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3.1 模块化方法

3.1.1 贴片机模块化介绍

随着工厂生产需求的变化,贴片机逐步向多功能、高精度及高速度的方向发展。速度、精度、品种适应性有一定的关联性,但设备设计与制造厂家也只能在某一方面下功夫。从现在主流的贴片机来看,拱架式的贴片机贴装头比较灵活,能够搭载不同的贴装头,该机型在多功能、高精度方面具有一定的优势。转塔式贴片机速度非常的快,但是其贴装的元器件种类及尺寸范围比较窄,其贴装精度也不高。

从目前的SMT生产线构成看,大部分生产线通常由多台不同类型的贴片机组成。它们分担着不同的任务。例如,有的高速贴片机负责贴装数量多的片式元器件,多功能机负责贴装数量不大的异形器件,高精度机负责贴装引脚多且间距小的元器件等。这样设计的生产线组合符合运筹学的原理,可以合理地安排工艺工序,具有可以优化配置线间设备的硬件基础。但是这种配置的缺点也是很明显的:占用的空间大,使得生产线结构非常的庞大。最重要的是,生产线的前期及运行中的费用非常的大。据FROST&SULLIVAN公司的分析数据表明,在SMT生产线中贴片机投入要占70%左右。而且多一台贴片机会使得后期的人员培训、设备维护、使用中成本增加很多。

在这种情况下,如何使设备既能够满足生产需要,同时能够降低生产成本成为一个重要课题。20世纪90年代的后期开始,一些领先的贴片机设备供应商从提高贴片机的灵活性和高效性出发,提出模块式设备的概念,推出可根据产量需要灵活扩展贴片机产能的设备方案——模块化贴片机。

在贴片机设备的研发及制造技术上,国外一直处于领先的地位。国外出现了一大批比较有名气的生产厂家,例如:Assembleon安比昂、Siemens西门子(德国),Panasonic松下(日本)、Fuji富机(日本)、Yamaha雅马哈(日本)、Juki(日本)、Mirae(韩国)、Samsung三星(韩国)、Sanyo三洋(日本)、三菱Mitsubishi(日本)、索尼Sony(日本)、Fullun富莱恩(新加坡)、环球Universal(美国)等。我国的贴片机在经历了设备整机引进、仿制、研发阶段化后,能够制造和生产技术含量不是很高的设备,并没有形成规模化生产。

同样,在模块式贴片机上我国也比较落后。在国外有Yamaha YSM40、Assembleon的AX-201/301/501模块式贴片机、Fuji的NXT系列和QP系列、Juki(日本)的FX系列(见图3-1)、Panasonic(日本)的BM231及CM602、Yamaha的YG300贴片机、环球的GC120Q、西门子的Siplace系列(见图3-2)等。国外的这些模块式机的设计理念及其使用条件各有其特点。

图3-1 Juki的FX系列贴片机

图3-2 西门子的Siplace系列贴片机

近几年,模块化的机型性能不断提高,促使能够实现柔性化生产的模块化贴片机成为发展的主流形式之一。围绕“模块化”这一概念的贴片机成为市场的主打产品,市场占有率稳步提升。从国外的这些大的贴片机生产厂家看,贴片机竞争的焦点就在于模块化产品。在这一技术上,竞争将会越演越烈。

从电子制造商的角度看,现在的贴片机,尤其是模块化的贴片机解决方案,还没有满足要求,而且成本一直居高不下。设备供应商及使用者很清楚地认识到:真正的模块式贴片机,能够贴装各种元器件,能够适应各种工艺,并且具有很大的开放性和集成性,能够融入高端的前沿技术和继承成熟的技术。

3.1.2 模块化设计方法

模块化的思想在其他领域也比较常见。在程序设计中,比如C、C++、VB等及其他的高级语言中,模块化思想比较常用。程序员将比较常用的一些运算算法进行编辑保存,在运用时,不用进行重复的工作,这种编辑保存的算法就是我们所说的函数。在电子工程中我们也有模块化的设计例子。在我们通常使用的计算机中,我们可以看到计算机主板、显卡、声卡、网卡、硬盘模块等。模块化的计算机系统,使得计算机组装生产、维护变得十分简单。通常情况下,我们的计算机出了问题,我们不需要去看哪个电阻、电容或芯片出了问题,只需要根据症状去寻找哪个模块出了问题,然后去选择修模块或更换它。

所谓模块化设计,日本都里大学的古川给出如下的定义:“它是这样的一种设计方法:将具有特定用途和功能的部件进行装配,从而组成能够发挥所需综合功能的机械乃至系统。”1967年,曼彻斯特工大的柯尼西贝格教授在机床学领域提出模块化设计,但他的设计思想和过去的积木式构造法没有多大区别。

模块化设计(Modular Design),在欧美也称为积木式结构(Building Block System),在德国称为组合构件系统(Baukasten System),前苏联和东欧称为组合化设计(Aggregate Design)。

早在1920年,模块化设计思想已经开始应用于机械产品的设计,如德国的弗里茨-韦尔纳公司设计的功能模块化铣床,德国联合车床厂设计的模块化主轴箱等。20世纪50年代模块化设计方法被正式、系统地作为一种先进的设计方法。

21世纪的制造强调柔性化、集成化、智能化。电子产品的生产呈现多品种小批量及产能需求复杂多变的趋势。从商业化的角度看,产品的设计需要具有全局观,从市场研究到设计构思与设计美学,到原型制造与批量生产,最后到营销策略这个大环境下去考虑与分析。

从用户的角度分析,模块化的机器设备为他们提供了更多的选择余地,从一种类型的机器中就能选择出满足要求的设备。这种类型的设备在使用中也十分的方便,如同我们的计算机一样,一旦设备出了问题,我们只需检测维修相应的模块,对整机的其他模块没有太多的影响,并且可以实现快速的更换,不影响生产计划的进行。如果根据生产的需要,需要对设备升级,该种设备的升级空间很大,也是很便利的。

从设备的设计与制造的角度分析,在设计的过程中,设计者可以将设计的工作进行模块化分配,从而在模块级进行功能分解,从而使得最终的设备级设计解具有多重解。这种设计很容易实现并行设计和工作小组的分工。设计者可以很容易地引入现代化的思想和一些新的技术,无须再另外开发新的设计平台,仅仅在相应的或相关联的模块进行即可。制造产品时也可以分模块进行加工生产。这样使得加工及模块组装所面对的对象体积小、重量轻,从而很容易实现自动化及智能化生产。

从市场的销售来看,市场销售员更易于去理解机器的技术。他们可以从模块的角度去学习理解机器,知道每个模块的作用后,就可以知道模块式机器的总体功能。这样他们在向客户推荐设备时将会更加便利。机器运输起来也十分的便利。

模块化设计是在一定范围内的功能相同但是性能、规格不同的产品进行分析,划分并设计出一系列的功能模块。主要包括以下内容。

①根据设计要求进行功能分析,创建模块;

②进行模块组合。

模块的概念又可以分为以下两种。

①广义模块。是产品、自然物或混合物中,具有特定功能的基础单元,它具有互换性、通用性、系列性等特点;

②狭义模块。是一组同时具有相同功能和相同结合要素,而具有不同性能或用途甚至不同结构特性但能互换的单元。

模块化的设计思想形成发展和社会生产发展的要求是分不开的。一方面要求产品能体现个性化、定制化;另一方面要求企业能够快速提供满意的产品。模块化设计的产品具有很大的适应性和灵活性,在满足客户要求的同时,也满足企业敏捷化制造的要求。传统的设计要素和技术基础也促进了模块化设计的发展,例如产品的系列化、通用化和标准化、机电一体化设计。

3.1.3 模块化设计的原则

模块化设计应用于大量生产的专用机床和通用机床,给机床的设计与生产带来很大的方便。虽然贴片机和机床结构上有些区别,但是模块化构思的出发点和模块化设计的基本原则还是可以应用的,贴片机高精密、复杂度更适合模块化设计。在进行具体设计时,要考虑到以下几个原则:分离原则、统一原则、连接原则、适应原则。

(1)分离原则

分离原则是按照功能分离模块,这一模块应能满足多种需要,性能合理。分离出的模块可形成相似功能的模块系列。

(2)统一原则

统一原则是按统一考虑的某些参数优化的法则设计合理的段档形成模块的系列,以便可组合的模式能最大范围覆盖用户的需求。

(3)连接原则

连接原则要求满足高刚度、高精度的连接要求,以确保各模块之间的连接刚度、装配精度和模块重复使用的可靠性,如导轨间的垂直度,主轴、顶尖的同轴度和相对导轨平行度,主轴和导轨的垂直度等。

(4)适应原则

适应原则要求模块可提供尽可能多的组合,方便组成各种需求的机器。 9q+QSD2XXtlFvtuW1xQl95i9uJ8xDVkNa0oU5soh7ePNvXa8/f+HgM0RocJkG7hK

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