钻孔车间效率提升分析

郭志伟 徐 杰 杨 俊

（惠州中京电子科技有限公司，广东 惠州 516029）

5G时代，企业的技术能力和管理水平有了卓越的提升，钻孔车间的数字化管理也得到了很好应用。众所周知，生产效率几乎是企业头等大事，而钻孔效率是企业重点关注的问题，因钻孔车间的钻孔机价格昂贵，需求量多，所以成本也高。钻孔机的性能从90年代的主轴转速为10万转/分钟到现在已逐步升级为30万转/3分钟不等，而钻孔机的生产速度从90年代的100孔/分钟提升到了500孔/分钟甚至更快……所以在钻孔管理过程中，一个小小地改善对有规模的企业也是一笔可观的收入。举一案例，以某一PCB企业有100台钻孔机（合计600支主轴），钻孔时的平均叠板数3片/叠，平均每分钟钻孔300/次，以每天每轴机器稼动率提高10 min，每1000孔效益0.3元，这样计算一下：300孔×3片叠板×10分钟×600轴×30天（月）×12个月（年）÷1000孔×0.3元=583 200元（年）。每天每台机器利用率提高10 min，每年的收益就是583 200元，以下笔者班门弄斧粗略谈下对钻孔效率影响的几点看法。

1 钻孔车间开动率对效率的影响案例分析

笔者指的开动率（稼动率）=（机器运转时间÷每天总时间）×100%，要提高开动率就要增加钻孔机运行时间，减少钻孔机停机时间。

下面我们分析下一台钻孔机的生产记录，得知此台钻孔机的钻孔开动率平均约为80%，每天有1440 min×20%=288 min的停机时间。那么这288钟都是浪费在哪儿？看此机台的生产运行记录就不难找出答案，下面为详细分析。

1.1 换料时间分析

换料指的是从A型号转到B型号的过程，从钻孔运行时间记录表查看一共换了两次型号，第一次用了26 min，第二次用了18 min，前面一次比后面多用8 min，这是浪费时间。

以笔者的经验把整个换料的动作及理论预估时间来分解计算：单人单次换型号耗时=资料调取1.5 min+手动输入排刀2 min+栽销钉2 min+四角试钻2 min+照X-RAY确认2 min+6个轴上板3.5 min+贴铝片2 min+板子复位确认1 min+生产指示单核对2 min=18 min（物料提前准备不计）。这是以单人计算，如果现场管理能够在换料时协调人手互助所用时间还会更少，如果员工操作不够熟练或物料准备不足（钻头、垫板、铝片等等）也会增加换料时间。

1.2 上下板时间分析

上下板指的是某一型号单趟钻完后再钻换同一型号的板继续钻孔的过程，以表1为例我们统计正常状态下6组上下板数据。

从表1可见上下板用时最多为27 min，最少为10 min。明明10 min可以完成的，为什么会浪费这么多时间？以笔者的经验分解整个上下板动作和理论预估时间：6轴钻孔机单人单次上下板耗时（从上次完成时间开始计时）=撕胶纸下铝片1.5 min+下板2 min+上板3.5 min+贴铝片2 min+板子复位确认1 min=10 min。超时多数是因下次生产要准备的物料不足或人员操作不熟练造成。如果区域人员相互配合，两人同时操作上下板即5 min可以完成，同时3人操作则3 min就可以完成。

表1 上下板时间统计表

1.3 钻孔机单趟时间分析

单趟时间指的是单趟板从完成换料启动到完成钻孔的时间，也包括机器运行时中途停机时间。以表2为例来统计几趟钻孔时间再做分析。

从表2看停机时间最多的为47 min，最少的为9 min，单趟的平均停机时间约22 min。造成这些停机的具体原因是什么？以笔者的现场观察分析认为：首先是钻孔过程中钻头准备不足导致停机换钻头，其次是钻头管控不到位，在钻孔机检测钻头直径和长度时超公差导致机器停机而等待人员处理。

2 钻孔机参数设置对钻孔效率的影响

2.1 钻孔机主轴高度设置对钻孔效率的影响

钻孔机主轴的高度设置主要影响到下钻行程的距离，而主轴下钻的速度一般设置在1～4 m/min，相对于钻孔机X轴和Y轴80 m/min的速度是比较慢的，设置不当对生产效率影响也是很大的。为进一步研究这个参数对效率的影响程度，笔者对在相同条件下设置不同的主轴高度和下钻速度做了一次试验，试验条件：大族钻机，板厚1.6 mm，钻头直径为0.3 mm，试验结果如表3所示。其他条件不变，主轴高度设置每相差1 mm则钻孔效率相差30孔/min。每分钟增加30孔收益=每分钟30孔×每天钻机运行1320 min（22 h）×600个轴×3片叠板÷1000孔×0.3元（千孔收益）=21384元/天，由此可见主轴高而设置不当对钻孔的效益影响是非常大的。现在新出的钻孔机已经克服了这一问题，都有一个快钻功能（以钻针接触铝片的导电时间自动计算主轴高度），管理者只要用好这一功能就可以有效避免这一浪费。

表3 钻孔参数设置实验

2.2 钻头进刀速度对钻孔效率的影响

钻头参数包括转速、进刀速、回刀速、寿命等，影响效率最大的是进刀速，为进一步研究钻头的进刀速对效率的影响程度，笔者在对相同条件下设置不同的下钻速度做了一次试验，试验条件：大族钻机，板厚1.6 mm，1片叠板，钻头直径为0.3 mm，试验结果如表4所示。钻头进刀速度每相差1 m/min相应钻孔孔数平均相差约120孔/min。效益计算：每分钟120孔×每天钻机运行1320 min（22 h）×600个轴×3片叠板÷1000孔×0.3元（千孔收益）=85536元/天。怎样才能合理使用这一参数呢？每个厂家都有自己一套钻头参数，大部分都是依据不同的覆铜板材质实验后而设定的，例如软板参数、高Tg板参数、厚铜板参数等等，如果设置不当就会带来断针、孔粗、孔偏等。

表4 钻孔参数设置实验

3 钻孔程序路径对钻孔效率的影响

钻孔程序路径指的是从一个孔到另一个孔的移动方向，如果路径不合理会让钻孔机多跑几百米或几千米，造成不必要的浪费。举例某一型号钻孔板单片板总孔数为100 000孔，每个单元有10个孔，单元内横向X方向孔距为3 mm，单元内纵向Y方向孔距4 mm，单元内交叉孔距为5 mm，未优化路径的钻孔行程需要40 mm（如图3所示）,优化后路径的钻孔行程需要28 mm（如图4所示），每个单元的行程相差12 mm，依此计算这趟板未优化路径的要比优化路径多行跑120 000 mm，所用时间不同效率也会有影响。为有效防止此项问题发生，很多厂家在处理钻孔资料软件上都设置了优化脚本。

图3 未优化钻孔路径

图4 已优化钻孔路径

4 计划排机安排对钻孔效率的影响

4.1 排机的换料次数分析

举例有一款型号120片板，5片叠，钻孔需要24轴4台机，每趟板钻板时间大概要180 min，排机人员为了赶够当天的产量安排了4台机，顺利完成了当天的产量。我们分析下钻完这120片板总共用了多少时间：（180 min钻孔+20 min换料）×4台钻机=800 min，如果这120片用一台钻完要用多少时间呢？180 min钻孔×4台钻机+20 min换料=740 min，这样是不是这120片板钻完可以节省60 min的换料时间，相应的机器开工率也就提高了。

4.2 钻孔机轴数利用率分析

大部分厂家为有效管控品质和涨缩系数管控都会进行分批卡管制，有100片一个批卡的，也有120片一个批卡的不等，每卡的卡号和涨缩系数有所不同，因此每卡都要独立钻孔。例如一个100片为一批卡的钻孔板，4片叠板，共要25个轴，而每台钻孔机是6个轴，要钻完这25轴的板就会空5个轴，轴数利用率只有83%，造成了很大浪费。为改善此问题有的厂家会有几台两轴机，直接把尾数板排在两轴机钻孔，这样轴数利用率会有所提高。钻孔机主轴利用率最高的批量是144片平均利用率为99.5%，最差的是100片平均利用率为90.83%。最终选取哪个批量数管控？笔者认为最主要还是结合厂内叠板结构来确定。

5 钻孔叠板设计对钻孔效率的影响

PCB钻孔过程中叠板数使用不当会影响效率以及对成本也有很大浪费。每一个厂家一般都有一个严格的叠板设计结构，随着科技的进步很多厂家通过对钻头刃长增加来提高了叠板数，但这一方案也要考虑品质问题，因为孔位精度也会相应变差。

6 数字化管理的应用

在数字化管理之前，只能人工统计生产数据，导致统计时间滞后、准确性差，不能及时发现生产中的异常（上下板及换料时间过长、设备故障、钻头测量异常等等），这就需要大量的现场管理人员及时发现问题，还有一些统计数据不及时、不完全，导致产出达成率低，同时也影响了交付问题。智能数字化的出现可以明显得到改善，通过数字化看板管理能够及时地看到统计数据，及时安排处理。

钻孔车间数字化管理案例，如有“钻孔机稼动率及停机报警看板”，可以清晰得知全部钻孔机现时现状地运行开工率及停机报警信息，从而使得机器利用率的最佳化；又如有“计划产出达成率及报废趋势看板”，可以随时查看到当日当月的生产结存信息，现场呆滞料时长，品质报废面积趋势，能够及时对生产时效进行调整，为生产管理效率提升提供了及时有效的帮助。

7 结语

在生产现场管理中往往看似很简单不应该发生的问题却是常见的问题，5G的应用和数字化管理的出现给我们带来了方便，也给企业带来较强的竞争力，笔者认为数字化管理在钻孔管理中还可以做些智能物料预算（钻头、垫板、铝片用量）、智能排产等等，相信会很快会得到应用。此文为笔者的一些肤浅看法，希望能够为同行提供一些借鉴，并非常欢迎与业界同行做进一步的探讨和交流。