电子制造业的自动化趋势越来越明显
日期：2014-5-12虽然全自动化的生产可能永远也无法实现，但人们对制造业自动化的追求却从来没有停止过。无论是从把人类从机械劳动的奴役中解放出来，或是从追求资本最大效益的角度来看，电子制造业的自动化趋势都是必然的。不过明智的管理者必须看到在机器、人和信息交互的制造环境中仍然存在着相互制约：先进的设备和信息管理系统如果落入缺乏训练、甚至还生活在“史前年代”的人手中也只是废铁一堆。
国际生产设备自动化潮流也正面临着关键时刻：推广并实施在设备和设备之间，以及从设计到制造的整个工业流程中的统一语言——生产制造数据标准交换格式的努力已经展开。一些厂商做出了独特的贡献，而IPC这样的标准组织则在努力推动全球范围内的设备制造商都来响应新的标准。
人们希望，新标准将不仅可以把不同设备供应商的不同机器有机地连成一体，而且有助于生产线自动化和工厂管理系统自动化的整合。在中国大陆，PCB生产和管理自动化的发展是不平衡的，供应链和其它外部环境对自动化时代的降临似乎还没有做好足够的准备。
全自动化PCB生产制造不可企及
PCB制造工厂的自动化主要分为两大不同但又相互影响的领域：生产线以及单个制造设备的自动化和工厂管理系统的自动化。IPC负责技术标准和国际合作的副总裁DavidW.Bergman试图对生产线上制造设备的自动化等级给出一个定量描述。他说：“从使用自动化设备或机器的角度来看，自动化可以被分为几种类型：半手工、机器辅助、人工辅助、半自动化和全自动化。整体上，PCB生产制造的自动化还有相当长的一段路要走。我个人的观点是，生产自动化最多的类型会归于‘人工辅助’一类。”
Bergman关设备自动化程度的论述来自他对历史和现实的观察，他认为有一些工艺步骤机器可能永远无法取代人工。他说：“有一种说法叫做‘自动化的孤岛’，已经在在业内流传了将近20年。是指诸如电镀、钻孔、布线这类自动化很高的生产步骤被其他大量的手工或半手工的生产步骤所包围。个别公司拥有先进的物流传输设备可以辅助物流输送，但多层板的压制和光学检测以后的验证仍然需要可观的人工干预。”
一些人士对目前和未来生产线自动化程度的估计没有Bergman那样保守，设备供应商安必昂亚太区业务总监李林炎以异型元件装配这一传统上必须依赖手工的工艺为例，说明更多的手工操作终将被机器取代。他估计，未来在生产线上，手工承担的工作比例会被限制在5%以内。李林炎解释说：“异型器件传统上都是依靠人工插装或贴装的，尽管目前自动异型器件插装或贴装的初期投资比较大，但我相信人工操作在这一领域也终将成为历史。其更本原因是制造商对效率和可靠性的不断追求，而与此同时，异型器件的供应商也在使异型器件本身变成更为“标准”的、适合于生产自动化的产品。”
不过按照Bergman的定义，生产线100%的自动化，或真正意义上的全自动化是永远不可能实现的。他说：“自动化生产设备有时候非常昂贵，人们必须对它带来的好处、成本以及它对工艺流程的影响等进行仔细权衡。无疑，大规模生产本质上更倾向于采用自动化设备，但PCB终究是一种客户定制的产品，其中涉及大量与此相关的生产步骤。因此我个人的观点是，要达到经济上划算的全自动化几乎是不可能的。”
即使人们可以丢掉实现全自动化的幻想，但利益的驱使还会促使设备制造商、系统供应商们不断去探索自动化的极限——无论是在设备级、生产线级还是更高的车间和工厂级。ValorComputerizedSystems市场和产品管理执行副总裁JulianCoates表示：“生产自动化的根本驱动力来自于产品上市时间的压力和对成本最小化的追求，而这要求最大程度地减少生产过程中的手工操作。”
不过目前推进自动化进一步发展的一个最大障碍可能来自“语言”沟通的问题。Valor的Coates解释说：“自动化的进一步发展要求对电子制造业从产品设计到制造流程中的整个原则进行更新，PCB设计、制造和装配这三个环节需要有更多更有效的交流，以便三个环节的数据可以相互兼容，并在生产线上可以无缝地移植。”他指出，从上世纪70年代起到现在，客户提交给制造商的有关数据仍然主要停留在Gerber文件上，而Gerber格式文件其实缺少很多和PCB制造有关的信息。
为此，ValorComputerizedSystems已经提出了自己的解决方案。Coates举例说：“以PCB设计为例，生产自动化要求在产品设计阶段就为下游生产各个环节的可制造性进行考虑。这样做的挑战就是要发展一种在PCB制造各个阶段都具有互换性的数据格式，目前ODB++就是这种努力的一部分。”Coates还把那种后Gerber时代数据不统一的现状形容为“史前状态”，他抱怨目前还是有太多不同的数据格式在被使用，并认为这是实现生产自动化的主要障碍。
IPC在制定数据标准的努力中正在发挥主导作用，Bergman介绍道：“在生产自动化的努力中，要协调众多的设备和系统供应商是一件艰巨的工作。其中，IPC在制定相关数据标准上的工作已经持续了20多年。根据由NEMI(美国电子制造业联合会)协调的产业联盟的决定，IPC应该把IPC的GenCAM格式和Valor的ODB++格式中最好的部分加以综合。经过相关委员会两年的艰苦工作，结果就产生了IPC-2581标准。这一标准不久前已经正式发布，我们希望它可以最终完全取代Gerber标准。”
不过Bergman承认，如果有关厂商不支持这个新标准或没有很好地贯彻标准，PCB制造业就不可能真正从中受益。他说：“目前我们正在推进标准实施，NEMI也在要求其成员公司采纳这个标准，同时我们也在考虑为有关公司提供相关的咨询服务并建立必要的标准认证程序。”
生产线自动化和工厂管理系统自动化的融合
“自动化的第二个方向是企业级的管理控制系统如PDM(产品数据管理系统)和ERP(企业资源计划系统)等。”Coates继续介绍道，这两种系统都有整合MES(制造执行系统)，向加工预处理和生产制造领域扩张的趋势。MES是整个工厂IT基础设施的一个应用层，它目前正在迅速填补企业级管理系统和生产线设备级管理系统之间的空隙。
生产线的自动化和整个工厂管理系统自动化(包括计划系统、库存管理等)的整合是一个历史趋势，这种努力其实已经存在有几十年了，Coates认为否认这种历史趋势将是错误的，他说：“因为这一趋势近年来一直在加速进行，其目标是在企业一级实现完整的自动化系统集成。”不过他相信目前任何一家供应商都无法提供一种“万全之策”，从而在单一的系统架构下完成整合。因此他认为最实际，也是最好的做法是把企业中各个机构的目标化解出来，然后选择相应的自动化解决方案。
“它们的目标分别可以是生产准备、生产过程追溯、生产监控、ERP、PDM和供应链管理等等。关键是在一开始就有步骤地、协调地来实施这些系统，使得这些子系统可以在一定程度上被整合到一起，同时在引入每一个子系统时，保证其基本的商业效益得到切实的发挥。”他解释说。
IPC的Bergman补充说，有关生产制造系统、生产管理以及计划和物料管理系统的综合，已经有一些工具，例如XML，可以让工厂管理人员远程监控生产运行状况。其最佳的应用之一是让客户可以随时了解并追踪自己产品的加工状态。
中国本地制造商对PCB生产自动化的认知正在加深
中国大陆已经成为全球PCB制造和组装业的重要基地之一，中国也被认为是人工成本最低的地区之一。因此了解中国PCB制造商对自动化的看法是有意义的。
江裕集团是中国大陆最早一家PCB制造服务供应商之一，从一开始主要服务日本客户，现在已经把客户范围扩展到欧洲。该集团制造部高级经理汪永平介绍说：“自动化使我们的生产效率以每年30%以上的速度提升，同时我们的产品不良率每年也降低近200PPM。根据我们的统计分析，不良率有50%是人为疏忽造成的，因此，尽量减少人工操作对质量提升的作用是非常明显的。”
除了自动化驱动力中的商业因素外，自动化潮流中也有人性的因素，江裕集团生产总监孙成宝说：“我们非常了解在生产制造的环境下，人很容易疲劳，这不仅造成生产效率的低下和产品质量的降低，更是可能对员工的健康构成威胁，因此只要成本合理同时机器可以胜任，我们就尽量不用手工操作。”
尽管已经有中国本地制造商从自动化中受益，但汪永平认为大陆的厂商在自动化方面的发展非常不平衡。汪永平说：“一些大陆制造商在生产线自动化和工厂管理自动化两方面发展地都很好，部分厂商的发展水平甚至超过了其海外同行，但很多厂家还几乎处在‘原始状态’。只有零星的一些自动化设备，而其它多靠手工操作，设备之间更谈不上联网。”孙成宝举例说明了“原始状态”的原始程度：“典型的情况是买一台焊炉，其它大部分都靠手工完成。”按照Bergman的比喻，这台可怜的炉子是被人力的汪？大海所包围着。
不过汪永平提醒说，即使是一些自动化起点相当高的本地制造商，其产生的效益也可能不尽人意。“我认为这主要是人的问题。”他说，“自动化的目的之一是要减少人工的干预，但要发挥出自动化带来的好处，却又需要高素质的人员。”这听上去是相互矛盾的，但在一个人、机器和信息相互交互的现代化制造环境中，这正可能是自动化的精髓所在。
从外部环境上看，中国本地制造商在工厂系统管理自动化方面还遇到一些不利因素。孙成宝说：“例如本地元器件供应商有时连最起码的器件识别码都没有，元器件的信息也无法方便地输入到数据库中，自动化的生产信息管理和质量追踪等就无从谈起。”