（西安北方光電科技防務(wù)有限公司，陜西 西安，710043）

電裝數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)建設(shè)方案研究與探討

張 瑋 陳 曉 程 霄 史靜云 柯凱黎 庾同文 景一萌

（西安北方光電科技防務(wù)有限公司，陜西 西安，710043）

針數(shù)字化設(shè)計(jì)制造是新形勢(shì)下產(chǎn)品智能化生產(chǎn)的必經(jīng)之路。電裝數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)涉及產(chǎn)品電裝設(shè)計(jì)、加工/裝配工藝、生產(chǎn)管理、檔案管理等多個(gè)業(yè)務(wù)部門，是一個(gè)聯(lián)動(dòng)的、系統(tǒng)性的工程項(xiàng)目，是產(chǎn)品數(shù)字化生產(chǎn)建設(shè)中重要的一環(huán)。該系統(tǒng)的建設(shè)能夠提高設(shè)計(jì)、工藝、檔案、生產(chǎn)等部門的整體快速連調(diào)、聯(lián)動(dòng)能力，更好的運(yùn)用DFMEA和PFMEA(設(shè)計(jì)、制造階段過程失效模式及后果分析)工具，提高產(chǎn)品電裝的可靠性與可制造性，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，跟上客戶的需求，適應(yīng)電子產(chǎn)品日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

電裝數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)；表面貼裝焊接技術(shù)；可靠性

表貼焊生產(chǎn)線的應(yīng)用，使得電子產(chǎn)品的電路板組裝工藝技術(shù)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步，同時(shí)也促使電裝的設(shè)計(jì)與制造向著數(shù)字化方向發(fā)展。電裝數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造是一個(gè)系統(tǒng)工程技術(shù)，涉及到了多個(gè)領(lǐng)域多個(gè)學(xué)科。比如，電子元件和集成電路的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、電子產(chǎn)品的電路設(shè)計(jì)技術(shù)、電路板制造技術(shù)、自動(dòng)貼裝設(shè)備的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、電路裝配制造工藝技術(shù)、裝配制造中使用的輔助材料的工藝技術(shù)、電子元器件和IC器件的存儲(chǔ)管理技術(shù)等。電裝生產(chǎn)，尤其是表面貼裝焊接要想取得較為理想的效果，需要從設(shè)計(jì)、工藝、裝配、檢測(cè)、生產(chǎn)管理、技術(shù)資料管理等多個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)和提高，這就必然要涉及到電裝數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)的建設(shè)。本文從電裝設(shè)計(jì)與制造的現(xiàn)狀說起，對(duì)電裝數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)建設(shè)方案進(jìn)行研究與探討。

1 電裝設(shè)計(jì)與制造現(xiàn)狀

正常狀態(tài)下一個(gè)電裝項(xiàng)目的生產(chǎn)周期包括生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)階段、檢驗(yàn)檢測(cè)。

傳統(tǒng)的電裝設(shè)計(jì)與制造，采用的是各單位單獨(dú)作戰(zhàn)的模式，基本沒有系統(tǒng)性可言，各單位考慮問題時(shí)大都站在自己職責(zé)的角度去考慮、分析，具有一定的局限性。單位之間某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，往往耽擱時(shí)間太長(zhǎng)，信息反饋的及時(shí)性不夠?？偟膩碚f，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造模式存在以下問題：

1）電路設(shè)計(jì)水平和品質(zhì)不高，考慮的問題不全面，存在很多可制造性和可靠性的問題。

2）技術(shù)人員對(duì)生產(chǎn)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)則不能很好的把握和學(xué)習(xí)。沒有機(jī)會(huì)和時(shí)間去系統(tǒng)而全面的學(xué)習(xí)。

圖1 數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)架構(gòu)

3）缺少數(shù)字化管理信息平臺(tái)的協(xié)調(diào)和監(jiān)督，且數(shù)據(jù)源不統(tǒng)一。

4）設(shè)計(jì)、工藝、制造、檢驗(yàn)等部門無法做到快速反應(yīng)和及時(shí)交流。

5）之前出現(xiàn)過的問題，沒有得到很好的統(tǒng)計(jì)與分析，導(dǎo)致同一問題反復(fù)出現(xiàn)。

6）沒有一個(gè)有效的手段解決人才的培養(yǎng)問題，缺乏有豐富經(jīng)驗(yàn)的老師指導(dǎo)和培養(yǎng)。

2 電裝數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)

電裝數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)應(yīng)用于電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的先進(jìn)技術(shù)及管理系統(tǒng)平臺(tái)，可以優(yōu)化提升工藝，保障高品質(zhì)生產(chǎn)，高可靠性產(chǎn)品，提升靈活性和柔性，縮短工藝準(zhǔn)備過程，提升日常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)效率，快速準(zhǔn)確收集生產(chǎn)信息，提供決策時(shí)效性。

2.1 電裝數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)組成

1）完整有效的數(shù)字化電裝系統(tǒng)包括：生產(chǎn)前的數(shù)字化分析和管理、生產(chǎn)中的數(shù)字化裝配和管理、生產(chǎn)后的數(shù)字化檢測(cè)和管理。

2）數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)包含的內(nèi)容

數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)的建設(shè)架構(gòu)，應(yīng)覆蓋設(shè)計(jì)優(yōu)化完善、工藝生產(chǎn)改善、生產(chǎn)規(guī)劃準(zhǔn)備及日常生產(chǎn)執(zhí)行四個(gè)階段，如圖1所示。

2.2 數(shù)字化電裝設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)應(yīng)解決的問題

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)完善階段，數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)自動(dòng)檢查，完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)平臺(tái)，降低設(shè)計(jì)人員資質(zhì)要求，提升設(shè)計(jì)水平；在工藝規(guī)劃改善階段，數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)可以協(xié)助實(shí)現(xiàn)制造工藝改善如SMT組裝缺陷分析、插件組裝缺陷分析、測(cè)試匹配問題分析、設(shè)計(jì)與制造工藝能力匹配分析、預(yù)估工藝難點(diǎn)分析等；在生產(chǎn)規(guī)劃準(zhǔn)備階段，數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)可以協(xié)助實(shí)現(xiàn)文檔編制及生產(chǎn)測(cè)試設(shè)備程序編程如BOM物料清單校驗(yàn)、測(cè)試覆蓋率分析及優(yōu)化、工位圖紙快速編制、插件工位分配平衡、鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化、貼片程序快速編制、測(cè)試檢查程序快速編制等；在日常生產(chǎn)執(zhí)行階段，數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)可以協(xié)助實(shí)現(xiàn)各部門快速查詢電路板信息、產(chǎn)線文檔無紙化發(fā)布管理、產(chǎn)品生產(chǎn)過程跟蹤管理、物料流程&追溯管理、產(chǎn)線設(shè)備資產(chǎn)管理、制造運(yùn)營(yíng)決策管理等。同時(shí)在全程四個(gè)階段，數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)還能協(xié)助實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造的團(tuán)隊(duì)的先進(jìn)協(xié)同工作管理（項(xiàng)目數(shù)據(jù)管理、設(shè)計(jì)優(yōu)化改善跟蹤、生產(chǎn)工藝流程規(guī)劃、任務(wù)追蹤管理、項(xiàng)目任務(wù)報(bào)告、權(quán)限管理等）。

圖2 測(cè)試檢查程序編制模塊

2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的要求

數(shù)字化電裝設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)由多個(gè)模塊或子系統(tǒng)組成，各個(gè)模塊或子系統(tǒng)可以獨(dú)立運(yùn)行，滿足對(duì)應(yīng)制造部門或生產(chǎn)子過程、子流程需求，而各個(gè)模塊或子系統(tǒng)之間又可以共享數(shù)據(jù)、交互信息，提高各單位的協(xié)同能力。

2.3.1 設(shè)計(jì)分析檢查模塊

該模塊可以導(dǎo)入PCB設(shè)計(jì)Layout數(shù)據(jù)，自動(dòng)全面檢查設(shè)計(jì)錯(cuò)誤（焊盤、走線、過孔、絲印等），減少改版次數(shù)。同時(shí)，通過組裝分析預(yù)測(cè)該設(shè)計(jì)可能帶來的生產(chǎn)缺陷、品質(zhì)問題機(jī)會(huì)，并與工藝人員協(xié)調(diào)處理重點(diǎn)問題，平衡產(chǎn)品功能與生產(chǎn)要求，產(chǎn)生最優(yōu)化的Layout設(shè)計(jì)。

2.3.2 設(shè)計(jì)圖紙文檔歸檔模塊

該模塊應(yīng)能將EDA設(shè)計(jì)軟件中的設(shè)計(jì)圖紙文檔按照國(guó)標(biāo)要求，將裝配圖、明細(xì)表、印制板圖紙自動(dòng)歸檔，縮短時(shí)間、提高文檔管理效率。

2.3.3 工藝分析優(yōu)化模塊

該模塊應(yīng)該能夠利用PCB設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與BOM數(shù)據(jù)，通過結(jié)合元器件實(shí)體庫(kù)及豐富的行業(yè)設(shè)計(jì)&制造標(biāo)準(zhǔn)，在制造前軟件智能化虛擬仿真分析，通過行業(yè)協(xié)會(huì)或企業(yè)行業(yè)多年積累先進(jìn)工藝規(guī)范規(guī)則，逐一分析每個(gè)元器件組裝及焊接過程中可能帶來的工藝問題或產(chǎn)品質(zhì)量隱患，按照嚴(yán)重程度劃分級(jí)別，便于工藝人員及時(shí)制定應(yīng)對(duì)措施，規(guī)劃工藝，避免工藝品質(zhì)問題發(fā)生或降低隱患發(fā)生頻率。導(dǎo)入后，還可以融合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，添加規(guī)則，形成特定產(chǎn)品的專家分析系統(tǒng)。

2.3.4 工藝文檔編寫模塊

該模塊可以利用CAD/Gerber 數(shù)據(jù)及BOM數(shù)據(jù)，靈活融入工廠實(shí)際產(chǎn)線配置狀況、產(chǎn)品工藝要求、產(chǎn)量要求、人員要求等，自動(dòng)套用模板、快速制作工藝文檔/卡片（含產(chǎn)線每個(gè)工位的操作指導(dǎo)說明）；該工藝文檔實(shí)現(xiàn)可視化、精細(xì)化，顯示電路板位置圖形或圖像，顯著提示要裝配或目檢的元器件位置，為裝配焊接人員提供直觀的指導(dǎo)；同時(shí)對(duì)于插件元器件裝配，因更具極性、方向的不同，裝配次序的要求，自動(dòng)安排人員、自動(dòng)平衡工作量，自動(dòng)產(chǎn)生規(guī)范、避免或減少錯(cuò)誤的操作步驟工藝文檔。

2.3.5 貼片機(jī)程序編制模塊

該模塊可以利用CAD/Gerber 數(shù)據(jù)及BOM數(shù)據(jù)，或直接再使用以上模塊的產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。自動(dòng)提取貼片機(jī)貼片需要的位置及元器件信息，無縫關(guān)聯(lián)貼片機(jī)軟件系統(tǒng)，輔助匹配或創(chuàng)建貼片機(jī)需要part data參數(shù)，智能校正貼裝元件角度及坐標(biāo)偏移，直接傳導(dǎo)數(shù)據(jù)至貼片機(jī)軟件系統(tǒng)，完成后續(xù)優(yōu)化平衡，產(chǎn)生精確的貼片程序，同時(shí)生產(chǎn)上料單及裝配圖等文檔。

圖3 絲印鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)模塊

圖4 快速電路板查詢維修模塊

2.3.6 測(cè)試檢查程序編制模塊

該模塊可以利用CAD/Gerber 數(shù)據(jù)及BOM數(shù)據(jù)，或直接再使用以上模塊的產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，通過智能化融入測(cè)試工藝要求，快速實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確DFT/測(cè)試覆蓋率分析優(yōu)化，及快速實(shí)現(xiàn)飛針測(cè)試、AOI/X-ray光學(xué)檢查設(shè)備程序制作。（見圖2）

2.3.7 絲印鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)模塊

該模塊可以通過開口數(shù)據(jù)庫(kù)智能自動(dòng)應(yīng)用于新產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)絲印鋼網(wǎng)的設(shè)計(jì)；開口數(shù)據(jù)庫(kù)、開口設(shè)計(jì)規(guī)范還可以根據(jù)軍品的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，不斷完善積累，形成自己的專家系統(tǒng)；從而穩(wěn)步提升制造系統(tǒng)平臺(tái)。（見圖3）

2.3.8 快速電路板查詢維修模塊

該模塊應(yīng)能夠直接讀取以上模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，直觀顯示電路板圖形圖形（元器件、走線、電路板尺寸等），快速定位查詢?cè)骷?、引腳、網(wǎng)絡(luò)等。并可以實(shí)現(xiàn)與原理圖交互查詢，輔助維修返修；是制造各部門（工藝、SMT、檢測(cè)、質(zhì)量等）都需要使用的日常工具。（見圖4）

圖5 快速電路板查詢維修模塊

圖6 生產(chǎn)過程管理模塊

2.3.9 產(chǎn)品文檔無紙化模塊

該模塊可以支持各種數(shù)據(jù)來源（文檔、多媒體），管理工藝文檔的審核過程，集中管理生產(chǎn)，控制文檔版本，記錄人員培訓(xùn)認(rèn)證信息，自動(dòng)發(fā)布至各生產(chǎn)工位。生產(chǎn)車間各工位使用顯示器（PC或平板）呈現(xiàn)可視化操作說明（圖片或多媒體），不再使用紙質(zhì)工藝文檔/卡片。通過記錄跟蹤人員的技能認(rèn)證狀況，到期自動(dòng)提醒，保證生產(chǎn)有序化運(yùn)作。產(chǎn)線文檔無紙化系統(tǒng)模塊不但綠色環(huán)保，而且減少圖紙發(fā)放混亂，有效保障了生產(chǎn)的有序性。（見圖5）

2.3.10 生產(chǎn)過程管理模塊

該模塊應(yīng)能實(shí)時(shí)追蹤產(chǎn)品生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)度、在制品（半成品）狀況、保證產(chǎn)品按加工流程進(jìn)行，同時(shí)記錄生產(chǎn)缺陷、跟蹤維護(hù)報(bào)廢狀況，實(shí)時(shí)產(chǎn)量及品質(zhì)報(bào)警，自動(dòng)生成各種報(bào)表并分發(fā)至相關(guān)人員。該模塊可以通過大屏幕顯示器顯示生產(chǎn)任務(wù)執(zhí)行狀況，條碼跟蹤每個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)全過程，關(guān)聯(lián)每一個(gè)成套系統(tǒng)的電路板、模塊、關(guān)鍵線纜等各部件相互關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)收集設(shè)備信息，記錄測(cè)試及檢測(cè)數(shù)據(jù)，管理跟蹤生產(chǎn)人員信息，計(jì)算生產(chǎn)工時(shí)。在出現(xiàn)問題時(shí)，復(fù)原生產(chǎn)過程，輔助問題分析及界定問題影響范圍。通過該模塊，可以實(shí)現(xiàn)車間的透明化管理，實(shí)時(shí)性管理。（見圖6、圖9）

圖7 物料流程追溯管理模塊

2.3.12 物料流程追溯管理模塊

該模塊系統(tǒng)可以錄入元件的類型、供應(yīng)商、型號(hào)、批次、數(shù)量、試驗(yàn)/衰減數(shù)據(jù)等特性信息，同時(shí)自動(dòng)生成唯一的二維編碼并打印，操作員工在裝配每個(gè)產(chǎn)品時(shí)錄入或掃描產(chǎn)品及元件的二維碼，系統(tǒng)自動(dòng)記錄并關(guān)聯(lián)產(chǎn)品序列號(hào)、物料編碼等相關(guān)信息，允許修改添加更多關(guān)聯(lián)信息；系統(tǒng)可查詢各種編碼關(guān)聯(lián)關(guān)系，根據(jù)相關(guān)特性信息（物料、操作員、生產(chǎn)時(shí)間等）生成受影響產(chǎn)品的編號(hào)結(jié)果追溯報(bào)告。（如圖7所示）

2.3.13 生產(chǎn)線設(shè)備資產(chǎn)管理模塊

該模塊管理產(chǎn)線各種設(shè)備維護(hù)情況：出現(xiàn)的問題、維修記錄、保養(yǎng)結(jié)果、部件保養(yǎng)跟蹤報(bào)警、備件庫(kù)存、備件低于下限自動(dòng)報(bào)警；從而預(yù)防問題，保障設(shè)備的高效運(yùn)行。

2.3.14 制造運(yùn)營(yíng)決策系統(tǒng)模塊

該模塊能將日常制造運(yùn)營(yíng)需要的決策數(shù)據(jù)及報(bào)表從各種制造相關(guān)子系統(tǒng)自動(dòng)收集、整理并發(fā)布給相關(guān)決策管理層領(lǐng)導(dǎo)，便于快速發(fā)現(xiàn)、解決問題，監(jiān)控、管理制造運(yùn)營(yíng)；快速收集信息，提升管理的實(shí)效性。（見圖8）

2.3.15 先進(jìn)制造協(xié)同管理系統(tǒng)模塊

該模塊銜接生產(chǎn)制造各部門、車間團(tuán)隊(duì)小組，管理計(jì)優(yōu)化完善、工藝生產(chǎn)改善、生產(chǎn)規(guī)劃準(zhǔn)備及日常生產(chǎn)執(zhí)行各個(gè)階段。它我單位管理產(chǎn)品及工藝制造數(shù)據(jù)、工藝流程規(guī)劃、DFx可制造性改善跟蹤、項(xiàng)目任務(wù)管理、生產(chǎn)準(zhǔn)備監(jiān)控、個(gè)人效率管理、FEMA流程管理、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、報(bào)告生產(chǎn)分發(fā)等。實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)高效協(xié)同、先進(jìn)制造管理。

圖8 制造運(yùn)營(yíng)決策系統(tǒng)模塊

圖9 電裝車間信息化管理結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)束語(yǔ)

專業(yè)的電裝數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)的建設(shè)，是一個(gè)需要不斷探索的技術(shù)性體系性建設(shè)項(xiàng)目，需要在實(shí)踐中不斷總結(jié)和完善，才能真正解決各種電裝產(chǎn)品設(shè)計(jì)、裝配、糾錯(cuò)、檢驗(yàn)、追溯、技能考核、輔導(dǎo)等專業(yè)問題；才能快速的提高員工和部門的技術(shù)水平和核心競(jìng)爭(zhēng)力。在這里對(duì)電裝數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)的建設(shè)方案提出了以上研究與探討，希望引發(fā)大家對(duì)這一課題的

關(guān)注與研究。為了能夠?qū)I(yè)的電裝數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)真正付諸建設(shè)與實(shí)施，將人員管理，生產(chǎn)管理等一系列問題引導(dǎo)向更加規(guī)范的方向，為企業(yè)未來電裝領(lǐng)域開拓更大的發(fā)展空間打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，還需要后續(xù)不斷的努力與探索。

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[1] 李輝, 王廣耀.面向航天軍工企業(yè)的數(shù)字化電子組裝車間的構(gòu)建[C]. 2011集團(tuán)公司數(shù)字化制造論壇, 2011.

[2] 畢明路.面向表面貼裝車間的制造執(zhí)行系統(tǒng)[C]//國(guó)防科技工業(yè)生產(chǎn)制造技術(shù)與工藝創(chuàng)新論文集, 2008.

張瑋（1978-），女，從事光電信息裝備產(chǎn)品的研發(fā)及工藝設(shè)計(jì)工作。