Основные понятия технологии производства РЭС

1.2.1. Технологические особенности РЭС

Радиоэлектронные средства (РЭС) представляют собой совокупность элементов, объединённых в сборочные единицы и устройства, предназначенные для преобразования и обработки электромагнитных сигналов в диапазоне от инфранизких до сверхвысоких (СВЧ) частот.

Объективной тенденцией совершенствования конструкций РЭС является постоянный рост их сложности, что объясняется расширением круга решаемых задач при одновременном повышении требований к эффективности работы. Усложнение схемных и конструкторских решений, функциональных связей вместе со значительным увеличением численности элементов в РЭС создаёт большие трудности при их производстве, особенно при сборке и монтаже аппаратуры, а также наладке и регулировки. Специфические условия обеспечения высокой надёжности РЭС и заданных характеристик в условиях эксплуатации обусловливают высокие требования к качеству используемых материалов, оборудования, а также к технологическим процессам (ТП) изготовления РЭС.

Вместе с тем, производство РЭС должно быть экономически эффективно. При проектировании ТП следует предусматривать сокращение длительности и трудоёмкости этапа подготовки производства, капитальных затрат, численности сложных и трудоёмких операций, использование минимального числа единиц оборудования, максимального числа стандартных, унифицированных и типовых сборочных единиц и функциональных узлов РЭС.

В настоящее время основными направлениями развития РЭС, позволяющими решать задачи уменьшения габаритов и массы аппаратуры, повышения её надёжности и технологичности, являются микроминиатюризация аппаратуры, повышение степени интеграции и комплексный подход к разработке, конструированию и технологии производства РЭС.

Повышение степени интеграции, определяемой числом элементов, приходящихся на единицу площади подложки ИС или размещённых в одном кристалле, изменяет состав и структуру конструктивных уровней компоновки РЭС - увеличивается сложность элементной базы (модулей первого уровня), уменьшается число уровней, снижается сложность конструкции и уменьшаются габаритные размеры устройств.

Относительная трудоёмкость производства сборочных единиц РЭС может быть представлена в таком соотношении: механическая обработка - 8...15, сборка - 15...20, электрический монтаж - 40...60, наладка - 20...25%. Следовательно, основными технологическими задачами производства РЭС являются: разработка ИС на уровне ячеек и сборочных единиц РЭС с высокой степенью интеграции и совершенствование технологии их изготовления; повышение плотности компоновки навесных элементов на печатных платах (ПП) и плотности печатного монтажа; совершенствование методов электрического соединения модулей первого, второго, и третьего уровней; механизация и автоматизация сборки и электрического монтажа модулей второго, третьего и четвёртого уровней; развитие автоматизированных и автоматических методов, а также средств наладки и регулировки аппаратуры сложных изделий; автоматизация операций контроля функциональных параметров; создание гибких комплексно-автоматизированных производств, функционирующих совместно с системами автоматизированного проектирования.

1.2.2. Основные понятия

Рассмотрим основную терминологию и понятия, относящиеся к раз­работке технологии изготовления и организации производства РЭC.

Изделием в производстве называется любой предмет или набор предметов, подлежащих изготовлению. Изделием может быть деталь, сбороч­ная единица, комплекс и комплект. Применительно к РЭC под изделием по­нимается как само РЭC, так и составляющие РЭС элементы и детали.

Деталь - изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций, например ось, клем­ма, рама и т. д.

Сборочная единица - изделие, составные части которого подлежат соединению на предприятии - изготовителе сборочными операциями (свинчи­вание, сварка, пайка, склеивание), например: ячейка, ТЭЗ, разъем, блок и т. д.

Комплекс - два или более изделия, несоединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенные для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций. Каждое изделие в комплексе имеет свое назначение, например: измерительный комплекс, вычислительный комплекс, и т. д.

Комплект - два или более изделия, несоединенные на предприятии-изготовителе сборочными операциями и представляющие набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера, например: ремонтный комплект, комплект запасных частей и т. д. Изделие, имеющее две или более детали, соединенные разъемным или неразъемным соединением, называют узлом.

Производственный процесс представляет собой совокупность всех действий людей и орудий производства, необходимых для изготовления изделий РЭА. В состав производственного процесса входят все действия по изготовлению, сборке, контролю качества выпускаемых изделий; хранению и перемещению его деталей, полуфабрикатов и сборочных единиц на всех стадиях изготовления; организации снабжения и обслуживания рабочих мест, участков и цехов; управлению всеми звеньями производства, а также комплекс мероприятий по технологической подготовке производства.

Производственный процесс делится на основной и вспомогательный. К основному производственному процессу относят процессы по изготовле­нию продукции; к вспомогательному - процес­сы складирования, транспортировки, ремонта, энерго- и водоснабжения и др.

Технологический процесс (техпроцесс) - часть производственного процесса, непосредственно связанная с последовательным изменением со­стояния предмета труда с превращением его в готовую продукцию. Технологические процессы строят по отдельным методам их выполнения (процессы литья, механической и термической обработки, покрытий, сборки, монтажа и контроля РЭА) и разделяют на операции.

Технологическая операция - это законченная часть ТП, выполняемая на одном рабочем месте, над одним или несколькими изделиями, одним или несколькими рабочими. Условие непрерывности операции означает выполнение предусмотренной работы без перехода к изготовлению или сборке изделия. Например, подготовка ленточных проводов к монтажу включает в себя мерную резку, удаление изоляции с определённых участков провода, нанесение покрытия на оголённые токоведущие жилы. Состав операции устанавливают не только на основе технологических соображений, но и с учётом организационной целесообразности.

Технологическая операция (ТО) является основной единицей производственного планирования и учёта. На основе операций оценивается трудоёмкость изготовления изделий, устанавливаются нормы времени и расценки, определяется требуемое количество рабочих, оборудования, приспособлений и инструментов, ведётся планирование производства и контроль качества работ.

В условиях автоматизированного производства под операцией следует понимать законченную часть ТП, выполняемую непрерывно на автоматической линии. При гибком автоматизированном производстве непрерывность выполнения операции может нарушаться, например, направлением собранного полуфабриката, электронного узла на промежуточный склад-накопитель в периоды между отдельными позициями, выполняемыми на разных технологических модулях.

Кроме технологических операций в состав ТП включают ряд необходимых для его осуществления вспомогательных операций (транспортных, контрольных, маркировочных и т. п.).

Технологические операции, в свою очередь, делят на установы, позиции, переходы, приёмы.

Установ или установка - часть технологической операции, выпол­няемая при неизменном закреплении обрабатываемой заготовки (заготовок) или собираемой сборочной единицы.

Технологический переход (переход) - законченная часть техноло­гической операции, характеризуемая постоянством применяемого инстру­мента и поверхностей, образуемых обработкой или соединяемых при сборке.

Вспомогательный переход - законченная часть технологической операции, которая не сопровождается изменением формы или состояния заготовки, но необходима для выполнения технологического перехода. На­пример, установка заготовки, ее закрепление и т. д.

Проход - часть перехода, заключающаяся в снятии одного слоя ма­териала с обрабатываемой поверхности.

Рабочий ход - законченная часть перехода, состоящая из однократ­ного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемого изменением формы, размеров, шероховатости или свойств заготовки.

Вспомогательный ход - законченная часть перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки без изме­нения формы, размеров, шероховатости или свойств заготовки.

Холостой ход - то же, что и вспомогательный ход для станков-автоматов.

Позиция - каждое новое положение заготовки относительно инст­рументов при неизменном ее закреплении в приспособлении. Например, по­воротное многопозиционное приспособление.

Прием - это законченная совокупность действий человека в процессе выполнения работы или подготовки к ней, объединённых одним целевым назначением (пуск станка, выключение и т. п.).

Рабочее место - часть производственной площади, оснащенной ос­новным технологическим и вспомогательным оборудованием и средствами, закрепленными для выполнения операции.

Такт выпуска - интервал времени, через который производится вы­пуск изделий. Например, 1 компьютер через 10 мин.

Ритм выпуска (производительность) - обратная величина такта - количество изделий в единицу времени.

1.2.3. Типы производства

В зависимости от номенклатуры, регулярности, стабильности и объёма выпуска изделий выделяют три основных типа производства продукции - единичное, серийное и массовое.

Единичное производство характеризуется широтой номенклатуры и единичным или малым объёмом выпуска изделий. При этом под объёмом выпуска подразумевается количество изделий определённых наименований, типоразмера и исполнения, изготовляемых предприятием или его подразделениями в течение планируемого интервала времени, процесс изготовления которых не повторяется или повторяется через неопределенный промежуток време­ни.

На предприятиях единичного производства количество выпускаемых изделий и размеры операционных партий заготовок и сборочных единиц, поступающих на рабочие места для выполнения технологических операций, исчисляются штуками и десятками штук. На рабочих местах выполняются разнообразные технологические операции, повторяющиеся нерегулярно или неповторяющиеся совсем, используется универсальное точное оборудование. Специальные инструменты и приспособления, как правило, не применяют, уровень механизации низкий. Взаимозаменяемость деталей и узлов во многих случаях отсутствует, широко распространена пригонка по месту. Все это требует высокой квалификация рабочих, т.к. от неё существенно зависит качество выпускаемой продукции. Всеми этими факторами определяется также и высокая себестоимость аппаратуры.

Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых перио­дически повторяющимися партиями. В зависимости от количества изделий в партии различают мелко-, средне- и круп­носерийное производство. Выпуск партий еженедельный, ежемесячный или еже­квартальный. Объём выпуска изделий серийного типа колеблется от десятков и сотен до тысяч единиц.

Для серийного производства характерно использование универсального, специализированного и автоматизированного оборудования и оснастки, для крупносерийного производства используют специальное и автоматическое оборудование. Оборудование расставляется по технологическим группам с учётом направления основных грузопотоков цехов по предметно - замкнутым участкам. Технологическая оснастка в основном универсальная, однако, во многих случаях (особенно в крупносерийном производстве) используется специальная высокопроизводительная оснастка. Для многономенкла­турного серийного производства экономически выгодно использование гибких производственных систем (ГПС), для которых используют автоматизирован­ную систему технологической подготовки производства (АСТПП), автомати­зированную систему управления технологическими процессами (АСУТП).

Средняя квалификация рабочих в серийном производстве обычно ниже, чем в единичном, т.к. наряду с рабочими высокой квалификации, работающими на сложном универсальном оборудовании, используются рабочие-операторы, работающие на настроенных станках, а произ­водительность труда выше, чем при единичном производстве. В зависимости от объёма выпуска и особенностей изделий обеспечивается частичная взаимозаменяемость деталей и групповая взаимозаменяемость сборочных единиц, однако в ряде случаев на сборке применяется компенсация размеров и пригонка по месту.

Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой и большим объёмом выпуска изделий, непрерывно изготовляемых в течение длительного периода времени. Коэффициент закрепления операций массового производства равен 1, т.е. на каждом рабочем месте закрепляется выполнение одной постоянно повторяющейся операции, требующей использования рабочих невысокой квалификации. При этом используется специальное высокопроизводительное оборудование, которое расставляется по ходу технологического процесса с промежуточными складами - накопителями деталей и сборочных единиц, и во многих случаях связывается конвейерами с постами промежуточного автоматического контроля. Оборудование и оснастка, как правило, специальное, дорогое и высокопроизводительное, требуемая точность достигается методами автоматического получения размеров на настроенных станках при обеспечении взаимозаменяемости обрабатываемых заготовок и собираемых узлов. Для массового производства возможно изго­товление продукции на автоматических линиях, цехах и даже автоматиче­ских заводах.

1.2.4. Виды технологических процессов в производстве РЭC

В производстве элементов, сборочных единиц и устройств РЭC используется большой комплекс ТП, основанных на различных физических и химических методах обработки материалов.

Технологические процессы в зависимости от подробности их разработки, типизации, наличия оборудования и объема выпуска изделий классифицируют на следующие виды:

· проектный (начальная стадия, много вариантов);

· рабочий (конкретный, для работы);

· единичный (ТП только на данное изделие, как правило, массовое производство);

· типовой (на конструктивно подобные изделия, например, на из­готовление печатных плат);

· групповой (на технологически подобные изделия для мелкосерийно­го, многономенклатурного производства);

· временный (оперативный), для имеющегося на предприятии обору­дования при изготовлении пробных изделий;

· стандартный (обязательный к применению в отрасли, государст­ве. Например, стандартные методики испытания электронно-вычислительной аппаратуры);

· перспективный (для вновь разрабатываемых производств или мо­дернизации старых предприятий);

· маршрутный;

· операционный;

· маршрутно-операционный.

Последние три определяют степень подробности разработки ТП. Маршрутный процесс определяет порядок (мар­шрут) следования операций, их вид и наименование, оборудование и осна­стку для выполнения операций, трудоемкость выполнения операций и ква­лификацию работников. Для мелкосерийного производства достаточна раз­работка маршрутной технологии. При этом все параметры разработки заносятся в маршрутные карты.

Для средне- и крупносерийного, а также массового производств после маршрутной технологии следует разработка операционной технологии, при этом каждая операция разрабатывается подробно, устанавливаются оборудование и оснастка, выбираются или рассчитываются технологические режимы. Операция дробится на технологические переходы, вычерчивается эскиз операции с установочными ба­зами и настроечными размерами. Рассчитывается операционное время (t_оп) и устанавливается норма штучного времени (Т_шт). Данные раз­работки заносятся в операционные карты.

Маршрутно-операционная технология применяется, когда на отдель­ные наиболее сложные операции маршрутной технологии разрабатывается операционная технология.

Исходными данными для разработки технологических процессов яв­ляются:

· конструкторская документация на изделие (сборочные чертежи, рабочие чертежи, электрические схемы, монтажные схемы);

· технические требования на изделие, где указываются дополнительные требования к изделию, например, маркировка, виды контроля и испытаний;

· спецификация на входящие в изделие компоненты;

· объем выпуска продукции;

· сроки выпуска (еженедельно, ежемесячно, ежеквартально);

· наличие технологического оборудования, оснастки;

· справочная, нормативная литература, программы.

1.2.5. Этапы разработки технологических процессов

Правила разработки техпроцессов определены в рекомендациях Р50-54-93-88. В соответствии с этими правилами разработка ТП состоит из по­следовательности этапов, набор и характер которых зависит от типа запускае­мого в производство изделия, вида ТП, типа производства. В таблице 1 в качест­ве примера приведены этапы разработки ТП монтажа и сборки электронных узлов.

Таблица 1

Этап	Основные задачи этапа
Анализ исходных данных	Изучение конструкторской документации. Анализ техно­логичности конструкции. Анализ объема выпуска изделия и опре­деление типа производства
Выбор типового (базового) ТП	Определение места изделия в классификационных группах ТП. Приня­тие решения об использовании действующего ТП
Разработка схемы сборки	Анализ состава из­делия. Выбор базовой детали или сборочной единицы. Разработка схемы сборки с базовой дета­лью
Составление маршрутного ТП	Определение последовательности технологических операций. Оп­ределение штучного времени Тшт по заданному коэффициенту за­крепления операций и объему выпуска. Выбор обо­рудования и средств технологического оснащения
Разработка тех­нологических операций	Разработка структуры операции и последовательности переходов. Разработка схем установки деталей при сборке и монтаже. Выбор средств технологического оснащения. Расчет режи­мов, составляющих Тшт и загрузки оборудования
Расчет технико-экономической эффективности	Определение разряда работ по классификатору разрядов и профессий. Выбор вариантов операций по технологической себестоимости
Анализ ТП с точки зрения техники безо­пасности	Выбор и анализ требований по шуму, вибрациям, воз­действию вредных веществ. Выбор методов и средств обеспечения сохранности экологической среды
Оформление технологиче­ской докумен­тации	Оформление эскизов технологических операций и карт. Оформле­ние карт маршрутного и операционного техпроцессов
Разработка ТЗ на специаль­ную оснастку	Схема базирования заготовок. Определение погрешно­стей базирования и точности приспособлений. Определение коли­чества заготовок и схемы их закрепления. Составление схем привязки приспособления к оборудованию

1.2.6. Средства технологического оснащения производства РЭC

Включают в себя: технологическое оборудование (в том числе контрольное и испытательное); технологическую оснастку (в том числе инструменты и средства контроля); средства механизации и автоматизации производственных процессов.

Технологическое оборудование - это орудия производства, в которых для выполнения определённой части ТП размещаются материалы или заготовки и средства воздействия на них. Технологическая оснастка - это орудия производства, добавляемые к технологическому оборудованию для выполнения определённой части ТП. Средства механизации - это орудия производства, в которых ручной труд человека частично или полностью заменён машинным с сохранением участия человека в управлении машинами. Средства автоматизации - это орудия производства, в которых функции управления выполняют машины, приборы и ЭВМ.

Состав технологического оборудования и применяемой технологической оснастки зависит от профиля цехов производства РЭС.

Заготовительные цехи оснащены оборудованием для получения заготовок из стандартных профилей и листов для механических цехов, заготовки ПП, заготовки для сборки каркасов блоков, рам, стоек и др. Резку листовых и роспуск рулонов металлических и неметаллических материалов производят в основном гильотинными и роликовыми ножницами. Неметаллические материалы толщиной свыше 2,5 мм режут на специальных станках дисковыми пилами, фрезами, а также абразивными и алмазными отрезными кругами.

Холодная штамповка является одним из основных методов получения деталей в производстве РЭС. 50-70% деталей получают холодной штамповкой, при этом трудоёмкость штампованных деталей, несмотря на их высокий удельный вес, составляет всего 8-10% общей трудоёмкости производства. Штамповочные цехи оснащены эксцентриковыми и кривошипными прессами, которые относятся к категории универсального оборудования. В производстве РЭС широкое применение получил метод поэлементной штамповки, который заключается в последовательной обработке простейших элементов деталей (участков наружного контура, внутренних отверстий, пазов и т. д.) на сменных штампах. В последние годы в штамповочное производство внедряют промышленные роботы. Они позволяют механизировать вспомогательные операции (подачу полос, лент и штучных заготовок, съём и учёт деталей и т. д.) по обслуживанию прессов, превратить универсальные прессы в комплексно-автоматизированные агрегаты.

Литейный цех, цех изготовления деталей из пластмасс имеют высокопроизводительные машины для литья и прессования, пресс-автоматы. Это оборудование позволяет получать заготовки с минимальными припусками на механическую обработку.

Удельный вес механической обработки деталей снятием стружки в производстве РЭС всё ещё велик (30-35% от общей трудоёмкости). С переходом на изготовление аппаратуры новых поколений изменяется качественное содержание механической обработки, она становится более прецизионной. Механические цехи оснащены преимущественно токарными станками и автоматами, универсальными фрезерными и сверлильными станками, шлифовальными станками и др.

Механизация и автоматизация в механических цехах развивается по следующим направлениям: максимальное использование токарных автоматов, холодновысадочных автоматов и токарно-револьверных станков; внедрение станков с числовым программным управлением и с использованием роботов для механизации вспомогательных операций; оснащение универсальных станков механизмами, работающими в качестве зажимных, автоматических загрузочных, контрольно-измерительных и прочих устройств; организация для определённых групп деталей небольших поточных линий с замкнутым циклов обработки.

После механической обработки на поверхности деталей остаются загрязнения. Ещё более сложными являются вопросы промывки собранных узлов и блоков аппаратуры, удаления остатков паяльных флюсов и других загрязнений, влияющих на надёжность аппаратуры. Совершенствование технологии очистки поверхности деталей и промывки узлов идёт по пути замены взрывоопасных, легковоспламеняющихся и токсичных органических растворителей водными растворами синтетических моющих препаратов и щелочных обезжиривающих растворов. Снижение трудоёмкости очистных операций достигается за счёт применения конвейерных, карусельных моечных машин, ультразвуковых ванн, центрифуг, установок с механизмами вибрационного качания и др.

Гальванические цехи в зависимости от экономически целесообразного уровня механизации оснащаются различными видами оборудования: автоматами и автоматическими линиями, обеспечивающими без участия человека передачу деталей (подвесок, барабанов) с одной позиции обработки на другую и выдержку их в ваннах в соответствии с заданной программой обработки; автоматизированными системами управления гальванопокрытиями.

Цехи по производству ПП оснащены универсальным оборудованием, разработанным специально для выпуска такого вида продукции. Это механизированные и автоматизированные линии химической, электрохимической обработки, установки для нанесения фоторезистов и сеткографии, станки с ЧПУ для механической обработки, автоматизированные стенды контроля плат. Оборудование с ЧПУ применяют для изготовления фотошаблонов и трафаретов, сверления монтажных отверстий и фрезерования ПП.

В цехах лакокрасочных покрытий высокий уровень механизации достигается путём организации технологических поточных линий. Окрасочные и сушильные камеры с ручной установкой деталей заменяются проходными камерами, а в качестве транспортирующих устройств используют конвейеры. Окраска является одним из видов обработки, где роботы нашли применение как автономные агрегаты, самостоятельно владеющие рабочим инструментом-распылителем.

Сборочные цехи оснащены как универсальным, так и специальным оборудованием и оснасткой (конвейерные линии и рабочие места электромонтажников, оборудование по подготовке, установке и пайке радиодеталей на ПП, стенды для контроля и регулировки функциональных параметров сборочных единиц и пр.). На оборудовании с ЧПУ производят установку и пайку ИС с планарными выводами, а также осуществляют контроль электрических цепей ячеек. Программное управление обеспечивает автоматизацию проводного монтажа, контроль электрических цепей в модулях всех уровней.

Важным показателем работы оборудования, технологической оснастки и правильности их выбора является степень использования каждого станка и оснастки в отдельности и всех вместе по разработанному процессу.