ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ В УСЛОВИЯХ ЕДИНИЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

УДК 623.832

Организация работ в условиях единичного производства печатных плат

Михайлюк П.П., Малаева Е.А.

Аннотация. Постановка задачи: проблема изготовления и монтажа печатных плат малой серийности для государственного заказа в интересах ВМФ. Целью работы является обоснование необходимости развития линий поверхностного монтажа печатных плат в том числе с технической и экономической эффективностью, что в свою очередь приведет к увеличению объема продаж конкурентоспособных изделий и модулей в условиях единичного производства. Новизна: состоит в описание процесса изготовления и монтажа печатных плат для единичного производства при решении приоритетных задач выполнения государственного контракта экономически и технически эффективным способом. Результат: описание методики организации производства печатных плат, которое приводит к увеличению объема продаж печатных плат, снижению брака при изготовлении. Практическая значимость: описание организации процесса производства печатных плат, которое можно использовать при написании технико-экономических обоснований. Упор в описании сделан на рассмотрение большей частью вопросов качества, технологии изготовления и организации процесса, которые косвенно влияют на экономическую и репутационную составляющую выполнения заказа.

Ключевые слова: организация производства, единичное производство, печатные платы, поверхностный монтаж, брак, серийность, металлизация.

Актуальность

В данный момент в России большинство заказов плат печатного монтажа имеет единичный или мелкосерийный характер. При этом платы сложные с большим количеством слоев и высокими требованиями к качеству. В данной статье описаны эффективные способы повышения качества выпускаемой продукции [1] в условиях ее единичного выпуска.

Постановка задачи

Печатные платы широко используются при разработке и постановке на серийное, единичное производство изделий радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). При этом для предприятий в большей степени характерна широкая номенклатура изделий при малой программе выпуска. В табл. 1 представлена характеристика типов производства.

Таблица 1 - Характеристика типов производства

Фактор Единичное Серийное

Номенклатура Неограниченная Ограниченная сериями

Повторяемость выпуска Не повторяется Периодическая повторяемость

Применяемость оборудования Универсальное Универсальное, частично специальное

Расположение оборудования Групповое Групповое и цепное

Разработка технологического процесса Укрупненный метод Подетальная

Применяемый инструмент Универсальный, в незначительной степени специальный Универсальный и специальный

Закрепление деталей Специально не закреплены Определенные операции закреплены за установками

Квалификация рабочих Высокая Средняя

Взаимозаменяемость Пригонка Неполная

Себестоимость единицы продукции Высокая Средняя

В соответствии с ГОСТ Р 55490 - 2013 [2], устанавливаются требования к качеству и гарантиям надежности печатных плат. На рис. 1 представлено оборудование для производства печатных плат.

а) б)

Рис. 1. Оборудование для производства печатных плат серийного и единичного производства а) печь конвекционного оплавления; б) автомат установки компонентов

При производстве используется две формы выводного монтажа: монтаж единичных изделий или серийное производство. С экономической точки зрения серийное производство печатных плат является более эффективным. Однако специфика изготавливаемой продукции требует большой номенклатуры различных плат небольшого количества.

Одним из определяющих факторов является уровень автоматизации, используемый для производства изделий, который может варьироваться от ручного монтажа в сквозные отверстия на печатной плате до полностью автоматизированных процессов. Основными этапами технологии сборки печатных плат с выводными элементами являются установка компонентов, подготовка выводов, пайка и последующая отмывка. Затраты на оплату труда, капитальные затраты, проектирование плат и объем производства определяют основные элементы данных этапов [3].

Монтаж печатных плат единичного производства

Рассмотрим изготовление и монтаж печатных плат в условиях единичного производства. При данном виде монтажа партии печатных плат перемещают между разнотипным оборудованием на различных этапах процесса. Рабочие станции при технологии выводного монтажа не всегда находятся в непосредственной близости друг от друга.

Для операций изготовления выводного монтажа печатных плат на различных этапах могут использоваться следующие типы операций:

- ручные;

- полуавтоматические;

- полностью автоматизированные.

Например, установка компонентов на этапе сборки печатного узла может быть полностью автоматизированной, но требовать применения нескольких автоматов для вставки различных типов компонентов. Печатные платы, как правило, загружаются и выгружаются вручную. В табл. 2 рассмотрим преимущества и недостатки выводного монтажа отдельных печатных плат или их партий. Единичный монтаж печатных плат лучше всего подходит для предприятий, использующих технологию сборки печатных плат с разнообразным ассортиментом изделий при низких объемах производства продукции (например, разработка прототипа или платы с высокой надежностью) и необходима большая гибкость производства для технологии выводного монтажа печатных плат [4].

При разработке, проектировании и изготовлении плат у сторонних производителей по кооперации возникают два вида проблем: технические и экономические. К техническим проблемам можно отнести следующие: качество поставляемой продукции, отсутствие развития компетенции персонала, защита интеллектуальной собственности, наращивание объема производства. К экономическим проблемам можно отнести следующие: более высокая стоимость изготовления, потери прибыли от изготовления (уходит контрагенту), риски при изготовлении и предъявлении продукции у головного исполнителя. Кроме того, сроки изготовления, особенно в конце года из-за высокой загрузки, зачастую бывают неприемлемыми. Отсутствие собственной производственной базы затрудняет изготовление и увеличивает его стоимость. Ориентирование предприятий ВПК на изготовление гражданской продукции так же может быть выполнено только при условии наличия собственного производства, что позволяет сокращать потери, управлять качеством, стоимостью и развивать компетенции персонала [4].

Таблица 2 - Достоинства и недостатки выводного монтажа единичных печатных плат

Достоинства Недостатки

При отключении 1 установки не останавливается вся линии Длительность цикла

Гибкость процесса, возможность изменения маршрута изготовления изделия При транспортировке между станциями возможно увеличение брака

Большая пригодность монтажа смешанного ассортимента изделий, низких объемов производства, в которых необходима замена оборудования или оснастки Трудность в прогнозировании производительности сборочной линии при участии нескольких рабочих станциях в процессе монтажа

Линии поверхностного монтажа для опытного производства

При оценке качества продукции на изготовление передаются опытные образцы, разработанные в рамках опытно-конструкторских работ (ОКР). При этом документация зачастую содержит ошибки разработчика, которые могут быть выявлены и устранены на этапе подготовки производства или производстве изделия. При изготовлении опытных образцов часто возникает необходимость доработки, которая не всегда может быть спрогнозирована. Жесткость договорных отношений не позволяет проводить доработку уже изготовленной продукции. При изготовлении модулей по кооперации часто невозможно определить из-за чего происходит сбой работы модуля - из-за некачественных покупных комплектующих изделий (ПКИ), ошибок при монтаже, брака печатной платы или ошибок разработки, выявляемых при настройке модулей. Так же в рамках проведения Научно -исследовательской работы (НИР) и ОКР часто отсутствует отлаженная методика настройки плат и разработчик действует исходя из своего опыта и не формализуемых знаний.

При подготовке производства необходимо отработать технологию, которая привязана к конкретному оборудованию, оснастке. При передаче конструкторской документации (КД) сторонним изготовителям возникают вопросы по адаптации его к оборудованию контрагента. При распределении работ на несколько контрагентов эти вопросы мультиплицируются. При этом так же необходимо осуществлять конструкторское и технологическое сопровождение производства на всем его протяжении, что так же является скрытыми убытками, выражающимися в излишней скрытой трудоемкости, которую невозможно обосновать заказчику [5].

При размещении плат печатного монтажа на изготовление контрагенту и передаче КД на них (особенно при организации тендеров) возникает проблема защиты интеллектуальной собственности, которой удалось бы избежать при размещении на собственном производстве.

Прибыль по госконтрактам, которую можно заложить при выполнении распределяется следующим образом: при выполнении собственных работ прибыль может быть до 20%, а при размещении по кооперации собственная прибыль не более 1%. Модули электронные - это наукоемкие и дорогостоящие изделия, потери предприятия только в прибыли при размещении их у контрагентов могут составлять существенные суммы. Кроме того, разработчики недополучают фонд оплаты труда (ФОТ), который уходит контрагенту, при этом нагрузка по конструкторско-технологическому сопровождению изготовления остается.

При размещении заказа, особенно в конце года из-за неравномерной загрузки почти всех компаний возникает риск несвоевременного выполнения контракта. При этом если при производстве серийных изделий есть возможность переносить изготовление на первую половину года, то для ОКР такой возможности, как правило, нет. Поэтому на конец года падает большое количество работы, возникает необходимость вести технические переговоры с удаленным коллективом производственников, доведение проблем и принятие решений из-за этого затягивается, размывается ответственность при принятии технических решений, не ясно как относить затраты и за чей счет проводить доработку.

Операции контроля качества готовых изделий трудоемки, проводятся при помощи специальной техники (установки с «летающими пробниками» и рентген-установок представленных на рис. 2). При этом услуги у контрагента по контролю качества платные. Из-за этого для снижения цены часто решение об их включении в договор принимается еще до процесса изготовления. А сомнения в качестве возникают во время или после изготовления. Это требует дополнительной контрактации на проверку качества изделия, чего можно избежать при проведении работ на собственном производстве [5].

Рис. 2 Установка электрического контроля с «летающими» пробниками

Технический прогресс идет в сторону усложнения и миниатюризации производимой продукции, что в конечном итоге достигается именно из-за более сложных электронных модулей. При этом все чаще используется монтаж на гибком основании либо непосредственно в корпус. Можно прогнозировать с большой долей вероятности, что в дальнейшем загрузка сложными работами на линии поверхностного монтажа будет расти. Если предприятие на данном уровне развития отстанет от производственного и технологического прогресса из-за отсутствия оборудования, то с годами догнать передовые разработки будет гораздо сложнее.

Кроме опытных и производственных работ все чаще возникают ремонтные работы, когда надо качественно демонтировать и заменить элементы на платах. Это так же требует наличия у предприятия следующего оборудования:

- ремонтного центра;

- установки отмывки плат;

- установки нанесения влагозащитного покрытия.

При проведении ремонтных работ сложных модулей необходима постоянная консультация разработчиков. При организации таких работ у контрагента разработчик отвлекается от основного процесса своей работы, остается неурегулированным вопрос оплаты его труда. При проведении работ на собственной производственной базе этих проблем не возникает. Таким образом, при размещении заказов на ремонт и восстановление по кооперации предприятие несет не только прямые потери от неполученной прибыли, но и теряет ФОТ собственного персонала.

При проведении работ по разработке наукоемких изделий часто требуется провести предварительные работы по созданию технического задела, который можно использовать при дальнейшей разработке, провести внутренние ОКР. При относительно небольших затратах можно изготавливать и в дальнейшем моделировать работу перспективных изделий на стендах предприятия. При размещении этих работ у контрагента, данная работа затрудняется необходимостью постоянного финансирования и неопределенности ее сроков, а зачастую и результатов, так как опытная работа может быть прервана или ее результаты признаны отрицательными.

Для выхода предприятия на гражданский рынок в первую очередь становится вопрос стоимости изготовления. Наличие собственного производства позволяет управлять ценообразованием и возникающими рисками. Размещение на стороне всегда дороже собственного изготовления и труднее управляется и прогнозируется. То есть к более высокой стоимости прибавляются риски качества, выполнения сроков, репутационные потери.

При изучении опыта работы аналогичных линий поверхностного монтажа, можно сделать вывод, что за смену такая линия (при условии наличия полной комплектации и проведенной подготовки производства, в том числе написанных и отлаженных программ) может выпускать до 100 разнообразных модулей в день. Однако по факту в процессе производства всегда есть задержка в комплектации, возникают вынужденные простои при заряжании барабанов ПКИ и переналадке оборудования. При этом чем меньше серия, тем выше эти потери. Таким образом, при очень большой скорости установки элементов на плату есть другие факторы, сдерживающие скорость изготовления модулей, и они не всегда технические, а чаще организационные [5].

Стоимость продукции, изготовляемой на производстве, зависит главным образом от стоимости исходных материалов и затрат на их создание и определяется количеством технологических операций, их сложностью, объёмом выпускаемой продукции, сложностью оборудования и систем управления, серийностью производства. При прочих равных условиях, решающий фактор, определяющий стоимость, — серийность производства её оборудования. Стоимость снижается при использовании нормализованных узлов, механизмов и инструментов, при централизованном изготовлении систем транспортирования и управления, сокращении длительности монтажа и наладки. Снижение стоимости расширяет экономически целесообразные области их применения, позволяет вводить в действие, необходимые для технического перевооружения промышленности.

Производительность зависит от времени, затрачиваемого на непосредственное осуществление рабочего процесса, времени на выполнение вспомогательных перемещений, времени на переналадку, наладку и восстановление работоспособности линии. Сокращение времени рабочего процесса достигается применением высокопроизводительной технологии. Уменьшение времени на вспомогательные перемещения достигается сокращением числа

холостых перемещений или увеличением их скорости, совмещением во времени холостых перемещений с рабочим процессом. Для оценки производительности важен показатель цикловой непрерывности работы, который определяется отношением времени выполнения рабочего процесса к общему времени цикла. Время на подналадку, переналадку и ремонт сокращается при использовании автоматического регулирования, повышении стабильности рабочих инструментов и своевременной их замене [6].

На производствах с большим количеством использования ручного монтажа необходимо, так же учитывать, что при внедрении автоматизированных линий произойдет необходимость уменьшения производственного персонала. Таким образом, суммарно линия поверхностного монтажа не приведет к существенному увеличению рабочих и инженеров.

Вывод

Внедрение оборудования линии поверхностного монтажа на предприятиях ВПК с целью обеспечения полного технологического цикла изготовления печатных узлов позволит получить дополнительную прибыль за счет выполняемых работ на собственном производстве, существенно ускорить выполнение Контрактов, позволит самостоятельно управлять качеством и рисками, повысит компетентность сотрудников, привлечет квалифицированные кадры и увеличит конкурентоспособность предприятия обеспечив перспективу роста.

Литература

1. Федеральная программа «Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники» на 2013- 2020 годы. Режим доступа: http://www.gosprog.ru/gosprog-019/.

2. ГОСТ Р 55490 - 2013 «Платы печатные. Общие технические требования к изготовлению и приемке».

3. Елшин Ю. М. Система проектирования печатных плат ГРИФ // EDA Express. 2002. №5. С. 28-34.

4. Тупяков В. Повышение эффективности проектов в электронной промышленности // Печатный монтаж. № 2-3 (21-22), 2009. Стр. 29-31.

5. Сускин В.В. Основы технологии поверхностного монтажа. - Рязань.: Изд-во Узорочье, 2001. - 160 с.

6. Демин С., Зенцов Д. Выбор варианта оснащения участка поверхностного монтажа // Технологии в электронной промышленности. № 1, 2005 г.

References

1. Federal program "Development of electronic component base and radio electronics" for 20132020. Mode of access: http://www.gosprog.ru/gosprog-019/

2. GOST R 55490- 2013 "printed circuit Board. General technical requirements for manufacturing and acceptance". Galetsky F. Features of production of printed circuit boards in Russia. Electronic components. 2001. No. 5. Pp. 18-26 (in Russian).

3. Elshin Yu. M. System of design of printed circuit boards VULTURE. EDA Express. 2002. # 5. Pp. 28-34. 3. Kotar V. Integrated approach-the basis of effective technological modernization. Surface installation. No. 5 (85), October, 2010, pp. 4-7 (in Russian).

4. Tupyakov V. Increase of efficiency of projects in the electronic industry. Printed circuit. No. 2-3 (21-22), 2009, pp. 29-31 (in Russian).

5. Suskin V. V. Fundamentals of surface mounting technology. - Ryazan.: Publishing house of the Church, 2001. - 160 p. (in Russian).

6. Demin S., Zentsov D. Choice of equipment option for surface mounting section. Technologies in electronic industry. No. 1, 2005 (in Russian).

Статья поступила 8 мая 2020 г.

Информация об авторах

Михайлюк Павел Петрович - Технический директор ПАО «Интелтех», кандидат технических наук, доцент кафедры института Фундаментальной подготовки и технологических инноваций Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения. Область научных интересов: организация производства. Тел.: +79112571665. E-mail: mihayluk@inteltech.ru.

Малаева Екатерина Александровна - Инженер-технолог 1 категории ПАО «Интелтех», аспирант Томского политехнического университета по направлению Техносферная безопасность. Область научных интересов: организация производства. Тел.: +79131107837. E-mail: Katrina.malaeva@bk.ru.

Адрес: 197342, Россия, г. Санкт-Петербург, Кантемировская, 8.

Organization of work in the conditions of a single production of printed circuit boards

for the state order in the Navy

P.P. Mikhaylyuk, E.A. Malaeva

Annotation. Setting the task: the problem of manufacturing and installing small serial printed circuit boards for state orders in the interests of the Navy. The purpose of the work is to justify the need to develop surface installation lines of printed circuit boards, including with technical and economic efficiency, which in turn will lead to an increase in sales of competitive products and modules in single production conditions. Novelty: a description of the process of manufacturing and mounting printed circuit boards for single production to solve the priority tasks of fulfilling the state contract in a cost-effective and technically efficient way. The result is a description of the procedure for organizing the production of printed circuit boards, which leads to an increase in sales of printed circuit boards, a decrease in scrap during manufacture. Practical significance: a description of the organization of the production process of printed circuit boards, which can be used in the writing of feasibility studies. The description focuses on most of the quality issues, manufacturing technology and process organization that indirectly affect the economic and reputational component of order fulfillment.

Keywords: organization of production; single production; printed circuit board; surface installation; scrap; seriality; metallization.

Information about Authors

Mihailuk Pavel Petrovich - Technical Director of PJSC «Inteltech», candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Institute of Fundamental Training and Technological Innovation, St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation.. Research interests: organization of production. Tel.: +79112571665. E-mail: mihayluk@inteltech.ru.

Malaeva Ekaterina Aleksandrovna - 1st category industrial engineer, PJSC «Inteltech», graduate student of Tomsk Polytechnic University in the field of Technosphere safety. Research interests: production organization. Tel.: +79131107837. E-mail: Katrina.malaeva@bk.ru.

Address: 197342, Russia, Saint-Petersburg, Kantemirovskaya, 8.

Для цитирования: Михайлюк П.П., Малаева Е.А. Организация работ в условиях единичного производства печатных плат для государственного заказа в ВМФ // Техника средств связи. 2020. № 2 (150). С. 91-97.

For citation: Mikhaylyuk P.P., Malaeva E.A. Organization of work in the conditions of a single production of printed circuit boards for the state order in the Navy. Means of communication equipment. 2020. No 2 (150). P. 91-97 (in Russian).