系統(tǒng)級(jí)封裝(System in Package)及模塊器件的制造過(guò)程中的共同點(diǎn)是融入了高密度、薄型化、多層化等多種最尖端的貼裝技術(shù)。圖2是FUJI為系統(tǒng)級(jí)封裝及模塊器件制造提供的解決方案要點(diǎn)。除下圖之外，為了在電路板本身變薄的趨勢(shì)下穩(wěn)定貼裝質(zhì)量，需要校正薄電路板的翹曲并使元件貼裝面保持在恒定高度。真空支撐對(duì)于保持薄電路板形狀是一種有效方法。通過(guò)真空支撐，薄電路板被吸引固定在真空板上面，元件貼裝面可以保持在恒定的高度，并可最大限度地減少由元件貼裝負(fù)載引起的電路板振動(dòng)和對(duì)電路板翹曲的影響。

為了實(shí)現(xiàn)使用數(shù)字孿生技術(shù)的智能工廠，F(xiàn)UJI正在進(jìn)一步推進(jìn)SMT生產(chǎn)線的自動(dòng)化和數(shù)字化。數(shù)字孿生是在虛擬世界中構(gòu)建一個(gè)現(xiàn)實(shí)世界的環(huán)境，在虛擬空間中進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)現(xiàn)實(shí)世界中可能發(fā)生的事情并對(duì)其進(jìn)行控制。我們正在提出一個(gè)以電子元件貼片機(jī)NXTR為中心輔以AGV等外圍設(shè)備(圖3)的利用數(shù)字孿生技術(shù)的方案。本章向您介紹本公司在推進(jìn)虛擬和現(xiàn)實(shí)世界方面所做的努力和進(jìn)展。

3.2.2　創(chuàng)建排產(chǎn)計(jì)劃

將在3.2.1的虛擬世界中進(jìn)行的模擬轉(zhuǎn)移到現(xiàn)實(shí)世界的生產(chǎn)中，需要準(zhǔn)確的生產(chǎn)計(jì)劃以及經(jīng)驗(yàn)和技能。由于這是一項(xiàng)專業(yè)度很高的工作，因此，我們?yōu)樯衔幌到y(tǒng)的排產(chǎn)計(jì)劃工具提供了創(chuàng)建整個(gè)SMT車間的生產(chǎn)計(jì)劃所需的各種數(shù)據(jù)，如各工序的實(shí)績(jī)數(shù)據(jù)以及包括貼片機(jī)在內(nèi)的各機(jī)器的周期時(shí)間和生產(chǎn)時(shí)間等，來(lái)支持生產(chǎn)計(jì)劃的具體化。此外，還可以通過(guò)反映各種條件，例如料盡時(shí)間、元件余數(shù)、元件拆封壽命、每個(gè)單元的維護(hù)時(shí)間等，以便對(duì)整個(gè)SMT車間制定正確的生產(chǎn)計(jì)劃。

3.2.3 操作員作業(yè)的改善

迄今為止，雖然我們一直在積極推動(dòng)離線準(zhǔn)備區(qū)(為下一次生產(chǎn)準(zhǔn)備物料的區(qū)域)和貼片機(jī)周圍裝置的自動(dòng)化，并致力于不依賴技能的高效生產(chǎn)。但尚未達(dá)到整條SMT生產(chǎn)線的完全自動(dòng)化和將操作員數(shù)量減少到零的程度。如果我們將目光轉(zhuǎn)向生產(chǎn)線，便會(huì)發(fā)現(xiàn)還存在著因突發(fā)故障以及作業(yè)開(kāi)始時(shí)間與作業(yè)順序不恰當(dāng)而導(dǎo)致的停線。這意味著在我們所討論的虛擬世界的模擬和現(xiàn)實(shí)世界的生產(chǎn)之間還存在差距，很難單憑數(shù)字孿生技術(shù)就實(shí)現(xiàn)智能工廠的進(jìn)化。為此，我們本著“零”停線的大目標(biāo)，正在研發(fā)即使在操作員作業(yè)期間也能讓停線時(shí)間無(wú)限接近“零”的作業(yè)向?qū)к浖帽ＷC操作員有足夠的作業(yè)時(shí)間，且按照最合理的順序有條不紊的實(shí)施操作。從備料(準(zhǔn)備生產(chǎn)時(shí)必要的物料)、換線、上料、補(bǔ)料到維修保養(yǎng)等，生產(chǎn)線上的必要作業(yè)完全按照排產(chǎn)計(jì)劃的進(jìn)度向操作員發(fā)出向?qū)В纱吮苊馊藶榈呐袛噱e(cuò)誤，從而最大程度的減少停線時(shí)間。綜上所述，為了將虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的差距縮小到“零”，我們將繼續(xù)研究能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控生產(chǎn)狀況，以及與高質(zhì)量和高生產(chǎn)率兼?zhèn)涞纳a(chǎn)技術(shù)，并通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)支援智能工廠的不斷進(jìn)化。

SMT工序中負(fù)擔(dān)最重的作業(yè)與元件相關(guān)，補(bǔ)料引起的吸取出錯(cuò)即可導(dǎo)致機(jī)器的短暫停止。為了解決這些問(wèn)題，F(xiàn)UJI研發(fā)了各種自動(dòng)化單元，例如自動(dòng)加載型供料器。上述的NXTR進(jìn)一步發(fā)展了這一理念，實(shí)現(xiàn)了在貼片機(jī)上安裝供料器的完全自動(dòng)化。第一臺(tái)可以配送、更換、安裝供料器的智能加載車已被搭載在貼片機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了元件更換作業(yè)的自動(dòng)化。NXTR時(shí)，只需將供料器放入機(jī)器前部的緩存站中，智能加載車就會(huì)根據(jù)排產(chǎn)計(jì)劃，在料盡或換線時(shí)自動(dòng)將其與生產(chǎn)料站上的供料器進(jìn)行更換。(圖5)

以下簡(jiǎn)要介紹當(dāng)NXTR實(shí)際導(dǎo)入SMT生產(chǎn)線，與元件相關(guān)的作業(yè)被自動(dòng)化時(shí)，操作員的工作將如何改變。我們的設(shè)想是從傳統(tǒng)的單一技能操作員向最終的多技能操作員的轉(zhuǎn)變。(圖6)在多技能型操作中，有關(guān)元件的準(zhǔn)備和回收作業(yè)被集中在一處，用于生產(chǎn)的人數(shù)變?yōu)樽钌佟．?dāng)然如果使用最少人數(shù)對(duì)應(yīng)生產(chǎn)將增加操作員的負(fù)擔(dān)或?qū)е峦C(jī)，那人數(shù)減少就失去意義了。這些操作也可以事先在虛擬世界中進(jìn)行模擬，以確保通過(guò)正確排產(chǎn)計(jì)劃和操作員導(dǎo)航工具，減少浪費(fèi)和不必要的操作。

Step1：?jiǎn)我患寄懿僮?/p>

之前在元件料盡和更換時(shí)，需要配置很多單一技能型操作員專門進(jìn)行供料器的更換。(多人對(duì)應(yīng)1條生產(chǎn)線)

Step2：多臺(tái)機(jī)器操作

通過(guò)使用智能加載車，一個(gè)緩存站只需一人進(jìn)行元件更換作業(yè)，一人可以操作多臺(tái)機(jī)器。(一人對(duì)應(yīng)1條生產(chǎn)線)

Step3：多技能操作

通過(guò)AGV自動(dòng)更換緩存站中的供料器箱(安裝供料器的箱子)，使操作員在機(jī)器前的作業(yè)量為“零”。

迄今為止，除了SMT工序本身，SMT后工序的人工插入作業(yè)也正在通過(guò)模組型通用自動(dòng)組裝機(jī)sFAB-D來(lái)逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。2021年，作為手動(dòng)插入工序的新解決方案，F(xiàn)UJI研發(fā)了sFAB-SH(圖7)以及SW-BA(圖8)兩款新機(jī)器。sFAB-SH在沿襲了sFAB-D優(yōu)異的通用性、可擴(kuò)展性及高生產(chǎn)力的同時(shí)，特化了貼裝一般電路板的必要功能。這款新機(jī)型通過(guò)sH08-SH和sH02-SH兩種工作頭，能靈活應(yīng)對(duì)高度為55mm元件的高速插入以及重量高達(dá)200g大型元件的插入。它還支持引腳夾以及切割和彎腳功能，以保障插入質(zhì)量。除此之外，還采用高清影像處理系統(tǒng)，配合保證可靠插入的最佳插入順序與插入驗(yàn)證操作機(jī)制，防患因極性錯(cuò)誤引起的錯(cuò)誤插入與元件上浮問(wèn)題，避免回焊后的返工事故。SW-BA是小型多關(guān)節(jié)機(jī)械臂SmartWing的高級(jí)機(jī)械臂整機(jī)系列的一款，SW-BA擅長(zhǎng)通過(guò)水平多關(guān)節(jié)機(jī)械臂在一定數(shù)量?jī)?nèi)實(shí)現(xiàn)如接插件、線圈、繼電器、變壓器和大型電解電容器等的插入自動(dòng)化。雖然通過(guò)水平多關(guān)節(jié)機(jī)械臂進(jìn)行元件插入不算一項(xiàng)新的技術(shù)，但我們的SW-BA無(wú)需通過(guò)SIer進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)，只需通過(guò)功能包提供必要功能就可實(shí)現(xiàn)低成本和短交貨期，不給用戶增添麻煩，可以立即投入生產(chǎn)。

圖9是使用sFAB自動(dòng)插入的一塊從小型元件到有相當(dāng)高度和重量的大型元件的電路板。通過(guò)這種方式，可以自動(dòng)插入各種元件。當(dāng)然，客戶對(duì)插入的自動(dòng)化有各種各樣的要求，例如希望以低成本自動(dòng)插入少量元件以及希望高速自動(dòng)地插入所有零件。FUJI將準(zhǔn)確把握客戶對(duì)未來(lái)工序和工廠要求的反饋，向客戶提供最佳解決方案，通過(guò)自動(dòng)化徹底改變手工作業(yè)，為實(shí)現(xiàn)高性能、高利潤(rùn)的智能工廠，將不斷與貼片機(jī)同步地提出最佳解決方案。

在本文中，我們向您介紹了FUJI從虛擬世界的模擬到現(xiàn)實(shí)世界的SMT和插入工序所做的努力和進(jìn)展。我們將繼續(xù)從客戶的角度出發(fā)，通過(guò)SMT生產(chǎn)線的數(shù)字化，通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)支援智能工廠的進(jìn)化。我們相信，自動(dòng)化雖然是將虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界之間的差距減少到 "零 "的方法之一，但它絕不是唯一的答案。FUJI將不斷捕捉客戶真正想要的東西，提供超越客戶期望并能感動(dòng)客戶的產(chǎn)品和售后服務(wù)。