2.2.2. Анализ объема выпуска изделия

Годовой объем выпуска электронного узла N, шт./год, позволяет рассчи­тать такт выпуска изделия Т_В, мин/шт., и, следовательно, определить количество изделий, выпускаемых в смену, в месяц, в квартал, сделать вывод о типе (серийности) производства, вы­брать оборудование соответствующей производительности и оценить его за­грузку, провести технико-экономическое обоснование операций и ТП.

На этапе анализа исходных данных, определяется такт выпуска изделия Т_В = 60Ф_Д/N мин/шт., сменное задание и месячная партия изделий. Действительный годовой фонд времени Ф_Д при односменной работе составляет около 2070 ч. Он определя­ется количеством рабочих дней в году (253), продолжительностью рабочей недели (41 ч) и смены (8,2 ч), учитывает дни с полной продолжительностью смены (247) и сокращенные на 1 ч (6).

Годовой фонд времени работы техно­логического оборудования Ф_ОБ < Ф_Д, что связано с техническим обслужива­нием и принятым на предприятии коэффициентом использования оборудо­вания. Так, для механического, сборочно-монтажного и регулировочного оборудования Фоб = 2030 ч, для конвейера — 1970 ч, автоматов и полуавто­матов — 1955 ч.

На этапе анализа тип производства определяется по коэффициенту закрепления операций К_ОП – отношению количества операций к количеству рабочих мест. Если К_ОП = 1, то это массовое производство, если К_ОП в пределах от 2-х до 10-ти – это крупносерийное производство, от 11-ти до 20-ти – это среднесерийное производство, и от 21-го до 40-а – это мелкосерийное производство.

Для заданного объема выпуска изделия и Т_В К_ОП зависит от средне-штучного времени операции Т_СР.ШТ., которое показывает, сколько минут в среднем тратится на одной операции на обработку одного изделия.

К_ОП = Т_В / Т_СР.ШТ

Расчетное значение Т_СР.ШТ обеспечивается разделением или концентрацией операций, подбором оборудования, рекомендуемого в типовом ТП, уточняется после разработки операционных ТП.

Время трудоемкости выполнения операции называется нормой штучного времени Т_ШТ. Технически обоснованную норму штучного времени можно определить по формуле

Т_ШТ = t_ОП+ t_ОБС+ t_ПЕР,

где t_ОП - операционное время, время, затрачиваемое на выполнение операции; t_ОБС – время, затрачиваемое на обслуживание рабочего места, ориентировочно принимается равным 0,2 t_ОП; t_ПЕР – время перерывов в работе применительно к поточно-конвейерному производству, устанавливается согласно санитарным нормам.

Для серийного производства характерной является переналадка оборудования и смена оснастки на изготовление новой партии изделий. Время, затрачиваемое на это, называется подготовительно-заключительным Т_ПЗ. При этом определяющим становится время штучное калькуляционное Т_ШТ.К , которое определяется как

Т_ШТ.К = Т_ШТ + Т_П.З/N

Производство было бы идеальным, если бы Т_ШТ.К = t_ОП. В этом случае не было бы непроизводительных затрат. Для уменьшения t_ОП применяют параллельную обработку, например, одновременное сверление не одной, а нескольких плат в пакете, пайка погружением печатных плат, когда пайке подвергаются сразу все соединения.

Для уменьшения t_ОБС используют программируемые комплектовщики, обеспечивающие быстрое снабжение рабочих мест комплектующими изделиями, заготовками, инструментом и т.п.

Время перерывов t_ПЕР устанавливается согласно санитарным нормам и его произвольно не уменьшают.

Например, если требуется рассчитать среднее штучное время Т_СР.ШТ. при изготовлении модуля 1-го уровня для заданного объема производства с учетом таких операций, как сверление отверстий в ПП, сборка ЭРЭ и ИМС на ПП, пайка ЭРЭ и ИМС на ПП, то следует определить (или задаться) для этих операций t_ОП, t_ПЕР, определить количество всех операций, рассчитать Т_ШТ.К для каждой из операций и затем результаты усреднить с учетом общего количества операций. Это и будет Т_СР.ШТ.

2-й этап - Выбор техпроцесса сборки электронного узла

Для ТП сборки и монтажа конструктивных элементов первого уровня (модулей, типовых элементов замены (ТЭЗ), узлов) типовые операции приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Основные операции ТП сборки

Основные этапы сборки	Объекты сборки	Основные типовые операции
Комплектация	Печатные платы, детали, навесные элементы	Распаковка из тары поставщика. Входной контроль параметров элементов. Размещение в технологической таре
Подготовка к монтажу	Печатные платы Навесные элементы (ЭРЭ, ИМС)	Промывка платы. Контроль печатного проводника. Контроль паяемости платы. Маркировка платы. Лакирование обозначений номиналов элементов. Рихтовка и обрезка выводов. Флюсование и лужение выводов. Формовка выводов. Промывка и сушка ЭРЭ и ИМС. Комплектация. Кассетирование.
Установка на печатную плату	Детали Навесные элементы	Установка и закрепление соединителей (разъемов), контактов (лепестков, штырей), навесных шин, прокладок. Установка и фиксация ЭРЭ и ИМС. Контроль установки элементов
Выполнение контактных соединений	Плата с деталями, ЭРЭ. ИМС	Флюсование и пайка соединений. Промывка и сушка модуля. Контроль контактных соединений
Контроль модуля и защита от внешних воздействий	Модуль	Контроль и регулировка функциональных параметров. Защита модуля (лакирование), испытания и контроль на соответствие ТУ.

Этап комплектации навесных элементов и деталей, входящих в состав модулей первого уровня, трудоемок и выполняется в основном вручную. Это связано с многообразием тары, в которой поставляются ЭРЭ и ИМС. Микросхемы в индивидуальной таре-спутнике распаковываются на автома­тах с ориентацией по ключу и укладкой в технологические кассеты.

Этап подготовки к монтажу включает техпроцесс подготовки печат­ных плат, ЭРЭ, ИМС и конструкционных деталей. Операции подготовки ЭРЭ и ИМС в мелкосерийном производстве выполняются вручную на рабо­чем месте монтажника простейшими приспособлениями и с дальнейшим размещением элементов в технологической таре по номиналам. В крупносерийном производстве применяются автоматы рихтовки и обрезки выводов, флюсования и лужения, промывки и сушки подготовленных навесных эле­ментов. В некоторых автоматах все эти операции объединены в одном цикле и выполняются в виде переходов. Автоматизированная подготовка требует специальных кассет для загрузки и выгрузки элементов. Для ЭРЭ с осевыми выводами, которые кассетируют путем вклеивания в ленту, формовка про­изводится на автомате непосредственно перед установкой на плату.

Таблица 2.2.Оборудование для подготовки элементов

Операция	Оборудование специальное	Оборудование универсальное
Рихтовка	Приспособление ГГ1422-4001	Пинцет
Формовка	Приспособление с переналадкой ГГ1944-4003	Пинцет, круглогубцы, плоскогубцы
Обрезка	Полуавтомат ГГ2125	Бокорезы
Лужение	Полуавтомат ГГ2135	Пинцет, паяльник

Установку на плату начинают со штырей, лепестков, навесных шин, прокладок после подготовки (рихтовка, обезжиривание) их базовых поверх­ностей. Установка ЭРЭ и ИМС в зависимости от типа производства осуще­ствляется несколькими способами: вручную, со световой индикацией, по шаблону, автоматически.

При установке вручную монтажник по схеме или маркировке на плате определяет место положения элемента, извлекает его из тары, устанавливает и, если необходимо, распаивает выводы. Первые два перехода составляют большую часть штучного времени. Для сокращения времени установки всех навесных элементов монтажное поле платы делится на зоны, в каждой из которых работает один монтажник. В этом случае может быть организована конвейерная установка элементов.

Применение метода световой индикации требует оснащения рабочего места монтажника проекционной системой и транспортером подачи тары с элементами. С помощью светового луча индицируется место установки, а транспортер синхронно подает тару с элементами требуемого типономинала. Остальные переходы осуществляются монтажником вручную.

Установка по шаблону характеризуется более высоким уровнем меха­низации. Точное позиционирование монтажного стола осуществляется вручную с помощью щупа и координатных отверстий на шаблоне, а уста­новка элементов — автоматически укладочной головкой. Элементы пода­ются из кассет в последовательности установки на плату. Этот способ более производительный, но менее универсальный, так как требует сменных или переналаживаемых инструментов при изменении типоразмеров корпусов элементов.

Для автоматизированной установки применяется специализирован­ное оборудование с ЧПУ или робото-технологические комплексы с подачей элементов из технологических кассет.

Получение контактных соединений в модулях первого уровня осуще­ствляется преимущественно пайкой, расплавленным или расплавляемым припоем под действием постоянного или импульсного нагрева зоны соеди­нения. При одностороннем монтаже навесных элементов на плате и фикса­ции их положения (подгибка, зиг-формовка, подпружинивание, предвари­тельная подпайка выводов, приклеивание корпуса элемента) применяется механизированная пайка волной припоя. Групповая пайка планарных выво­дов ИМС проводится расплавленным припоем с постоянным нагревом па­яльником или расплавляемым припоем с импульсным нагревом электрода­ми, роликами, лучом лазера, струей газа. Импульсный нагрев локализует тепловое воздействие в зоне выводов, но требует дополнительной подачи припоя в зону пайки, качест­венного лужения. Операции промывки и сушки модулей необходимы для удаления флюса, продуктов пайки, следов от рук, пыли. Они выполняются на механизированных конвейерных линиях. Качество контактных соедине­ний оценивается визуально.

Этап контроля модулей наиболее ответственный и трудоемкий. Он выполняется в отладочном, диагностическом и контрольном режимах с по­мощью специальной аппаратуры, стендов и автоматических систем контро­ля. Замена неисправных ИМС требует дополнительных монтажных опера­ций и повторного контроля параметров. Годные модули проходят операции лакирования и сушки и, если необходимо, испытания с контролем параметров.

3-й этап. Разработка схемы сборки

После выбора типовых операций и ТП сборки следует перейти к ана­лизу сборочного состава изделия и разработке схемы сборки. с базовой деталью.

При разработке схемы сборки необходимо выбрать базовую деталь. Для модулей первого уровня это — ПП. Для модулей второго уровня базо­вой деталью может быть конструкционная рамка или каркас блока, пред­ставляющий сборочную единицу. Детали и сборочные единицы изобража­ются в виде прямоугольников, в которых указывается номер по спецификации, наименование и количество. От базовой детали к готовой сборочной единице проводится главная линия сборки, а от устанавливаемых деталей или сборочных единиц — линии до пересечения с ней. Расположе­ние точек пересечения на главной линии говорит о выбранной последова­тельности сборки. Операции сборки и монтажа указываются текстом в пря­моугольных рамках в том месте, где они осуществляются. Для упорядоче­ния схемы сборки по одну сторону от главной линии изображаются устанавливаемые детали и сборочные единицы, по другую — крепежные детали и монтажные операции. Если текст занимает много места, то опера­ции могут быть пронумерованы, а расшифровка их сделана вне схемы сборки.

При составлении схемы сборки печатного узла следует учесть следующие моменты.

1.Определяется характер заготовительных работ (рихтовка, формовка, обрезка выводов элементов, их лужение, нарезка перемычек из проводов), если это необходимо.

2. Определяется рациональная последовательность установки элементов на плате с помощью механического закрепления или с помощью пайки.

3. Выбирается способ пайки.

Установку элементов следует выполнять с соблюдением следующих правил:

- базовой деталью является плата;

- начало установки элементов – из левого верхнего угла;

- установка горизонтальными рядами слева направо;

- микросхемы устанавливаются в последнюю очередь как самые дорогие элементы.

Примеры оформления схемы сборки с базовой деталью показаны на рисунках 3-1 и 3-2

На рис. 3-1 показана схема сборки печатного узла, когда предполагается две сборочные операции. Первая – приклеивание втулок, на которых устанавливаются светодиоды. Установка всех ЭРЭ и ИМС выполняется на второй сборочной операции.

На рис. 3-2 показан пример схемы сборки, когда установка ЭРЭ разделена на пять сборочных операций.

Р исунок 3.1

Рисунок 3.2

4-й этап. Составление маршрутного ТП сборки и монтажа

Исходными данными для разработки маршрутного ТП являются сборочный чертеж ФУ, схема сборки с базовой деталью, типовой ТП, объем выпуска N, шт/год, коэффициент закрепления операций. Маршрутный ТП корректируется после разработки операционного ТП.

Таблица 4.1. Основные операции ТП сборки и монтажа

№ п/п	Наименование и содержание операции	Оборудование, производительность
1	Слесарно-сборочная: установка и стопорение лепестков	Стол монтажника
2	Сушка эмали стопорения лепестков	Сушильный шкаф
3	Монтажная: установка и пайка проводов-перемычек	Стол монтажника
4	Монтажная: установка и приклейка диэлектрических прокладок	Стол монтажника
5	Сушка и полимеризация клея	Сушильный шкаф
6	Монтажная: установка, приклейка и диагональная подпайка выводов ИМС	Устройство программированной сборки со световой индикацией, 500…600 элементов/ч
7	Монтажная: установка и приклейка ЭРЭ	То же
8	Сушка и полимеризация клея	Сушильный шкаф
9	Монтажная: пайка выводов ИМС	Полуавтомат ПНП-5, 800…1000 шт./ч
10	Монтажная: пайка выводов ЭРЭ	Квант 50-01, 250…300 шт./ч
11	Контрольная: визуальный контроль контактных соединений	Стол монтажника
12	Промывка модулей	Линия промывки, 150 плат/ч
13	Контрольная: диагностический контроль и разбраковка	Аппаратура контроля логических узлов, цикл- 2мин
14	Лакирование модулей	Установка лакирования, 60…120 плат/ч
15	Сушка модулей	Установка сушки, 50…60 плат/ч

На сборочном чертеже обычно указываются обозначения вариантов установки ЭРЭ и ИМС на ПП в соответствии с отраслевым стандартом ОСТ –4ГО.010. 030, или в соответствии с межгосударственным стандартом ГОСТ 29137-91 «Формовка выводов и установка изделий электронной техники на печатные платы». В приложении 1 показаны эти варианты. В приложении 2 дан примерный перечень инструментов и приспособлений, применяемых при сборке электронных приборов. Характеристики оборудования и оснастки для сборки и монтажа приведены в приложении 3. Подготовительная и сборочная операции должны сопровождаться картой эскизов, на которой даются рисунки, иллюстрирующие формовку и обрезку выводов ЭРЭ (рис. 4-1) и установку ЭРЭ на ПП (рис. 4-2).

Рис.4-1. Пример оформления эскизов для подготовительной операции

При заданном объеме выпуска N, шт./год, при известной производительности оборудования n.шт./ч. и годовом фонде времени его работы Ф_об, ч, можно определить расчетное количество оборудования для каждой операции

К_расч = N / n* Ф_об.

Маршрутный ТП сборки и монтажа ФУ на ПП может быть оформлен на картах (формы 3 и 3а,). Пример оформления технологических карт дан в приложении 4.

Рис.4-2 Пример оформления эскизов для сборочной операции