臺灣博碩士論文加值系統

在電子製造業裡,表面黏著技術（Surface mount technology）用於自動化生產組裝 PCB 板（Printed circuit boards），一直是一個非常熱烈的討論議題，因此本研究將探討表面黏著技術之元件置放順序問題以縮短整體生產 PCB 板所需之完工時間。本研究針對富士 CP732 高速機進行問題探討，並提出以下幾種考慮因子策略：（1）考慮每次生產PCB時所需的備料限制，因此允許料槽分割，（2）將不同的元件依照它們的屬性及置件速度進行分群，（3）使用最鄰近法則（Nearest-neighborhood-rule）定義元件置放順序，（4）使用由下而上法則（Bottom-up-rule）定義置料槽順序。本研究依照現場機器量測並使用回歸方程式測發展出 XY-Table 移動公式、置料槽移動公式以及旋轉盤轉動公式等，利用這些公式，可以模擬出本研究所演算出來的 PCB 版完工時間。最後本研究將演算出之結果套用於案例公司之實際機器上生產，其表現效果比案例公司目前生產策略較佳。

In modern printed circuit board (PCB) assembly, surface mount technology (SMT) is widely used to populate boards with electronic components. In this thesis, we focus our study on improving the manufacturing efficiency of component placement jobs performed by the high speed turret style ship shooting machine. Such component placement sequence is a complex problem. In particular, we investigate a situation where one Fuji-CP732 machine is used to manufacture a board, which may contain multiple identical PCBs, with the objective of minimizing the assembly time per board subject to material supply constraints. Decisions in this problem involve: (a) the assignment of component placement job to each machine, (b) the allocation of component types to the feeder slots of each machine, and (c) the specified order of components to be placed for each machine.
A solution procedure is developed based on the following strategies: (1) Assigning each machine to work on the same PCBs of each board piece, (2) Clustering the component types based on their suitable placement speeds and then processing the groups one by one with speed from high to low, (3) Applying a bottom up approach with the Nearest Neighbor search to determine the component placement sequence and the feeder location assignment for the machine.
Velocity estimate functions of turret, PCB table, and feeder carriage were derived using connecting points method based on empirical data. Two experiments are conducted in two real-life instances: (1) One board type has each piece containing two identical PCBs, one on the upper part and the other on the lower part, and (2) The other board type has each piece involving four identical PCBs with locations arranged in series. Our experimental results indicate that the proposed method will make significantly more monthly production revenue than the Fuji-CP software in these two specific situations.

目 錄
中文提要 i
英文提要 iii
誌 謝 v
目 錄 vi
表目錄 ix
圖目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的及範圍 3
1.3 研究流程 5
第二章 文獻探討 9
2.1 PCB回顧 9
2.2 表面黏著零件（SMC）介紹 13
2.3 SMT 、 SMT 生產流程、 SMT 相關設備介紹 16
2.3.1 SMT 優點 17
2.3.2 SMT 製程 18
2.3.3 SMT 相關設備 23
2.4 SMT生產策略相關研究文獻介紹 27
2.4.1 元件置放順序 27
2.4.2 置料槽機位置指派 28
2.4.3 生產線平衡 29
2.5 本研究與過去研究之差異性 30
第三章 問題描述 32
3.1 問題描述與研究對象 32
3.2 FUJI CP732E高速機介紹 33
3.3 高速機各結構作業時間之計算 39
3.3.1置料槽機移動時間估計公式 39
3.3.2旋轉盤轉動與取置元件時間估計公式 41
3.3.3 XY-Table 移動時間估計公式 42
3.4 數學模式目標函數 45
3.4.1高速機運作時間分解定義 45
3.4.1.1 元件取置作業 45
3.4.1.2 設備移動轉動作業 46
3.4.2各延遲時間定義 47
3.4.3單機單板生產週期 49
第四章 研究方法 52
4.1 同類型元件分群策略 55
4.1.1 選取可分群元件 56
4.1.2 元件分群方式 59
4.2 決定元件置放順序及置料槽機位置指派 61
第五章 實驗結果 67
5.1 實驗環境 67
5.1.1 Case 1 說明 68
5.1.2 Case 2 說明 68
5.2 合作廠商生產策略 69
5.2.1 Case 1 合作廠商生產策略 70
5.2.2 Case 2 合作廠商生產策略 70
5.3 本研究生產策略 71
5.3.1 Case 1 本研究生產策略 71
5.3.2 Case 2 本研究生產策略 76
5.4 測試題改善實際成果 78
第六章 結論與後續研究 81
6.1 結論 81
6.2 後續研究之建議 82
參考文獻 84
附錄一 87
附錄二 96
附錄三 98
附錄四 107
附錄五 109
附錄六 122

表 目 錄
表 3.1 FUJI 高速機規格與能力比較表 36
表 3.2 置料槽移動時間觀測資料 40
表 3.3 旋轉盤移動與取置元件平均速度觀測資料 41
表 3.4 XY-Table 移動時間 43
表 3.5 符號說明與數學模式 50
表 4.1 材料分群表 59
表 5.1 測試環境 67
表 5.2 測試題 PCB 元件參數 68
表 5.3 可分群元件表一 71
表 5.4 元件分群表 74
表 5.5 可分群元件表二 76
表 5.6 不同策略之測試題成果統計表 78
表 5.7 產出/產值差異表 80

圖 目 錄
圖 1.1 研究流程圖 8
圖 2.1 PCB 板生產流程圖 11
圖 2.2 PCB 12
圖 2.3 PCBA 12
圖 2.4 SMC 15
圖 2.5 THC 16
圖 2.6 THC 與 SMC 差異 16
圖 2.7 SMT 生產流程圖 20
圖 2.8 雙面 SMC 21
圖 2.9 雙面 SMC生產流程 21
圖 2.10 混合式電路板 22
圖 2.11 混合式電路板生產流程 22
圖 2.12 貫孔元件在單面，SMC 元件於另一面電路板 22
圖 2.13 PCB 裝配型態第三種類型生產流程 23
圖 2.14 送板機 23
圖 2.15 錫膏印刷機 24
圖 2.16 高速機 24
圖 2.17 置料槽 25
圖 2.18 置料槽機 25
圖 2.19 泛用機 Tray 型 25
圖 2.20 泛用機 Feeder 型 25
圖 2.21 迴焊爐 26
圖 2.22 檢測設備 26
圖 2.23 SMT生產設備配置圖 27
圖 3.1 CP732E 側視圖一 34
圖 3.2 CP732E 側視圖二 34
圖 3.3 CP732E 俯瞰圖 35
圖 3.4 CP732E 旋轉盤動作分析圖 35
圖 3.5 置料槽平均移動時間 40
圖 3.6 旋轉盤轉動與取置元件平均運作速度 42
圖 3.7 2mm~200mm XY-Table 平均移動速度總圖 44
圖 3.8 2mm~40mm XY-Table平均移動速度 44
圖 3.9 40mm~200mm XY-Table平均移動速度 44
圖 3.10 單機單板週期運作情況 50
圖 4.1 求解流程圖 54
圖 4.2 同類型元件分群策略流程圖 55
圖 4.3 元件座標圖案例 59
圖 4.4 元件分群圖案例 60
圖 4.5 置料槽機移動方式 61
圖 4.6 FRA 演算法示意圖 1 64
圖 4.7 FRA 演算法示意圖 2 65
圖 4.8 FRA 演算法示意圖 3 65
圖 4.9 FRA 演算法示意圖 4 66
圖 5.1 Case 1 PCB 68
圖 5.2 Case 2 PCB 69
圖 5.3 分群圖一 72
圖 5.4 分群圖二 72
圖 5.5 分群圖三 73
圖 5.6 分群圖四 73

參考文獻：
【1】Christos, H. P. and K. Steiglitz , Combinational Optimization: Algorithms and Complexity, Prentice-Hall, New Jersey, 1982.
【2】Drezner, Z. and S. Y. Nof, “On optimalizing bin picking and insertion for assembly robots,” IIE Transactions, Vol. 16, pp.260-270, 1984.
【3】Hollomon, J. K., Surface-Mount Technology for PC Board Design, I.N. Howard W. Sams & Company, New York, 1989
【4】Leipala, T.and O. Nevalainen, “Optimization of the movements of a component machine, ” European Journal of operational Research, Vol.38, pp.167-177, 1989.
【5】Prasad, R. P., Surface Mount Technology: Principles and Practice, Van Nostrand Reinhold, New York, 1989
【6】Walas , R. A. and R. G.Askin, “An algorithm for NC turret punch press tool location and hit sequencing,”IIE Transactions, Vol. 16, No3, pp.280-287, 1984.
【7】Wassink, R. J. K. and M. M. F. Verguld, Manufacturing Technology for Surface Mounted Assemblies, Electrochemical Publications Ltd., Isle of Man, British, 1995
【8】李文瑞、陳秋宏，「產業群聚與競爭優勢－我國印刷電路板產業發展與競爭力之分析」，經濟情勢暨評論季刊，第三卷第四期， 1998 年 2 月。
【9】許吉森，「表面黏著機之取置排程啟發式演算法與排程系統設計」，國立中央大學，碩士論文， 1996年。
【10】廖淑慧，「表面黏著技術之取置系統的生產平衡與生產排程」，清華大學工業工程研究所，碩士論文， 1995年。
【11】『電路板基礎製程簡介』，台灣電路板協會， 2001年。
【12】張方，印刷電路板自動裝配技術綜論─表現黏著技術（SMT）及生產設備，機械工業雜誌， 1987年。
【13】劉漢淳， “一種比刮刀更可靠、耐用、快速的新印刷技術”， SMT設備與 PCB 組裝測試設備雜誌， P117-P120， 1988/1999年。
【14】林欣慧，「應用混合基因法於 PCB 製程高速機置件順序問題算效果之分析」，私立元智大學，碩士論文， 2005年。
【15】技高工業，「 CP-732E 簡介」， 2000年。
【16】劉慧芬，「雙機模式下多樣 PCB 類型製造時 間最佳化之問題研究」，元智大學工業工程與管理學研究所碩士論文， 2002年6月。
【17】黃振倫，「印刷電路板小元件裝配排程問題之研究-以Fuji CP機台為例」，元智大學工業工程與管理學研究所碩士論文， 2002年6月。
【18】楊士平，「表面黏著技術之元件置放策略研究」，開南管理學院航運與物流管理學系碩士論文， 2005年6月。
【19】柯彥行，「以下限值為主應用在電路板插件順序的啟發式方法的問題與檢討」， 1995年6月。
【20】林集堅，「印刷電路板自動裝配技術和設備」，機械工業雜誌，p.195-208 ， 1989年11月。