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电子制造业的自动化趋势越来越明显

2014-5-16 09:32:53  898
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国际生产设备自动化潮流也正面临着关键时刻:推广并实施在设备和设备之间,以及从设计到制造的整个工业流程中的统一语言——生产制造数据标准交换格式的努力已经展开。一些厂商做出了独特的贡献,而IPC这样的标准组织则在努力推动全球范围内的设备制造商都来响应新的标准。

人们希望,新标准将不仅可以把不同设备供应商的不同机器有机地连成一体,而且有助于生产线自动化和工厂管理系统自动化的整合。在中国大陆,PCB生产和管理自动化的发展是不平衡的,供应链和其它外部环境对自动化时代的降临似乎还没有做好足够的准备。

全自动化PCB生产制造不可企及

PCB制造工厂的自动化主要分为两大不同但又相互影响的领域:生产线以及单个制造设备的自动化和工厂管理系统的自动化。IPC负责技术标准和国际合作的副总裁DavidW.Bergman试图对生产线上制造设备的自动化等级给出一个定量描述。他说:从使用自动化设备或机器的角度来看,自动化可以被分为几种类型:半手工、机器辅助、人工辅助、半自动化和全自动化。整体上,PCB生产制造的自动化还有相当长的一段路要走。我个人的观点是,生产自动化最多的类型会归于人工辅助一类。

Bergman关设备自动化程度的论述来自他对历史和现实的观察,他认为有一些工艺步骤机器可能永远无法取代人工。他说:有一种说法叫做自动化的孤岛,已经在在业内流传了将近20年。是指诸如电镀、钻孔、布线这类自动化很高的生产步骤被其他大量的手工或半手工的生产步骤所包围。个别公司拥有先进的物流传输设备可以辅助物流输送,但多层板的压制和光学检测以后的验证仍然需要可观的人工干预。

一些人士对目前和未来生产线自动化程度的估计没有Bergman那样保守,设备供应商安必昂亚太区业务总监李林炎以异型元件装配这一传统上必须依赖手工的工艺为例,说明更多的手工操作终将被机器取代。他估计,未来在生产线上,手工承担的工作比例会被限制在5%以内。李林炎解释说:异型器件传统上都是依靠人工插装或贴装的,尽管目前自动异型器件插装或贴装的初期投资比较大,但我相信人工操作在这一领域也终将成为历史。其更本原因是制造商对效率和可靠性的不断追求,而与此同时,异型器件的供应商也在使异型器件本身变成更为标准的、适合于生产自动化的产品。

不过按照Bergman的定义,生产线100%的自动化,或真正意义上的全自动化是永远不可能实现的。他说:自动化生产设备有时候非常昂贵,人们必须对它带来的好处、成本以及它对工艺流程的影响等进行仔细权衡。无疑,大规模生产本质上更倾向于采用自动化设备,但PCB终究是一种客户定制的产品,其中涉及大量与此相关的生产步骤。因此我个人的观点是,要达到经济上划算的全自动化几乎是不可能的。

即使人们可以丢掉实现全自动化的幻想,但利益的驱使还会促使设备制造商、系统供应商们不断去探索自动化的极限——无论是在设备级、生产线级还是更高的车间和工厂级。ValorComputerizedSystems市场和产品管理执行副总裁JulianCoates表示:生产自动化的根本驱动力来自于产品上市时间的压力和对成本最小化的追求,而这要求最大程度地减少生产过程中的手工操作。

不过目前推进自动化进一步发展的一个最大障碍可能来自 语言沟通的问题。ValorCoates解释说:自动化的进一步发展要求对电子制造业从产品设计到制造流程中的整个原则进行更新,PCB设计、制造和装配这三个环节需要有更多更有效的交流,以便三个环节的数据可以相互兼容,并在生产线上可以无缝地移植。他指出,从上世纪70年代起到现在,客户提交给制造商的有关数据仍然主要停留在Gerber文件上,而Gerber格式文件其实缺少很多和PCB制造有关的信息。

为此,ValorComputerizedSystems已经提出了自己的解决方案。Coates举例说:PCB设计为例,生产自动化要求在产品设计阶段就为下游生产各个环节的可制造性进行考虑。这样做的挑战就是要发展一种在PCB制造各个阶段都具有互换性的数据格式,目前ODB++就是这种努力的一部分。”Coates还把那种后Gerber时代数据不统一的现状形容为史前状态,他抱怨目前还是有太多不同的数据格式在被使用,并认为这是实现生产自动化的主要障碍。

IPC在制定数据标准的努力中正在发挥主导作用,Bergman介绍道:在生产自动化的努力中,要协调众多的设备和系统供应商是一件艰巨的工作。其中,IPC在制定相关数据标准上的工作已经持续了20多年。根据由NEMI(美国电子制造业联合会)协调的产业联盟的决定,IPC应该把IPC GenCAM格式和ValorODB++格式中最好的部分加以综合。经过相关委员会两年的艰苦工作,结果就产生了IPC- 2581标准。这一标准不久前已经正式发布,我们希望它可以最终完全取代Gerber标准。

不过Bergman承认,如果有关厂商不支持这个新标准或没有很好地贯彻标准,PCB制造业就不可能真正从中受益。他说:目前我们正在推进标准实施,NEMI也在要求其成员公司采纳这个标准,同时我们也在考虑为有关公司提供相关的咨询服务并建立必要的标准认证程序。

生产线自动化和工厂管理系统自动化的融合

JulianCoates回顾了PCB生产自动化的历史,他指出这一历史可以从两个相反的方向去追溯,而这两个方向其实也在慢慢汇聚成一点。 第一个方向是对设备和工艺实现自动编程和控制。他介绍说,到上世纪80年代末,单台设备已经有独立的控制器,可以在生产线上通过手工操作把简化的 CAD数据输入到机器中,这已经是那个时代一流的技术了。在上世纪90年代出现了离线的CAM(计算机辅助制造)系统,通常这种系统由设备供应商自己提供,由此设备编程和生产可以同步进行。在最近5年里,这一趋势有了进一步发展,其特点之一是独立的软件开发商开始提供离线的工艺自动化解决方案,而他们和设备供应商是完全独立的不同公司。正是这样,这些软件开发商提供的方案不再局限于单一的设备上,而是针对生产线上所有的流程。

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