2018年02月18日 | 汽车电子时代的自动化技术

汽车制造商认识到，增加车载电子系统的使用是应对现今法规和市场压力的最佳方法。据预测，到2005年汽车电子系统的价值将高达汽车总值的30%。这对于完全能够满足汽车行业需求的电子制造商来说，蕴藏着巨大的商机；市场需要高品质及可靠的产品、成本低廉和交货及时。这些制造商本身也对制造自动化技术有苛刻的要求，因而需要与伙伴合作，协助他们解决所面对的技术和物流挑战。 

全能型技术 

大体上，汽车电子子系统开发商被确定为第一级（TierOne）的元件和子系统装配供应商，他们现在经常从那些利用先进技术开发创新工艺的专家伙伴那里获取协助与支持。这些子系统开发商面对着巨大的压力，必须以更低的成本生产更高智能的系统。这些系统还必须体型轻巧、紧凑和功能可靠。此外，他们还常常需要使用尖端的半导体和装配技术。在现实应用中，这些系统必须在整个延长的保证期内无缺陷地运作，而不论处于怎样不可想象的恶劣环境：在发动机罩盖下、驱动牵引车内或固定于可在由北极到热带的任何地方行驶的车体上。即使在驾驶室内，系统也需要能够抵受冲击或振动、热或碳酸饮料的溅出、温度的变化以及粗心用户的疏于保养，这些因素对所装设系统的质量和完整性也带来了极高的要求。 

虽然自动装配技术可以协助所有电子市场的制造商提升质量和可重复性，并同时降低成本，尤其是劳动力方面，但汽车供应商的情况却有所不同，他们需要的是特别的解决方案，以应对其所面临的独特挑战。本文将讨论汽车行业特有的某些考虑事项。 

特殊基底 

通常，用于发动罩盖下或其他预计工作温度变化很大的场合，如发动机控制模组的系统等会采用陶瓷基底，因为它具有良好的热稳定性。制造商如考虑以直线自动化的方式装配这类模组，便须找到能够满足陶瓷基底之特殊性能要求的解决方案；在贴装元件前的基底对位期间，机器视像系统较难识别基准标记。因而可以预料，使用配置“电筒”型照明装置装配机器与配置普通FR4型电路板装配机器的结果比较，前者的可重复性和产量都会降低。极化照明装置可以获得较好的结果，但环球仪器平台如HSP（HighSpeedPlacement）或GSM系列所装配经优化的多方向照明矩阵与这些陶瓷基底协作时，将显著提高其贴装性能。与FR4电路板相比，陶瓷基底对于电路板传输装置的磨损性较大。环球仪器已开发出防止机器过度磨损的不锈钢套件。 

多种混合元件及异形元件装配 

任何配置于装配汽车产品的生产线必须能够处理多种混合元件，将其送入生产线，并维持高效率的机器正常运行时间。例如，针对即将推出的42V配电系统的熔丝盒电路板或母线的制造生产线将能够进行以下的操作：在电路板的两侧压装端子刀片；贴装少量的SOIC、通用半导体器件及表面贴装20A继电器。新的生产线配置可能会将终端插入机器与其他机器结合，如环球仪器的GSM平台，但规划人员还须考虑可能出现的产品构成，以及每种产品的产量和复杂性问题。 

其他子系统可能需要贴装大型或异形元件，如电机激励器、继电器或汽车专用连接器。其贴装要求受汽车电子连接器的影响而种类繁多；虽然实施标准化可在未来减少的零件数目，但是，今天的第一级装配商可能需要处理数以千计的零件编号，以涵盖其客户要求的所有连接器和终端类型。 

实现异形元件贴装的最佳解决方案依赖于元件的数量，并决取于是否能应用于标准的贴装平台如环球仪器的GSM灵活贴装平台，以及可否在目标周期时间内完成贴装。元件尺寸和送料器类型，或对高速生产线要求等因素，可以决定是否有需要添加贴装机器或使用专门的异形元件装配功能。解决方案供应商具备配置最佳解决方案的能力将是最理想的方式。 

另一项选择是环球仪器的新型GSMGenesis机器，可在某些情况下实现全平台解决方案，尤其是需要较多异形元件和大型部件的时候，或要求小或中等批量生产的场合。目前，GSMGenesis机器适用于20000～40000cph的制造周期速率，未来的改进将使GSMGenesis的速度更快，但环球仪器的HSP系列高速贴装机器则是需要更高周期速率应用的最佳解决方案。 

另外，驾驶者和乘客信息系统如收音机/CD播放机、GPS导航或集成通信/多媒体系统等可能带来同样的挑战，若与42V配电模块或发动机控制器等其他系统相比，将需要更多数量的元件。这里的挑战是结合高速贴装和灵活精密贴装能力，优化生产能力和降低设备的资产成本。 

机壳的最终装配 

大多数汽车电子子系统，特别是发动机控制、ABS、动力方向盘、牵引控制和其他功能的控制单元，均被装入耐热、防水、防冷凝或防振动的机壳内。为了便于控制和保证质量，即使劳动力的成本较低，这些机壳的装配也采用完全自动化方式。可重新配置的装配解决方案，如环球仪器的Polaris多工艺装配单元，提供具成本效益和灵活的制造方法以满足许多最终装配的要求。 

这是Polaris伺服夹装单元的改进型款，专为进行异形元件贴装而设计，具有符合标准的工具接口，容许多种工具附件进行互换以实现各种最终装配功能，包括装配机壳、涂敷密封剂或贴装胶、视像检查、拧螺钉，以及许多其他功能。对于外包业务供应商或任何需要生产高度混合的产品装配商而言，其产量相对较低，或需要重新分配生产线以履行特殊合同，这将是一项功能强大的选择。 

可用性 

任何期望在汽车工业领域争取定单的制造商，必须具备有效的元件和电路板级可用能力。这主要适用于安全关键性系统，如防抱死刹车和牵引控制，以及气囊等二级安全设备。这些系统可以非常复杂和多功能；例如，全面的气囊控制器将包括气囊开启、气流控制、预碰撞探测、乘客探测、翻滚探测和加速度探测。这些系统在当今的新型轿车上几乎已成为标准配置，加上新的安全措施将不断出现，包括在汽车意外中行人保护的机械装置。 

但可用性不只局限于车载电子系统的安全性能方面。车载无线电、导航、远程信息处理，以及蜂窝电话系统等，虽然未被视为关键的安全性因素，但并不能保证产品不会被退回而产生巨额的支出；有缺陷的部件或可能有缺陷的部件都不能够通过验收检查并装配到系统内。这也同样适用于进入高端商务汽车的高速互联网系统。 

环球仪器的Dimensions制造自动化软件套装包括专为简化可用性而设计的功能。Dimensions制造监控模块（DDM）可支持元件和电路板级条形码跟踪，通过查询基于缺陷元件日期代码的SQL数据库，即可找出装有缺陷元件的电路板。拥有快速检测和识别有关缺陷元件的能力，便可阻止具有潜在缺陷的产品出厂。这项低成本的选项可带来庞大的回报，因为使用退回产品机制的成本，可能比整条装配线的价格高出许多。 

物流 

对于汽车工业的各级制造商而言，成本和效率是生存的关键。为了与客户和供应商的运作相配合，电子制造商必须采用精简的制造策略。 

根据密歇根大学的研究，汽车制造商可以通过实现供应链内补给过程的自动化，将公司的库存降低高达60%，交易成本降低多达75%。为此，整个汽车行业的厂商包括电子制造商，都在应用第三方供应链软件，集成各种标准业务模块，包括应收货物、应付帐目、总分类帐和采购。环球的Dimensions软件可以方便地与这些解决方案配合使用。例如，Dimensions物流模块（DLM）使得企业管理层可读取工厂车间的信息，如收集生产线已用元件和现用元件的库存信息，以及车间内送料器和存货的位置。这是反映真实耗材信息的实时数据，可供企业管理系统使用，以便更有效地提升采购操作和管理库存。 

未来的融合 

自从车辆开始配置车载无线电、电动窗和中央门锁系统以来，汽车电气和电子子系统的市场便不断增长。今天，汽车电子系统的开发和建立存在着庞大的发展空间，目标是能使汽车更易于操控、适于销售、更安全和更便于路政管理部门的监控。新兴技术的一些例子包括有线驾驶和有线煞车(x-by-wire)系统、远程信息处理、先进的自动传输、车道偏离警告、碰撞探测和避免，以及智能化车辆号码牌；当然还有混合和全电子载客车辆系统。 
因此，汽车制造商要求子系统供应商提供如消费电子类产品的价格和物流服务，并结合与航空航天和医疗领域类似的先进技术——高可靠性和元件级的可用性。 

达到这个融合要求，生产线需具备高度自动化、能装贴各种类型和规格的元件，而且灵活性高，能满足更大规模的生产量和产品混合的要求。第一级供应商和新的汽车技术专家已发现，与汽车制造专家合作，能够从各式平台中配置出最佳的解决方案来实现高速、灵活和精密的电子制造能力，使厂商受益良多。