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给PCB制造工厂装上智能大脑

给PCB制造工厂装上智能大脑

迈向智能工厂是一段漫长的过程,不可能一蹴可及,即便是如鸿海、英业达以及堪称“最接近工业4.0”的台积电等国际大厂,也不敢自称“完全达到工业4.0”……

随着国内人口红利的不断衰退,中国电子制造业逐渐从劳动密集型产业,转型成技术密集型产业,其中,生产车间的智能化改造成为产业升级的第一步。PCB是电子产品之母,其车间自动化、智能化的改造已开展数年,这些初具雏形的智能工厂有何玄机?目前已取得哪些成效?又有哪些经验值得分享?带着这些问题,《国际电子商情》本期将深入PCB智能制造领域。Q3Cesmc

PCB智能工厂,如何智能?

作为全球PCB制造中心,中国的PCB产品原本多以单双面板、8层以下多层板和低阶HDI板等中低端产品为主。但近年来随着3C电子商品的迭代发展,更轻薄短小的智能手机、互联网电视、可穿戴产品等智能产品如雨后春笋般推出,直接推动了中国PCB产业向HDI、软板等高端PCB产品扩充,并逐步实现从低阶到高端的全产业链转型。现阶段,无论是大型的PCB制造厂商,还是中小型的PCB代工厂,从传统工厂变成智能工厂,已经成为板上钉钉的转型需求。Q3Cesmc

然而,不同的PCB制造商对“智能工厂”的理解和布局皆不尽相同。据观察,大型的PCB制造厂商大多以全套的智能生产系统为蓝本,在投建新工厂时一步到位打造智能工厂,并在此基础上进行调配优化,从而设计、生产、销售高阶PCB产品。如胜宏科技的智慧工厂六厂、HDI智慧工厂,景旺电子的江西二期智能化工厂,以及方正科技的方正PCB智能工厂等等(表1)。与此同时,这些大型PCB企业还会把这些智能化经验分享给老厂,持续进行局部改造,提升制造工厂总体的智能化进度。Q3Cesmc

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这样部署模式虽然前期投入巨大,但可以做到有的放矢,大大减少了试错成本,部署精准、见效极快。据了解,通过对生产工艺流程的全面创新和智能化改造,胜宏科技智慧工厂的10亿产值只需350人完成,交期从同行业5~7天缩短到36小时;景旺电子江西二厂的PCB/FPC/MPCB产品良率分别达到98%~99%、93%~95%和97%~98%,新增产值近20亿元,达到50%毛利率;方正科技通过精益化的生产布局、智能化的仓储物流、高端自动化的生产方式,可使生产效率提升30%以上!Q3Cesmc

至于一些中小型的PCB制造厂商,由于缺乏高阶产品订单的硬性要求,且受到自身资金的约束,他们对“PCB智能工厂”的部署多聚焦在自动化产线和办公软件系统上,以此达到减少人工、提高良率、提升效率的作用。Q3Cesmc

当然,我们不能简单地用高低好坏去评价这两种模式。在科技发展日益增速的今天,只有清醒认识到自身长短板,勇于拥抱新兴技术并借此提升竞争力,才是企业转型的理性决策。Q3Cesmc

那么,目前有哪些玩家在提供PCB智能工厂整体方案呢?据观察,智能工厂的供应商可以大致分为三大类(排名不分先后):A类是大型的先进PCB设备商,他们长期深耕于PCB设备领域,拥有先进的智能化设备和稳定的客户资源,可以根据客户现有的生产车间水平,通过互联网、人工智能等新兴技术来提升工厂整体的智能化程度。例如PCB光学检测系统供应商奥宝科技(Orbotech Pacific)、PCB自动化设备供货商迅得机械(SAA)、设备制造商亚智科技(Manz)等等。B类是第三方产业联盟,他们汇聚了全球大大小小的设备厂商,主要解决技术共通、通讯协议互通等难题,例如中国科技自动化联盟智慧工厂研究院、台湾地区的PCB智能制造联盟(A-Team)等。C类是ERP软件服务商、机器人企业,他们曾主导其他制造企业的智能化改造项目,有丰富的实战经验,可快速打造PCB智能车间、智能办公的基本形态。Q3Cesmc

需要注意的是,并非每家PCB制造商只会采用一类供应商。实际上,PCB制造厂商可以根据目标、车间、功能等不同的需求,去选择契合自身实际的改造模式。Q3Cesmc

对此,《国际电子商情》采访到来自奥宝科技的Industry 4.0 Business Manager马奕,和业界分享他对PCB智能工厂的理解。马奕指出,智能工厂始于生产自动化,但远远不止于数字化或数字孪生。一间典型的智能工厂应实现全面优化和互联,确保生产过程灵活透明。Q3Cesmc

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Orbotech Pacific  Industry 4.0 Business Manager 马奕Q3Cesmc

近年来,PCB制造商的压力日益增大。一方面,随着PCB生产变得愈发复杂,工厂产生的数据量也极速增加。因此,PCB 制造商亟需基于精确数据的智能解决方案,以便清楚了解生产状况并优化生产服务和数据管理。与此同时,制造商需要清楚掌握生产现场的具体情况,确保达到出色的生产质量和效率,并保持较低的总体拥有成本(TCO)。另一方面,为了保持竞争力,PCB制造商还必须对良率、质量和运营效率日渐重视,采取智能手段迅速做出反应,以跟上当今日新月异的市场环境。由此,一个智慧化、自动化的生产工厂变得尤为重要,可以从源头上减少许多“管理烦恼”。Q3Cesmc

马奕介绍道:“所幸的是,过去几年奥宝科技一直在帮助客户利用我们在PCB行业和智能工厂领域的专业知识构建智能工厂解决方案。客户借助我们的解决方案,运用新技术和新概念对PCB制造进行了彻底升级,也因此获益匪浅。”Q3Cesmc

据了解,奥宝科技智能工厂解决方案的目标是提供对生产过程的全面可见性,生成自动化生产报告并实现可追溯性。他们使用基于网络的服务来确保客户随时随地都能轻松访问流程控制和生产监控应用程序。这些解决方案本身位于一个集中式数据中心,用作制造过程中所生成数据的单一连接点。而这种方式又能保证快速共享数据,并允许IT部门管理一种简单的格式,从而大大减少了IT投资。这些解决方案反映了奥宝科技对PCB生产过程的广泛涉足和独到理解,从CAM到生产、检测和测量以及成型工具等均包含在内。Q3Cesmc

PCB智能工厂的挑战及机遇

迈向智能工厂是一段漫长的过程,不可能一蹴可及,即便是如鸿海、英业达以及堪称“最接近工业4.0”的台积电等国际大厂,也不敢自称“完全达到工业4.0”。具体到PCB领域,在推进智能工厂的过程中自然也遇到了不少技术挑战。Q3Cesmc

首先,数据互联互通的难题。从生产端来看,PCB生产流程复杂冗长,自动化设备五花八门,涉及海内外多家厂商及多种的通讯协议。如何打通它们,至今业界还在积极讨论。从需求端来看,PCB制造商被要求提供在其厂房生产的每个PCB成品单元越来越详尽的数据,从而使客户能够利用整个供应链中以最高精细度的数据快速识别、追踪和排除PCB缺陷问题。为了应对这一挑战,PCB制造商正在改变流程,试图在每个制程阶段都撷取PCB生产数据,并进行根本原因分析(root cause analysis)—这也是马奕提到的“确保生产过程灵活透明”的必要性。Q3Cesmc

马奕进一步分析道,PCB智能工厂解决方案的一个关键特征是能够连接制造车间中的不同数据源。例如,检测结果和设备制造参数,这有助于执行根本原因分析和提高生产质量;又例如,将检测结果与CAM图形数据相结合,这对于工厂实现影响深远的流程改进至关重要。因此,收集和集中存储数据是打造智能工厂的第一步。随着市场对设备连接的需求越来越大,智能工厂供应商必须要向客户提供符合多种不同通信协议的整体方案。Q3Cesmc

对此,马奕分享了奥宝科技的做法:“作为我们智能工厂解决方案的基础设施,设备数据可以实现从不同设备制造商到中央数据存储的收集。在此基础之上,我们构建分析功能和应用程序,以帮助提高工厂良率和生产质量。此外,我们的设备能够通过私有协议与制造商的IT系统(如ERP、MES和CIM)进行通信。这为双向IT系统集成提供了一种灵活的方法。最后,奥宝的设备还支持SECS/GEM标准工业协议,使设备能够连接到标准接口。”Q3Cesmc

此外,在PCB行业实施智能工厂解决方案需要具备强大的技术能力和专业流程知识。奥宝科技的“CAM可视化”分析工具建立在Frontline CAM图形数据和高分辨率机器缺陷图像的基础之上,能精确而形象地呈现PCB缺陷与真实图像之间的关联。精确映射是关键,然而,离不开从机器和软件两方面进行协作和调整。在不破坏装置本身和不影响制造流程的情况下从内层到外层跟踪PCB装置,是PCB行业面临的一大挑战。对此,奥宝科技的解决方案是在整个生产过程中为每一个PCB单元分配一个虚拟标识。Q3Cesmc

最后,PCB制造厂商的顾虑也不能忽略。马奕分享道,人们在谈到智能工厂时, 首先提到的是生产自动化。自动化是提高运营效率、减少人工劳动的关键因素,人们很容易通过它理解智能工厂的价值。但是,相较于价值,诸如数据收集、设备连接、可追溯性和分析等智能工厂的其他方面,并没有以预期方式得到评估。因此,PCB智慧工厂供应商需要凭借对PCB行业掌握的深厚专业知识,突出并形象地阐明PCB制造存在的问题,并向客户解释各自方案如何帮助解决这些问题。Q3Cesmc

归根到底, 对PCB行业深刻理解并且了解行业独特需求的智能工厂解决方案提供商,是此类项目取得成功的关键因素。马奕坚信,构建智能工厂解决方案可能需要花几个月到几年的时间,而且通常需要在构建过程中不断进行调整,以确保计划顺利实施。而奥宝科技可以根据过往经验和对行业的透彻了解,为客户提供专为PCB行业设计的智能化解决方案。Q3Cesmc

2020年,5G通信席卷而来。凭借大带宽、高可靠和低延时的特性,5G数据传输速度将得到质的提升。其中,智能工厂是5G技术的重要应用场景之一,可以利用5G网络,将生产设备无缝连接,并进一步打通设计、采购、仓储、物流等环节,使生产更加扁平化、定制化、智能化,从而构造一个面向未来的智能制造网络。Q3Cesmc

如果说,数据互通是打造PCB智能工厂的第一步,那么5G通信会是PCB智能工厂打开需求市场的那一把钥匙吗?Q3Cesmc

马奕认为,毫无疑问,智能工厂将受益于物联网、人工智能、增强现实等由5G技术驱动的新兴技术。低连接延迟使得实现基于云的数据分析、设备远程操作、远程数据存储等各种应用场景成为可能。但关键问题在于如何利用5G技术提高生产力?为此目的而设计的应用程序和工具将推动智能工厂的需求增加,而对新技术和行业细节的扎实理解是实现这一目标的先决条件。Q3Cesmc

“与其他行业不同,制造业需要稳定和安全,以保持生产平稳运行。在新技术和正在进行的业务之间,企业势必要做出取舍。”他强调道。Q3Cesmc

不难看出,对于智能工厂的取舍,企业真正的根本在于“核心竞争力”,最重要的还是先把本业做好,强化企业的运作管理能力,再考虑通过新技术打造智慧工厂,才能达到“如虎添翼”的效果,否则只会画虎不成反类犬。Q3Cesmc

本文为《国际电子商情》2020年5月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击 这里Q3Cesmc

原创
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Momo Zhong
国际电子商情(Electronics Supply and Manufacturing-China)助理产业分析师,专注于PCB、电子工程、移动终端、智能家居等上下游垂直领域。
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