Производство в стиле SMART: техника

Современное передовое производство – это большой единый организм, каждый элемент которого важен для обеспечения общего результата. Отсутствие или недостаточное внимание к отдельным функциональным участкам производства может привести к заметному снижению общей эффективности и уровня качества. 

Цифровой склад

Начнем со складского хранения и учета. Речь пойдет, в первую очередь, об оперативном складе, который должен располагаться в непосредственной близости от производства и обеспечивать максимально быстрое реагирование.

Чаще всего у нас в стране организации оперативного склада, учету и автоматизации на сборочно-монтажном производстве уделяют неоправданно мало внимания. А зря!

От того, насколько слаженно работает склад, в значительной степени зависит эффективность и ритмичность работы производства.

Вот только несколько типовых проблем, характерных для склада комплектации:

• несвоевременный «поднос» компонентов на участок и последующий простой оборудования
• пересортица компонентов и ошибочная установка тысяч ошибочных компонентов с последующим ремонтом
• производственный брак из-за некорректного хранения компонентов
• некорректный учет остатков и, как следствие, внезапный дефицит компонентов на складе с последующим простоем производства

В проекте SMART мы используем наши многолетние наработки в области организации склада комплектации. Оперативные склады мы реализуем на основе решения Склад 4.0, которое состоит из трех основных элементов: Система хранения – Автомат установки компонентов – Учетная система.

Учетная система обеспечивает как регистрацию новых компонентов в системе, так и учет актуальных складских остатков. У нас накоплен существенный опыт в интеграции с доступными в России ERP- и WMS-системами, в том числе с наиболее популярной платформой 1С.

Вся работа учетной системы максимально автоматизирована. Так, регистрация новых компонентов производится с помощью автоматического сканера этикеток и с минимальными трудозатратами. А поддержание актуальных данных об остатках компонентов в отдельных носителях обеспечивается благодаря данным от автоматов установки компонентов и автоматических счетчиков.

Учетная система играет важную роль в обеспечении прослеживаемости, так как именно в ней отслеживается судьба каждого компонента. Непосредственно хранение компонентов осуществляется в специализированных системах хранения, которые в зависимости от задач могут иметь различное исполнение: с сухим хранением и без, с роботизированной загрузкой-выгрузкой или со световой индикацией ячеек, различной вместимостью и форматом носителей компонентов. Все зависит от особенностей конкретного проекта.

Самое главное, что все хранение адресное. Трудозатраты персонала и риск ошибки сведены к минимуму. А скорость реакции за счет автоматизации – максимально возможная.

Казалось бы, при чем здесь автомат установки компонентов и как он связан со складом?

1. Автоматы установки компонентов – главные потребители той комплектации, которая хранится на складах. От того, насколько оперативно и безошибочно комплектация доходит до автоматов, зависит общая эффективность производства.

2. Автомат является важным источником данных для учетной системы. Когда автомат вынимает компонент из ленты, эти данные фиксируются и передаются в учетную систему. Благодаря этому мы знаем в режиме реального времени, сколько в какой катушке компонентов.

3. Пожалуй, самое главное. Автомат может давать команды складу. В процессе работы автомат отслеживает остаток компонентов в катушке и при достижении установленного порогового значения отправляет команду в учетную систему для дальнейшего поиска и выгрузки нужного компонента из системы хранения. Дальше уже идет работа или робота, или оператора. Таким образом исключаются простои. А простои – это колоссальные потери.

Только представьте, если каждую минуту будет опустошаться одна катушка, что нормально для скоростной линии, и при этом у оператора будет уходить минута, чтобы обнаружить остановку, найти катушку, перезарядить питатель. Получается интересная математика – минуту работаем, минуту стоим. Эффективность ниже плинтуса.

Теперь таких простоев не будет.

Приняв во внимание развитие отрасли и технологий, увеличение сложности изделий, повышение стоимости комплектации, мы доработали складское решение и добавили в него блок «Контроль». Здесь мы сконцентрировали спектр решений, направленный на усиление контроля качества комплектации, предупреждение ошибок оператора при заправке компонентов в установщики и повышение точности учета остатков.

Таким образом, цифровой склад – это сложное комплексное решение, позволяющее в значительной степени повысить эффективность производственных процессов и качество продукции.

Далее перейдем непосредственно к выполнению сборочно-монтажных операций. У нас три участка: поверхностный монтаж, выводной монтаж и финишная сборка.

Участок поверхностного монтажа

Архитектура технологических решений в значительной степени опирается на анализ успешных производственных практик Юго-Восточной Азии, где производится большой объем высокотехнологичной продукции, в том числе вычислительной техники и телекоммуникационного оборудования. Пройдем по техпроцессу. При проектировании линий поверхностного монтажа SMART мы разработали несколько вариантов, ориентированных на производство высокотехнологичной аппаратуры и учитывающих различные ситуации.

Первое решение – SMART SMT Pro. Это линия для крупносерийного и массового производства сложной аппаратуры в условиях жесткой конкуренции.

Второе решение – SMART SMT XL. Это линия, предназначенная для работы с крупногабаритными платами с плотным монтажом. Здесь предусмотрен широкий комплекс технических решений, который позволяет обеспечить высокое качество и повторяемость при работе с габаритными и теплоемкими платами, например, для серверного или телеком оборудования.

Все линии SMART SMT продуманы до мелочей и обеспечивают качество, производительность и эффективность на уровне лучших мировых практик.

Для обеспечения качества в линиях SMART SMT:

• Учтен мощнейший комплекс инструментов обеспечения повторяемости и предупреждения дефектов.
• Предусмотрены инструменты предупреждения человеческой ошибки.
• Включен многоэтапный контроль качества после каждой операции. При этом системы контроля сконфигурированы специальным образом для работы с габаритными платами и плотным монтажом. Это позволяет обеспечить стабильную и полную проверку с минимальным числом ложных срабатываний.
• Учтено соответствие максимальным технологическим требованиям в отрасли, что позволяет обеспечить гибкость для технологов при производстве инновационной продукции.

Линия поверхностного монтажа является дорогостоящей инвестицией и в значительной степени определяет производственные возможности предприятия. В идеальных условиях она должна работать в режиме 24/7, чтобы обеспечить минимальную себестоимость продукции и максимальную инвестиционную эффективность.

Чем больше простоев, чем меньше линия работает – тем дольше она будет окупаться, и тем выше будет себестоимость продукции. Именно поэтому мировые игроки уделяют такое внимание обеспечению эффективности оборудования.

В проектном решении SMART мы учли опыт ведущих предприятий в области повышения производительности и эффективности линий поверхностного монтажа и предусмотрели различные технические решения для сокращения простоев.

Особенно хочу выделить, что решение SMART SMT ориентировано на переналадку в течение 15-20 минут максимум даже при самых сложных изделиях, куда включено все: от изменения ширины конвейеров до замены всех питателей. В частности, все питатели меняются с помощью тележек групповой замены, где расстановку питателей можно заранее проверить автоматически. А ширина всех конвейеров в линии меняется одним нажатием кнопки без необходимости индивидуально менять ширину каждого конвейера, а их может быть 10-15 единиц в одной линии.

Мировым уровнем для серийного производства является ОЕЕ в районе 80 %, обеспечить который можно благодаря хорошо продуманной конфигурации линии и инструментов автоматизации. Такой уровень эффективности может быть достигнут и в наших реалиях.

Участок выводного монтажа

На участке выводного монтажа мы предусмотрели реализацию трех наиболее распространенных технологий: пайка широкой волной, селективная пайка мини-волной припоя и технология Press-fit. В зависимости от особенностей проекта и специфики продукции может быть реализован любой вариант или их комбинация. Если с Press-fit все более-менее понятно, то о линиях выводного монтажа с пайкой расскажу подробнее.

Нами проработаны два варианта линий выводного монтажа:

• Высокопроизводительная линия волновой пайки – Smart THT Wave.
• Гибкая линия на основе селективной пайки – Smart THT Selective.

Подобные линии, согласно сложившейся практике, состоят из трех основных функциональных частей. Это – установка компонентов, пайка и контроль качества.

Установка выводных компонентов традиционно осуществляется вручную. Однако человеческий фактор всегда несет риски, связанные с возможным снижением качества и эффективности.

Для снижения таких рисков мы предусмотрели ряд решений:

• Во время работы вся документация, схемы и операционные карты всегда будут перед глазами сотрудника на экране монитора.
• В процессе и после набивки компонентов, но перед пайкой, предусмотрен автоматический контроль корректности операций. Он может быть реализован как непосредственно на рабочем месте, так и в виде отдельной инспекционной станции перед пайкой.
• Ритмичность осуществления операций и цикл работы линии отслеживаются в режиме реального времени, а в случае отклонения автоматически формируется оповещение диспетчера.

Для крупносерийного производства мы предлагаем в дополнение к ручному труду использовать специальные автоматы установки ТНТ-компонентов – инсертеры. Инсертеры дают высокую производительность, качество и повторяемость установки наиболее часто используемых на предприятии компонентов. Эти автоматы могут работать с широким спектром компонентов, поставляемых в разном формате, даже в россыпи.

Пайка, как было сказано раннее, может быть реализована как широкой волной припоя, так и селективной пайкой мини-волной припоя. В обоих случаях пайка проводится в инертной среде азота высокой чистоты, как того требует сегодняшний уровень технологии. В этих двух случаях установки пайки сконфигурированы таким образом, чтобы обеспечить хорошую производительность, повторяемость технологического процесса и минимизировать простои.

После осуществления пайки предусмотрен контроль качества. На этом этапе мы обычно уже имеем полностью спаянный электронный модуль, на котором установлены все поверностномонтируемые и штыревые компоненты. Стандартной практикой ведущих мировых компаний сегодня является осуществление полного технологического контроля на данном этапе.

Мы рекомендуем для изделий высокой сложности реализовывать комбинацию оптического и рентгеновского контроля ста процентов изделий. Если раньше это было сложно, то сегодня в нашем распоряжении имеются инструменты оптического и рентгеновского контроля с высокой производительностью и низкой себестоимостью операций.

Такой контроль позволяет, с одной стороны, быть уверенным в высоком качестве отгружаемой продукции, а с другой – видеть всю картину по всему спектру продукции и взвешенно принимать решения по оптимизации технологии.

Участок финишной сборки и ручных операций

Следующее решение в проекте SMART – участок финишной сборки и ручных операций. Довольно часто требуется выполнять комплекс финишных операций, среди которых могут быть досборка, маркировка, упаковка и другие операции.

Эти операции можно выполнять как на отдельностоящих рабочих местах, так и на конвейере. Классическим подходом является размещение на рабочих местах операционных карт, которые помогают работникам не ошибиться при выполнении операций и не тратить время на их обдумывание.

Учитывая большую номенклатуру изделий у большинства отечественных предприятий, мы предлагаем интерактивные операционные карты, которые выводятся на мониторы, размещенные на рабочих местах. Это позволяет быстро переключаться с одной продукции на другую и централизованно обновлять информацию.

Также мы предлагаем решение для автоматического контроля качества ручных операций на базе колаборативного робота. Такой робот легко программируется, может быть установлен и в конвейер, и у отдельного рабочего места, а также легко перемещается по цеху к нужной локации.

Современное производство – это десятки единиц оборудования, сотни сотрудников и тысячи различных процессов и подпроцессов. Чтобы обеспечить эффективную и слаженную работу такого сложного организма, нужны соответствующие инструменты управления.

В рамках проектного решения SMART мы реализуем широкий спектр инструментов обеспечения управляемости, вершиной которого является функционально законченный «Центр управления». Туда стекается вся ключевая информация о производственных процессах и оттуда могут осуществляться управление и диспетчеризация производства.

Чтобы обеспечить сквозное управление производством без «черных дыр», мы провели большую работу по следующим направлениям:

• Обеспечение прозрачности производственных процессов. Больше деталей, больше информации – легче работать над повышением эффективности и качества.
• Максимальная паспортизация истории производства изделий, включая комплектацию, которая была использована, параметры техпроцесса, имена сотрудников, задействованных в производстве. Вся информация собирается в цифровой паспорт для обеспечения прослеживаемости.
• Все ключевые процессы отслеживаются в реальном времени в центре управления. В случае отклонения скорость реакции будет максимальной, а ущерб – минимальным.

Благодаря встроенным инструментам, на основе данных о работе производства можно сформировать аналитические отчеты, а аналитика в режиме реального времени позволяет увидеть значимые тренды и важные события, делая работу диспетчера и производственного менеджмента максимально продуктивной.

Заключение

Проектное решение SMART – результат многолетней работы команды Остек-СМТ. Тысячи человеко-часов, десятки реализованных проектов, десятки посещений передовых предприятий, десятки различных тестов и экспериментов – и мы получили результат.

Сегодня решение SMART позволяет нашим заказчикам получить:

• Качество продукции и эффективность производства мирового уровня.
• Продуманное и проверенное мировым и отечественным опытом технологическое решение.
• Полное сопровождение на всех этапах проекта.

Давайте строить производства мирового уровня в нашей стране вместе!

Подробнее об основных идеях проекта SMART читайте в материале Проектные решения SMART: концепция.