汽車電子時代的自動化技術

汽車電子時代的自動化技術

汽車制造商認識到，增加車載電子系統的使用是應對現今法規和市場壓力的最佳方法。據預測，到2005年汽車電子系統的價值將高達汽車總值的30%。這對于完全能夠滿足汽車行業需求的電子制造商來說，蘊藏著巨大的商機；市場需要高品質及可靠的產品、成本低廉和交貨及時。這些制造商本身也對制造自動化技術有苛刻的要求，因而需要與伙伴合作，協助他們解決所面對的技術和物流挑戰。

　　全能型技術

　　大體上，汽車電子子系統開發商被確定為第一級（TierOne）的元件和子系統裝配供應商，他們現在經常從那些利用先進技術開發創新工藝的專家伙伴那里獲取協助與支持。這些子系統開發商面對著巨大的壓力，必須以更低的成本生產更高智能的系統。這些系統還必須體型輕巧、緊湊和功能可靠。此外，他們還常常需要使用尖端的半導體和裝配技術。在現實應用中，這些系統必須在整個延長的保證期內無缺陷地運作，而不論處于怎樣不可想象的惡劣環境：在發動機罩蓋下、驅動牽引車內或固定于可在由北極到熱帶的任何地方行駛的車體上。即使在駕駛室內，系統也需要能夠抵受沖擊或振動、熱或碳酸飲料的濺出、溫度的變化以及粗心用戶的疏于保養，這些因素對所裝設系統的質量和完整性也帶來了極高的要求。

　　雖然自動裝配技術可以協助所有電子市場的制造商提升質量和可重復性，并同時降低成本，尤其是勞動力方面，但汽車供應商的情況卻有所不同，他們需要的是特別的解決方案，以應對其所面臨的獨特挑戰。本文將討論汽車行業特有的某些考慮事項。

　　特殊基底

　　通常，用于發動罩蓋下或其他預計工作溫度變化很大的場合，如發動機控制模組的系統等會采用陶瓷基底，因為它具有良好的熱穩定性。制造商如考慮以直線自動化的方式裝配這類模組，便須找到能夠滿足陶瓷基底之特殊性能要求的解決方案；在貼裝元件前的基底對位期間，機器視像系統較難識別基準標記。因而可以預料，使用配置“電筒”型照明裝置裝配機器與配置普通FR4型電路板裝配機器的結果比較，前者的可重復性和產量都會降低。極化照明裝置可以獲得較好的結果，但環球儀器平臺如HSP（HighSpeedPlacement）或GSM系列所裝配經優化的多方向照明矩陣與這些陶瓷基底協作時，將顯著提高其貼裝性能。與FR4電路板相比，陶瓷基底對于電路板傳輸裝置的磨損性較大。環球儀器已開發出防止機器過度磨損的不銹鋼套件。

　　多種混合元件及異形元件裝配

　　任何配置于裝配汽車產品的生產線必須能夠處理多種混合元件，將其送入生產線，并維持高效率的機器正常運行時間。例如，針對即將推出的42V配電系統的熔絲盒電路板或母線的制造生產線將能夠進行以下的操作：在電路板的兩側壓裝端子刀片；貼裝少量的SOIC、通用半導體器件及表面貼裝20A繼電器。新的生產線配置可能會將終端插入機器與其他機器結合，如環球儀器的GSM平臺，但規劃人員還須考慮可能出現的產品構成，以及每種產品的產量和復雜性問題。

　　其他子系統可能需要貼裝大型或異形元件，如電機激勵器、繼電器或汽車專用連接器。其貼裝要求受汽車電子連接器的影響而種類繁多；雖然實施標準化可在未來減少的零件數目，但是，今天的第一級裝配商可能需要處理數以千計的零件編號，以涵蓋其客戶要求的所有連接器和終端類型。

　　實現異形元件貼裝的最佳解決方案依賴于元件的數量，并決取于是否能應用于標準的貼裝平臺如環球儀器的GSM靈活貼裝平臺，以及可否在目標周期時間內完成貼裝。元件尺寸和送料器類型，或對高速生產線要求等因素，可以決定是否有需要添加貼裝機器或使用專門的異形元件裝配功能。解決方案供應商具備配置最佳解決方案的能力將是最理想的方式。

　　另一項選擇是環球儀器的新型GSMGenesis機器，可在某些情況下實現全平臺解決方案，尤其是需要較多異形元件和大型部件的時候，或要求小或中等批量生產的場合。目前，GSMGenesis機器適用于20000～40000cph的制造周期速率，未來的改進將使GSMGenesis的速度更快，但環球儀器的HSP系列高速貼裝機器則是需要更高周期速率應用的最佳解決方案。

　　另外，駕駛者和乘客信息系統如收音機/CD播放機、GPS導航或集成通信/多媒體系統等可能帶來同樣的挑戰，若與42V配電模塊或發動機控制器等其他系統相比，將需要更多數量的元件。這里的挑戰是結合高速貼裝和靈活精密貼裝能力，優化生產能力和降低設備的資產成本。

　　機殼的最終裝配

　　大多數汽車電子子系統，特別是發動機控制、ABS、動力方向盤、牽引控制和其他功能的控制單元，均被裝入耐熱、防水、防冷凝或防振動的機殼內。為了便于控制和保證質量，即使勞動力的成本較低，這些機殼的裝配也采用完全自動化方式?？芍匦屡渲玫难b配解決方案，如環球儀器的Polaris多工藝裝配單元，提供具成本效益和靈活的制造方法以滿足許多最終裝配的要求。

這是Polaris伺服夾裝單元的改進型款，專為進行異形元件貼裝而設計，具有符合標準的工具接口，容許多種工具附件進行互換以實現各種最終裝配功能，包括裝配機殼、涂敷密封劑或貼裝膠、視像檢查、擰螺釘，以及許多其他功能。對于外包業務供應商或任何需要生產高度混合的產品裝配商而言，其產量相對較低，或需要重新分配生產線以履行特殊合同，這將是一項功能強大的選擇。

　　可用性

　　任何期望在汽車工業領域爭取定單的制造商，必須具備有效的元件和電路板級可用能力。這主要適用于安全關鍵性系統，如防抱死剎車和牽引控制，以及氣囊等二級安全設備。這些系統可以非常復雜和多功能；例如，全面的氣囊控制器將包括氣囊開啟、氣流控制、預碰撞探測、乘客探測、翻滾探測和加速度探測。這些系統在當今的新型轎車上幾乎已成為標準配置，加上新的安全措施將不斷出現，包括在汽車意外中行人保護的機械裝置。

　　但可用性不只局限于車載電子系統的安全性能方面。車載無線電、導航、遠程信息處理，以及蜂窩電話系統等，雖然未被視為關鍵的安全性因素，但并不能保證產品不會被退回而產生巨額的支出；有缺陷的部件或可能有缺陷的部件都不能夠通過驗收檢查并裝配到系統內。這也同樣適用于進入高端商務汽車的高速互聯網系統。

　　環球儀器的Dimensions制造自動化軟件套裝包括專為簡化可用性而設計的功能。Dimensions制造監控模塊（DDM）可支持元件和電路板級條形碼跟蹤，通過查詢基于缺陷元件日期代碼的SQL數據庫，即可找出裝有缺陷元件的電路板。擁有快速檢測和識別有關缺陷元件的能力，便可阻止具有潛在缺陷的產品出廠。這項低成本的選項可帶來龐大的回報，因為使用退回產品機制的成本，可能比整條裝配線的價格高出許多。

　　物流

　　對于汽車工業的各級制造商而言，成本和效率是生存的關鍵。為了與客戶和供應商的運作相配合，電子制造商必須采用精簡的制造策略。

　　根據密歇根大學的研究，汽車制造商可以通過實現供應鏈內補給過程的自動化，將公司的庫存降低高達60%，交易成本降低多達75%。為此，整個汽車行業的廠商包括電子制造商，都在應用第三方供應鏈軟件，集成各種標準業務模塊，包括應收貨物、應付帳目、總分類帳和采購。環球的Dimensions軟件可以方便地與這些解決方案配合使用。例如，Dimensions物流模塊（DLM）使得企業管理層可讀取工廠車間的信息，如收集生產線已用元件和現用元件的庫存信息，以及車間內送料器和存貨的位置。這是反映真實耗材信息的實時數據，可供企業管理系統使用，以便更有效地提升采購操作和管理庫存。

　　未來的融合

　　自從車輛開始配置車載無線電、電動窗和中央門鎖系統以來，汽車電氣和電子子系統的市場便不斷增長。今天，汽車電子系統的開發和建立存在著龐大的發展空間，目標是能使汽車更易于操控、適于銷售、更安全和更便于路政管理部門的監控。新興技術的一些例子包括有線駕駛和有線煞車(x-by-wire)系統、遠程信息處理、先進的自動傳輸、車道偏離警告、碰撞探測和避免，以及智能化車輛號碼牌；當然還有混合和全電子載客車輛系統。
因此，汽車制造商要求子系統供應商提供如消費電子類產品的價格和物流服務，并結合與航空航天和醫療領域類似的先進技術——高可靠性和元件級的可用性。

　　達到這個融合要求，生產線需具備高度自動化、能裝貼各種類型和規格的元件，而且靈活性高，能滿足更大規模的生產量和產品混合的要求。第一級供應商和新的汽車技術專家已發現，與汽車制造專家合作，能夠從各式平臺中配置出最佳的解決方案來實現高速、靈活和精密的電子制造能力，使廠商受益良多。

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