Лекции проф Давыдова УГГИ (lec11 Разработка технологических процессов)

Посмотреть архив целиком

15



КОНСТРУИРОВАНИЕ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ

Development and creation of geophysical instruments. Development of technological processes

Тема 11: РАЗРАБОТКА ТЕХПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА

РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

На фабрике будущего будут заняты только двое служащих: человек и собака. Человек будет нужен для того, чтобы кормить собаку. Собака – чтобы не позволять человеку прикасаться к оборудованию.

Уоррен Беннис. Американский экономист. XX в.

Даже на таком производстве мы без работы не останемся. Без техпроцесса кормления собаки не обойтись. Для снижения затрат на производство потребуется оптимизация породы собаки и собачьего меню.

Магомед Алиев. Директор ДагЗЭТО. ХХ в.

Содержание:

    1. Сборка и монтаж радиоэлектронной аппаратуры. Организация сборочно-монтажных работ. Проектирование техпроцессов сборки и монтажа. Типовые и групповые процессы сборки и монтажа.

    2. Техпроцессы сборки и монтажа аппаратуры. Анализ технологичности электронного узла. Выбор техпроцесса сборки электронного узла. Разработка схемы сборки. Разработка маршрутного ТП сборки. Разработка технологических операций. Технологические процессы и качество РЭА. Точность параметров РЭА. Методы оценки точности. Производительность труда. Технологическая себестоимость.

Разработка технологических процессов изготовления, сборки и наладки радиоэлектронной аппаратуры должна базироваться на двух основах: технической и экономической. Техническая основа - ТП должен обеспечивать необходимое качество аппаратуры. Экономическая основа - ТП должен обеспечить выпуск РЭА с минимальными затратами и с высокой производительностью труда.

11.1. СБОРКА И МОНТАЖ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ [3]

Организация сборочно-монтажных работ. Основу монтажно-сборочных работ составля­ют процессы формирования электрических и механических соединений.

Сборка представляет собой совокупность технологических опера­ций механического соединения деталей и электро/радиоэлементов (ЭРЭ) в изделии или его части, выполняемых в определенной последовательности для обеспечения заданного их расположения и взаимодействия в соответствии с конструкторскими документами. Вы­бор последовательности операций сборочного процесса зависит от конструкции изделия и организации процесса сборки.

Монтажом называется ТП электрического соединения ЭРЭ изделия в соответствии с принципиальной электрической или электромонтажной схемой. Монтаж производится с помощью пе­чатных или проводных плат, одиночных проводников, жгутов и кабелей.

В соответствии с последовательностью технологических опе­раций процесс сборки (монтажа) делится на сборку (монтаж) отдельных сборочных единиц (плат, блоков, панелей, рам, стоек) и общую сборку (монтаж) изделия. Организационно он может быть стационарным или подвижным, с концентрацией или диф­ференциацией операций. Стационарной называется сборка, при которой собираемый объект неподвижен, а к нему подаются необходимые сборочные эле­менты. Подвижная сборка характеризуется тем, что сборочная единица перемещается по конвейеру вдоль рабочих мест, за каж­дым из которых закреплена определенная часть работы. Переме­щение объекта сборки может быть свободным по мере выполне­ния закрепленной операции или принудительным в соответствии с ритмом процесса.

Сборка по принципу концентрации операций заключается в том, что на одном рабочем месте производится весь комплекс ра­бот по изготовлению изделия или его части. При этом повыша­ется точность сборки, упрощается процесс нормирования. Однако большая длительность цикла сборки, трудоемкость механизации сложных сборочно-монтажных операций определяют применение такой формы в условиях единичного и мелкосерийного произ­водства.

Дифференцированная сборка предполагает расчленение сбо­рочно-монтажных работ на ряд последовательных простых опе­раций. Это позволяет механизировать и автоматизировать работы, использовать рабочих низкой квалификации. Сборка по принципу дифференциации операций эффективна в условиях се­рийного и массового производства. Однако чрезмерное дробление операций приводит к возрастанию вре­мени на транспортировку, увеличению производственных площа­дей, повышению утомляемости рабочих при выполнении однообразных действий. В каждом конкретном слу­чае должна быть определена технико-экономическая целесооб­разность степени дифференциации сборочных и монтажных ра­бот.

К монтажно-сборочным процессам предъявляются требования высокой производительности, точности и надежности. На повы­шение производительности труда существенное влияние оказы­вают не только степень детализации процесса и специализации рабочих мест, уровень механизации и автоматизации, но и такие организационные принципы, как параллельность, прямоточность, непрерывность, пропорциональность и ритмичность.

Параллельность сборки - это одновременное выполнение сборки нескольких час­тей изделия или изделий в целом, что сокра­щает производственный цикл. Наибольшими возможностями с технологической точки зрения обладают два вида обеспечения параллельно­сти процессов: 1) изготовление и сборка на многопредметных по­точных линиях одновременно нескольких изделий; 2) совмеще­ние на автоматизированных поточных линиях изготовления дета­лей с их сборкой.

Прямоточность процесса – это кратчайший путь прохождения изделия по всем фазам и операциям от запуска исходных материалов и комплектующих до выхода готового изделия. Любые отклонения от прямоточности услож­няют процесс сборки, удлиняют цикл изготовления радиоаппара­туры. Принцип прямоточности должен соблюдаться во всех под­разделениях предприятия и сочетаться с принципом непрерывно­сти.

Непрерывность ТП сборки предусматривает сокращение или полное устранение меж- или внутриоперационных перерывов. До­стигается непрерывность рациональным выбором техпроцессов, соединением операций изготовления деталей с их сборкой, вклю­чением в поток операций контроля и регулировки.

Под принципом пропорциональности понимается пропорциональная производитель­ность в единицу времени на каждом рабочем месте, линии, уча­стке, цехе. Это приводит к полному использованию имеющегося оборудования, производственных площадей и равномерному вы­пуску изделий. Улучшает пропорциональность рациональное де­ление конструкции на сборочные единицы и унифицированность ее элементов.

Принцип ритмичности предполагает выпуск в равные проме­жутки времени одинаковых или возрастающих количеств про­дукции. Ритмичность при сборке повышается за счет использова­ния типовых и групповых процессов, их унификации и предвари­тельной синхронизации операций.

Проектирование техпроцессов сборки и монтажа РЭА начинается с изучения на всех производственных уровнях исходных данных, к которым относятся: краткое описание функционально­го назначения изделия, технические условия и требования, ком­плект конструкторской документации, программа и плановые сроки выпуска, руководящий технический, нормативный и справочный материал. К этим данным добавляются условия, в которых предполагается изготавливать изделия: новое или действующее предприятие, имеющееся на нем оборудование и возможности приобретения нового, кооперирование с другими предприятиями, обеспечение материалами и комплектующими изделиями. В результате проведенного анализа разрабатывается план технологической подготовки и запуска изделия в производство.

В разработку ТП сборки и монтажа входит следующий комплекс взаимосвязанных работ:

1. Выбор возможного типового или группового ТП и (при необходимости) его доработка.

2. Составление маршрута ТП общей сборки и установление технологических требований к входящим сборочным единицам.

3. Составление маршрутов ТП сборки блоков (сборочных единиц) и установление технологических требований к входящим в них сборочным единицам и деталям.

4. Определение необходимого технологического оборудования, оснастки, средств механизации и автоматизации.

5. Разбивка ТП на элементы.

6. Расчет и назначение технологических режимов, техническое нормирование работ и определение квалификации рабочих.

7. Разработка ТП и выбор средств контроля, настройки и регулирования.

8. Выдача технического задания на проектирование и изготовление специальной технологической оснастки.

9. Расчет и проектирование поточной линии, участка серийной сборки или гибкой производственной системы, составление планировок и разработка операций перемещения изделий и отходов производства.

10. Выбор и назначение внутрицеховых подъемно-транспортных средств, организация комплектовочной площадки.

11. Оформление технологической документации на процесс и ее утверждение.

12. Выпуск опытной партии.

13. Корректировка документации по результатам испытаний опытной партии.

Разработка технологического маршрута сборки и монтажа РЭА начинается с расчленения изделия на сборочные элементы путем построения схем сборки. Элементами сборочно-монтажного производства являются детали и сборочные единицы различной степени сложности. Построение схем позволяет установить последовательность сборки, взаимную связь между элементами и наглядно представить Проект ТП. Сначала составляется схема сборочного состава всего изделия, а затем ее дополняют развернутыми схемами отдельных сборочных единиц. Расчленение изделия на элементы производится независимо от программы его выпуска и характера ТП сборки. Схема сбороч­ного состава служит основой для разработки технологической схемы сборки, в которой формируется структура операций сбор­ки, устанавливается их оптимальная последовательность, вносят­ся указания по особенностям выполнения операций.

На практике применяют два типа схем сборки: «веер­ный» и с базовой деталью (рис. 11.1.1). Сборочные элементы на схемах сборки представляют прямоугольниками, в которых указы­вают их название, номер по классификатору, позиционное обозначение и количество. Более трудоемкой, но наглядной и от­ражающей временную последовательность процесса сборки яв­ляется схема с базовой деталью. За базовую принимается шасси, панель, плата или другая деталь, с которой начинается сборка.

Рис. 11.1.1.

Состав операций сборки определяют исходя из оптимальной дифференциации монтажно-сборочного производства. При непоточном производстве целесообразными технологиче­скими границами дифференциации являются:

  • однородность выполняемых работ;

  • получение в результате выполнения опе­рации законченной системы поверхностей деталей или закончен­ного сборочного элемента;

  • независимость сборки, хранения и транспортирования от других сборочных единиц;

  • возможность использования простого (универсального) или переналаживаемого технологического оснащения;

  • обеспечение минимального удельного веса вспомогательного времени в операции;

  • установившиеся на данном производстве типовые и групповые операции.

В поточном производстве необходимый уровень дифференци­ации операций в основном определяется ритмом сборки.

Оптимальная последовательность технологических операций зависит от их содержания, используемого оборудования и эконо­мической эффективности. В первую очередь выполняются непо­движные соединения, требующие значительных механических усилий. На заключительных этапах со­бираются подвижные части изделий, разъемные соединения, ус­танавливаются детали, заменяемые в процессе настройки.

Разработанная схема сборки позволяет проанализировать ТП с учетом технико-экономических показателей и выбрать опти­мальный как с технической, так и с организационной точек зре­ния.

Типовые и групповые процессы сборки и монтажа. Необходимость освоения в короткие сроки новых изделий в совокупности с высокими требованиями к качеству и технико-экономическим показателям работы предпри­ятий требуют постоянного совершенствования технологической подготовки монтажно-сборочного производства. Основным на­правлением такого совершенствования является унификация ТП в совокупности с унификацией собираемых элементов конструк­ции. Различают два вида унификации ТП: типизацию и группо­вые методы сборки и монтажа.

Типовым ТП называется схематичный про­цесс сборки и монтажа изделий одной классификационной груп­пы, включающий основные элементы конкретного процесса: спо­соб установки базовой детали и ориентации остальных, после­довательность операций, типы технологического оснащения, режимы работы, приближенную трудоемкость для заданного выпу­ска изделий. По типовому процессу легко составляется конкрет­ный процесс сборки изделия и при соответствующей его подго­товке эти функции передаются ЭВМ.

Предпосылкой типизации является классификация деталей, сборочных единиц и блоков по признакам конструктивной (размеры, общее число точек соединения, схема базирования и др.) и технологической (маршрут сборки, содержание перехо­дов, оснащение) общности. При типизации приняты четыре клас­сификационные ступени: класс, вид, подвид, тип.

Классом называется классификационная группа сборочных единиц, имеющих общий вид сборочного соединения, например: свинчивание, пайка, сварка, склеивание и др.

Вид - это совокупность сборочных единиц, характеризующаяся степенью механизации сборочного процесса: сборка ручная, с применением механизированного инструмента, автоматизирован­ная. Виды разделяют на подвиды, отличающиеся друг от друга конструктивными элементами, например клеевое соединение в нахлестку, с накладками, стыковое, угловое и др. Типы объединяют сборочные единицы, которые имеют одинаковые условия сборки, расположение и число точек крепления.

Рис. 11.1.2.


По комплексности методы типизации ТП разбивают на три группы: простые (одной операции), условно простые (одного ТП) и комплексные. К первой группе относят методы непосредствен­ной типизации без предварительной унификации собираемых эле­ментов, основанные на общности технологического оснащения. Вторая группа объединяет методы типизации, связанные со спо­собами соединения ЭРЭ и деталей, с использованием общих тех­нологических решений для различных классов собираемых эле­ментов, построения различных технологических маршрутов из на­бора нормализованных операций. К третьей группе относят методы, использующие нормализа­цию элементов производственного процесса с дополнительной нормализацией ЭРЭ и деталей (рис. 11.1.2).

Разработка ТП сбор­ки и монтажа нового изделия при типизации состоит в поиске того классификационного типа, к которому это изделие можно отнести, и выборе необходимого числа типовых операций из име­ющегося состава. При этом может возникнуть необходимость в разработке оригинальных операций, отсутствующих в типовом ТП, которые пополнят банк имеющихся технологических решений.

Групповые методы сборки и монтажа также разрабатываются для определенной совокупности сборочных единиц, имеющих оди­наковые условия сборки и характеризующихся общностью применяемых средств механизации и автома­тизации. При классификации сборочных единиц в группы учиты­ваются габаритные размеры базовой детали и остальных элемен­тов, подлежащих сборке и монтажу, виды соединений, требуемая точность, технология осуществления этих соединений, характери­стика оборудования, оснастки и контрольной аппаратуры. Классификация завершается разбив­кой сборочных единиц на следующие группы:

  • с начинающим­ся и заканчивающимся циклом сборки на одном оборудовании;

  • с незаконченным циклом сборки, когда часть де­талей и ЭРЭ собирается на одной групповой операции, а на остальных операциях детали и ЭРЭ входят в другие группы или их сборка выполняется по единичному процессу;

  • с одним об­щим групповым технологическим маршрутом, состоящим из на­бора групповых технологических операций, на каждом из кото­рых используются групповые приспособления и наладки, позво­ляющие после небольшой перестройки производить сборку и мон­таж очередной партии изделий.

Разработка группового ТП сводится к проектиро­ванию групповой технологической оснастки, созданию наладок для каждого изделия, входящего в классификационную группу, и установлению оптимальной последовательности запуска партий на сборку. Групповые методы сборки и монтажа наиболее эффективны в условиях единичного и мелкосерийного производства. Они позво­ляют сократить число разрабатываемых процессов, сконцентрировать технологически одно­родные работы и применить групповые поточные многопредмет­ные линии сборки.

11.2. техпроцессы СБОРКи И МОНТАЖа РЭА [2]

Анализ технологичности электронного узла. Понятие «технологичность» включает в себя большое количество параметров изделия, техпроцессов и непо­средственно производства. Анализ технологичности позволяет оценить возмож­ность использования для изготовления деталей, сборки и монтажа изделия известных методов выполнения операций и процессов, выполняемых на достаточно высоком уровне механизации и автоматизации.

Количественная оценка технологичности электронных узлов прово­дится по системе базовых показателей (см. ниже). По базовым показателям рассчитывается комплексный показатель техноло­гичности по выражению:

Ктех =Кi i / i , i = i / 2i-1,

где i - коэффициент весовой значимости показателя.

Базовые показатели технологичности электронных узлов

Показатель

Формула расчета

i

Примечание

Коэффициент использования ИМС и микросборок

K1 = Нимс

1.0

Нимс- количество микросхем, Н- общее количество радиоэлементов

Коэффициент автоматизации и механизации монтажа

К2 = Нам / Нм

1.0

Нм- количество контактных соединений, Нам- то же, выполняемых автоматом

Коэффициент механизации подготовки к монтажу

К3 = Нап / Н

0.8

Нап- количество элементов, подготавливаемых к монтажу автоматом

Коэффициент механизации контроля и настройки

К4 = Нмк / Нк

0.5

Количество операций контроля: Нк- общее, Нмк- механизированным способом

Коэффициент повторяемости радиоэлементов

К5 = 1 - Нт / Н

0.3

Нт- количество типоразмеров элементов

Коэффициент применяемости радиоэлементов

К6 = 1 - Нор / Н

0.2

Нop- количество оригинальных типоразмеров элементов

Коэффициент прогрессивно­сти формообра­зования деталей

К7 = Дпр / Д

0.1

Число деталей: Д- общее, Дпp- изготавливаемое прогрессивными методами

Часть данных для расчета берется из технической документации на изделие. Количество контактных соединений на плате определяется под­счетом выводов навесных элементов, петель объемного проводного монта­жа, проводов-перемычек. Так как на плате все контактные соединения полу­чают пайкой, то оценивается возможность механизации пайки, с уче­том конструкции соединения (планарный вывод, штыревой вывод, и т. д.), известных способов пайки, наличия оборудования и серий­ности производства. Возможность механизации подготовки выводов навесных элементов к монтажу определяется наличием стандартных форм выводов, типом и типоразмерами их корпусов. Для их формовки применяют приспособления с ручным приводом, штампы и механизированные устройства.

Коэффициент механизации контроля и настройки относительно невелик, так как для сборки электронных узлов необходим ряд трудоемких и маломеханизированных операций контроля: проверка плат перед монтажом, качество отмывки и лакировки плат, приклейки прокладок под корпуса навесных элементов, пайки их вы­водов. Функциональные параметры платы контролируются на специальных стендах. Расчетное значение Ктех сравнивается с нормативным, который для серийного производства электронных узлов изменяется в пределах 0,5-0,8, для установочной серии 0,45-0,75 и для опытного образца 0,4-0,7.Предприятия, выпускающие РЭА на ИС частного применения, оснащены оборудованием, используемым в электронной промышленности: установки для диффузии, ионного легирования, термического окисления, оборудование для термического испарения материалов в вакууме, а также сборки и герметизации ИС.

Выбор техпроцесса сборки электронного узла. Для ТП сборки и монтажа конструктивных элементов первого уровня (модулей, ТЭЗ, узлов) типовые операции приведены в таблице ниже.

Основные операции ТП сборки



Основные этапы сборки

Объекты сборки

Основные типовые операции

Комплектация

Печатные платы, комплектующие, детали

Распаковка из тары поставщика. Входной контроль параметров. Размещение в тех­нологической тape

Подготовка к

монтажу



Печатные платы

Промывка платы. Контроль печатного монтажа. Контроль паяемости платы. Маркировка платы

Навесные элементы (ЭРЭ, ИМС)

Лакирование обозначений номиналов. Рихтовка и обрезка выводов. Флюсование и лужение выводов. Формовка выводов. Промывка и сушка ЭРЭ и ИМС. Комплек­тация. Кассетирование

Установка на

печатную плату

Детали

Установка и закрепление соединителей (разъемов), контактов (штырей, лепест­ков), навесных шин, прокладок. Стопорение механических соединений



Навесные элементы

Установка и фиксация резисторов, дио­дов, конденсаторов, транзисторов. Уста­новка и фиксация микросхем. 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. Монтажные операции (дополнительные). Контроль параметров, защита модуля (лакирование), испытания и контроль. Сдача 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, с 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. 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.

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

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 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, приклеивание и т.п.) применяется механизированная пайка волной припоя. Групповая пайка планарных выво­дов ИМС проводится припоем с нагревом па­яльником или расплавляемым припоем с импульсным нагревом электрода­ми, роликами, лучом лазера, струей газа. Импульсный нагрев локализует тепловое воздействие в зоне выводов, но требует подачи припоя в зону пайки и качест­венного лужения. Операции промывки и сушки модулей необходимы для удаления флюса, продуктов пайки и прочих загрязнений. 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.

Рис. 11.2.1.


Разработка схемы сборки. Технологическая схема сборки ТЭЗ, приведенная на рис. 11.2.1, опреде­ляет последовательность установки деталей и сборочных единиц на базовую деталь (или сборочную единицу). На схеме должны быть указаны операции получения механических соединений (свинчивание, расклепка, развальцов­ка, склеивание, сварка); операции электрического монтажа (пайка, сварка, накрутка, раскладка проводов); операции контроля и герметизации (про­мывка, сушка, лакирование, нанесение компаунда).

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 (см. рис. 11.2.1), 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.

Разработка маршрутного ТП сборки. Исходными данными для разработки маршрутного ТП являются: схе­ма сборки с базовой деталью, типовой ТП, объем выпуска N, шт/год, коэффициент закрепления операций Кзо - отношение количества операций к количеству рабочих мест: Кзо=1 - массовое производство, Кзо=2-10 - крупносерийное, Кзо=11-20 - среднесерийное, Кзо=21-40 - мелкосе­рийное. Для заданных N и Кзо определяется среднее штучное время опера­ции: Tшт = Tв / Кзо, где Тв = 60Ф/N, Ф – годовой фонд времени. Расчетное значение Tшт обеспечи­вается дифференциацией или концентрацией операций, подбором оборудо­вания определенной производительности. Маршрутный ТП корректируется после разработки операционного ТП, нормирования операций и технико-экономического обоснования структуры операции. По приведенному ниже образцу составляется маршрутная карта техпроцесса сборки и монтажа, где Тпз — подготовительно-заключительное время.

п/п

Наименование операции

Оборудование, оснастка

Тшт.расч

Разряд рабочего

Тпз







Рассмотрим разработку маршрутного ТП сборки и монтажа модуля первого уровня при объеме выпуска N = 15 000 шт/год и Тв = 6 мин. Если в смену на сборку выделить 6 ч чистого рабочего времени, то объем партии составит 60 шт/смену.

Рис. 11.2.2.


Примем, что на каждой плате устанавливаются 2 лепестка заземления, 2 провода-перемычки, 80 ИМС, 80 конденсаторов типа К53 и 160 диэлектрических прокладок под каждый корпус навесного элемента. Составим в табличной форме маршрутный ТП с указанием со­держания и последовательности операций, а также предварительно выбран­ного оборудования (рис. 11.2.2). Примем, что ПП, ИМС и конденсаторы про­шли типовые ТП подготовки к сборке и монтажу.

Проанализируем выбор оборудования в маршрутном ТП. Тшт операции установки лепестков и монтажа перемычек не превышает 0,5 мин. Это позволяет выполнять на одном рабочем месте монтажника вручную слесарно-сборочную и монтажные операции, так как предельное в этом случае значение Кзо =Tв/T = 12. Эмаль стопорения лепестков сох­нет 5-6 ч, что требует одновременного размещения в шкафу не менее 60 плат (сменный выпуск) и работы с суточным заделом.

Так как на плате устанавливаются ИМС и конденсаторы различных типономиналов и типоразмеров корпусов, целесообразно применение специального мон­тажного устройства, с помощью которого на плату устанавливаются ИМС. Учитывая его производитель­ность (см. рис.) и затраты времени на нанесение клея и подпайку выво­дов, необходимы два устройства.

Полуавтомат непрерывной пайки планарных выводов ИМС имеет высокую производительность и позволяет переналаживать паяльную головку в зависимости от типоразмеров корпусов. Неизбежны трудности механизированной пайки цилиндрических выводов конденсаторов с планарной формовкой. Эту операцию можно выполнить на лазерной установке пайки. Ли­нии промывки, лакирования и сушки модулей по производительности значи­тельно превышают расчетный такт выпуска. Их применение гарантирует со­блюдение режимов и условий обработки при обработке различных типов изде­лий. При заданном объеме выпуска N, шт/год, известной производительности оборудования n шт/ч и годовом фонде времени его работы Фоб, ч, можно оп­ределить расчетное количество оборудования для каждой операции:

Красч = N/nФоб.

Разработка технологических операций. Цель этапа разработки операционного ТП - полная детализация вы­полнения операций. Этот этап включает:

  • определение структуры операции, последовательности переходов и работы инструментов;

  • выполнение операции с изображением состояния объекта, схемы ба­зирования или установки деталей, инструментов, направлений главных пере­мещений, геометрических размеров, достигнутых на данной операции. Эскиз сопровождается таблицей, содержащей переходы, условия и режимы их вы­полнения, основное tо и вспомогательное tв время, действительную и допус­тимую погрешности базирования;

  • расчет режимов и условия сборки и монтажа, времени Тшт с учетом технологических возможностей предварительно выбранного оборудования, уточнение времени фактической загрузки оборудования;

  • расчет точности операции, условий собираемости сопрягаемых де­талей, действительных погрешностей, определение точностных требований к сборочно-монтажным приспособлениям;

  • нормирование операций, выбор разряда рабочего, расчет технологи­ческой себестоимости операции, технико-экономическое обоснование вари­антов операции;

  • обоснование выбора технологической оснастки или разработка тех­нического задания на ее проектирование.

Рассмотрим более подробно этапы разработки монтажной операции пайки ИМС с планарными выводами на полуавтомате непрерывной пайки.

Структура операции параллельно-последовательная. Пайка выполняется параллельно двумя наконечниками (жалами) одновременно двух противоле­жащих выводов и последовательно остальных выводов микросхемы, а также ИМС, установленных в одном ряду. Необходимы три прохода (3 ряда ИМС) с возвратом паяльной головки каждый раз в исходное положение (условие не­прерывной пайки) и перемещением к координате следующего ряда.

При расчете рабочего пути паяльной головки необходимо знать шаг установки и длину корпуса ИМС. Если шаг велик или в ряду отсутствует ИМС, то целесообразно на нерабочих участках перемещать головку уско­ренно для увеличения производительности. Технологическая скорость выбирается из условия ограничения времени контакта жала с выводом (не более 2—3 с), обеспечения качества пайки (скелетная форма соединения, растекание припоя вдоль вывода, отсутствие перемычек). Зная пути рабочих и холостых ходов головки, легко определить основ­ное tо и вспомогательное tв время пайки. Время установки (снятия) платы определяется экспериментально или задается по нормативам на соответствующие виды монтажных работ. Таким образом, можно рассчитать время операции пайки ИМС. Температура пайки зависит от используе­мого припоя и допустимого нагрева корпуса ИМС.

Исходными данными для точностного расчета опера­ции являются размеры планарных выводов ИМС и контактных площадок пла­ты; максимальная величина смещения выводов после установки и приклейки корпуса ИМС; точность настройки наконечников головки; точность позицио­нирования и рабочего перемещения головки. Размеры выводов и площадок оп­ределяются из конструкторской документации, точность установки ИМС - из анализа предыдущей монтажной операции, остальные данные - из докумен­тации на оборудование. Зная перечисленные погрешности, можно рассчитать допустимую суммарною погрешность на данной операции.

При нормировании операции пайки ИМС следует взять за основу tо и вспомогательное время tв, определить время технического об­служивания tобсл полуавтомата, подготовительно-заключительное время Tпэ на его наладку, и принять решение о назначении разряда рабочего.

Для технико-экономического обоснования рассматриваемой операции можно путем расчета технологической себестоимости пайки ИМС CТ = А + B/N (A - текущие расходы, В - единовременные расходы) сравнить возможные варианты ее реализации на разных типах устройств пайки.

В качестве технологической оснастки для операции пайки ИМС в рас­смотренном примере необходимо приспособление для установки и закреп­ления платы на столе полуавтомата. Исходными данными для его проектиро­вания являются схема базирования; допустимая погрешность, оп­ределенная при точностном расчете операции; время на операцию. Кроме перечисленных данных в ТЗ приводится схема установки платы в приспо­соблении. Она позволяет выбрать конструкцию установочных элементов (опор) приспособления, их расположение и точки приложения усилий за­крепления платы. Вспомогательное время регламентирует быстросменность плат в приспособлении и тип привода закрепления (ручной, пневма­тический, электромагнитный, механический).

Технологические процессы и качество РЭА. Разработка ТП изготовления, сборки и наладки РЭА должна базироваться на двух основах: технической и экономической. Техническая основа - ТП должен обеспечивать необходимое качество получаемой РЭА. Экономическая основа - ТП должен обеспечить выпуск РЭА с минимальными затратами и с высокой производительностью труда.

Под качеством понимается совокупность свойств РЭА, удов­летворяющих требованиям заказчика, государственным и мировым стан­дартам. Понятие качества можно свести к следующим показателям: надежность и долговечность, технологичность, точность, эргономичность, патентно-правовые показатели, стандартизация и унификация, экономические показа­тели, экологические показатели. Различают базовые, частные и комплекс­ные показатели качества.

На качество изделия большое влияние оказывает точность входящих в него деталей, компонентов, узлов и т. п.

Точность параметров РЭА. Точность — степень соответствия действительного (полученного) па­раметра заданному (X) номинальному. Эта степень соответствия задается допуском () на параметр изделия и обозначается с плюсовым, минусовым или равносторонним допуском (например, Х ± /2).

Все параметры качества делятся на следующие группы.

  • Геометрические - линейные размеры, микронеровности (шерохова­тость), макронеровности (непараллельность, овальность, неперпендикуляр­ность и т. д.).

  • Физические - индуктивность, сопротивление, емкость, магнитная проницаемость, проводимость и т. п.

  • Химические - растворимость, концентрация, скорость травления, скорость диффузии и т. п.

Для определения точности линейных размеров элементов деталей ис­пользуется единая система допусков и посадок (ЕСДП), опирающаяся на международную систему стандартов ИСО. В ЕСДП приняты 19 квалитетов точности (вместо ранее применявшихся классов точности), записываемые в порядке понижения точности: 01, 0, 1, 2, 3, ..., 17. Квалитеты 01, 0 и 1 пред­назначены для концевых мер длины; квалитеты со 2-го по 4-й - для калиб­ров и особо точных изделий. В квалитетах с 5-го по 13-й даются допуски для сопрягаемых размеров деталей, а в квалитетах с 14-го по 17-й - для несопрягаемых размеров деталей. Допуски обозначают IT с порядковым номером квалитета, например IT12. Для физических параметров допуск может быть проставлен в процентах. Например, электрическое сопротивление R ± 5 %.

Параметры имеют разброс из-за производственных погрешностей (). Различают три вида производствен­ных погрешностей: систематические, закономерно изменяю­щиеся, случайные.

Погрешность обработки партии деталей называют сис­тематической (постоянной), если погрешности деталей, входящих в партию, одинако­вые. Такая погрешность получается под действием неизменных факторов в течение обработки всей партии деталей. Погрешность называют закономерно изме­няющейся, если при переходе от одной детали к другой значение погрешности изменяется по тому или иному закону. Например, износ инструмента закономерно приводит к росту внешних размеров и уменьшению внутренних (диаметров). Погрешность называют случайной, если за­кономерность изменения отсутствует, и предугадать время появления и на­правление действия погрешности невозможно. Пример случайной погреш­ности - температурные колебания, погрешности базирования и т. п.

На практике ни одна из этих погрешностей в чистом виде не проявля­ется, и общая погрешность представляет комбинацию указанных видов по­грешностей.

Если значение погрешностей больше заданного конструктором допус­ка, то часть параметров выйдет за поле допуска и будет забракована. Чтобы этого не произошло, необходимо повысить точность ТП, подобрать более точное оборудование, стабилизировать режимы, изменить метод обработки, монтажа и т. п.

Методы оценки точности. Из большого разнообразия методов оценки точности рассмотрим чаще всего применяющиеся в производстве РЭА: наблюдение в цехах, статистиче­ский, расчетно-аналитический.

Метод наблюдения в цехах основан на сборе данных о точности из­делий, получаемых при обработке и сборке с использованием опреде­ленного оборудования и приспособлений, с учетом обрабатываемых ма­териалов, инструментов и т. п. Эти данные систематизируют и сводят в таблицы для различных методов обработки. Та­кие таблицы можно использовать для предварительной оценки точности разрабатываемого ТП.

Статистический метод оценки точности основан на положениях теории вероятности и математической статистики. Так как процесс произ­водства РЭА характеризуется большим количеством факторов, влияющих на качество и требующих системного подхода к его анализу и синтезу, для ис­следования точности ТП используют различные статистические методы. Наибо­лее универсальным является метод кривых распределения, позволяю­щий оценить разброс погрешно­стей для данного ТП и определить процент возможного брака.

Рис. 11.2.3.


Для построения кривой рас­пределения погрешностей следует замерить партию деталей (кон­кретный параметр, допустим, раз­мер L) в количестве N = 100 шт. Замеренный параметр разбивается на равные интервалы и подсчиты­вается число n параметров в каж­дом интервале. Определяется частота m = n/N повторений отклонений параметров в партии и строится гистограмма и полигон распределения параметров (рис. 11.2.3). Вид кривой распределения зависит от характера погрешностей. Случайная погрешность подчиняется закону нормального распределения (закон Гаусса).

Кривые распределения случайных погрешностей характеризуются средним размером и средним квадратичным отклонением. Средний размер Lcp определяют по формуле:

Lср = (1/NLi,

где Li - размеры отдельных деталей. Среднее квадратичное отклонение определяется выражением:

(1/N(LiLcp)2 = (1/N(Li)2(Lср)2.

Для определения вероятностных характеристик важную роль играет ко­личество деталей, которые нужно измерить, чтобы получить значения характе­ристик с достаточной степенью точности и достоверности. Для практических целей обычно бывает достаточно измерения 50-100 деталей. В тех случаях, когда столько деталей получить невозможно и вероятностные характеристики определяются по меньшему N, точность и достоверность результатов необхо­димо оценивать на основании методов математической статистики.

Ошибку при определении среднеквадратического значения вычис­ляют по формуле

± ,

а при определении среднеарифметического значения

± ,

где у - ошибка в долях .

Из этих же выражений мож­но определить N, удовлетворяю­щее заданной точности.

Рис. 11.2.4.


Уравнение распределения Гаусса (рис. 11.2.4) в координатах с началом в центре группирования имеет вид

y(x) = exp(-x2/22)/(),

где - среднеквадратическое отклонение аргумента.

В зависимости от значения форма распределения изменяется. Чем меньше , тем уже кривая и меньше поле рассеивания. Асимптотически приближаясь к оси абсцисс, кривая нормального распределения стремится к бесконечно малым значениям. За пределами интервала ± 3 она практически сливается с осью абсцисс.

Площадь кривой, соответствующая заданному интервалу отклонений х в единицах z=x/, определяется интегралом, который обычно называют интегралом вероятностей Лапласа:

Ф(z) = (2/)exp(-z2/2) dz.

Интеграл табличный, его значения имеются во всех справочниках по теории вероятностей. При известном значении и задании допустимого значения х отклонения размеров детали от номинала величина интеграла Ф(x/) определяет вероятность получения размеров в пределах ±х отклонения от номинала, т.е. годных. При z=1 (x=) Ф(z) 0.683, при z=2 Ф(z) 0.954, при z=3 Ф(z) 0.996. Соответственно, величина

P(z) = [1-Ф(z)]·100 %

определяет возможный процент брака. Чтобы снизить процент брака следует либо увеличить поле допуска на отклонение от номинала, либо применить другой ТП, обеспечивающий меньшее значение .

Распределение систематичес­ких закономерно изменяющихся по­грешностей происходит по различ­ным законам. В простейшем случае постоянная систематическая погрешность, вызванная, например, первичной настройкой автомата, вызывает сдвиг кривой распределения случайных погрешностей на определенную величину. При производстве деталей на нескольких автоматах одновременно такая систематическая погрешность вызовет расширение кривой распределения с уплощением ее вершинной части. Оценку возможной доли брака в этих случаях можно выполнять непосредственно по кривым распределения графическими методами.

При долговременном выпуске каких-либо особо важных деталей, элементов или модулей статистический анализ может повторяться через определенные промежутки времени, что дает возможность построения временных диаграмм изменения точности, что дает возможность своевременной замены оборудования или перехода на новый ТП.

Производительность труда и норма штучного времени. Производительность труда Q = 1/Т, шт/ч - количество продукции, вы­пущенной в единицу времени Т (за 1 ч, за одну смену). Время трудо­емкости выполнения операции называется нормой штучного времени Тшт. Технически обоснованная норма штучного времени определяется по фор­муле:

Тшт = to + tв + toрг + tтех + tпер,

где fo - основное время операции (деформирование, нанесение мате­риала, сборка, монтаж); tв - вспомогательное время на установку, закрепление и раскрепление заготовки и деталей при обработ­ке и сборке, на подвод и отвод инструмента и т. п.; toрг - время организационного обслуживания рабочего места, на снабжение рабочего места заготовками, комплектующими, инстру­ментом и т. п.; tтех - время технического обслуживания рабочего места, на подготовку рабочего места к работе, включение аппаратуры, прогрев, выключение оборудования и его уборка и т. п.; tпер - время перерывов в работе (применительно к поточно-конвейерному производству).

Время toп = to + tв, затрачиваемое на выполнение операции, называется операци­онным временем. Время на обслуживание рабочего места tобс = toрг + tтех. Как правило, tобс = toп. Более точные значения составляющих Тшт приводятся в справочной литературе по нормированию работ в приборостроении.

Для серийного производства характерной является переналадка обо­рудования и смена оснастки на изготовление новой партии изделий. Время, затрачиваемое на эти цели, называется подготовительно-заключительным и обозначается Тпз. При этом штучное калькуляционное время определится как Тштк = Тшт + Тпз/N, где N – количество изделий в партии.

Для автоматического оборудования время одной операции определя­ется по формуле Тц = tрх + tхх, где Тц - время цикла автомата на одну операцию; tрх - время на выпол­нение рабочих ходов, аналог to; tхх - время на выполнение холостых хо­дов, аналог tв. Производительность автомата составит Q = 1/Тц.

Обычно производительность автоматов и другого оборудования вы­бирают из технических характеристик, указываемых в справочниках или паспортных данных. Например, установ­ка ИМС на ПП на автомате такой-то мар­ки выполняется со скоростью 2000 шт/ч. Значит, одна ИМС устанавливается за 1,8 с.

Для уменьшения to применяют параллельную обработку. Например, многошпиндельное сверление печатных плат, одновременное сверление не одной, а нескольких плат в пакете. При пайке погружением печатных плат сразу все соединения подвер­гаются пайке.

Для уменьшения tв, используют быстрозажимные устройства, много­местную обработку (в одном приспособлении несколько заготовок), механизированные приводы вместо ручных и др.

Чтобы уменьшить toрг следует использовать программируемые ком­плектовщики, обеспечивающие быстрое снабжение рабочих мест комплек­тующими изделиями, инструментом, заготовками. Для уменьшения tтех оборудование должно быть надежным, обеспечивающим устойчивое сохранение установленных технологических режи­мов работы. Время перерывов tпер устанавливается согласно санитарным нормам и его произвольно не уменьшают.

Для уменьшения Тпз используют станки с программным управлением, для которых достаточно поменять программы, чтобы начать производство следующей партии изделий. Особенно перспективными являются гибкие производственные ком­плексы, состоящие из гибких производственных модулей с управлением от централизованной АСУ ТП.

Когда существующий ТП уже не дает роста производительности труда, следует его изменять. В противном случае производство станет не конкуренто­способным, морально устаревшим. Например, контроль характеристик печатных узлов ручным способом (прозвонкой) зани­мает много времени, в то же время использование тестового контроля аппара­туры снижает время контрольных операций во много раз.

Однако, можно резко повысить производительность производства и снизить трудоемкость выполнения операций, однако это может вызвать увеличение стоимости готовой продукции. Поэтому основным критерием является себе­стоимость выполнения технологической операции.

Технологическая себестоимость (затраты на изготовление продукции) рассчитывается по выражению

С = А + В/N,

где А - текущие (переменные) затраты, руб; В - единовременные (посто­янные) затраты, руб; N - программа выпуска изделий, шт.

A = См + Сз + Снр,

где См - затраты на материал; Сз - затраты на зарплату основных рабо­чих; Снр - накладные расходы на электроэнергию, воду, ремонт и т. п., ориенти­ровочно берутся от зарплаты основных рабочих и составляют 70-300 %.

Cм = mq – mоqо,

где m - норма расхода материала на изделие (кг, м, дм2); q - стоимость единицы материала; mo - утилизованный остаток материала, руб; qo - стоимость единицы утилизованного остатка материала.

Сз 0.02 (Tшт)i li,

где (Tшт)i - норма штучного времени на i-операцию; li - тарифная ставка рабочего в единицу времени.

В = Сн + Со,

где Сн - зарплата наладчиков оборудования, руб; Со - стоимость запус­каемого оборудования (оснастки) для производства новой серии (партии) изделий, руб.

Сн 0.025 Tн lн,

где Тн - время наладки оборудования, lн - тарифная ставка наладчи­ка в единицу времени.

Разработка ТП - задача многовариантная. Например, операция пайки может выполняться паяльником, окунанием в расплавленный припой, пай­кой волной. Основным критерием выбора варианта являются затраты, т. е. себестои­мость данного ТП.

Так, например, можно заложить в ТП более дешевую, но менее производительную оснастку, или дорогую высокопроизводительную. При малой программе дорогая оснастка разложится на себестоимость изделия и резко ее повысит, поэтому ее более выгодно использовать при большей программе выпуска. Однако во втором случае возможно придется больше платить рабочему, так как оснастка сложнее и требуется рабочий с более высоким разрядом, но производительность, т. е. трудоемкость, будет меньше, чем в первом случае.

Чтобы снизить технологическую себестоимость, необходимо умень­шать входящие в нее составляющие: уменьшать отходы за счет правильного раскроя материала, применять роботы-манипуляторы вместо рабочих, применять энергосберегающие ТП и пр.


Литература

  1. Ивченко В.Г. Конструирование и технология ЭВМ. Конспект лекций. - /Таганрог: ТГРУ, Кафедра конструирования электронных средств. – 2001. - http://www2.fep.tsure.ru/russian/kes/books/kitevm/lekpart1.doc

  2. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры: Учебник для вузов. – М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 528 с. URL: http://slil.ru/22574041/529407141/Konstruktorsko-tehnologicheskoe_proektirovanie_elektronnoj_apparatury.rar

  3. Технология приборостроения: Учебник / Под общей редакцией проф. И.П.Бушминского. – М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана. URL: http://www.engineer.bmstu.ru/res/RL6/book1/book/metod/tpres.htm

  4. Тупик В.А. Технология и организация производства радиоэлектронной аппаратуры. – СПб: Издательство: СПбГЭТУ "ЛЭТИ" – 2004. URL: http://dl10cg.rapidshare.de/files/31510061/4078542704/tehnologiya.i.organizaciya.proizvodstva.radioelektronnoj.apparatury.pdf.rar


Главный сайт автора ~ Лекции по конструированию аппаратуры

О замеченных опечатках, ошибках и предложениях по дополнению: davpro@yandex.ru.

Copyright ©2006 Davydov А.V.


Случайные файлы

Файл
150693.rtf
4906-1.rtf
62601.rtf
138120.rtf
tema 8.doc