有效管理制造工程

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有效管理制造工程 : A' N2 V4 P: s" _, v5 y5 p/ J# m

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無論OEM、ODM、EMS或CEM，都在不斷追求新的解決方案來改善產品品質、提高生產效率、縮減試產次數和產品上市時間，以提升本身的競爭力及利潤，選擇正確的制造工程系統（MES，Manufacturing Engineering System），將會對公司長期成長及事業成功有決定性的影響力。一個完全整合的系統不僅可以縮小不同軟件供貨商的隔閡，更可以使整個制程單一化，從而使產品更快進入量產階段，并能實時反映市場需求而做動態性的調整。

　　制造工程系統
　　一個具有完整架構的制造工程系統必需支持從設計到量產的整個生產工程流程，并具備：
　　● 一個運用智能型數據庫格式的開放型架構；
　　● 一個自動化的、能根據企業環境及制造機制去考量管理及構建整套的工程規范；
　　● 軟件工具能支持不同文件格式的匯入，例如BOM/AVL、CPL、CAD、Gerber等；
　　● 一個彈性且自動的軟件能產出文件流程，并制作生產工作指導書；
　　● 一個能運用正確的供貨商組件數據庫作可制造性設計分析（包括DFM、DFT等），進而能提供高精準度的虛擬制程，或實際制程的仿真MPS(Manufacturing Process Simulation)；
　　● 一個能自動產出測試夾具所需之格式及自動設計鋼板模具的系統，并且能管理各種組裝設備所需的零件資料、形狀資料，且同時亦能產出各種表面貼片機器的程序及優化和平衡，更要能支持檢測機器（如ICT,AOI 及X-RAY）之格式；
　　● 一個能減少損耗，讓企業各部門及工廠間相互整合的系統。可以做到作業流程直線化，消除流程上的瓶頸、人為疏失及重復性的工作。讓資料能集中控管并以智能型格式儲存，并能在ERP/MRP系統上容易進出，進而讓采購營運部門、生產工程部門、產品工程部門容易使用。工廠因此可以經由優良的網絡或PDM系統獲得資料，同時工程資料及庫存資料可以輸出至不同的硬件供貨商的軟件系統，更可以順暢地傳遞設計上的知識及資料到企業各部門。

　　理想的制造工程系統所包含的內容
　　理想的制造工程系統必須涵蓋企業所需要的許多整合關鍵點、多元化的流程及功能，比如華萊公司(Valor Computerized Systems Ltd.，www.valor.com)的設計工程系統Trilogy 5000。整合的、多元化的流程及功能包括：與前端的電子設計EDA整合、自動且容易的將EDA/CAD資料作轉換、BOM/AVL/AML的管理，產品工程中所需的DFM分析、可焊性分析、SMT線優化工程、組裝零件控制管理及生產指導文件的撰寫(圖一)。

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　　CAD/CAM/CPL的轉換
　　一個制造工程系統必須不僅要能自動匯入不同的EDA/CAD 資料，也要能支持低階的CAM的格式如Gerber, IPC-D-356, Excellon Drill 等。此外，系統要具備母版格式接口去教導系統本身去讀進各種不同格式的CPL (Component Placement List)。從而可以將CPL, EDA/CAD Data and Gerber/Excellon整合成一完整單一數據庫使其能做電路板的虛擬仿真。
　　如果ODB++已被提供作資料輸入格式，則上述整合的動作則可省略。Valor的XML版的ODB++資料格式就是IPC-2581資料交換標準。而且大部分的EDA/CAD 系統能輸出這種格式。

　　BOM/AVL/AML的管理
　　大部分的單點軟件只能應付固定格式的BOM 表而且還不能修改。有些軟件可以接受一兩種固定格式的BOM表，但是必須先靠人工編輯、修改BOM之后才能進入任何的生產組裝CAM系統。自動輸入、整理、管理BOM/AVL/AML 檔案是必要的。一個功能強大的母版機制 BOM料單管理系統模塊，要能處理從設計中心出來的各種不同組合形態的BOM表。
　　這個BOM的管理系統必須要提供足夠的彈性，讓使用者可以輸入新客戶不同的BOM的格式，并可以任意編輯母版或創造新的母版格式。當這客戶再送同一個格式的BOM表時,系統可以自動確認并輸入這種格式。

　　產品/制造工程
　　產品及制造工程師需要，決定場內組裝線的路線，決定流程，并要判定生產流程的瓶頸點，評估會影響組裝量產成本及良率的因素。
　　一個完整的DFM分析工具可以協助制造工程師對電路板的虛擬仿真分析MPS，自動鑒別發生問題的種類和位置、流程的瓶頸點以及改善良率的機會。DFM分析內容如下（圖2）

　　● 驗證腳位墊片, 防焊層, 錫膏層與組件腳位與焊錫限制的相互關系；
　　● 分析光學點的擺放位置與組件、相鄰對象、防焊開口間的相互關系；
　　● 分析測試點密度及測試點到組件的可測性；
　　● 將鋼板模具設計做到錫膏量及覆蓋率的最佳化，避免墓碑或連錫效應，以提升良率；
　　● 驗證并分析腳位接觸面積、組件腳位密度、腳位數量、腳位型式等與腳位墊片的問題避免下游制造的問題如時間拖延或返修。
　　工具應該能覆蓋不同種類的檢查細項來檢驗設計資料，有效界定制造的問題。并且，工程師在使用時，可以定制分析列表，一旦驗證規則輸進系統，分析列表會自動執行所有的項目。
　　設計中心在管理工程資料變動(ECO)時必須快速將資料整合。這些資料變動包含從BOM表的調整（如新增料件、刪除料件、替換供貨商或料號），到CAD資料修改（如組件移動、移除、甚至到整個組件層面的修改）。制造工程系統必須提供有效的編輯工具來反應設計資料的變遷并儲存每個改版過的資料。特別是針對BOM表的異動，在有效時限內將新的指示與變動資料送至工廠。
　　Valor的在線實體零件數據庫(VPL)提供市面上超過三千萬種組件的元件包裝模型，提供不同元件包裝的比對、容差分析讓您對選擇元件做出正確的決定。元件參數包括包裝外框、包裝幾何尺寸、包裝材質、腳位至墊片的接觸位置、以及腳位型式、數量、位置、容差等。將BOM表、設計資料整合并插入VPL 所提供的器件屬性，系統一定可以協助制造工程師順利完成工作。
　　不良的鋼板模具設計將是嚴重的流程瓶頸。一般而言，鋼板設計都是外包生產的，而組裝制造商主導鋼板設計規則。制造工程系統必須提供不規則形狀的鋼板設計并提供手動編輯及自動編輯的功能。來自BOM表或CAD的組件信息可當作鋼板設計規則的來源，例如組件封裝名稱(QFP、BGA、鉭電容、0402等)、腳位密度或使用CAD的封裝名稱。

　　SMT組裝線優化工程及元器件管理
　　完整的針對組裝線優化工程及組件管理的工具，必需以規則為基礎的方法，配合相關的流程及機器，將料件分配到最佳位置，并根據組件料站的編排及順序，來提供生產組裝線最佳的優化及平衡效果，從而降低產線上的組裝時間。
　　此外，還需能針對多種型號的機器所需的零件資料作統一管理，從而有效管理技術參數，如 從CAD到NC 所發生的組件旋轉角度值及組件定位保償等，以達致高良率及最大產出的效果。而根據DPMO這些統計出來的資料可有助做決定，使得工程師能以歷史資料來了解機器及流程的最大生產極限。
　　一個真正的制造工程系統必須要維持從BOM表管理、DFM分析、鋼板模具設計、到整合工程流程中特別是設計中心的工程資料異動時，所有資料的一致性，確保資料不會遺失及完整性，如此才能減少錯誤 及重復性工作。要達到精確的產線仿真與產能優化，系統必須要能支持不同供貨商的機器，產線仿真可以離線運作而不至于因為要做優化程序而打斷既有的生產任務。
　　傳統上的作法運用單點解決方案先將NC 程序做出來再設定組裝線上所需的料件或料件外型數據庫。這是反其道而行之，因為這些組裝機器所需的資料是用來決定組裝桌面移動速度、旋轉放置及頭的大小、及視覺判讀的資料直接決定料件在機器的位置。若組裝線平衡及優化程序不先行考慮這些資料，則可能產生錯誤的程序，而工程師將花費更多的時間在修改或再產出機器程序上。
　　制造商在生產原型版或第一版時，通常數量不多，制造瓶頸來自于料站的料件安置及經常性的料件更換。生產制造系統應能管理料站更換頻率并將其優化，簡而言之是運用料件群組化技術，即多種不同產品同時進入系統，自動產出優化程序同時降低料件更換頻率。例如，以傳統作法生產十種產品，則料站必須更換十次。然而，若運用料件群組化技術，則只需更換料站3到4次。
　　此外制造工程系統還必須能將不同供貨商的機器所需的零件外型資料作整合中央管理，輸出資料格式給不同的檢測設備使用，包含能支持 AOI 、X-RAY、ICT等，減少或消除要重復從CAD或BOM抽取資料的繁瑣程序。

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　　生產用操作指導書的編輯
　　制造工程系統必須要能運用所有生產流程中統一且同步的資料，自動產出并提供料棧信息、檢驗指令、詳細的組件準備資料等。而這整個流程必須以單一文件格式來展現，進而減少管理不同文件格式或單一紙張文件的浪費。
　　在一個無紙張的工廠環境下，操作員可利用文件瀏覽器來檢查所有的產品及建制設定的資料。這瀏覽器應有搜尋零件、瀏覽料件信息、及彩色編印的功能。在一個無紙張的工廠環境下文件的彩色編印頁亦享有可打印的功能。
　　制造工程系統的操作指導書制作模塊應包含有下列的功能：
　　● 根據標準數據庫及精確的組件外型數據庫的真實的PCB版及組件描述；
　　● 母版模式導向系統從而能快速產出文件；
　　● 運用流程進行組件分色編印；
　　● 交互式的組件分色編印以標注易犯錯區域；
　　● 擁有完整的文字及畫圖功能；
　　● 細節、局部放大；
　　● 可支持影像、聲音動畫及其它內含式對象；
　　● 可以與MS Excel、MS Word 或其它文件連結并同步更新；
　　● 能支持中文等本地語言；
　　● 提供在線瀏覽的功能。

　　制造工程系統是必須的嗎？
　　中小型的生產制造商也許認為，只有大型制造商才需要制造工程系統。然而，生產制造商必須考量一個重要因素：也許低端的單點解決方案可以解決企業短期內的問題，但當工廠規模擴大時，低端的單點解決方案也許會造成額外成本的耗費、效率低下的流程，造成中期或長期的浪費性投資。更可怕的是，公司必須投資更多來購買額外解決方案或新的方案以適應長期發展。
　　因此，中小型的生產制造商可先選擇購置基本模塊，因應日后發展所需，再添置額外功能。比如可選用優質組裝線貼片機程序制作模塊、操作指導書編輯模塊等，讓產能及品質能馬上顯現增加獲益，隨著企業的擴展，再將制造工程系統全面化。此舉可讓簡單的單一工廠架構在經濟、操作及文化角度上順利過渡為復雜工廠架構。
　　Toshiba OME計算機工廠，在導入制造工程系統之后，從CAD 到 NC 產出降低了70%的產品工程時間；一家韓國大企業的信息電訊事業群在導入系統一年內節省了四百萬美金并極力向其它部門推薦；臺灣的大型ODM廠家們也因投資這樣的系統而獲得極大的助益及改善。
　　將現有資產的極大利用并保留過去硬件投資是每一廠家的目標。制造工程系統能將生產設備產能提高，并減少人力資源來直接改善獲利能力。成功導入正確的制造工程系統，可以降低重復性流程、減少對多個供貨商依賴度，將工程流程單一化，并快速反應工程改動使得產品更早進入量產階段，從而降低成本并改進品質及增加客戶滿意度。