配置生产在新产品导入中的应用

陈斯佩

（上海交通大学，上海 200030）

0 引言

印制电路板装配（Print Circuit Board Assembly，PCBA）是将印制电路板（PCB）通过钢网印刷上锡膏，经过表面贴装技术（Surface Mount Technology，SMT），贴装上少则几十颗，多则几千颗电子元器件，经由回流焊接固定；然后经插接机构元器件，由波峰焊接而完成。以贴装两千颗元器件的印制电路板装配为例，其不同规格的元器件种类有200～300种，关键的生产过程主要包括锡膏印刷、元件贴装、回流焊接、光学视觉检查、手工/自动插件、波峰焊接、ICT电路检测、5DX射线透视检查等八大过程。

配置生产一般是在工程验证测试阶段完成，以此为依据确定零件选型、设计的可制造性。工程验证中的配置生产主要是指从关键零件性能及供应链的角度来考虑，研发人员在工程验证阶段需要验证一些具有相同参数却来自不同供应商的关键器件，以验证关键芯片的性能、异形元器件的设计可制造性（DFM）等。

1 配置生产管理的规划

1.1 时间的规划

安排充足的时间，在正常上班时间至关重要，切勿因生产设备昂贵和设备利用率而忽视了配置生产的复杂度和难度。选择周末或临时挤出的片段时间，是不可取的。一个新产品导入就是一个产品的引进，几乎涉及公司所有流程，会有各种异常，须要跨部门合作解决。

1.2 流程的规划

配置生产往往给人印象是试验性质，并不一定最终采用，故而在生产中跳过公司现有正常生产流程，这个认识不足取。那些常规生产过程中建立起来的物料系统和质量追踪系统对短时间内生产多型号产品更为重要，因为新产品生产会遇到更多异常。以一般电路板生产企业的经验来讲，过程失效模式和影响分析（Process Failure and Effect Analysis，PFMEA）和控制计划必不可少。具体做法就是先按照产品说明及功能，推演出产品组装顺序，制作装配工艺流程图；以此为依据识别出PFMEA的过程功能，结合以往经验和该次生产的产品的特殊性，分析出潜在失效模式，在风险指数评估中识别出现行控制方法和探测方法，针对风险高的过程，提出建议措施实施；最后是制作控制计划，将新产品生产中，所需要测量或验证的参数记录下来，确保在有信心的情况下开始新产品的生产。

1.3 配置管理的组合选取

如果一个印制电路板装配的生产中有4个元器件需要各自验证3家供应商为例，这个生产按照排列组合生产非常复杂，而且耗费物料和成本，不现实，因此实践中，利用正交表安排实验可以选取出最经济有效的方案，得到组合数最小、验证结果相对准确的组合安排。例如，按照正交实验设计的要求，可以将4个元器件视为4个因素，3家供应商视为3个水平，进行4因素3水平的正交试验设计，如表1所示。

利用Minitab的“田口设计”模块，选择“L9 3**4”，生成L9（34）的正交表如表2所示。为了直观，我们把每颗料的供应商以1，2，3代替。

从表2可知，各因素的水平变化很有规律，而且使得各因素出现的次数相同，那么就突出了主要因素的影响力，具有均衡分散、整齐可比的特点，代表性高，减少了实验次数［2］。关于方差分析的结果，在此不作分析，可以参考Minitab的操作指南执行。灵活使用Minitab软件中的田口设计和方差分析，可以快速实现正交实验设计，直观、快速、准确地进行统计分析，提高效率［3］。

表1 因素水平设计

表2 正交实验表组合

2 配置生产的物料管理

2.1 物料清单的管理

针对每种组合一定要制定单独的物料清单（Bill of Material，BOM），尽管只有少数几种料的差别，也是非常有必要。因为印制电路板装配的生产是跨部门协作的结果，信息沟通需要信息准确而且具有确定性。制作一张生产组合矩阵图，张贴在现场，来说明这些组合之间的差异非常有必要。实际的生产经验表明，管理大量相似物料比起管理各自差异大的物料更困难。通过这张矩阵图，按照物料使用顺序排列，既可以合理安排生产减少换线浪费，又可以使团队在现场生产中有指导规则可循。

2.2 物料实物的管理

在印制电路板配置生产中，可替代的试验物料一般尺寸上完全一致。芯片类有极性要求，因为数量少，不同供应商会有不同的包装方式，如卷装或托盘装，这些都给生产现场的物料管理和贴装程序制作带来相当大的挑战。

实践经验表明，所有新产品试产的物料，都应该设置进料检验，使得各种异于常规的物料如本体、包装及标识等能够提早发现，经过团队统一决定，及时给出生产中的对应措施。生产中的物料管理也需要严格按照正常生产流程进行以确保可追踪性。

2.3 物料可追踪性的管理

如上举例，两千颗元器件的印制电路板装配，其不同规格的元器件种类有200～300种。按照正常生产的模式进行物料的标识非常重要，这样做既能确保使用正确物料，又能确保完整的追踪性。应该尽量购买整盘整卷，如果物料货值比较大，也应考虑使用完整包装，可以要求供应商把未用的地方空着，以确保获得整盘物料，已经其原始包装及信息标识。所有具有标识作用的标签，应该具有可扫描的条码，以方便使用系统管控，避免人为误读误写。严格按照企业已经在使用的物料管理系统如SFMM（Shop Floor Material Management）系统进行。根据经验，人为读写和手工记录是PCBA生产中导致错料的重大因素。

3 配置生产的过程管理

配置生产中制造工程部门及生产部门担当了实际生产的规划工作和操作执行，重要程度不言而喻，他们就像球场的球员，是工程验证过程中的执行部门，而有了好的球员，还需要好的裁判，所以这里重点谈一下计划和质量两个生产辅助部门的角色。

3.1 计划管理

计划部门在新产品配置生产中，除了预订充足的生产时间外，还应该起到生产节奏控制的角色。召集会议，商议决定不同组合的生产顺序。一旦确定，则起到监督管理的职能，且决定每个配置生产何时完毕，什么情况下算完毕，以及是否可以继续下一个生产组合等。

3.2 质量管理

电路板装配的生产，质量管理活动要多于一般组装生产，依据PFMEA分析结果，制定出产品生产时的质量控制计划，并监督实施。原因在于：（1）容易错料，生产物料种类多，物料形体尺寸相似，部分物料有极性要求，多数元件对有效期，防静电和温湿度敏感管控非常严格。（2）焊接完成后的焊接效果确认，多数客户要求电路板装配的产品需要满足IPC-610的要求，对焊接面积、焊锡爬升角度、零件高度、引脚长度等有详细且具体的要求，须要专业受训人员判断。

4 配置生产的首片确认管理

4.1 产品正确性的首片确认

两千颗物料贴装到PCBA上，虽然都是机器根据程序贴装，但是贴装程序的正确性需要验证，主要是确认贴装出的首片是否符合设计图纸上的要求。行业通常把具有黏性的胶纸贴在PCB上，依据制作好的程序将零件贴装到胶纸板上，然后根据物料清单和PCBA的设计图逐一进行确认：正确的位置装配了正确的物料，测量物料的值，确认物料的极性等。经验显示，首件胶纸板确认的资料来源，应该参照研发部门或客户提供的图纸，而不应该来自制作贴装程序的部门，这样起到交叉验证的作用。

4.2 过程有效性的首片确认

所有过程站位，每生产出第一片之后，应该考虑停止下来等待效果确认，合格后再开始。例如PCBA在贴装生产完成后，即进入回流焊接的过程，该过程虽然长，也非常有必要等待首片的焊接效果确认后再开始。原因在于新产品生产目的就是在验证过程参数，配置生产有很多种组合，而每种组合的生产成品数量有限，所购买物料也有限，同时可以避免批量报废导致物料短缺和资源浪费。

4.3 配置生产的可追踪管理

配置生产有很多种组合，生产出来的产品就会有很多种状态，如果有不良品，产品状态会更多，而电路板因为防静电及环保的要求，产品本体不适合过多标识，统计状态是一件非常繁杂的工作，远远超出了手工管理的能力范畴。一般电路板企业都有自己的产品追踪系统，例如使用制造执行管理系统（Manufacturing Execution System，MES）进行管控和追踪。每个组合建立不同的名称，目的就在于使得各种组合在系统中相互区分成为独立的产品，这样才能使每个具有识别身份的PCBA能够在系统中以不同产品（组合）进行标识，便于追踪。

5 结语

本文是根据实际配置生产中的活动，总结了配置生产规划、物料管理及生产过程管理的成功经验。以电路板装配的生产活动举例，特别提出了产品正确性和过程有效性的首片确认原则，对其他多物料的产品试样生产也具有现实的指导意义。成功的配置生产，可以甄选出优选及备选元器件，而且会给后续设计验证和生产验证提供有效帮助且可以加快新产品试产、量产进程。