بررسی آینده ی اتوماسیون تولید
در این مقاله، تعدادی مهندس الکترونیک، در مورد بخش های به ظاهر ابتدایی فرایند تولید و امکان جایگزینی آنها با سیستم اتوماسیون صحبت می کنند. مهندسین الکترونیک بخش عمده ای از تکنولوژی دنیا را پیش میبرند و با وجود با کوچکتر شدن، قدرتمندتر شدن و کارآمدتر شدن قطعات الکترونیکی، اما برخی از بخش های پروسه ی تولید را نه با سیستم اتوماسیون و بلکه به صورت دستی و ابتدایی انجام میدهند.
بسیاری از خوانندگان ما بر لزوم ایجاد انقلابی در سیستم مونتاژ PCB و سایر پروسه های با فناوری پایین در تولید الکترونیک تاکید کرده اند.
ما با برخی از متخصصین در مورد اینکه بهتر است این فرایندها با سیستم اتوماسیون انجام پذیرند و یا در همان حالت دستی و ابتدایی باقی بماند، صحبت کرده ایم. امیدواریم که اینکه چرا هنوز برخی از پروسه ها به صورت دستی انجام میگیرند و امکان اتوماسیون آنها هست یا نه، را برای شما روشن کنیم.
پروسه های دستی: از مد افتاده و یا ضروری؟
مهندسین معمولا اولین نمونه ها را بدون توجه به زمان و انرژی لازم، به صورت دستی تولید میکنند تا از صرف هزینه ی اضافی برای درست کردن یک قسمت کوچک جلوگیری کنند. اما در مقیاس های بزرگ، دولت و شرکت های خصوصی، ترجیح میدهند تا وسایل مورد نیاز خود را به کمپانی سومی بسپارند تا ایشان قطعات مورد نیاز را تولید کند.
استفاده از کاغذ در برابر سیستم اتوماسیون قابلیت ردیابی دیجیتال
هنگامی که مردم در مورد کارخانه ای با فناوری اتوماسیون فکر میکنند، تنها چیزی که به ذهنشان میرسد اتوماسیون همه چیز است. اما رایان سال، مدیر کمپانی تمپو اتوماسیون بیان میکند که ماجرا همیشه اینگونه نیست.
اتوماسیون تمپو، یک کمپانی الکترونیک در سانفرانسیسکو، در تلاش است تا با استفاده از اتوماسیون نرم افزاری، برخی از نقاط ضعف تولیدات کم فناوری را مورد توجه قرار دهد تا زمان لازم برای ساخت نمونه های اولیه کمتر شده و پروسه سریع تر انجام گیرد.
سال در مورد مقاومت سایبر در سیستم های کنترل صنعتی و اینکه چرا هنوز برخی از صنایع هنوز از ارسال پیام های کاغذی استفاده میکنند، صحبت کرده است.
“به نظر من تولید محصولات الکترونیکی، بسیار مهم بوده و میتوان گفت هنر است. و با اینکه نرم افزارها پیشرفت کرده اند اما برخی از پروسه های تولید بدون تغییر مانده اند. ممکن است به مرکز بهداشتی و یا تولیدات پوشاک بسیار مجهز و مدرنی مراجعه کنید اما با کمال تعجب ببینید که هنوز هم برخی پروسه ها به صورت دستی و با کاغذ انجام میپذیرد و سیستم اتوماسیون در کار نیست.”
این نوع کاغذ در واقع برگه ای کاغذی است که مهندسین اطلاعات مربوط به یک محصول یا نمونه اولیه جهت بررسی پیشرفت در تولید روی آن می نویسند و مراحل مورد نیاز برای تکمیل PCB را ترسیم می کنند.
در اتوماسیون تمپو، سال و همکارانش روشی برای حذف استفاده از کاغذ پیشنهاد کرده اند. مهندسین برای بررسی پیشرفت پروژه میتوانند از نرم افزار خاصی استفاده کنند. این استراتژی جدید مبتنی بر قابلیت ردیابی دیجیتالی است و لوازم ورودی و همچنین فرایند تولید را کنترل می کند.
“هنگامی که کار را شروع کنیم، همه ی مراحل با شماره سریال کنترل شده و تحت نظر گرفته میشوند. به همین خاطر بنده میتوانم در آن واحد تمامی پروسه های امروز را بررسی کنم و متوجه شوم که چه تعداد از آنها توسط SMT انجام گرفته؛ اما برای اینکار به شماره سریال ها نیاز دارم.”
فایل های گربر و جایگزین های آنها
مرحله ی دیگری در تولیدات الکترونیکی استفاده از فایل های گربر است. مختصات استاندارد در فایل های گربر ابتدا برای دوره ی فضاپیمای آپولو معرفی شد و از آن زمان تاکنون، فقط چند بار به روز شد.
مارک هیوز، محقق و نویسنده ی کمپانی اسمبلی PCB، اسمبلی پیشرفته، (و همچنین کارمند “همه چیز در مورد مدارها”) بیان میکند که حتما دلیلی برای استفاده از فایل های گربر در طول زمان وجود داشته است.
“در این نرم افزار راه های زیادی برای مشخص کردن طول و عرض یک صفحه و یا یک پد مسی وجود دارد. به همین دلیل است که گربر تا حالا دوام آورده است.”
فایل های گربر در کنترل پنل ایگل
“این برنامه در طول زمان پیشرفت ها و تغییراتی داشته است. در اواخر دهه 1990، قالب توسعه یافته گربر با فرمت اصلی جایگزین شد و سپس گربر گسترش یافته نیز با گربر X1 و X2 تعویض شد. این فایل ها حاوی همان اطلاعات عددی اصلی هستند، اما اطلاعات اضافی را نیز در خود دارند.”
بیش از یک دهه پیش، چند استاندارد جایگزین از جمله ++ OBDو IPC-DPMX (IPC-2581) معرفی شدند. هر دو این استانداردهای عمومی برای انتقال اطلاعات بین یک طراح PCB و تولیدکننده یا مونتاژ PCB استفاده می شود.
ترندی که امروز مورد استفاده قرار میگیرد IPC-DPMX (IPC-2581) است که اولین بار در سال 2004 معرفی شده است.
آیا اسمبلی کاملا خودکار ممکن است؟
با اینکه اتوماسیون کامل پروسه های تولید وسایل الکترونیکی دهه هاست که آروزی تولیدکنندگان است، اما این آرزو خیلی هم دور از دسترس به نظر نمیرسد. برخی مهندسین احتمال اتوماسیون این پروسه ها را محتمل در برخی موارد، و نامحتمل در مواردی دیگر معرفی کرده اند.
پرینترهای PCB: اتفاقی مهم در آینده و یا تولید ساده و حاضری؟
گاهی مردم در مورد اینکه پرینترهای PCB جایگزین پروسه های تولید فعلی خواهند شد و یا نه صحبت میکنند اما هیوز معتقد است که این قضیه ی اتوماسیون کامل به زودی محتمل نخواهد بود.
“ماشین های رومیزی در حال حاضر در دسترس ترین وسیله برای تولیدات صنعتی هستند. چندین پرینتر باکیفیت PCB (PCBهای دو لایه) و ماشین رومیزی هم موجود هستند. اما این ماشین ها بسیار گران بوده و بردهای بی کیفیتی تولید میکنند.”
سفارش PCB پیش ساخته و مونتاژ شده از یک کمپانی تولید ثالث راهی سریعتر، ارزانتر و آسانتر از خرید پرینتر PCB است. برخی کمپانی های PCB اسمبلی مانند اسمبلی پیشرفته، بردهایی با قیمت های بسیار خوب و با زمان ارسال حتی یک روزه، عرضه میکنند.”
اهمیت ماشین آلات
با اینکه اتوماسیون کامل پروسه های تولید محصولات الکترونیکی در آینده ی نزدیک محتمل نیست، اما هنوز هم وجود ماشین آلات برای انجام برخی پروسه ها ضروری است.
یک نمونه از این پروسه ها، پروسه ی تولید لمینیت است که در آن پیچیدن، هم تراز کردن مس و هسته و پیش آماده سازی به صورت دستی انجام میگیرد اما در آخر لایه های PCB روی هم قرار گرفته و پرس هیدرولک گرم آنها را روی هم و به صورت دائمی پرس میکند.
تاسیسات اسمبلی پیشرفته در ارورا
هیوز اضافه میکند که: “برخی پروسه ها را ماشین بهتر انجام میدهد و برخی پروسه ها توسط افراد و به صورت دستی بهتر انجام میشوند.”
“اغلب پیدا کردن یک راه حل ساده و دقیق و قابل اعتماد و با تکنولوژی پایین برای مسئله ای با تکنولوژی بالا سخت است. برای مثال، روند انتخاب و جای گذاری، چاپ لحیم خمیری، حفاری و مسیریابی. امکان ندارد که انسان بتواند این کارها را بهتر از ماشین انجام دهد.”
نمونه های اولیه و تمرکز روی جزئیات
مهندسینی که در کمپانی اسمبلی PCB فعالیت میکنند، با وجود اتوماسیون، بسیاری از مراحل اما باز هم برخی از مراحل را به صورت دستی انجام میدهند. برای مثال، آنها خطاهای مدل چشمی PCBها که کامپیوترها قادر به شناسایی آنها نیستند را به صورت دستی پیدا کرده، و تعیین اهمیت خطاهای کشف شده و تعمیر این اشکالات به شخصا انجام میدهند.
سباستین وبر، که همکار هیوز در اسمبلی پیشرفته است، بر این عقیده است که اتوماسیون برخی کارها مخصوصا آنها که به دقت شخص نیاز دارند، در مقیاس بزرگ سخت خواهد بود.
“در صنعت و هنگام تولید نمونه های اولیه و یا تولید هر محصولی با تعداد کم، به روش اتوماتیک سخت خواهد بود. این فقط به دلیل میزان تغییراتی است که اغلب در این مراحل اولیه ممکن است رخ دهد. ما اغلب دیده ایم که مشتریان در مراحل اولیه تغییرات زیادی را خواستار شده اند (لباس، سیم، برش و غیره) به همین دلیل تولید باید در تعداد محدود انجام بگیرد، زیرا اغلب بردها قبل از پیدا کردن مشکلات به فروش میروند. این فرایندها دستی هستند و تکثیر آنها به صورت اتوماتیک بسیار سخت خواهد بود.”
پروسه ی مونتاژ سنتی در مقابل پروسه ی تولید PCB مونتاژ پیشرفته
به گفته ی وبر، برخی فرایندهای دستی محدوده ها و متغیرهای زیادی را در بر می گیرند، بنابراین این عوامل را با استفاده از تحلیل منطقی یا محاسباتی حساب می کنند. در حالیکه از لحاظ تئوری، می توان تمام متغیرهای درگیر را جمع آوری و بررسی کرد و سپس تکنیک هایی را برای تکمیل این فرایندها ابداع کرد اما این روش ها معمولا بسیار پرهزینه و وقت گیر هستند.
“در این موارد نیاز است که کسی هزینه ها را حساب کرده و بررسی کند که آیا این تکنیک ها به صرفه هستند و یا خیر؛ به همچنین، تنظیمات ماشین هم بسیار زمانبرتر از پروسه ی حقیقی است و ROI واقعی را هم محاسبه نخواهد کرد. البته که اشتباه برداشت نکنید، اسمبلی پیشرفته از نرم افزارهای سفارشی برای کمک به اتوماسیون جریان داده های دیجیتال در طول فرایند مونتاژ استفاده کرده است تا زمان تنظیم را کاهش دهد در حالی که هنوز هم برای بیش از 14 سال کیفیت را حفظ کرده است. با این وجود، ما دریافتیم که اتوماسیون برخی فرایندها به طور کامل ممکن نیست. اعتدال در این مورد هم کلمه ی کلیدی است.”
آینده ی اتوماسیون تولید
در حالیکه هر روزه ابزارهای جدیدی برای اتوماسیون کارهای دستی روانه ی بازار میشوند اما اتوماسیون کامل همه ی پروسه های تولید تقریبا ناممکن است.
حتی اگر اتوماسیون برخی از این فرایندهای با تکنولوژی پایین از لحاظ فنی امکان پذیر باشد، ممکن است آنها به تجهیزات گران قیمت و تلاش زیادی نیاز داشته باشند، که در نهایت ناکارآمد شوند. با این حال، این ممکن است در آینده تغییراتی رخ دهد، به ویژه اگر ابزارهای محاسباتی بسیار کارآمد و چاپگرهای PCB مقرون به صرفه تر تولید شوند.
