正确选择贴片机降低产品单位贴装成本

制造商要想在快速多变的市场上拥有竞争力，必须具备小型化制造以及灵活处理生产问题的能力，同时还要能够以零缺陷、低机器成本和更高适用性实现较高的产出。 


“单位贴装成本”是普遍认可的SMT制造效率主要指标，简单地说，它可以计算为资本投资与产出之比。然而，PCB生产不是一个简单的过程，只有在等式中同时考虑这种表面成本和其它多项成本因素时，单位贴装成本才有实际意义。下面我们将揭示怎样关注这些对利润率造成负面影响的因素，诸如运作成本和收益损失等，首先我们必须仔细研究贴片机的基本设计概念。 


每项隐藏成本的相关性因制造商不同而有所不同，甚至依应用的改变而发生变化。例如，假设劳动力和耗材的成本相对较高，但产品的价值低，那么在总的生产成本等式中，运行成本所占的比例将高出缺陷成本。另一种假设是劳动力成本相对较低但产品的价值高，在这种情况下，产品收益损失可能是更重要的因素。显然，最全面的贴片机解决方案应是不管在什么假设下，均可大幅减少所有可能的隐藏成本。 


正确的贴片机概念有可能为所有SMT业者带来益处，制造商将找到具有高度预见性的高利润生产方式，而他们的客户将及时得到高质量的产品。 


与机器和生产线相关的成本因素 


投资资本支出仅仅是数项成本中的一个部分，这些成本必须与利润率等式中的收益进行平衡。其它成本因素包括： 
* 财务成本 
* 劳动力成本 
* 缺陷成本 
* 拥有成本 
* 场地成本和日常营运成本 
* 直接材料成本 


在贴片机规格方面，产量仅与单位生产速度有关，而产出(也就是收益)则与数项其它因素有关，这些因素包括： 
* 预期工时数 
* 预计的停工期 
* 未预见的停工期 
* 机器及产品转换时间 
* 送料器补充 
* 元器件短缺 


优化生产速度 


SMT贴片机常见基本单元包括基架、送料装置、线路板传送装置、线路板定位传感器、元器件对中传感器以及贴装头或贴装头组。贴装头的运动由一个XY方向机械手控制，包括旋转和Z方向运动装置，它的任务是从送料器中拾取元器件，在对中装置中测量元器件，然后将其旋转至正确的贴装角度贴装在基板上。机械手、线路板定位传感器以及贴装头构成贴装模块，用于决定元器件相对于PCB的位置。就精度而言，这个贴装模块将决定贴片质量。 


贴装周期由PCB进板、测量至少两个定位点、元器件拾取、元器件对中、元器件贴装和PCB出板构成。其中贴装时间是贴装周期中唯一的生产性部分，所有其它步骤均未给产品增值，如果这些步骤需要按顺序完成，那么它们所耗费的时间会延长整个生产周期。因此，设备制造商试图设计出这样的机器，使得某些步骤可与贴装步骤并行，其结果将最终决定总的生产周期的长短。 

对市面上现有的各种贴片机设计概念进行分析后可以发现： 1．使用步进式输送装置，将所有的线路板在通过机器时同时步进移动，可使线路板进板/出板的时间损耗减至最少。 2．多个贴装模块并行运作，在多块线路板通过工作区时同时工作，并配有激光视像装置，这样可以最大程度改善贴装操作和非生产操作的时间比例。实现产量最大化不是依靠使每个机械手达到其技术极限得到，而是通过增加新的贴装模块数量来实现。 


进一步分析表明，在带有步进式输送装置的并行贴片机中，两次贴装操作之间的非生产性时间最少。这种技术可以使生产周期最短，但是如何处理影响单位贴装成本的其它因素呢？ 


优化投资 


SMT制造商面临的挑战之一是让投资与生产量互相配合，这样可避免资产闲置造成的高成本。对于大多数贴片机来说，产量升级只能以更换机器为代价，而这将意味着较大的投资支出，如果所需的生产能力未能立即利用，单位贴装成本将大幅提高。 


然而，利用模块化并行贴装方式，就能够实现通过增加单个贴装机械手的方式来增加生产能力，因此生产能力可与生产需求密切配合，从而实现最小的固定单位贴装成本。这种方式还可以根据应用和工艺，灵活地增添贴装模块，确保可在未来保护以往的投资。 


新一代并行贴装技术的优点之一，就在于其基架式设计可让用户方便快速增添或拆除小型轻量的机械手，使得单个机械手可在生产线之间调动，甚至在生产场地之间调动，以达到优化整个企业生产能力与需求配合的目的。由于机械手在工厂制造时已经过校准，具有重复度非常高的接口，因此当为产量和应用升级而增添机械手时无需进行重新校准。 


为了使运行成本减至最低，还可以通过在相同占地面积条件下扩充生产能力达到，这种方法可提供产能和应用灵活性，同时不会影响生产线。由于并行贴片机的占地面积都很小，并且是单边操作，因此它不仅可以容许一个操作者同时控制两条生产线降低劳动成本，还可以实现空前的生产密度，节省厂房车间的面积。 


提高设备适用性 


如前所述，并行贴片机的各个机械手都以相对较低的速度工作，机器的平稳运作可使磨损减至最小。这样，每个机械手的平均故障间隔时间(MTBF)将超过5亿次贴装周期。因为维修一般是在线替换或离线修理，所以可将生产线停工维修时间减少至仅仅相当于机械手替换时间，即少于5分钟。不管什么情况下，采用这种策略都可以实现非常简单的预防性维护，通常每周所需停机维修时间不超过一小时。

另外，并行贴片机离线送料器的设置和校准、自动PCB宽度和厚度调整、自动吸嘴更换以及产品转换亦同样迅速，所以对现今高度混合且高产量制造环境来说非常理想。 


还有一点需要记住的是，生产线效率会随串联机器的数量增加而急剧降低，而使用新一代并行贴装技术后，单台机器任一元器件贴装速度都可高达150k cph，从而避免了效率降低情况发生的可能。 


贴装质量也是一项重要的考察内容，有缺陷的贴装操作会造成元器件浪费和维修成本升高，并行贴片机可通过连续的拾取校正、拾取力优化、贴装运动中的连续元器件检查、可编程z方向置放力以及线路板翘曲校正等措施将这些问题减至最少。贴装质量通过用软件连续校正机器实现，可确保高精度和高稳定性，使用这些措施后将能够达到20ppm的缺陷率。 


单位贴装成本数据比较 


对于大多数贴片机来说，停机时间是影响单位贴装成本的主要因素。与模块化贴片机的典型停机时间成本相比，收集式贴装机(collect-and-place machine)的成本近似于它的6倍，而转塔式机器则约为其7倍。因产品复杂性或生产线产量因素而造成停机时间增加将意味着总生产成本增高，此时单位贴装成本也随之升高。 


资金成本是影响单位贴装成本的第二大因素。由于模块化机器可以较小的增幅而不是以机器的增加来扩大产能，因此投资可与生产需求密切配合，从而实现了固定的单位贴装成本。