系統(tǒng)級封裝(System in Package)及模塊器件的制造過程中的共同點是融入了高密度、薄型化、多層化等多種最尖端的貼裝技術(shù)。圖2是FUJI為系統(tǒng)級封裝及模塊器件制造提供的解決方案要點。除下圖之外，為了在電路板本身變薄的趨勢下穩(wěn)定貼裝質(zhì)量，需要校正薄電路板的翹曲并使元件貼裝面保持在恒定高度。真空支撐對于保持薄電路板形狀是一種有效方法。通過真空支撐，薄電路板被吸引固定在真空板上面，元件貼裝面可以保持在恒定的高度，并可最大限度地減少由元件貼裝負載引起的電路板振動和對電路板翹曲的影響。

為了實現(xiàn)使用數(shù)字孿生技術(shù)的智能工廠，F(xiàn)UJI正在進一步推進SMT生產(chǎn)線的自動化和數(shù)字化。數(shù)字孿生是在虛擬世界中構(gòu)建一個現(xiàn)實世界的環(huán)境，在虛擬空間中進行模擬，預測現(xiàn)實世界中可能發(fā)生的事情并對其進行控制。我們正在提出一個以電子元件貼片機NXTR為中心輔以AGV等外圍設(shè)備(圖3)的利用數(shù)字孿生技術(shù)的方案。本章向您介紹本公司在推進虛擬和現(xiàn)實世界方面所做的努力和進展。

3.2.2　創(chuàng)建排產(chǎn)計劃

將在3.2.1的虛擬世界中進行的模擬轉(zhuǎn)移到現(xiàn)實世界的生產(chǎn)中，需要準確的生產(chǎn)計劃以及經(jīng)驗和技能。由于這是一項專業(yè)度很高的工作，因此，我們?yōu)樯衔幌到y(tǒng)的排產(chǎn)計劃工具提供了創(chuàng)建整個SMT車間的生產(chǎn)計劃所需的各種數(shù)據(jù)，如各工序的實績數(shù)據(jù)以及包括貼片機在內(nèi)的各機器的周期時間和生產(chǎn)時間等，來支持生產(chǎn)計劃的具體化。此外，還可以通過反映各種條件，例如料盡時間、元件余數(shù)、元件拆封壽命、每個單元的維護時間等，以便對整個SMT車間制定正確的生產(chǎn)計劃。

3.2.3 操作員作業(yè)的改善

迄今為止，雖然我們一直在積極推動離線準備區(qū)(為下一次生產(chǎn)準備物料的區(qū)域)和貼片機周圍裝置的自動化，并致力于不依賴技能的高效生產(chǎn)。但尚未達到整條SMT生產(chǎn)線的完全自動化和將操作員數(shù)量減少到零的程度。如果我們將目光轉(zhuǎn)向生產(chǎn)線，便會發(fā)現(xiàn)還存在著因突發(fā)故障以及作業(yè)開始時間與作業(yè)順序不恰當而導致的停線。這意味著在我們所討論的虛擬世界的模擬和現(xiàn)實世界的生產(chǎn)之間還存在差距，很難單憑數(shù)字孿生技術(shù)就實現(xiàn)智能工廠的進化。為此，我們本著“零”停線的大目標，正在研發(fā)即使在操作員作業(yè)期間也能讓停線時間無限接近“零”的作業(yè)向?qū)к浖帽ＷC操作員有足夠的作業(yè)時間，且按照最合理的順序有條不紊的實施操作。從備料(準備生產(chǎn)時必要的物料)、換線、上料、補料到維修保養(yǎng)等，生產(chǎn)線上的必要作業(yè)完全按照排產(chǎn)計劃的進度向操作員發(fā)出向?qū)?，由此避免人為的判斷錯誤，從而最大程度的減少停線時間。綜上所述，為了將虛擬世界與現(xiàn)實世界的差距縮小到“零”，我們將繼續(xù)研究能夠?qū)崟r監(jiān)控生產(chǎn)狀況，以及與高質(zhì)量和高生產(chǎn)率兼?zhèn)涞纳a(chǎn)技術(shù)，并通過數(shù)字孿生技術(shù)支援智能工廠的不斷進化。

SMT工序中負擔最重的作業(yè)與元件相關(guān)，補料引起的吸取出錯即可導致機器的短暫停止。為了解決這些問題，F(xiàn)UJI研發(fā)了各種自動化單元，例如自動加載型供料器。上述的NXTR進一步發(fā)展了這一理念，實現(xiàn)了在貼片機上安裝供料器的完全自動化。第一臺可以配送、更換、安裝供料器的智能加載車已被搭載在貼片機上，實現(xiàn)了元件更換作業(yè)的自動化。NXTR時，只需將供料器放入機器前部的緩存站中，智能加載車就會根據(jù)排產(chǎn)計劃，在料盡或換線時自動將其與生產(chǎn)料站上的供料器進行更換。(圖5)

以下簡要介紹當NXTR實際導入SMT生產(chǎn)線，與元件相關(guān)的作業(yè)被自動化時，操作員的工作將如何改變。我們的設(shè)想是從傳統(tǒng)的單一技能操作員向最終的多技能操作員的轉(zhuǎn)變。(圖6)在多技能型操作中，有關(guān)元件的準備和回收作業(yè)被集中在一處，用于生產(chǎn)的人數(shù)變?yōu)樽钌佟．斎蝗绻褂米钌偃藬?shù)對應(yīng)生產(chǎn)將增加操作員的負擔或?qū)е峦C，那人數(shù)減少就失去意義了。這些操作也可以事先在虛擬世界中進行模擬，以確保通過正確排產(chǎn)計劃和操作員導航工具，減少浪費和不必要的操作。

Step1：單一技能操作

之前在元件料盡和更換時，需要配置很多單一技能型操作員專門進行供料器的更換。(多人對應(yīng)1條生產(chǎn)線)

Step2：多臺機器操作

通過使用智能加載車，一個緩存站只需一人進行元件更換作業(yè)，一人可以操作多臺機器。(一人對應(yīng)1條生產(chǎn)線)

Step3：多技能操作

通過AGV自動更換緩存站中的供料器箱(安裝供料器的箱子)，使操作員在機器前的作業(yè)量為“零”。

迄今為止，除了SMT工序本身，SMT后工序的人工插入作業(yè)也正在通過模組型通用自動組裝機sFAB-D來逐步實現(xiàn)自動化。2021年，作為手動插入工序的新解決方案，F(xiàn)UJI研發(fā)了sFAB-SH(圖7)以及SW-BA(圖8)兩款新機器。sFAB-SH在沿襲了sFAB-D優(yōu)異的通用性、可擴展性及高生產(chǎn)力的同時，特化了貼裝一般電路板的必要功能。這款新機型通過sH08-SH和sH02-SH兩種工作頭，能靈活應(yīng)對高度為55mm元件的高速插入以及重量高達200g大型元件的插入。它還支持引腳夾以及切割和彎腳功能，以保障插入質(zhì)量。除此之外，還采用高清影像處理系統(tǒng)，配合保證可靠插入的最佳插入順序與插入驗證操作機制，防患因極性錯誤引起的錯誤插入與元件上浮問題，避免回焊后的返工事故。SW-BA是小型多關(guān)節(jié)機械臂SmartWing的高級機械臂整機系列的一款，SW-BA擅長通過水平多關(guān)節(jié)機械臂在一定數(shù)量內(nèi)實現(xiàn)如接插件、線圈、繼電器、變壓器和大型電解電容器等的插入自動化。雖然通過水平多關(guān)節(jié)機械臂進行元件插入不算一項新的技術(shù)，但我們的SW-BA無需通過SIer進行系統(tǒng)升級，只需通過功能包提供必要功能就可實現(xiàn)低成本和短交貨期，不給用戶增添麻煩，可以立即投入生產(chǎn)。

圖9是使用sFAB自動插入的一塊從小型元件到有相當高度和重量的大型元件的電路板。通過這種方式，可以自動插入各種元件。當然，客戶對插入的自動化有各種各樣的要求，例如希望以低成本自動插入少量元件以及希望高速自動地插入所有零件。FUJI將準確把握客戶對未來工序和工廠要求的反饋，向客戶提供最佳解決方案，通過自動化徹底改變手工作業(yè)，為實現(xiàn)高性能、高利潤的智能工廠，將不斷與貼片機同步地提出最佳解決方案。

在本文中，我們向您介紹了FUJI從虛擬世界的模擬到現(xiàn)實世界的SMT和插入工序所做的努力和進展。我們將繼續(xù)從客戶的角度出發(fā)，通過SMT生產(chǎn)線的數(shù)字化，通過數(shù)字孿生技術(shù)支援智能工廠的進化。我們相信，自動化雖然是將虛擬世界和現(xiàn)實世界之間的差距減少到 "零 "的方法之一，但它絕不是唯一的答案。FUJI將不斷捕捉客戶真正想要的東西，提供超越客戶期望并能感動客戶的產(chǎn)品和售后服務(wù)。