• 論智能倉儲在印制電路板制造中的應用

    2022-01-06 09:32| 發布者: www.artist-contribution.com| 查看:

    摘要: 智能倉儲是PCB智能工廠的重要組成部分,采用智能立體庫優化廠房布局、提升空間利用率,實現產品按要求通過輸送線或智能叉車配送入庫,從而減少人員搬運,提高效率;智能倉儲系統可以配合掃碼器等其它設備實現物料數據信息的讀取與管理。文章基于PCB智能工廠的規劃和建設實踐,論述了智能倉儲在PCB制造中的 ...

    0前言

    隨著智能制造的不斷發展,PCB行業的智能化建設也迎來了變革。首先,機器人的應用推動了物流的自動化和智能化,隨之催生了倉儲管理的智能化。PCB工廠的倉庫不再只是存儲貨物的庫房了,己從靜態管理向動態管理發展,產生了根本性的變化,即開始發展為智能倉儲管理系統。智能倉儲具有節約場地、減輕勞動強度、避免貨物損壞或遺失、消除差錯、提供倉儲自動化水平及管理水平、提高管理和操作人員素質、降低儲運損耗、有效地減少流動資金的積壓、提供物流效率等諸多優點。本文從PCB基板管理業務模塊分析,論述了智能倉儲在PCB制造流程中的應用場景、庫位設計,分析了智能倉儲的優點和投資回收周期。

    1 PCB制造中智能倉儲的應用場景

    高多層PCB的制造工藝非常復雜,主要工藝流程包括:板料倉發料→開料→內層圖形→內層檢修→層壓→鉆孔→沉銅→電鍍→樹脂塞孔→外層圖形→外層檢修→阻焊→字符→表面處理→外形加工→測試→終檢→包裝。
    智能化工廠規劃時,要根據廠房樓層布局和工藝流程設計進行物流周轉總體規劃,實現物料“零搬運”,物流“零距離”。從PCB制造主要流程分析,涉及大量PCB板料、半成品和成品物料存儲的工序包括板料倉、開料至內層圖形、內層檢修和包裝,涉及大量原材料儲存的的工序包括層壓(半固化片和銅箔)、內外層圖形(干膜)、鉆孔(鉆針)和阻焊(油墨),在規劃智能倉儲時,針對物料屬性和存儲量,選用不同的倉儲模式。本文主要是針對PCB板料、半成品和成品進行智能倉儲規劃,論述不同的存儲模式在PCB制造流程中的應用場景。
      
    表1 PCB工廠智能倉儲模式及應用場景  下載原圖


    表1 PCB工廠智能倉儲模式及應用場景表1 PCB工廠智能倉儲模式及應用場景

    2 PCB工廠智能倉儲系統的設計方案

    智能倉儲系統是由倉儲管理系統(WMS)、倉儲控制系統(WCS)、車輛調度控制系統(LCTS)等軟件系統,和立體貨架、穿梭車、堆垛機、貨物提升機、輸送線以及其他輔助設備等硬件系統組成的智能化系統。該系統采用一流的集成化物流理念設計,通過先進的通訊、調度、控制、分析和信息技術應用,協調各類設備動作實現自動出入庫作業。
    在PCB制造流程中,板材、芯板和成品板的儲存因板材類別、規格、料號、批號等不同,存在庫存量大并且種類繁多等管理難點,容易造成呆滯料、錯混料和短缺料等問題,智能倉儲的引入有助于化解這些管理難題。

    2.1 板料倉的設計方案

    由于PCB板材尺寸較大(單張最大到達1245 mm×2210 mm),且為標準托盤承載,可采用激光導航叉車AGV搬運、普通多層倉庫貨架存儲模式(圖1),根據PCB廠房標準層高設計6~8層貨架。在每排貨架的叉車高度位置安裝反光板,引導叉車AGV定位存儲(圖2),另外,叉車AGV設置有手動模式,當反光板或AGV自動系統不能運行時,可以切換成手動模式,由人工開動叉車。智能板料庫匹配倉庫管理系統(WMS),對接工廠MES\SAP系統,根據計劃指令自動發料,做到先進先出,防止產生呆滯料。

    2.2 內層前處理芯板存儲方案

    對于大型的高多層PCB工廠,開料后芯板的存儲量非常大,以PCB平均12層、月產能10萬平米估算,每天芯板發料量大約5萬片,每日定單料號數約150~200個,管理難度非常大,容易造成錯混料、呆滯料問題。如果采用常規平面存放方式(平板或L架),存放車間面積需求大約300~400平米,非常占用空間。為了解決芯板存儲的空間和管理難題,物流行業常用的巷道式智能立庫被引入,這種立庫設計為2排6-9層貨架,庫位400~600個,采用巷道式堆垛機進行進出料作業,并且立庫通過輸送段連接內層前處理生產線,實現內層自動投料(圖3、圖4)。
    圖1 PCB板料倉平面布局圖圖1 PCB板料倉平面布局圖  下載原圖
     
    圖2 激光導航叉車AGV現場作業圖圖2 激光導航叉車AGV現場作業圖  下載原圖
     
    圖3 內層芯板立庫平面布局圖圖3 內層芯板立庫平面布局圖  下載原圖
     
    圖4 內層芯板巷道式智能立庫圖4 內層芯板巷道式智能立庫  下載原圖
     
    該立庫通過輸送線連接開料機,匹配MES系統實施配框作業,堆垛機按照MES系統要求進行存取,也可以根據生產計劃排程自由調度生產。對比常規平面存儲方式,智能巷道式立庫占地面積約為100平米,空間利用率顯著提高。

    2.3 內層檢修芯板存儲方案

    PCB制造流程中的內層芯板檢修(自動光學檢查,AOI)工序也存在大量的半成品庫存及管理,在傳統工廠模式下AOI是人員需求量大、密集度高的工序之一。隨著智能化工廠的興起,智能化連線AOI系統應運而生。通過設備自動化將AOI流程的各個環節串聯起來,再配置智能化的工具:例如RGV軌道運輸車,AGV小車,智能AI假點過濾系統,以及智能立庫系統[1]等,更大限度的減員增效,并且保證了品質。
    內層AOI智能立庫采用巷道式堆垛機及多排巷道式立體貨架設計(貨架數量根據庫存量設計),通過RGV軌道式運輸車和輸送線體分別連接在線AOI設備和棕化生產線(圖5、圖6);通過MES、SAP和WMS等信息化系統的配合運行,實現了生產指令的自動下發、產品信息的自動識別和生產信息的自動傳輸,輔以智能化的物流系統,實現了生產自動化和管理智能化[2],同時也大大減少了人力配置、節省了庫存空間。

    2.4 成品倉的設計方案

    PCB成品倉的管理歷來是一項復雜的工程,涉及不同的客戶、料號、批號、周期、數量等等的信息管理,以及庫位在線狀態的管理,需要耗費大量的人力資源。以每月入庫量10萬平米估算,每天裝箱(規格L300×W350×H250 mm)量大約1000箱,按庫存周轉時間2個月計算,成品倉儲量達到6萬箱;按傳統貨架或卡板堆疊存放模式、每平米場地放置10箱估算,倉庫面積需要6000~8000平米,涉及的倉庫建設成本非常高。
    圖5 內層AOI智能倉儲平面布局圖圖5 內層AOI智能倉儲平面布局圖  下載原圖
     
    圖6 內層AOI芯板巷道式智能立庫圖6 內層AOI芯板巷道式智能立庫  下載原圖
     
    智能化工廠的PCB產品倉規劃采用四向穿梭車模式的立體貨架,貨架高度可達6米以上,每平米倉庫面積設計標準庫位可達20個以上,相比傳統倉庫,倉儲容量提高1倍以上(圖7、圖8);同時,四向穿梭車的靈活便利性優于巷道式堆垛機,每臺穿梭車管理的庫位數超過10000個,工作效率超過堆垛機的2倍。
    四向穿梭車匹配倉庫管理系統(WMS)實施作業,穿梭車按照WMS系統要求進行存取,通過識別、綁定包裝箱和庫位上的二維碼,對貨物和庫位信息進行精準管理,顯著提高了倉管效率。
    圖7 PCB成品倉平面布局圖圖7 PCB成品倉平面布局圖  下載原圖
     
    圖8 四向穿梭車式成品倉庫圖8 四向穿梭車式成品倉庫  下載原圖
     

    3 智能倉儲的優勢分析

    3.1 智能立庫的優勢分析

    目前PCB行業的倉庫管理模式有3種,即傳統倉庫、智能化管理+傳統倉庫和智能立庫,綜合運營成本、管理效率和客戶滿意的多維度評估,智能立庫具有明顯的優勢(表2),預計是未來PCB工廠倉儲發展的重要方向。

    3.2 智能立庫的投資回收期

    以每月入庫產量10萬平米為基準,對比智能立庫與傳統倉庫需求的庫容量、占地面積、設備投資和人力投入(表3),核算人力成本、耗電成本、維保費用,并在此基礎上評估智能立庫的投資回收周期如下(表4)。
    (說明:人力成本按1萬元/人/月計算,電費按0.68元/度計算,維保成本按設備投資的2.5%計算)
    從表3、表4的數據分析,智能立庫在占地面積和人力投入方面占有明顯優勢,特別是內層芯板立庫,實現了無人化管理。從回收周期數據來看,對比傳統存儲方式,芯板立庫的回收周期最短,僅需0.78年;成品庫的回收周期最長,需要5.02年,主要是因為初期投資非常大。
      
    表2 各類型倉儲方案的優缺點  下載原圖


    表2 各類型倉儲方案的優缺點表2 各類型倉儲方案的優缺點
      
    表3 3.各類倉庫的資源投入對比  下載原圖


    表3 3.各類倉庫的資源投入對比表3 3.各類倉庫的資源投入對比
      
    表4 智能立庫的運營成本和投資回收期  下載原圖


    表4 智能立庫的運營成本和投資回收期表4 智能立庫的運營成本和投資回收期

    4 總結

    4.1 PCB工廠的四種智能倉儲模式,即激光導航叉車AGV、巷道式堆垛機、四向穿梭車和Picking AGV可以分別應用于PCB板料、芯板半成品、成品和大宗原材料的倉儲管理,顯著地提高空間利用率、減少人力投入;匹配MES、WMS等智能化管理系統,實現進出料管理智能化,減少混料和呆滯料。
    4.2從運營成本和投資回收周期數據分析,由于智能立庫減少了大量人力,因此節省了大量的人力成本,投資回收周期最短的是內層芯板庫(0.78年),最長的是成品庫(5.02年)。