有效管理制造工程，提高竞争力 [复制链接]

作者:Jay Gorajia，Valor Computerized Systems Far East公司执行副总裁

无论OEM、ODM、EMS或CEM，都在不断追求新的解决方案来改善产品品质、提高生产效率、缩减试产次数和产品上市时间，以提升本身的竞争力及利润，选择正确的制造工程系统（MES，Manufacturing Engineering System），将会对公司长期成长及事业成功有决定性的影响力。一个完全整合的系统不仅可以缩小不同软件供货商的隔阂，更可以使整个制程单一化，从而使产品更快进入量产阶段，并能实时反映市场需求而做动态性的调整。

　　制造工程系统
　　一个具有完整架构的制造工程系统必需支持从设计到量产的整个生产工程流程，并具备：
　　● 一个运用智能型数据库格式的开放型架构；
　　● 一个自动化的、能根据企业环境及制造机制去考量管理及构建整套的工程规范；
　　● 软件工具能支持不同文件格式的汇入，例如BOM/AVL、CPL、CAD、Gerber等；
　　● 一个弹性且自动的软件能产出文件流程，并制作生产工作指导书；
　　● 一个能运用正确的供货商组件数据库作可制造性设计分析（包括DFM、DFT等），进而能提供高精准度的虚拟制程，或实际制程的仿真MPS(Manufacturing Process Simulation)；
　　● 一个能自动产出测试夹具所需之格式及自动设计钢板模具的系统，并且能管理各种组装设备所需的零件资料、形状资料，且同时亦能产出各种表面贴片机器的程序及优化和平衡，更要能支持检测机器（如ICT,AOI 及X-RAY）之格式；
　　● 一个能减少损耗，让企业各部门及工厂间相互整合的系统。可以做到作业流程直线化，消除流程上的瓶颈、人为疏失及重复性的工作。让资料能集中控管并以智能型格式储存，并能在ERP/MRP系统上容易进出，进而让采购营运部门、生产工程部门、产品工程部门容易使用。工厂因此可以经由优良的网络或PDM系统获得资料，同时工程资料及库存资料可以输出至不同的硬件供货商的软件系统，更可以顺畅地传递设计上的知识及资料到企业各部门。

　　理想的制造工程系统所包含的内容
　　理想的制造工程系统必须涵盖企业所需要的许多整合关键点、多元化的流程及功能，比如华莱公司(Valor Computerized Systems Ltd.，www.valor.com)的设计工程系统Trilogy 5000。整合的、多元化的流程及功能包括：与前端的电子设计EDA整合、自动且容易的将EDA/CAD资料作转换、BOM/AVL/AML的管理，产品工程中所需的DFM分析、可焊性分析、SMT线优化工程、组装零件控制管理及生产指导文件的撰写(图一)。

CAD/CAM/CPL的转换
　　一个制造工程系统必须不仅要能自动汇入不同的EDA/CAD 资料，也要能支持低阶的CAM的格式如Gerber, IPC-D-356, Excellon Drill 等。此外，系统要具备母版格式接口去教导系统本身去读进各种不同格式的CPL (Component Placement List)。从而可以将CPL, EDA/CAD Data and Gerber/Excellon整合成一完整单一数据库使其能做电路板的虚拟仿真。
　　如果ODB++已被提供作资料输入格式，则上述整合的动作则可省略。Valor的XML版的ODB++资料格式就是IPC-2581资料交换标准。而且大部分的EDA/CAD 系统能输出这种格式。

　　BOM/AVL/AML的管理
　　大部分的单点软件只能应付固定格式的BOM 表而且还不能修改。有些软件可以接受一两种固定格式的BOM表，但是必须先靠人工编辑、修改BOM之后才能进入任何的生产组装CAM系统。自动输入、整理、管理BOM/AVL/AML 档案是必要的。一个功能强大的母版机制 BOM料单管理系统模块，要能处理从设计中心出来的各种不同组合形态的BOM表。
　　这个BOM的管理系统必须要提供足够的弹性，让使用者可以输入新客户不同的BOM的格式，并可以任意编辑母版或创造新的母版格式。当这客户再送同一个格式的BOM表时,系统可以自动确认并输入这种格式。

　　产品/制造工程
　　产品及制造工程师需要，决定场内组装线的路线，决定流程，并要判定生产流程的瓶颈点，评估会影响组装量产成本及良率的因素。
　　一个完整的DFM分析工具可以协助制造工程师对电路板的虚拟仿真分析MPS，自动鉴别发生问题的种类和位置、流程的瓶颈点以及改善良率的机会。DFM分析内容如下（图2）

● 验证脚位垫片, 防焊层, 锡膏层与组件脚位与焊锡限制的相互关系；
　　● 分析光学点的摆放位置与组件、相邻对象、防焊开口间的相互关系；
　　● 分析测试点密度及测试点到组件的可测性；
　　● 将钢板模具设计做到锡膏量及覆盖率的最佳化，避免墓碑或连锡效应，以提升良率；
　　● 验证并分析脚位接触面积、组件脚位密度、脚位数量、脚位型式等与脚位垫片的问题避免下游制造的问题如时间拖延或返修。
　　工具应该能覆盖不同种类的检查细项来检验设计资料，有效界定制造的问题。并且，工程师在使用时，可以定制分析列表，一旦验证规则输进系统，分析列表会自动执行所有的项目。
　　设计中心在管理工程资料变动(ECO)时必须快速将资料整合。这些资料变动包含从BOM表的调整（如新增料件、删除料件、替换供货商或料号），到CAD资料修改（如组件移动、移除、甚至到整个组件层面的修改）。制造工程系统必须提供有效的编辑工具来反应设计资料的变迁并储存每个改版过的资料。特别是针对BOM表的异动，在有效时限内将新的指示与变动资料送至工厂。
　　Valor的在线实体零件数据库(VPL)提供市面上超过三千万种组件的元件包装模型，提供不同元件包装的比对、容差分析让您对选择元件做出正确的决定。元件参数包括包装外框、包装几何尺寸、包装材质、脚位至垫片的接触位置、以及脚位型式、数量、位置、容差等。将BOM表、设计资料整合并插入VPL 所提供的器件属性，系统一定可以协助制造工程师顺利完成工作。
　　不良的钢板模具设计将是严重的流程瓶颈。一般而言，钢板设计都是外包生产的，而组装制造商主导钢板设计规则。制造工程系统必须提供不规则形状的钢板设计并提供手动编辑及自动编辑的功能。来自BOM表或CAD的组件信息可当作钢板设计规则的来源，例如组件封装名称(QFP、BGA、钽电容、0402等)、脚位密度或使用CAD的封装名称。

　　SMT组装线优化工程及元器件管理
　　完整的针对组装线优化工程及组件管理的工具，必需以规则为基础的方法，配合相关的流程及机器，将料件分配到最佳位置，并根据组件料站的编排及顺序，来提供生产组装线最佳的优化及平衡效果，从而降低产线上的组装时间。
　　此外，还需能针对多种型号的机器所需的零件资料作统一管理，从而有效管理技术参数，如 从CAD到NC 所发生的组件旋转角度值及组件定位保偿等，以达致高良率及最大产出的效果。而根据DPMO这些统计出来的资料可有助做决定，使得工程师能以历史资料来了解机器及流程的最大生产极限。
　　一个真正的制造工程系统必须要维持从BOM表管理、DFM分析、钢板模具设计、到整合工程流程中特别是设计中心的工程资料异动时，所有资料的一致性，确保资料不会遗失及完整性，如此才能减少错误 及重复性工作。要达到精确的产线仿真与产能优化，系统必须要能支持不同供货商的机器，产线仿真可以离线运作而不至于因为要做优化程序而打断既有的生产任务。
　　传统上的作法运用单点解决方案先将NC 程序做出来再设定组装线上所需的料件或料件外型数据库。这是反其道而行之，因为这些组装机器所需的资料是用来决定组装桌面移动速度、旋转放置及头的大小、及视觉判读的资料直接决定料件在机器的位置。若组装线平衡及优化程序不先行考虑这些资料，则可能产生错误的程序，而工程师将花费更多的时间在修改或再产出机器程序上。
　　制造商在生产原型版或第一版时，通常数量不多，制造瓶颈来自于料站的料件安置及经常性的料件更换。生产制造系统应能管理料站更换频率并将其优化，简而言之是运用料件群组化技术，即多种不同产品同时进入系统，自动产出优化程序同时降低料件更换频率。例如，以传统作法生产十种产品，则料站必须更换十次。然而，若运用料件群组化技术，则只需更换料站3到4次。
　　此外制造工程系统还必须能将不同供货商的机器所需的零件外型资料作整合中央管理，输出资料格式给不同的检测设备使用，包含能支持 AOI 、X-RAY、ICT等，减少或消除要重复从CAD或BOM抽取资料的繁琐程序。

　　生产用操作指导书的编辑
　　制造工程系统必须要能运用所有生产流程中统一且同步的资料，自动产出并提供料栈信息、检验指令、详细的组件准备资料等。而这整个流程必须以单一文件格式来展现，进而减少管理不同文件格式或单一纸张文件的浪费。
　　在一个无纸张的工厂环境下，操作员可利用文件浏览器来检查所有的产品及建制设定的资料。这浏览器应有搜寻零件、浏览料件信息、及彩色编印的功能。在一个无纸张的工厂环境下文件的彩色编印页亦享有可打印的功能。
　　制造工程系统的操作指导书制作模块应包含有下列的功能：
　　● 根据标准数据库及精确的组件外型数据库的真实的PCB版及组件描述；
　　● 母版模式导向系统从而能快速产出文件；
　　● 运用流程进行组件分色编印；
　　● 交互式的组件分色编印以标注易犯错区域；
　　● 拥有完整的文字及画图功能；
　　● 细节、局部放大；
　　● 可支持影像、声音动画及其它内含式对象；
　　● 可以与MS Excel、MS Word 或其它文件连结并同步更新；
　　● 能支持中文等本地语言；
　　● 提供在线浏览的功能。

　　制造工程系统是必须的吗？
　　中小型的生产制造商也许认为，只有大型制造商才需要制造工程系统。然而，生产制造商必须考量一个重要因素：也许低端的单点解决方案可以解决企业短期内的问题，但当工厂规模扩大时，低端的单点解决方案也许会造成额外成本的耗费、效率低下的流程，造成中期或长期的浪费性投资。更可怕的是，公司必须投资更多来购买额外解决方案或新的方案以适应长期发展。
　　因此，中小型的生产制造商可先选择购置基本模块，因应日后发展所需，再添置额外功能。比如可选用优质组装线贴片机程序制作模块、操作指导书编辑模块等，让产能及品质能马上显现增加获益，随着企业的扩展，再将制造工程系统全面化。此举可让简单的单一工厂架构在经济、操作及文化角度上顺利过渡为复杂工厂架构。
　　Toshiba OME计算机工厂，在导入制造工程系统之后，从CAD 到 NC 产出降低了70%的产品工程时间；一家韩国大企业的信息电讯事业群在导入系统一年内节省了四百万美金并极力向其它部门推荐；台湾的大型ODM厂家们也因投资这样的系统而获得极大的助益及改善。
　　将现有资产的极大利用并保留过去硬件投资是每一厂家的目标。制造工程系统能将生产设备产能提高，并减少人力资源来直接改善获利能力。成功导入正确的制造工程系统，可以降低重复性流程、减少对多个供货商依赖度，将工程流程单一化，并快速反应工程改动使得产品更早进入量产阶段，从而降低成本并改进品质及增加客户满意度。