟(jì)有效的方案，得到組合數(shù)最小、驗(yàn)證結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確的組合安排。例如，按照正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求，可以將4個(gè)元器件視為4個(gè)因素，3家供應(yīng)商視為3個(gè)水平，進(jìn)行4因素3水平的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，如表1所示。

利用Minitab的“田口設(shè)計(jì)”模塊，選擇“L9 3**4”，生成L9（34）的正交表如表2所示。為了直觀，我們把每顆料的供應(yīng)商以1，2，3代替。

從表2可知，各因素的水平變化很有規(guī)律，而且使得各因素出現(xiàn)的次數(shù)相同，那么就突出了主要因素的影響力，具有均衡分散、整齊可比的特點(diǎn)，代表性高，減少了實(shí)驗(yàn)次數(shù)［2］。關(guān)于方差分析的結(jié)果，在此不作分析，可以參考Minitab的操作指南執(zhí)行。靈活使用Minitab軟件中的田口設(shè)計(jì)和方差分析，可以快速實(shí)現(xiàn)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，直觀、快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提高效率［3］。

表1 因素水平設(shè)計(jì)

表2 正交實(shí)驗(yàn)表組合

2 配置生產(chǎn)的物料管理

2.1 物料清單的管理

針對(duì)每種組合一定要制定單獨(dú)的物料清單（Bill of Material，BOM），盡管只有少數(shù)幾種料的差別，也是非常有必要。因?yàn)橛≈齐娐钒逖b配的生產(chǎn)是跨部門協(xié)作的結(jié)果，信息溝通需要信息準(zhǔn)確而且具有確定性。制作一張生產(chǎn)組合矩陣圖，張貼在現(xiàn)場，來說明這些組合之間的差異非常有必要。實(shí)際的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，管理大量相似物料比起管理各自差異大的物料更困難。通過這張矩陣圖，按照物料使用順序排列，既可以合理安排生產(chǎn)減少換線浪費(fèi)，又可以使團(tuán)隊(duì)在現(xiàn)場生產(chǎn)中有指導(dǎo)規(guī)則可循。

2.2 物料實(shí)物的管理

在印制電路板配置生產(chǎn)中，可替代的試驗(yàn)物料一般尺寸上完全一致。芯片類有極性要求，因?yàn)閿?shù)量少，不同供應(yīng)商會(huì)有不同的包裝方式，如卷裝或托盤裝，這些都給生產(chǎn)現(xiàn)場的物料管理和貼裝程序制作帶來相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，所有新產(chǎn)品試產(chǎn)的物料，都應(yīng)該設(shè)置進(jìn)料檢驗(yàn)，使得各種異于常規(guī)的物料如本體、包裝及標(biāo)識(shí)等能夠提早發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過團(tuán)隊(duì)統(tǒng)一決定，及時(shí)給出生產(chǎn)中的對(duì)應(yīng)措施。生產(chǎn)中的物料管理也需要嚴(yán)格按照正常生產(chǎn)流程進(jìn)行以確?？勺粉櫺浴?/p>

2.3 物料可追蹤性的管理

如上舉例，兩千顆元器件的印制電路板裝配，其不同規(guī)格的元器件種類有200～300種。按照正常生產(chǎn)的模式進(jìn)行物料的標(biāo)識(shí)非常重要，這樣做既能確保使用正確物料，又能確保完整的追蹤性。應(yīng)該盡量購買整盤整卷，如果物料貨值比較大，也應(yīng)考慮使用完整包裝，可以要求供應(yīng)商把未用的地方空著，以確保獲得整盤物料，已經(jīng)其原始包裝及信息標(biāo)識(shí)。所有具有標(biāo)識(shí)作用的標(biāo)簽，應(yīng)該具有可掃描的條碼，以方便使用系統(tǒng)管控，避免人為誤讀誤寫。嚴(yán)格按照企業(yè)已經(jīng)在使用的物料管理系統(tǒng)如SFMM（Shop Floor Material Management）系統(tǒng)進(jìn)行。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，人為讀寫和手工記錄是PCBA生產(chǎn)中導(dǎo)致錯(cuò)料的重大因素。

3 配置生產(chǎn)的過程管理

配置生產(chǎn)中制造工程部門及生產(chǎn)部門擔(dān)當(dāng)了實(shí)際生產(chǎn)的規(guī)劃工作和操作執(zhí)行，重要程度不言而喻，他們就像球場的球員，是工程驗(yàn)證過程中的執(zhí)行部門，而有了好的球員，還需要好的裁判，所以這里重點(diǎn)談一下計(jì)劃和質(zhì)量兩個(gè)生產(chǎn)輔助部門的角色。

3.1 計(jì)劃管理

計(jì)劃部門在新產(chǎn)品配置生產(chǎn)中，除了預(yù)訂充足的生產(chǎn)時(shí)間外，還應(yīng)該起到生產(chǎn)節(jié)奏控制的角色。召集會(huì)議，商議決定不同組合的生產(chǎn)順序。一旦確定，則起到監(jiān)督管理的職能，且決定每個(gè)配置生產(chǎn)何時(shí)完畢，什么情況下算完畢，以及是否可以繼續(xù)下一個(gè)生產(chǎn)組合等。

3.2 質(zhì)量管理

電路板裝配的生產(chǎn)，質(zhì)量管理活動(dòng)要多于一般組裝生產(chǎn)，依據(jù)PFMEA分析結(jié)果，制定出產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)的質(zhì)量控制計(jì)劃，并監(jiān)督實(shí)施。原因在于：（1）容易錯(cuò)料，生產(chǎn)物料種類多，物料形體尺寸相似，部分物料有極性要求，多數(shù)元件對(duì)有效期，防靜電和溫濕度敏感管控非常嚴(yán)格。（2）焊接完成后的焊接效果確認(rèn)，多數(shù)客戶要求電路板裝配的產(chǎn)品需要滿足IPC-610的要求，對(duì)焊接面積、焊錫爬升角度、零件高度、引腳長度等有詳細(xì)且具體的要求，須要專業(yè)受訓(xùn)人員判斷。

4 配置生產(chǎn)的首片確認(rèn)管理

4.1 產(chǎn)品正確性的首片確認(rèn)

兩千顆物料貼裝到PCBA上，雖然都是機(jī)器根據(jù)程序貼裝，但是貼裝程序的正確性需要驗(yàn)證，主要是確認(rèn)貼裝出的首片是否符合設(shè)計(jì)圖紙上的要求。行業(yè)通常把具有黏性的膠紙貼在PCB上，依據(jù)制作好的程序?qū)⒘慵N裝到膠紙板上，然后根據(jù)物料清單和PCBA的設(shè)計(jì)圖逐一進(jìn)行確認(rèn)：正確的位置裝配了正確的物料，測量物料的值，確認(rèn)物料的極性等。經(jīng)驗(yàn)顯示，首件膠紙板確認(rèn)的資料來源，應(yīng)該參照研發(fā)部門或客戶提供的圖紙，而不應(yīng)該來自制作貼裝程序的部門，這樣起到交叉驗(yàn)證的作用。

4.2 過程有效性的首片確認(rèn)

所有過程站位，每生產(chǎn)出第一片之后，應(yīng)該考慮停止下來等待效果確認(rèn)，合格后再開始。例如PCBA在貼裝生產(chǎn)完成后，即進(jìn)入回流焊接的過程，該過程雖然長，也非常有必要等待首片的焊接效果確認(rèn)后再開始。原因在于新產(chǎn)品生產(chǎn)目的就是在驗(yàn)證過程參數(shù)，配置生產(chǎn)有很多種組合，而每種組合的生產(chǎn)成品數(shù)量有限，所購買物料也有限，同時(shí)可以避免批量報(bào)廢導(dǎo)致物料短缺和資源浪費(fèi)。

4.3 配置生產(chǎn)的可追蹤管理

配置生產(chǎn)有很多種組合，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品就會(huì)有很多種狀態(tài)，如果有不良品，產(chǎn)品狀態(tài)會(huì)更多，而電路板因?yàn)榉漓o電及環(huán)保的要求，產(chǎn)品本體不適合過多標(biāo)識(shí)，統(tǒng)計(jì)狀態(tài)是一件非常繁雜的工作，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了手工管理的能力范疇。一般電路板企業(yè)都有自己的產(chǎn)品追蹤系統(tǒng)，例如使用制造執(zhí)行管理系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）進(jìn)行管控和追蹤。每個(gè)組合建立不同的名稱，目的就在于使得各種組合在系統(tǒng)中相互區(qū)分成為獨(dú)立的產(chǎn)品，這樣才能使每個(gè)具有識(shí)別身份的PCBA能夠在系統(tǒng)中以不同產(chǎn)品（組合）進(jìn)行標(biāo)識(shí)，便于追蹤。

5 結(jié)語

本文是根據(jù)實(shí)際配置生產(chǎn)中的活動(dòng)，總結(jié)了配置生產(chǎn)規(guī)劃、物料管理及生產(chǎn)過程管理的成功經(jīng)驗(yàn)。以電路板裝配的生產(chǎn)活動(dòng)舉例，特別提出了產(chǎn)品正確性和過程有效性的首片確認(rèn)原則，對(duì)其他多物料的產(chǎn)品試樣生產(chǎn)也具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。成功的配置生產(chǎn)，可以甄選出優(yōu)選及備選元器件，而且會(huì)給后續(xù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證和生產(chǎn)驗(yàn)證提供有效幫助且可以加快新產(chǎn)品試產(chǎn)、量產(chǎn)進(jìn)程。