LGA775連接器裝配線的平衡研究

汪 冰 紫克明 于 毅

（①機械工程學院淮海工學院，江蘇連云港222005;②億邁通訊連接器有限公司，江蘇蘇州 220095）

1 CPU Socket簡介

CPU Socket連接器是用在主機板上，連接CPU與主板的連接器。由于CPU Socket生產工位相對于其他連接器要多很多，而且無法全部形成流水作業的問題?，F在采用的是人工傳遞的間歇性的流水作業。通常在一些工位上都有物料的堆積，而且在一些設備的運用上會涉及到共享的部分，所以對裝配線進行平衡時一般都很難做到理想的平衡。連接器的生產中每個工位的工作差異很大，很多的工位是人工操作，而且由于各個工位的工時相差比較大，導致裝配線的平衡性差。對于電子業來說，由于客戶產量需求的因素，產量通常是固定的數量，所以在裝配線的平衡時，節拍基本是固定的。如果想完全利用調整節拍的方式來平衡，很難提高裝配線的平衡。而工業工程的裝配線布置，提高關鍵工位生產能力的平衡方法，以及結合CELL［14］的方式可以對組裝線的平衡會有很大的幫助。

裝配線平衡問題［1－2］是生產中要解決的主要問題之一。裝配線平衡的方法有兩大類型:啟發式方法和最優化方法（數學模型法）。盡管數學模型法能找到最優解，但實際應用時十分煩瑣，往往一個很小的問題需要構造的模型非常大，計算機耗時也較多。啟發式方法以其簡便、易懂、快速和滿意贏得了眾多管理人員的信賴和歡迎，并被廣泛應用于其他領域。數學模型方法與啟發式方法是難以截然分開的，啟發式內部也局部用到了尋求最優解的方法。

在計算技術和制造技術進步的推動下，裝配線的平衡問題也在進步。在計算技術的推動下，尤其是進化算法，如遺傳算法、模擬退火算法、禁忌搜索算法、神經網絡算法、多智能體技術（MAS，Multi－agent－system）［7］等，引入裝配線平衡的新技術和新工具。

現有的775 Socket裝配線的節拍（Cycle Time）為5.68 s，負荷系數為72.19%。累計生產1顆成品需要的工時（標準工時）為266.87 s。其負荷系數遠低于一般的手工裝配線的85%的水平。本文通過采用工業工程的ERCS（Elimination取消，Combination合并，Rearrangement重排，Simplification簡化）方法與作業流程圖相結合的方法，對裝配線進行研究和改進，提高了裝配線總體的平衡。在裝配線物料搬運量方面，將定量布置的概念引進，改善了物料的運輸量。利用機械設計知識與工業工程相結合的方法提高關鍵工位的生產能力，同時通過對線間庫存進行研究，建立線間庫存的模型，并對模型進行驗證。希望通過改進將現有裝配線的平衡提高，達到85%的水平，同時裝配工時可以減少。

2 現有的流程

Socket 775產品主要有39個工位組成，在主流程外有2個支流程:組裝上鐵殼和組裝下鐵殼。在整個組裝過程中難點為插針，以及過回焊爐工位。因為整個裝配線的工位較多，不管在流程方面還是在作業方法上都存在一些問題，具體如下表述:

（1）對于在流程中檢測搖桿尺寸的工位，由裝配線100%檢查，修改放到供貨商沖壓段進行100%的檢測，同時修改適當的包裝方式使搖桿在運輸的過程中不會變形。為了控制品質，IQC進行抽檢。

（2）塑料打點工位是為了區別有鉛和無鉛的產品，可以通過塑料模具的適當修改增加凸點的方式來處理。

（3）O/S，HIPOT測試的工位，原本是兩臺設備在分別測試，中間會有一些在制品，我們可以通過適當的修改設備，將每臺設備修改為一臺設備通過繼電器完成測試的切換，節省了取放的時間，同時減少了在制品的數量。

（4）對于裝配線的檢查的工位，我們采用將不同檢查項目分為不同的人員在檢查，目的是增加人員的檢出比率，這樣會存在工時平衡時損失工時的情況。

2.1 現有裝配線的布置

因為現有廠房為租借的廠房，每棟廠房有兩層，每層面積在1 000 m2左右，每棟的廠房的總面積大約在2 000 m2。設備布置主要是以設備的類型進行，同時兼顧作業流程，插針機統一放到2樓，回焊爐、植球機、平面度檢測機放到1樓。

采用按設備類型來布置的優點是設備的維修、保養、操作人員的管理以及產量的比較都比較容易管理。

因為是租借的廠房，空間上在最初的設備布置（layout）［1］有一些場地的約束，共享設備的約束問題［1］，例如植球機、回焊爐要放到溫度容易控制，有抽風裝置的位置，同時要有大容量電源的地方，所以因為這些場地的約束，位置只能固定到F棟的1樓的左手邊，同時因為相關的CPU Socket的其他類型的產品也要使用回焊爐、植球機、ICOS檢測平面度。將他們定義是場地約束，共享設備的約束［1］。

2.2 現有裝配線平衡存在的問題

生產的產品一般都是面向固定的客戶，在產量上屬于較固定的裝配線類型，所以當裝配線的流程比較長的時候，在平衡上比較不容易做到很好的平衡。組裝原料塑料和端子均為我們公司自己生產，根據業務的銷售狀況，我們的生產數量要求在300 t/月，從裝配線的類型來看，屬于第一類裝配線平衡問題。如果裝配線的產量大幅提高時，將沒有原料生產，存在前后制程的約束問題。所以要求裝配線的每天含加班10 h的生產數量在6 t/班，也就是5 000～6 000 t/8 h。從優化的角度來說也屬于第三類裝配線平衡問題的研究。所以在進行研究中，將裝配線的產量作為約束來處理［12］。

改善前的節拍（Cycle Time）為5.68 s，負荷系數為72.19%。累計生產1顆成品需要的工時（標準工時）為266.87 s。其負荷系數遠低于一般的手工裝配線的85%的水平。

現有的裝配線的平衡性不好，主要因為整個裝配線的節拍已經確定，同時工位很多，各個工位的工作內容相差很大，所以在之前的平衡中，工程師基本也采取CELL的相關做法，將人力的部分分兩個工位來共享，但是還是出現整個裝配線平衡性不好的問題。

裝配線的瓶頸工位主要集中在挑塑料工位，自動機插針工位、檢查工位、O/S測試工位、HIPOT測試工位和終檢工位。同時時間較少的工位，主要為吹風工位和打點工位。

每個工位的工作的時間相差較大，不僅對公司的成本有一定的浪費，而且因為每個工位的勞動強度相差很多，會造成作業人員認為工作分配的不合理性和不公平，如果處理得不好，會產生負面的影響。

3 現有作業流程的研究和改進

具體改進的內容及方法說明如下（如圖1、圖2），主要采用ERCS的方法和CELL的方法來改進現有的作業方法。

（1）對于搖桿檢測工位，原來的做法為在裝配線在線檢測，這樣的做法是要保證搖桿在使用時不良數小于0.01%，因為超過此標準客戶會反映我們的產品有異常。在做此裝配線的流程評估的時候，將此工位去掉，取代的方法為將原有的抽樣計劃［2］采用加嚴抽樣的方式，同時要求廠商在供料前要百分之百檢具檢測，以及將包裝的方式由塑料袋包裝修改為固定數量的紙盒包裝，并確定每個最小包裝的數量，通過這些改進可以將搖桿檢測的2個工位做刪除處理。

（2）對于裝配線吹風工位，整條裝配線有3處，吹風的主要目的為吹掉半成品上的塑料屑，半成品的托盤面上如果有塑料屑，會引起植球的焊接不良，其他工位的塑料屑主要為外觀的考慮。所以沒有必要對所有的產品都做一遍吹風的動作，可以針對檢查有問題的半成品進行處理。就可以將吹風的工位做刪除的動作，同時做好車間的防塵工作。

圖1 改善前的作業流程分析

圖2 改善后的作業流程分析

（3）對于原有的檢查工位，原有流程的做法為了增加檢查比率［3］，將目檢按大約工時分為3個目檢人員，每個人檢查自己負責的不良。比如檢測PIN面不良的人員只負責檢查PIN面不良，檢查球面不良的只檢查球面的不良?？梢越Y合CELL的方法，通過人員的培訓將工作由一人完成整個產品的缺陷檢查［4］。

改善前的流程分析:第一個檢查人員取一顆半成品→放到放大鏡進行單項的檢查→檢查的良品放到周轉的托盤中→第二個檢查人員取半成品→放到放大鏡進行單項的檢查→檢查的良品放到周轉的托盤中→第三個檢查人員取半成品→放到放大鏡進行單項的檢查→檢查的良品放到周轉的托盤中。

改善后的流程:3個檢查人員同時取半成品→放到放大鏡進行全部項目的檢查→檢查的良品放到周轉的托盤中。

在上述的改善中，結合了CELL的一人屋的方法，增加了人員的培訓。同時改善后的總檢查工時是不變的，但是減少了2次人工取放半成品的時間，節省了流程時間，同時檢查也屬于瓶頸工位或接近瓶頸的工位，這樣的改善對后面的整條裝配線的平衡改善也有很大的幫助。存在不足的是增加了操作人員的培訓時間。

（4）流程中的O/S電測，HIPOT電測工位接近瓶頸的工位，通過流程的合并以及CELL的方法將工位進行合并，減少作業時間，同時改善裝配線的平衡狀況。

改善前的設備分析:HIPOT（HIPOT測試為高壓測試，O/S測試為導通測試）設備操作人員取一顆半成品→放到HIPOT測試機的測試位置→雙手按激活按鈕→設備測試夾具汽缸開始動作→夾具到達位置設備開始檢測→測試完成后設備氣缸回到原點→操作人員將半成品取出，放入周轉的托盤→O/S設備操作人員取一顆半成品→放到O/S測試機的測試位置→雙手按激活按鈕→設備測試夾具氣缸開始動作→夾具到達位置設備開始檢測→測試完成后設備氣缸回到原點→操作人員將半成品取出，放入周轉的托盤。

通過設備的適當的修改，用繼電器和程序去切換測試的種類（HIPOT測試，O/S測試）繼電器進行切換的時間不超過0.2 s。

改善后設備分析:設備操作人員取一顆半成品→放到測試機的測試位置→雙手按激活按鈕→設備測試夾具氣缸開始動作→夾具到達位置設備開始HIPOT檢測→HIPOT測試完成后通過程序和繼電器自動切換O/S測試→完成后設備氣缸回到原點→操作人員將半成品取出，放入周轉的托盤［5］。

比較改善前后，減少了一次產品的取放，一次雙手按按鈕的時間，而增加了0.2 s左右的設備的切換的時間。在此工位仍然使用2臺設備，但是工時有了減少，同時設備的系統由串聯2個工位轉化為并聯同一個工位，增加了整個裝配線的穩定度。

（5）打點的工位主要目的是為了區別產品是有鉛產品還是無鉛產品，通常按產品的區別方式來說，可以采用標記、噴碼、料號等方式來做標示。打點的方式雖然可以實現標示的作用，但不論從裝配線平衡的角度還是從節省人力的角度都是不經濟的。

在模具上增加一個凸點，模具上采用強制脫模的方法，花費很小的模具修改費用，就可以解決產品標示的問題?？赏ㄟ^修改模具將打點工位刪除。

（6）刷助焊劑后檢查工位是來確認產品要植球的775點是否都有助焊劑，如果要植球的點沒有助焊劑，將沒有辦法焊接對應的錫球，變成不良品。改善前裝配線的布置對此特別要求要逐個檢查。產品刷助焊劑每次刷5顆半成品，也就是775×5=3 875個點，所以在前期生產的時候對待此工位是會格外注意檢查助焊劑。

當量產到一定量的時候，可以通過定期確認轉印探針的狀況將可能產生的不良的狀況事先消除。同時請品保的人員在確認助焊劑重量的時間，同時確認產品的點位是否正常。經過這些改變，可以將本工位刪除。

4 裝配線布置的改善

物料的運送是一項搬運工程，如何作到物料搬運量最小，成了我們要解決的問題。首先對裝配線布置進行了研究。

一般來說裝配線布置為直線方式，或者U型裝配線，是將搬運的距離作到最短的方法之一。針對幾個主要的地方進行了設備布置的改進。

（1）改善前的布置將裝配線布置在兩層樓，變成必須要大量的搬運的工作。改進的方法是將socket 775的整個產品的所有工位統一放到一樓，這樣會比較容易形成U型裝配線的布置，有利于最大程度地減少搬運的距離，做到距離最短。

（2）植球間原來的布置存在的問題為產品從門進來后，進行各個工位的加工，不能直接流出，還要從開始流入的地方再流出，因為有墻壁的關系，沒有辦法形成U型裝配線。我們經與廠務確認，此墻并不是承重墻，所以我們在墻上開了一個門，這樣我們便可以基本形成U型［6］的裝配線。改善后的物料流動:裝配線領料員領料→直接到插針工位→插針后段，植球前段→經前門→植球→經新開的后門→植球后段→平面度檢測。改善后的流程，不僅實現了CELL生產的U型裝配線，而且整個流程物料運送的距離也大大減少。

4.1 裝配線平衡的研究和改善

4.1.1 對插針工位的研究和改善

對于裝配線平衡的改善，首先進行了流程的改進，接下來要對原有的瓶頸工位以及接近瓶頸工位的工位進行研究和改進。

對于插針的工位的時間為5.50 s，基本接近瓶頸工時，因為流程的改進，檢查工位由之前的瓶頸工位轉變成一般工位，插針工位則變成了瓶頸工位。對于瓶頸工位的平衡，一般平衡的手法為增加設備而將工時變低，這樣可以簡單地進行平衡的改進，增加了一臺設備，同時也增加了人員，整個組裝的人數變多，這樣整體的工時將減少不多?，F有的插針機如果可以通過改進來提高機器的組裝速度，從經濟上講是最節省的。所以如何減少插針工位的工時變成一個首選的改進方向。同時采用IE的手法與機械設計立輪相結合的方法，是很好的方向。

4.1.2 經過流程改進簡化及設備改進后的平衡狀況

改善后的節拍（Cycle Time）為4.78 s，負荷系數為82.34%。累計生產1顆成品需要的工時（標準公式）為181.64 s。產量在6 t，滿足300 t/月的產量，其負荷系數也與一般的手工裝配線的85%［7］的水平相差不多，基本達到要求。

4.2 修改后的平衡比較

改善后的3條流程的節拍，裝配線平衡性，生產工時如下:

a線:節拍為4.78 s;裝配線負荷系數為84.30%;生產的工時為157.74 s。

b線:節拍為4.16 s;裝配線負荷系數為89.40%;生產的工時為12.48 s。

c線:節拍為4.17 s;裝配線負荷系數為90.00%;生產的工時為8.34 s。

如果可以在裝配線放置一定數量的庫存，我們就可以將主流程與支流程的工時差異節省下來，來處理例如rework之類的事情，節省組裝的工時。修改后的流程不論是節拍，裝配線的負荷系數，生產工時都有改善。改善后實際組裝一顆成品需要的工時為178.56 s，節省 181.64 － 178.56=3.08 s/顆［8］。改善后主流程的工時平衡狀況如圖4所示。

4.3 修改后產生的線間庫存的問題

將裝配線進行了分割之后，如果建立一些裝配線的線間庫存，就可以將主流程與支流程存在的節拍差異，通過適當的庫存，將這些零散的工時化零為整，加以應用的話，便可節省部分的人力，同時減小員工之間的勞動強度差異，使勞動者之間勞動量大致相等。

裝配線的平衡問題，是大批量生產企業的一個典型的問題。裝配線的平衡率直接影響到企業的生產效率。

5 結語

本文介紹了775 CPU Socket裝配線的裝配線平衡的改善和研究。通過采用ERCS的方法以及CELL的方法，刪除了部分工位，合并了部分工位，簡化了部分工位，從而提高了裝配線的平衡。通過采用U型裝配線的布置，減少了物料的搬運量，對裝配線的平衡有一定的幫助。采用機械凸輪與計算器輔助軟件CAD相結合的方法，對凸輪的設計，主要為時間順序的設計進行了改進，提高了關鍵工位的生產能力，同時提高了組裝線的平衡性。對流程進行改進，將主流程與支流程分開生產，進一步提高主流程和支流程的組裝線的平衡。同時通過建立合理的主流程與支流程之間的庫存量模型，可以將工時節省下來，確實提高組裝線的平衡。通過的改善，775 CPU Socket的裝配線平衡有了很大的提升。

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