吳 杰

(武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北 武漢430000)

1 SMT回流焊

隨著電子行業(yè)的快速蓬勃發(fā)展,我國(guó)已成為電子生產(chǎn)制造大國(guó)。國(guó)際知名電子廠商均在國(guó)內(nèi)設(shè)置代工商或者生產(chǎn)基地,同時(shí)本土電子成品生產(chǎn)企業(yè)也迅速成長(zhǎng)。在消費(fèi)電子、白色家電,信息電子等多個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)占據(jù)全球第一。這一迅速發(fā)展的市場(chǎng)產(chǎn)生了巨大的人力資源需求,培養(yǎng)合格的操作從業(yè)人員是現(xiàn)場(chǎng)的迫切需求之一。

在SMT生產(chǎn)設(shè)備中,回流焊爐是重要的生產(chǎn)設(shè)備之一?；亓骱赶喈?dāng)于是一個(gè)巨大的加熱爐,設(shè)備的內(nèi)部有一個(gè)大功率加熱電路,熱風(fēng)系統(tǒng)將空氣或氮?dú)饧訜岬阶銐蚋叩臏囟群蟠迪蛞呀?jīng)貼好元件的線路板,讓元件兩側(cè)的錫膏融化后與主板牢固焊接在一起。這種生產(chǎn)方式溫度易于控制,焊接過(guò)程中還能避免氧化,制造成本也更容易控制。由于錫膏加熱融合的過(guò)程復(fù)雜,需要設(shè)備精確地進(jìn)行溫度控制,所以回流焊爐往往通過(guò)設(shè)置多個(gè)溫區(qū)來(lái)精確控制溫度變化,使得焊接獲得最好的焊接效果。

雖然回流焊爐的操作相對(duì)簡(jiǎn)單,但設(shè)備能耗大,準(zhǔn)備周期長(zhǎng)。以較低功率的典型9溫區(qū)回流焊爐,峰值功率達(dá)到40k W以上,平均功率達(dá)到15－20k W以上。每一次從開(kāi)機(jī)到升溫完成需要1個(gè)小時(shí)乃至更長(zhǎng)的時(shí)間,而完成降溫需要2個(gè)小時(shí)以上。設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間高功率運(yùn)行帶來(lái)的成本高昂,同時(shí)操作準(zhǔn)備及降溫時(shí)間長(zhǎng),時(shí)間利用率低,完成一次實(shí)驗(yàn)操作就需要半天的時(shí)候,如果還需要調(diào)整,則用時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了一般培訓(xùn)的時(shí)間限制。綜上所述,利用真實(shí)設(shè)備進(jìn)行教學(xué)培訓(xùn),成本高昂,效率低下。在這種情況下,相關(guān)企業(yè)采用3D仿真軟件在計(jì)算機(jī)上模擬真實(shí)回流焊爐設(shè)備和CAM軟件界面進(jìn)行人員培訓(xùn),以解決該矛盾。

2 SMT設(shè)備的實(shí)際操作

回流焊爐是SMT制造中一項(xiàng)重要設(shè)備,是SMT工藝完成焊接重要步驟。作為回流焊爐的操作使用者日常主要操作有：裝載生產(chǎn)檔案,調(diào)整設(shè)備參數(shù)、進(jìn)行設(shè)備維護(hù)等。其中裝載生產(chǎn)檔案和調(diào)整設(shè)備參數(shù)主要利用回流焊爐自帶的CAM軟件進(jìn)行重要參數(shù)的設(shè)置：比如設(shè)置軌道寬度,調(diào)整軌道運(yùn)行速度,設(shè)置加溫溫區(qū)的溫度等。而進(jìn)行設(shè)備維護(hù)則是在CAM軟件支持下對(duì)設(shè)備進(jìn)進(jìn)行相關(guān)操作,比如：清理傳送帶、清潔加熱爐膛、添加高溫潤(rùn)滑油、更換加熱電路。進(jìn)行維護(hù)操作的時(shí)候需要對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)或電路布線較為熟悉,回流焊爐下部為供電電路,每一個(gè)溫區(qū)的加熱模塊都有獨(dú)立的繼電器與控制閘刀。日常出現(xiàn)小的供電故障,需要維護(hù)人員及時(shí)手動(dòng)排除,否則將會(huì)引發(fā)故障或損壞設(shè)備。除了維護(hù)以外,利用測(cè)溫板對(duì)電路各個(gè)溫區(qū)進(jìn)行溫度測(cè)量,繪制實(shí)際加溫曲線也是生產(chǎn)重要日常性操作。

3 現(xiàn)有仿真存在的問(wèn)題及改進(jìn)

現(xiàn)有3D仿真軟件產(chǎn)品利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)和3D動(dòng)畫(huà)技術(shù)進(jìn)行回流焊爐的相關(guān)動(dòng)態(tài)仿真,取得了許多有益的成果。但存在兩個(gè)問(wèn)題。

其一,仿真軟件仿真了回流焊爐CAM軟件界面。使用者操作時(shí)與在HELLER、BTU及REHM等品牌的回流爐上操作一致。同時(shí)軟件提供了溫區(qū)設(shè)置和虛擬加溫曲線仿真的功能,模擬了現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行回流焊爐溫度設(shè)置這一重要操作。但目前現(xiàn)有軟件界面操作與溫度仿真彼此獨(dú)立,當(dāng)改變軌道寬度和傳送帶速度等參數(shù)后,并不會(huì)導(dǎo)致虛擬加溫曲線發(fā)展變化。這未能體現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)中當(dāng)改變傳送速度時(shí),會(huì)影響加熱時(shí)間,從而使得加溫曲線發(fā)展較大變化這一特性。

其二,3D仿真軟件的設(shè)計(jì)制作者,缺乏現(xiàn)場(chǎng)回流焊爐工作經(jīng)驗(yàn)。所以進(jìn)行3D結(jié)構(gòu)仿真時(shí),重點(diǎn)放在對(duì)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)展示,部件連接關(guān)系上。但對(duì)與實(shí)際操作重要的幾處細(xì)節(jié)部分沒(méi)有涉及。比如現(xiàn)有3D仿真軟件普遍沒(méi)有展示潤(rùn)滑油的加注操作及潤(rùn)滑油相關(guān)管路,沒(méi)有展示爐膛結(jié)構(gòu)和爐膛爐渣集中區(qū)域,沒(méi)有展示加熱電路線路布置和繼電器開(kāi)關(guān)分布。這樣的細(xì)節(jié)缺陷導(dǎo)致使用者通過(guò)3D展示,能泛泛了解回流焊爐內(nèi)部結(jié)構(gòu),找到主要部件內(nèi)部位置,但對(duì)實(shí)際常用操作相關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)知識(shí)一無(wú)所知,導(dǎo)致訓(xùn)練效率下降。

針對(duì)上述問(wèn)題,3D仿真軟件應(yīng)主要在下列方向上加以改進(jìn)。

第一,改進(jìn)數(shù)學(xué)建模,在爐溫曲線的數(shù)學(xué)運(yùn)算模型中加入時(shí)間參數(shù),從而與虛擬操作界面中的傳送速度等參數(shù)掛鉤,體現(xiàn)與真實(shí)設(shè)備相近的響應(yīng)特性。在加溫模型中加入時(shí)間t,該參數(shù)由傳送速度與長(zhǎng)度共同決定。而每一溫區(qū)升溫速度tr由電路板初始溫度與溫區(qū)內(nèi)溫的溫差所決定。溫差越大,升溫速度越快。而經(jīng)過(guò)每一溫區(qū)后,電路板實(shí)際升溫等于升溫速度tr乘以時(shí)間t,初始溫度加上升溫等于電路板經(jīng)過(guò)該溫區(qū)后的溫度。通過(guò)引入時(shí)間參數(shù),當(dāng)改變仿真軟件運(yùn)行速度后,加溫曲線將產(chǎn)生更貼近于實(shí)際生產(chǎn)的變化。使用者也將合理控制仿真軟件中的設(shè)備傳送速度,保證加溫曲線符合生產(chǎn)要求。

第二,構(gòu)造3D繪圖時(shí)添加爐膛細(xì)節(jié)和潤(rùn)滑油加入部分的細(xì)節(jié)和動(dòng)畫(huà)展示。爐膛開(kāi)閉與高溫潤(rùn)滑油加注是實(shí)際操作的訓(xùn)項(xiàng)目,由于實(shí)際設(shè)備限制訓(xùn)練次數(shù)有限,利用計(jì)算機(jī)模擬可以進(jìn)一步提高模擬軟件的培訓(xùn)效率。

第三,3D仿真應(yīng)加入電路部分的模擬展示,將加熱體、風(fēng)扇等部件的主要線路及控制開(kāi)關(guān)分布顯示在現(xiàn)有回流焊爐3D仿真模型上,使得3D仿真軟件可以用于電氣檢修相關(guān)的培訓(xùn)。利用計(jì)算機(jī)模擬軟件將實(shí)際電路布線照片和原理圖有效在一起。讓培訓(xùn)者能在安全的模擬環(huán)境中盡快熟悉設(shè)備的電氣連接關(guān)系,掌握設(shè)備電路原理。

4 結(jié)論與展望

回流焊爐是一個(gè)現(xiàn)代化的復(fù)雜設(shè)備,內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)也僅僅能完成一部分的仿真內(nèi)容。即使加入改進(jìn)措施,仍不能完全精確符合真實(shí)的設(shè)備運(yùn)行。目前探討的不足因素改進(jìn)的方法雖然能提高仿真性能,但仍比較簡(jiǎn)陋,未來(lái)需要進(jìn)行進(jìn)一步的探討與完善。

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