汪 冰 紫克明 于 毅

（①機械工程學(xué)院淮海工學(xué)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(chǎn)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(yè)的問題。現(xiàn)在采用的是人工傳遞的間歇性的流水作業(yè)。通常在一些工位上都有物料的堆積，而且在一些設(shè)備的運用上會涉及到共享的部分，所以對裝配線進(jìn)行平衡時一般都很難做到理想的平衡。連接器的生產(chǎn)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(dǎo)致裝配線的平衡性差。對于電子業(yè)來說，由于客戶產(chǎn)量需求的因素，產(chǎn)量通常是固定的數(shù)量，所以在裝配線的平衡時，節(jié)拍基本是固定的。如果想完全利用調(diào)整節(jié)拍的方式來平衡，很難提高裝配線的平衡。而工業(yè)工程的裝配線布置，提高關(guān)鍵工位生產(chǎn)能力的平衡方法，以及結(jié)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(chǎn)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(fā)式方法和最優(yōu)化方法（數(shù)學(xué)模型法）。盡管數(shù)學(xué)模型法能找到最優(yōu)解，但實際應(yīng)用時十分煩瑣，往往一個很小的問題需要構(gòu)造的模型非常大，計算機耗時也較多。啟發(fā)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(yīng)用于其他領(lǐng)域。數(shù)學(xué)模型方法與啟發(fā)式方法是難以截然分開的，啟發(fā)式內(nèi)部也局部用到了尋求最優(yōu)解的方法。

在計算技術(shù)和制造技術(shù)進(jìn)步的推動下，裝配線的平衡問題也在進(jìn)步。在計算技術(shù)的推動下，尤其是進(jìn)化算法，如遺傳算法、模擬退火算法、禁忌搜索算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、多智能體技術(shù)（MAS，Multi－agent－system）［7］等，引入裝配線平衡的新技術(shù)和新工具。

現(xiàn)有的775 Socket裝配線的節(jié)拍（Cycle Time）為5.68 s，負(fù)荷系數(shù)為72.19%。累計生產(chǎn)1顆成品需要的工時（標(biāo)準(zhǔn)工時）為266.87 s。其負(fù)荷系數(shù)遠(yuǎn)低于一般的手工裝配線的85%的水平。本文通過采用工業(yè)工程的ERCS（Elimination取消，Combination合并，Rearrangement重排，Simplification簡化）方法與作業(yè)流程圖相結(jié)合的方法，對裝配線進(jìn)行研究和改進(jìn)，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(jìn)，改善了物料的運輸量。利用機械設(shè)計知識與工業(yè)工程相結(jié)合的方法提高關(guān)鍵工位的生產(chǎn)能力，同時通過對線間庫存進(jìn)行研究，建立線間庫存的模型，并對模型進(jìn)行驗證。希望通過改進(jìn)將現(xiàn)有裝配線的平衡提高，達(dá)到85%的水平，同時裝配工時可以減少。

2 現(xiàn)有的流程

Socket 775產(chǎn)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(yè)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(jìn)行100%的檢測，同時修改適當(dāng)?shù)陌b方式使搖桿在運輸?shù)倪^程中不會變形。為了控制品質(zhì)，IQC進(jìn)行抽檢。

（2）塑料打點工位是為了區(qū)別有鉛和無鉛的產(chǎn)品，可以通過塑料模具的適當(dāng)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(shè)備在分別測試，中間會有一些在制品，我們可以通過適當(dāng)?shù)男薷脑O(shè)備，將每臺設(shè)備修改為一臺設(shè)備通過繼電器完成測試的切換，節(jié)省了取放的時間，同時減少了在制品的數(shù)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(xiàn)有裝配線的布置

因為現(xiàn)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(shè)備布置主要是以設(shè)備的類型進(jìn)行，同時兼顧作業(yè)流程，插針機統(tǒng)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(shè)備類型來布置的優(yōu)點是設(shè)備的維修、保養(yǎng)、操作人員的管理以及產(chǎn)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(shè)備布置（layout）［1］有一些場地的約束，共享設(shè)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(fēng)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(guān)的CPU Socket的其他類型的產(chǎn)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(shè)備的約束［1］。

2.2 現(xiàn)有裝配線平衡存在的問題

生產(chǎn)的產(chǎn)品一般都是面向固定的客戶，在產(chǎn)量上屬于較固定的裝配線類型，所以當(dāng)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(chǎn)，根據(jù)業(yè)務(wù)的銷售狀況，我們的生產(chǎn)數(shù)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(chǎn)量大幅提高時，將沒有原料生產(chǎn)，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(chǎn)數(shù)量在6 t/班，也就是5 000～6 000 t/8 h。從優(yōu)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(jìn)行研究中，將裝配線的產(chǎn)量作為約束來處理［12］。

改善前的節(jié)拍（Cycle Time）為5.68 s，負(fù)荷系數(shù)為72.19%。累計生產(chǎn)1顆成品需要的工時（標(biāo)準(zhǔn)工時）為266.87 s。其負(fù)荷系數(shù)遠(yuǎn)低于一般的手工裝配線的85%的水平。

現(xiàn)有的裝配線的平衡性不好，主要因為整個裝配線的節(jié)拍已經(jīng)確定，同時工位很多，各個工位的工作內(nèi)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(guān)做法，將人力的部分分兩個工位來共享，但是還是出現(xiàn)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(fēng)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(yè)人員認(rèn)為工作分配的不合理性和不公平，如果處理得不好，會產(chǎn)生負(fù)面的影響。

3 現(xiàn)有作業(yè)流程的研究和改進(jìn)

具體改進(jìn)的內(nèi)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(jìn)現(xiàn)有的作業(yè)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(shù)小于0.01%，因為超過此標(biāo)準(zhǔn)客戶會反映我們的產(chǎn)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(yán)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(shù)量的紙盒包裝，并確定每個最小包裝的數(shù)量，通過這些改進(jìn)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(fēng)工位，整條裝配線有3處，吹風(fēng)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(chǎn)品都做一遍吹風(fēng)的動作，可以針對檢查有問題的半成品進(jìn)行處理。就可以將吹風(fēng)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(yè)流程分析

圖2 改善后的作業(yè)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(fù)責(zé)的不良。比如檢測PIN面不良的人員只負(fù)責(zé)檢查PIN面不良，檢查球面不良的只檢查球面的不良?？梢越Y(jié)合CELL的方法，通過人員的培訓(xùn)將工作由一人完成整個產(chǎn)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(jìn)行單項的檢查→檢查的良品放到周轉(zhuǎn)的托盤中→第二個檢查人員取半成品→放到放大鏡進(jìn)行單項的檢查→檢查的良品放到周轉(zhuǎn)的托盤中→第三個檢查人員取半成品→放到放大鏡進(jìn)行單項的檢查→檢查的良品放到周轉(zhuǎn)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(jìn)行全部項目的檢查→檢查的良品放到周轉(zhuǎn)的托盤中。

在上述的改善中，結(jié)合了CELL的一人屋的方法，增加了人員的培訓(xùn)。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(jié)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(xùn)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(jìn)行合并，減少作業(yè)時間，同時改善裝配線的平衡狀況。

改善前的設(shè)備分析:HIPOT（HIPOT測試為高壓測試，O/S測試為導(dǎo)通測試）設(shè)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(shè)備測試夾具汽缸開始動作→夾具到達(dá)位置設(shè)備開始檢測→測試完成后設(shè)備氣缸回到原點→操作人員將半成品取出，放入周轉(zhuǎn)的托盤→O/S設(shè)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(shè)備測試夾具氣缸開始動作→夾具到達(dá)位置設(shè)備開始檢測→測試完成后設(shè)備氣缸回到原點→操作人員將半成品取出，放入周轉(zhuǎn)的托盤。

通過設(shè)備的適當(dāng)?shù)男薷?，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(jìn)行切換的時間不超過0.2 s。

改善后設(shè)備分析:設(shè)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(shè)備測試夾具氣缸開始動作→夾具到達(dá)位置設(shè)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(shè)備氣缸回到原點→操作人員將半成品取出，放入周轉(zhuǎn)的托盤［5］。

比較改善前后，減少了一次產(chǎn)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(shè)備的切換的時間。在此工位仍然使用2臺設(shè)備，但是工時有了減少，同時設(shè)備的系統(tǒng)由串聯(lián)2個工位轉(zhuǎn)化為并聯(lián)同一個工位，增加了整個裝配線的穩(wěn)定度。

（5）打點的工位主要目的是為了區(qū)別產(chǎn)品是有鉛產(chǎn)品還是無鉛產(chǎn)品，通常按產(chǎn)品的區(qū)別方式來說，可以采用標(biāo)記、噴碼、料號等方式來做標(biāo)示。打點的方式雖然可以實現(xiàn)標(biāo)示的作用，但不論從裝配線平衡的角度還是從節(jié)省人力的角度都是不經(jīng)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(chǎn)品標(biāo)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(rèn)產(chǎn)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(yīng)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(chǎn)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(chǎn)的時候?qū)Υ斯の皇菚裢庾⒁鈾z查助焊劑。

當(dāng)量產(chǎn)到一定量的時候，可以通過定期確認(rèn)轉(zhuǎn)印探針的狀況將可能產(chǎn)生的不良的狀況事先消除。同時請品保的人員在確認(rèn)助焊劑重量的時間，同時確認(rèn)產(chǎn)品的點位是否正常。經(jīng)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(jìn)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(jìn)行了設(shè)備布置的改進(jìn)。

（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(jìn)的方法是將socket 775的整個產(chǎn)品的所有工位統(tǒng)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(chǎn)品從門進(jìn)來后，進(jìn)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(guān)系，沒有辦法形成U型裝配線。我們經(jīng)與廠務(wù)確認(rèn)，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(lǐng)料員領(lǐng)料→直接到插針工位→插針后段，植球前段→經(jīng)前門→植球→經(jīng)新開的后門→植球后段→平面度檢測。改善后的流程，不僅實現(xiàn)了CELL生產(chǎn)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(jìn)行了流程的改進(jìn)，接下來要對原有的瓶頸工位以及接近瓶頸工位的工位進(jìn)行研究和改進(jìn)。

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(jìn)，檢查工位由之前的瓶頸工位轉(zhuǎn)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(shè)備而將工時變低，這樣可以簡單地進(jìn)行平衡的改進(jìn)，增加了一臺設(shè)備，同時也增加了人員，整個組裝的人數(shù)變多，這樣整體的工時將減少不多?，F(xiàn)有的插針機如果可以通過改進(jìn)來提高機器的組裝速度，從經(jīng)濟上講是最節(jié)省的。所以如何減少插針工位的工時變成一個首選的改進(jìn)方向。同時采用IE的手法與機械設(shè)計立輪相結(jié)合的方法，是很好的方向。

4.1.2 經(jīng)過流程改進(jìn)簡化及設(shè)備改進(jìn)后的平衡狀況

改善后的節(jié)拍（Cycle Time）為4.78 s，負(fù)荷系數(shù)為82.34%。累計生產(chǎn)1顆成品需要的工時（標(biāo)準(zhǔn)公式）為181.64 s。產(chǎn)量在6 t，滿足300 t/月的產(chǎn)量，其負(fù)荷系數(shù)也與一般的手工裝配線的85%［7］的水平相差不多，基本達(dá)到要求。

4.2 修改后的平衡比較

改善后的3條流程的節(jié)拍，裝配線平衡性，生產(chǎn)工時如下:

a線:節(jié)拍為4.78 s;裝配線負(fù)荷系數(shù)為84.30%;生產(chǎn)的工時為157.74 s。

b線:節(jié)拍為4.16 s;裝配線負(fù)荷系數(shù)為89.40%;生產(chǎn)的工時為12.48 s。

c線:節(jié)拍為4.17 s;裝配線負(fù)荷系數(shù)為90.00%;生產(chǎn)的工時為8.34 s。

如果可以在裝配線放置一定數(shù)量的庫存，我們就可以將主流程與支流程的工時差異節(jié)省下來，來處理例如rework之類的事情，節(jié)省組裝的工時。修改后的流程不論是節(jié)拍，裝配線的負(fù)荷系數(shù)，生產(chǎn)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(jié)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(chǎn)生的線間庫存的問題

將裝配線進(jìn)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(jié)拍差異，通過適當(dāng)?shù)膸齑?，將這些零散的工時化零為整，加以應(yīng)用的話，便可節(jié)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(chǎn)企業(yè)的一個典型的問題。裝配線的平衡率直接影響到企業(yè)的生產(chǎn)效率。

5 結(jié)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(jié)合的方法，對凸輪的設(shè)計，主要為時間順序的設(shè)計進(jìn)行了改進(jìn)，提高了關(guān)鍵工位的生產(chǎn)能力，同時提高了組裝線的平衡性。對流程進(jìn)行改進(jìn)，將主流程與支流程分開生產(chǎn)，進(jìn)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(jié)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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