过程控制(Process Control)

honseng · 发表于 2007-10-18 16:43

史帝夫.斯柯华兹和费萨尔.番迪曾说过：随着作为销售市场上具有战略地位的英特网和电子商务的迅猛发展，OEM面临一个日趋激烈的竞争形势，产品开发和到位市场的时机正在戏剧性的缩短，边际利润的压力事实上已有增加。同时合约加工商(CM)发现客户要求在增加：生产必须具有资格并持有执照，产品上的电子元件必需有效用和有可追溯性。这样，文件的存档已成为必不可少的了。
         　
当今，成功的制造商已经消除了其所需的人员与信息之间的时间和距离。管理更加紧密地与运作相连，反过来，运作人员在相互之间和与设备之间更加紧密地相联系。如果存在一个21世纪的成功电子制造商的定义特征，那就是准确控制、评估和改进其工艺过程的能力。
               　
改进的逻辑过程
               　
在计算机和电信市场的制造商的带领下，制造商们正贯彻逻辑步骤，以使得PCB制造过程的连续改进达到一体化。如图一所示，路线十分直接了当。以自我测试开始，在一个行进的过程测试的闭环中达到最高点，过程改进的八个步骤，虽然相互关联，但每一个都重要。

图一、以自检开始，以行进中的评估“闭环”结束，过程的改进步骤的相互关系清晰可见。
               　
1. 定义目标。起点是改进制造过程的最基本的元素，由于其通用的范畴，而往往被忽视或难以决定。必须为整个制造运作而不是其某些部分，制定目标和目的。提出的问题是基本的：希望从产品得到什么？当顾客购买产品时，应该得到什么？
               　
当完全探讨这些问题，则可设立整个制造舞台通用的清楚的目标和目的。然后，运作中的每一个人将明白这些观点怎样影响过程中的他那个特定部分，令人厌恶的组织分支内的目标不一致的问题将消除。决定这些目标的力量是多方面的，但大部分是市场驱动的。所有潜在的因素(例如，内部能力与期望，供应链分枝等)应该在一开始时详尽地讨论。
               　
2. 建立度量标准。关键的度量标准，或测量定义的目标与目的是否满足的量化因素，是建立基准线以及测量过程进度所必须的。有许多测量过程的方法，但选择的度量标准必须提供评估结果的最好方法。
               　
电子产品中，已出现四个主要度量标准：
               　
生产量，或，当机器运行时制造产品数量所决定的设备有效运行。机器运行期间完成的板的数量越大，生产量越大。
利用率，或，机器运行时间所决定的设备本身的运行。连续以每周七天、每天24小时运行的设备是以最大的利用率在运行的。
报废，或浪费的材料，包括装配期间损坏的或放弃无用的元件，由于装配返工或整个装配报废而必须拿掉或修理的已贴装的元件。
品质，或简单地，把正确的东西放在正确的位置，以保证产品性能达到设计规格。

3. 标识运作。一旦度量标准得到满足，影响它的运作必须得到标识。然后，程序可以得到实施，过程可以得到改进，把度量标准应用到定义的目标。这个概念就是标识关键的运作，使其可以测量，并可采取对目标有意义影响的行动。
               　
例如，对生产量来说，关键因素可能是机器编程。程序保证最优化的贴装模式，使得机器以最快的速度运行吗？编程是手工完成的吗？如果是，自动编程工具可以改进性能和生产量吗？其它问题可能包括：是否在适当的时间有正确的维护，有现有的程序来保证吗？元件的拾取、恢复或重试操作会减少实际的机器效率吗？
               　
对利用率来说，什么因素支持(或破坏)不分昼夜的运行？产品数据是否正确和迅速地提供给机器操作员和设备本身，使得不确定以及制造“错误产品”的可能得到避免？
               　
转换开关 – 从一个产品转换到另一个产品 –
可能对利用率有戏剧性的影响。必须尽量减少机器上的转换，为接纳新产品而处理零件和送料器设定的变化。同样，产品在生产线上运行的次序以有形的方式用重要影响，如时间和成本(图二)。为了快速地产品转换，必须强制做到，在转换前把最新的产品规格和清楚的程序建立指导发放出来。
         　
图二、“动态”设定，产品运行的次序可能对设备的利用率有很强的影响。决定优化的次序可以极大地改进过程。
               　
对报废而言，产生浪费的过程和运作必须标识出来。送料器设定正确吗？零件用完后，补充是否快速、准确？有没有提供给操作员这些步骤所要求的数据？
其它问题：已经选择了生产运行的正确程序吗？和车间的元件相符合吗？机器性能本身应该评估：是否所有元件都拿起和贴装，或者，是否丢失率对报废有重大影响？机器性能是否在行进的基础上有文件记录？
品质度量标准回到直接了当的指令：把正确的零件放在正确的位置，以保证产品性能达到设计要求。为了保证，必须告诉操作员正确的程序，即，所有车间内装配、测试和包装的步骤。是否工程与制造之间的通信可保证设计更改直接地反映在制造程序中？最后，传统的品质检查产品是否真的制造正确？
               　
4. 测量过程。一旦影响定义目标最大的运作与程序已经标识，它们可按照已建立的度量标准来测量。过程测量将逻辑上来自于过程本身，一些简单得足以手工评估(即，在纸上)，而其它的将要求通过信息系统来精密复杂地监视。事件包括时间、范围、内容、精度和反应，或者，制造商对过程中或过程本身变化的有效反应的能力。不需要说，成功的制造商中间的运行已清楚地趋向于精密复杂的实时过程控制变成日常事务的一部分的一种承诺。
               　
5. 选择工具。关键因素包括效率、对过程偏移的反应速度和数据收集与分析错误的最小化。提供的某些工具是占优势的：
               　
统计过程控制(SPC, Statictical process control)和交互过程优化(IPO, Interactive process optimizaton)被广泛地用于量化和改进生产量。SPC 提供所有与信息系统通信的设备的实时状态的图表显示。它也用来作图表和提供对自动储存在运行数据库的信息的可视化和实时监测。例如，SPC图表提供访问生产(看工具条)、吸嘴和料盒管理数据、运行状态和现时与历史的操作事件数据。这些工具最精密复杂之处可以结合数据区域来产生用户图表和报告，可相对定义的控制参数对其评估，以提供失控情况的自动报警。

IPO提供从自动转换和CAD数据优化，到就绪的生产程序的所有东西。典型的，IPO使用多级和多产品的优化步骤来转换CAD文件到增加生产设备效率而减少设定时间的“处方”。现在的程序使用图形用户介面(GUI, Graphical User Interfaces)来使得在过程中任何点进行自动优化的简单编辑。通过提供多已经数据库，IPO给用户对用来产生程序的零件信息一个提升的控制；其优化过程提供整条生产线机器的平衡的设定时间，而使料车和工作台的运动最少。这个工具的关键优势是，把多个产品和其元件作为一个整体或“混合”进行优化。其结果是，运行中的所有产品的单一设定，使设定和转换时间最少，而提供有力的控制。主要目标是建立一条降低所有生产制造时间的，生产和机器程序最大化的生产线。
用于测量利用率标准的流行的工具包括，动态设定管理(DSM, Dynamic Setup Management), 元件确认与跟踪(CVT, Component Verification and Tracking)，生产线管理者和主机通信/产品数据管理软件。DSM工具是增加的生产线管理系统，提供对特定生产线的交互管理产品运行的能力。DSM计算递增的一列产品的送料器设定变化，以使所花的生产时间最少；它是基于估计的运行和设定时间的总和。DSM对合约制造商特别重要，高混合、低产量的生产环境使得转换的最少化成为首选。

CVT工具结合硬件和软件系统，使用拴在系统上的条形码扫描器。CVT扫描器让操作员完成单个产品或全部产品混合的设定全过程。这些系统允许双料车单独地设定，允许设定现时产品的一个料车的同时，另一个料车已准备好下一个产品。零件、销售商、批号、数量和操作员数据储存在CVT工具里，作为一个辅助受益，以支持元件的可追溯性。典型的，用于新产品设定的相同CVT屏幕也用于跟踪元件的用尽，因此简化两个操作。                　
生产线管理者提供多元的自动转换。它们可监查转换，当转换完成时停止和释放组板；下载产品和把它指向特定的设备；并且开始新的产品顺序，为生产作必要的调整(如，宽度轴)。生产线管理者通常扫描每个组合板，把其产品和那些运行在生产区的进行比较，若不同则开始转换。转换的自动化大大地改善了利用率。
主机通信工具使用产品概念，来吸收操作员需要用来在生产线上运行产品的所有信息。有了这些工具，主管可以设定那些要下载或上载的数据；这消除了操作员出错的机会和减少快速转换时的不确定性。
送料器管理系统(FMS)和元件管理系统(CMS)是应用于报废度量标准的通用工具。(SPC和CVT也应用于这个度量标准。)
FMS跟踪工厂内送料器资源的位置和生产统计资料。因为送料器有关的错误可能是报废元件的主要原因，FMS把工厂看作送料器可能放置的几个区域。因此，工具通常要求送料器以条形码作标记，作为送料器装载操作的一部分来扫描。从送料器吸取和报废的元件计数自动的和每个送料器联系在一起。然后，工具可用来识别和找到需要维护的送料器。因为送料器是从机器上安装和拆卸的，FMS工具自动地跟踪和分配计数和错误数量给每个送料器。
CMS工具跟踪工厂内的元件库存清单。和FMS一样，它把工厂按区域划分，在这里可以找到元件，并当元件移动时，CMS跟踪它们。高级的CMS工具显示现时的元件信息，定义区域内的零件位置，低存数元件报警，以查明接近所定义的用尽极限的元件料盘数量，和与元件有关的过程度量标准的图表(例如，按零件/销售商/批号的报废)。
或许，在评估标准中最动态的发展是，品质的文件编辑工具的应用。它们可用来描述制造过程和给生产车间派发专门的工作指示，消除了只提供单一的解决方案给包装信息，如装配图纸、程序安排图表和操作指示，所造成的效率低下。文件编制工具迅速把工厂推向无纸张运作，这里，所有要求的信息放在单一的文件内，可独立于其它工具使用。文件编制的运行可在单台计算机上、手工装配站或生产线上，消除了报告乱放或无效的工作指示的混乱。重要的是，通过把制造信息结合在单一的数据包中，文件编制工具提供了一个标准来制造产品和促进车间内ISO9000的认识。最后，在品质计量标准的测量中占主导的其它工具包括，检查工具、生产线管理者和主机通信装置。
如前面所说，品质检查工具可以是手工的或自动的，看其应用而定。在生产线上累加缺陷的能力证明是自动工具最大的实惠，它允许改进的跟踪，提供寻找关键制造问题的指示。大多数制造商采用一系列的工具，跨过主要的度量标准工作，来增强工具投资的回归，同时支持度量标准的关键前提：追寻既定的目标和目的(图三)。
               　
               　
图三、过程控制工具表，可看出利用率横跨几个主要标准。
               　
6.评估标准。随着目标和目的的制定、标准达到一致和得到制定、关键的运作在行进的基础上用选择的工具得到标识和测量，是时候评估这测量了。这对于描述制造性能的历史和把结果与目标相比较是必要的。只有当呈现了过程及其变量的准确图形后，才可以向希望的方向迈进。
               　
7. 改进过程。当手上持有制造过程的准确图形时，那些不支持目标的区域将变得清楚。然后，作出调整，以达到改进度量标准和减少棘手的偏移的目标。
               　
8. 评估改进。现在，基本的目标达到了吗？这一步实际上是第六步的评估过程的听诊，改进和评估变成运作中的一个行进部分。那些掌握这个连续准则的人将具备在当今迅速变幻的市场中成功的极具竞争性的法宝。
               　
结论
实施这八个步骤的最终理由是极其简单的：即，生存。制造商所面对的市场压力将不会随着时间而减少。市场之间的边界正在消失，竞争更加激烈。成功的人能够对客户反应是迅速、高效并带有很强的控制，因为他们的顾客的要求不会变得越少。通过增加产出、利用率最高化、减少报废以及通过履行行进中的过程控制改进来改善品质，原设备制造商(OEM)和合约制造商(CM)将能够降低成本、改善效益、开发和维持生意，以及抓住开朗的客户忠诚。

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