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应用TRIZ优化数码相框粘贴工艺提高效率项目之研究

作　者: 李世伟
导　师: 王丽华
学　校: 吉林大学
专　业: 工业工程
关键词: 粘贴工艺工作分解结构优化进度控制
分类号: TN05
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着电子技术的快速发展,信息电子技术产业攀上了时代高科技产业的先锋,电子组装技术则是信息电子技术产业发展的核心组成部分,而电子组装技术的最重要的环节是电路板的表面粘贴技术(Surface Mounted Technology,SMT)。SMT是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺,我公司也不例外,跟随时代的步伐迈进了电子时代,贴装工艺是直接在印刷有锡膏的电路板表面上粘贴元件(Surface Mount Devices,SMD),然后经过回流焊(Re-flow)加热到一定温度,再冷却的方式来固化电子零件在印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)上,它的特点是可靠性高,抗振能力强,焊点缺陷率低,高频特性好,还可以减少电磁和射频干扰等特点。一般采用表面粘贴技术后,电子产品体积缩小40%至60%,重量减轻60%至80%。电路板的表面粘贴技术的进步使得电子产品开始向小型化、高速、多功能等方向发展,这种发展趋势无疑对原来的代工企业带来前所未有的挑战,电子组装技术在进步,而现在企业拥有的SMT设备却仍停留在原来的技术水平上,这种自动化的粘贴技术已经赶不上现代产品的特点需求,这就需要寻找一种新的方法来弥补原来设备上的不足,才能使企业有利润并生存下去。信息电子技术产业是我们国家最有发展前途的产业之一,国家在政策和融资方面都给予信息电子技术产业多方面的支持,印刷电路板与表面粘贴技术密切相关,因为必须有印刷电路板为载体,表面粘贴技术才能得到充分的发挥,印刷电路板以轻薄、短小、精密、快速生产为导向,它不仅应用在工业设备机器上,而且日常生活中许多电子产品都需要用到印刷电路板。比如时下最流行的电子消费品,7寸液晶屏数码相框就用到印刷电路板,裸基板(未粘贴过电子元件的PCB称为裸基板)上印刷有锡膏,然后在表面粘贴上各种电子元件,通过回流焊接固定下来,按设计者的要求将电子元件串联或并联起来实现其既定的功能,从而使电路板功能更强大更适合市场的需求,因此电路板在电子产品上应用非常广泛。在电路板上片式元件应用非常多,其封装尺寸从最初的1.27mm引脚中心距发展到今天的0.4mm至0.5mm的引脚中心距,最近又出现BGA、CSP和裸芯片(裸芯片是指半导体元件制造完成,封装之前的产品形式,通常是大圆片形式或单颗芯片的形式存在,封装后成为半导体元件、集成电路、或更复杂电路的组成部分),从目前电子的发展趋势看,BGA、CSP和裸芯片将发展成为市场的主流。为了减小电子零件的体积和减轻电子零件的重量,电子零件已开始向轻小型化方向发展,电路(IC)的集成,半导体的多元化应用等已经提上日程,而传统的THT穿孔技术已赶不上科技的进步,取而代之的是较先进的表面粘贴技术,这门技术的应用彻底改变了我们的生活。在表面粘贴技术组装工艺的过程中,粘贴工序是关键的一道工序,表面粘贴技术中贴机即SMT设备也是最昂贵的设备之一,粘贴零件的效率直接决定着流水线的效率乃至整个组装系统的效率,通常一条表面粘贴技术流水线需要不同数量的设备配合组成,一般都包含如下设备:高速粘贴机、中速贴机片、泛用机、回流焊(非粘贴设备)、波峰焊(非粘贴设备)等组成,高速机主要负责片式电容、电阻元件的粘贴;中速机和泛用机主要负责大芯片的粘贴,每一台粘贴机各负其责。生产线上每台SMT粘贴设备的周期时间CT(Cycle Time,CT)安排几乎相等时,生产线的平衡率和效率才是最佳状态。其中影响效率提升有两个因素:(1)平衡率问题,平衡率与生产元件每台SMT设备零件分配是否均衡有很大关系,即每台粘贴机的粘贴元件的时间是否非常接近有关系,越接近则平衡率越高。(2)效率问题,效率与单台SMT贴机粘贴速度、粘贴效率和设备稼动率有关,如何提高粘贴效率和稼动率是该项目需要探讨的问题。为了迎合市场对电子产品高质量、高标准、低成本的要求,企业采用批量自动化粘贴模式进行生产,企业选用SMT自动化设备完成自动化零件的粘贴的生产模式不但能保证品质而且保证生产效率在较高的水平。因此,SMT在现代制造企业中应用扮演重要的角色,然而生产高质量的电子产品却需要配备高精密的SMT设备,一般国产的设备达不到此精度要求,我国内主要靠进口方式来解决,引进先进的设备也会同时带来先进的成组技术,相当于以来国外的先进技术来完成生产,设备延展性受到很大的限制。2011年度,本公司接到客户的新款产品M02(M02为产品型号,7寸液晶显示屏数码相框)数码相框粘贴及组装订单,M02数码相框的电路板尺寸远超出公司现在拥有的松下(Panasonic)SMT设备的粘贴范围,要想顺利拿到订单必须克服现有设备的粘贴限制,需解决SMT设备上的技术矛盾和物理矛盾。现有的SMT设备粘贴M02产品效率只有80%左右,按照这样的效率来批量生产,公司几乎无利润可言, M02产品在投入市场前就已近宣布出局,这无疑是先天的设计不足,必须靠后天的改良才能得到发挥。公司高层十分重视M02新产品的效率问题,还成立了专门的项目团队进行改善攻关。根据现有的SMT设备能力分析,松下SMT设备无法完成大批量、高效率的生产,因为SMT粘贴机的数码感应器(Sensor)识别电路板的极限远小于M02数码相框双拼电路板的实际长度,也就是说有部分电路板粘贴机无法粘贴到位。公司现在使用的设备是70年代的最先进SMT粘贴机,但随着技术的进步这款设备已经落后了,旧的SMT设备粘贴能力及范围限制了产品多样化,新颖性的设计理念的诞生,在这种束缚下迫切需要创新优化的思想打破僵局,让原来号称高科技的自动化设备死灰复燃,探讨表面粘贴技术的优化有可能提高效率,对现实有重要的意义。文章以本公司新产品M02数码相框电路板粘贴零件遇到的效率问题为研究对象,在保证表面粘贴零件的品质前提下,探讨新的方法来改善效率达到提高生产效率的目的。在本研究中运用了萃智(TRIZ)发明创新方法进行思考,并大胆进行改善构想,运用创新思维对以上两个方面进行分析公司SMT粘贴机在表面粘贴技术方面的局限并尝试采取改善措施。项目在实施的过程中,经历多次的失败教训和总结,终于取得突破性进展,找到SMT设备硬件与编程软件的匹配点,从根本上解决了公司粘贴机在M02数码相框电路板上的粘贴零件存在的物理与技术矛盾,生产效率和每日产能得到大幅度的提升,这给公司创造了巨大的经济效益。实践验证了纯松下和混合生产线上萃智(TRIZ)的分割粘贴法优化是成功的,扩宽了公司SMT粘贴机的粘贴极限,为后续其它项目的改善提供一个参考方法。

全文目录

摘要  4-8
Abstract  8-14
第1章 M02 数码相框粘贴工艺现状  14-24
  1.1 M02 数码相框背景及问题介绍  14-19
  1.2 M02 数码相框粘贴工艺改善的工作分解结构WBS  19-24
第2章 M02 数码相框的粘贴效率问题分析  24-38
  2.1 表面粘贴技术现状概述  24-26
  2.2 表面粘贴技术及工艺流程分析  26-30
  2.3 M02 数码相框粘贴效率改善分析  30-38
第3章 M02 数码相框粘贴效率改善进度控制及改善实施  38-61
  3.1 TRIZ（萃智）的发展背景  38-39
  3.2 TRIZ（萃智）方法解决问题的理论  39-48
  3.3 TRIZ（萃智）应用案例分析  48-50
  3.4 M02 数码相框效率改善进度控制及TRIZ 改善实施  50-61
第4章 M02 数码相框粘贴改善方案推广应用  61-64
  4.1 M02 数码相框粘贴改善方案推广应用  61-62
  4.2 M02 数码相框贴效率改善项目评价  62-64
结论  64-65
展望  65-67
参考文献  67-69
致谢  69

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