鉆孔車(chē)間效率提升分析

郭志偉 徐 杰 楊 俊

（惠州中京電子科技有限公司，廣東 惠州 516029）

5G時(shí)代，企業(yè)的技術(shù)能力和管理水平有了卓越的提升，鉆孔車(chē)間的數(shù)字化管理也得到了很好應(yīng)用。眾所周知，生產(chǎn)效率幾乎是企業(yè)頭等大事，而鉆孔效率是企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，因鉆孔車(chē)間的鉆孔機(jī)價(jià)格昂貴，需求量多，所以成本也高。鉆孔機(jī)的性能從90年代的主軸轉(zhuǎn)速為10萬(wàn)轉(zhuǎn)/分鐘到現(xiàn)在已逐步升級(jí)為30萬(wàn)轉(zhuǎn)/3分鐘不等，而鉆孔機(jī)的生產(chǎn)速度從90年代的100孔/分鐘提升到了500孔/分鐘甚至更快……所以在鉆孔管理過(guò)程中，一個(gè)小小地改善對(duì)有規(guī)模的企業(yè)也是一筆可觀的收入。舉一案例，以某一PCB企業(yè)有100臺(tái)鉆孔機(jī)（合計(jì)600支主軸），鉆孔時(shí)的平均疊板數(shù)3片/疊，平均每分鐘鉆孔300/次，以每天每軸機(jī)器稼動(dòng)率提高10 min，每1000孔效益0.3元，這樣計(jì)算一下：300孔×3片疊板×10分鐘×600軸×30天（月）×12個(gè)月（年）÷1000孔×0.3元=583 200元（年）。每天每臺(tái)機(jī)器利用率提高10 min，每年的收益就是583 200元，以下筆者班門(mén)弄斧粗略談下對(duì)鉆孔效率影響的幾點(diǎn)看法。

1 鉆孔車(chē)間開(kāi)動(dòng)率對(duì)效率的影響案例分析

筆者指的開(kāi)動(dòng)率（稼動(dòng)率）=（機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間÷每天總時(shí)間）×100%，要提高開(kāi)動(dòng)率就要增加鉆孔機(jī)運(yùn)行時(shí)間，減少鉆孔機(jī)停機(jī)時(shí)間。

下面我們分析下一臺(tái)鉆孔機(jī)的生產(chǎn)記錄，得知此臺(tái)鉆孔機(jī)的鉆孔開(kāi)動(dòng)率平均約為80%，每天有1440 min×20%=288 min的停機(jī)時(shí)間。那么這288鐘都是浪費(fèi)在哪兒？看此機(jī)臺(tái)的生產(chǎn)運(yùn)行記錄就不難找出答案，下面為詳細(xì)分析。

1.1 換料時(shí)間分析

換料指的是從A型號(hào)轉(zhuǎn)到B型號(hào)的過(guò)程，從鉆孔運(yùn)行時(shí)間記錄表查看一共換了兩次型號(hào)，第一次用了26 min，第二次用了18 min，前面一次比后面多用8 min，這是浪費(fèi)時(shí)間。

以筆者的經(jīng)驗(yàn)把整個(gè)換料的動(dòng)作及理論預(yù)估時(shí)間來(lái)分解計(jì)算：?jiǎn)稳藛未螕Q型號(hào)耗時(shí)=資料調(diào)取1.5 min+手動(dòng)輸入排刀2 min+栽銷釘2 min+四角試鉆2 min+照X-RAY確認(rèn)2 min+6個(gè)軸上板3.5 min+貼鋁片2 min+板子復(fù)位確認(rèn)1 min+生產(chǎn)指示單核對(duì)2 min=18 min（物料提前準(zhǔn)備不計(jì)）。這是以單人計(jì)算，如果現(xiàn)場(chǎng)管理能夠在換料時(shí)協(xié)調(diào)人手互助所用時(shí)間還會(huì)更少，如果員工操作不夠熟練或物料準(zhǔn)備不足（鉆頭、墊板、鋁片等等）也會(huì)增加換料時(shí)間。

1.2 上下板時(shí)間分析

上下板指的是某一型號(hào)單趟鉆完后再鉆換同一型號(hào)的板繼續(xù)鉆孔的過(guò)程，以表1為例我們統(tǒng)計(jì)正常狀態(tài)下6組上下板數(shù)據(jù)。

從表1可見(jiàn)上下板用時(shí)最多為27 min，最少為10 min。明明10 min可以完成的，為什么會(huì)浪費(fèi)這么多時(shí)間？以筆者的經(jīng)驗(yàn)分解整個(gè)上下板動(dòng)作和理論預(yù)估時(shí)間：6軸鉆孔機(jī)單人單次上下板耗時(shí)（從上次完成時(shí)間開(kāi)始計(jì)時(shí)）=撕膠紙下鋁片1.5 min+下板2 min+上板3.5 min+貼鋁片2 min+板子復(fù)位確認(rèn)1 min=10 min。超時(shí)多數(shù)是因下次生產(chǎn)要準(zhǔn)備的物料不足或人員操作不熟練造成。如果區(qū)域人員相互配合，兩人同時(shí)操作上下板即5 min可以完成，同時(shí)3人操作則3 min就可以完成。

表1 上下板時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

1.3 鉆孔機(jī)單趟時(shí)間分析

單趟時(shí)間指的是單趟板從完成換料啟動(dòng)到完成鉆孔的時(shí)間，也包括機(jī)器運(yùn)行時(shí)中途停機(jī)時(shí)間。以表2為例來(lái)統(tǒng)計(jì)幾趟鉆孔時(shí)間再做分析。

從表2看停機(jī)時(shí)間最多的為47 min，最少的為9 min，單趟的平均停機(jī)時(shí)間約22 min。造成這些停機(jī)的具體原因是什么？以筆者的現(xiàn)場(chǎng)觀察分析認(rèn)為：首先是鉆孔過(guò)程中鉆頭準(zhǔn)備不足導(dǎo)致停機(jī)換鉆頭，其次是鉆頭管控不到位，在鉆孔機(jī)檢測(cè)鉆頭直徑和長(zhǎng)度時(shí)超公差導(dǎo)致機(jī)器停機(jī)而等待人員處理。

2 鉆孔機(jī)參數(shù)設(shè)置對(duì)鉆孔效率的影響

2.1 鉆孔機(jī)主軸高度設(shè)置對(duì)鉆孔效率的影響

鉆孔機(jī)主軸的高度設(shè)置主要影響到下鉆行程的距離，而主軸下鉆的速度一般設(shè)置在1～4 m/min，相對(duì)于鉆孔機(jī)X軸和Y軸80 m/min的速度是比較慢的，設(shè)置不當(dāng)對(duì)生產(chǎn)效率影響也是很大的。為進(jìn)一步研究這個(gè)參數(shù)對(duì)效率的影響程度，筆者對(duì)在相同條件下設(shè)置不同的主軸高度和下鉆速度做了一次試驗(yàn)，試驗(yàn)條件：大族鉆機(jī)，板厚1.6 mm，鉆頭直徑為0.3 mm，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。其他條件不變，主軸高度設(shè)置每相差1 mm則鉆孔效率相差30孔/min。每分鐘增加30孔收益=每分鐘30孔×每天鉆機(jī)運(yùn)行1320 min（22 h）×600個(gè)軸×3片疊板÷1000孔×0.3元（千孔收益）=21384元/天，由此可見(jiàn)主軸高而設(shè)置不當(dāng)對(duì)鉆孔的效益影響是非常大的?，F(xiàn)在新出的鉆孔機(jī)已經(jīng)克服了這一問(wèn)題，都有一個(gè)快鉆功能（以鉆針接觸鋁片的導(dǎo)電時(shí)間自動(dòng)計(jì)算主軸高度），管理者只要用好這一功能就可以有效避免這一浪費(fèi)。

表3 鉆孔參數(shù)設(shè)置實(shí)驗(yàn)

2.2 鉆頭進(jìn)刀速度對(duì)鉆孔效率的影響

鉆頭參數(shù)包括轉(zhuǎn)速、進(jìn)刀速、回刀速、壽命等，影響效率最大的是進(jìn)刀速，為進(jìn)一步研究鉆頭的進(jìn)刀速對(duì)效率的影響程度，筆者在對(duì)相同條件下設(shè)置不同的下鉆速度做了一次試驗(yàn)，試驗(yàn)條件：大族鉆機(jī)，板厚1.6 mm，1片疊板，鉆頭直徑為0.3 mm，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。鉆頭進(jìn)刀速度每相差1 m/min相應(yīng)鉆孔孔數(shù)平均相差約120孔/min。效益計(jì)算：每分鐘120孔×每天鉆機(jī)運(yùn)行1320 min（22 h）×600個(gè)軸×3片疊板÷1000孔×0.3元（千孔收益）=85536元/天。怎樣才能合理使用這一參數(shù)呢？每個(gè)廠家都有自己一套鉆頭參數(shù)，大部分都是依據(jù)不同的覆銅板材質(zhì)實(shí)驗(yàn)后而設(shè)定的，例如軟板參數(shù)、高Tg板參數(shù)、厚銅板參數(shù)等等，如果設(shè)置不當(dāng)就會(huì)帶來(lái)斷針、孔粗、孔偏等。

表4 鉆孔參數(shù)設(shè)置實(shí)驗(yàn)

3 鉆孔程序路徑對(duì)鉆孔效率的影響

鉆孔程序路徑指的是從一個(gè)孔到另一個(gè)孔的移動(dòng)方向，如果路徑不合理會(huì)讓鉆孔機(jī)多跑幾百米或幾千米，造成不必要的浪費(fèi)。舉例某一型號(hào)鉆孔板單片板總孔數(shù)為100 000孔，每個(gè)單元有10個(gè)孔，單元內(nèi)橫向X方向孔距為3 mm，單元內(nèi)縱向Y方向孔距4 mm，單元內(nèi)交叉孔距為5 mm，未優(yōu)化路徑的鉆孔行程需要40 mm（如圖3所示）,優(yōu)化后路徑的鉆孔行程需要28 mm（如圖4所示），每個(gè)單元的行程相差12 mm，依此計(jì)算這趟板未優(yōu)化路徑的要比優(yōu)化路徑多行跑120 000 mm，所用時(shí)間不同效率也會(huì)有影響。為有效防止此項(xiàng)問(wèn)題發(fā)生，很多廠家在處理鉆孔資料軟件上都設(shè)置了優(yōu)化腳本。

圖3 未優(yōu)化鉆孔路徑

圖4 已優(yōu)化鉆孔路徑

4 計(jì)劃排機(jī)安排對(duì)鉆孔效率的影響

4.1 排機(jī)的換料次數(shù)分析

舉例有一款型號(hào)120片板，5片疊，鉆孔需要24軸4臺(tái)機(jī)，每趟板鉆板時(shí)間大概要180 min，排機(jī)人員為了趕夠當(dāng)天的產(chǎn)量安排了4臺(tái)機(jī)，順利完成了當(dāng)天的產(chǎn)量。我們分析下鉆完這120片板總共用了多少時(shí)間：（180 min鉆孔+20 min換料）×4臺(tái)鉆機(jī)=800 min，如果這120片用一臺(tái)鉆完要用多少時(shí)間呢？180 min鉆孔×4臺(tái)鉆機(jī)+20 min換料=740 min，這樣是不是這120片板鉆完可以節(jié)省60 min的換料時(shí)間，相應(yīng)的機(jī)器開(kāi)工率也就提高了。

4.2 鉆孔機(jī)軸數(shù)利用率分析

大部分廠家為有效管控品質(zhì)和漲縮系數(shù)管控都會(huì)進(jìn)行分批卡管制，有100片一個(gè)批卡的，也有120片一個(gè)批卡的不等，每卡的卡號(hào)和漲縮系數(shù)有所不同，因此每卡都要獨(dú)立鉆孔。例如一個(gè)100片為一批卡的鉆孔板，4片疊板，共要25個(gè)軸，而每臺(tái)鉆孔機(jī)是6個(gè)軸，要鉆完這25軸的板就會(huì)空5個(gè)軸，軸數(shù)利用率只有83%，造成了很大浪費(fèi)。為改善此問(wèn)題有的廠家會(huì)有幾臺(tái)兩軸機(jī)，直接把尾數(shù)板排在兩軸機(jī)鉆孔，這樣軸數(shù)利用率會(huì)有所提高。鉆孔機(jī)主軸利用率最高的批量是144片平均利用率為99.5%，最差的是100片平均利用率為90.83%。最終選取哪個(gè)批量數(shù)管控？筆者認(rèn)為最主要還是結(jié)合廠內(nèi)疊板結(jié)構(gòu)來(lái)確定。

5 鉆孔疊板設(shè)計(jì)對(duì)鉆孔效率的影響

PCB鉆孔過(guò)程中疊板數(shù)使用不當(dāng)會(huì)影響效率以及對(duì)成本也有很大浪費(fèi)。每一個(gè)廠家一般都有一個(gè)嚴(yán)格的疊板設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，隨著科技的進(jìn)步很多廠家通過(guò)對(duì)鉆頭刃長(zhǎng)增加來(lái)提高了疊板數(shù)，但這一方案也要考慮品質(zhì)問(wèn)題，因?yàn)榭孜痪纫矔?huì)相應(yīng)變差。

6 數(shù)字化管理的應(yīng)用

在數(shù)字化管理之前，只能人工統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)時(shí)間滯后、準(zhǔn)確性差，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的異常（上下板及換料時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、設(shè)備故障、鉆頭測(cè)量異常等等），這就需要大量的現(xiàn)場(chǎng)管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，還有一些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不及時(shí)、不完全，導(dǎo)致產(chǎn)出達(dá)成率低，同時(shí)也影響了交付問(wèn)題。智能數(shù)字化的出現(xiàn)可以明顯得到改善，通過(guò)數(shù)字化看板管理能夠及時(shí)地看到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，及時(shí)安排處理。

鉆孔車(chē)間數(shù)字化管理案例，如有“鉆孔機(jī)稼動(dòng)率及停機(jī)報(bào)警看板”，可以清晰得知全部鉆孔機(jī)現(xiàn)時(shí)現(xiàn)狀地運(yùn)行開(kāi)工率及停機(jī)報(bào)警信息，從而使得機(jī)器利用率的最佳化；又如有“計(jì)劃產(chǎn)出達(dá)成率及報(bào)廢趨勢(shì)看板”，可以隨時(shí)查看到當(dāng)日當(dāng)月的生產(chǎn)結(jié)存信息，現(xiàn)場(chǎng)呆滯料時(shí)長(zhǎng)，品質(zhì)報(bào)廢面積趨勢(shì)，能夠及時(shí)對(duì)生產(chǎn)時(shí)效進(jìn)行調(diào)整，為生產(chǎn)管理效率提升提供了及時(shí)有效的幫助。

7 結(jié)語(yǔ)

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理中往往看似很簡(jiǎn)單不應(yīng)該發(fā)生的問(wèn)題卻是常見(jiàn)的問(wèn)題，5G的應(yīng)用和數(shù)字化管理的出現(xiàn)給我們帶來(lái)了方便，也給企業(yè)帶來(lái)較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，筆者認(rèn)為數(shù)字化管理在鉆孔管理中還可以做些智能物料預(yù)算（鉆頭、墊板、鋁片用量）、智能排產(chǎn)等等，相信會(huì)很快會(huì)得到應(yīng)用。此文為筆者的一些膚淺看法，希望能夠?yàn)橥刑峁┮恍┙梃b，并非常歡迎與業(yè)界同行做進(jìn)一步的探討和交流。