Ordonnancement de production pour l'assemblage de circuits imprimés / CMS

Ce guide s'adresse aux planificateurs de production et aux responsables d'exploitation des sous-traitants EMS et des lignes d'assemblage de circuits imprimés internes chez les équipementiers, qui travaillent à mélange varié et volume moyen et ont besoin d'un outil d'ordonnancement adapté à la réalité du flowshop hybride — gestion des goulots dus aux changements de série, lignes CMS parallèles aux vitesses différentes et gammes mixtes batch et flux continu — sans nécessiter un spécialiste en recherche opérationnelle. Vous apprendrez comment Schantt modélise chaque étape de production, comment configurer le système pour un atelier multi-lignes CMS et à quoi ressemble un bon plan de production pour l'assemblage de circuits imprimés.

Ce guide s'appuie sur une entreprise composite fictive créée à partir de recherches sectorielles sur l'assemblage électronique ; tous les noms, paramètres et chiffres sont illustratifs.

Contexte sectoriel

L'assemblage de circuits imprimés et CMS est un processus de flowshop hybride où l'impression de pâte à braser, le placement et le refusion fonctionnent en flux continu à travers des lignes CMS couplées par convoyeur, tandis que l'insertion traversante, le brasage à la vague, le test en circuit, le test fonctionnel et le conditionnement s'exécutent en opérations batch discrètes. Le mix de production couvre des cartes simple face avec peu de composants, des cartes à technologie mixte combinant CMS et composants traversants, ainsi que des cartes complexes à boîtier BGA nécessitant une manipulation soigneuse et des durées de test prolongées.

CrestBridge Electronics emploie environ 120 personnes dans un seul site de 3 500 m², fabrique trois classes de produits — Simple SMT, Technologie mixte et Complexe/BGA — à travers six étapes de production, planifiées par une équipe de trois personnes. L'atelier dispose de trois lignes CMS aux profils de débit différents (45 000 CPH sur la ligne rapide, 30 000 CPH sur la ligne moyenne et 20 000 CPH sur la ligne flexible) — 13 machines au total réparties sur les six étapes. Les tailles de lot vont de 200 à 2 000 cartes pour les produits Simple SMT, de 100 à 500 cartes pour la Technologie mixte et de 100 à 800 cartes pour les Complexes/BGA. En nombre de commandes, la répartition est d'environ 40 % de Simple SMT, 25 % de Technologie mixte et 35 % de Complexes/BGA. Les temps de changement de série sur les lignes CMS vont de 5 minutes (changement entre cartes sœurs) à 50 minutes (transition complète de Simple SMT à Complexe/BGA). Les lignes CMS fonctionnent selon un calendrier 24 heures sur 24, cinq jours sur cinq (du lundi au samedi matin), tandis que les autres étapes suivent un horaire standard en deux équipes (du lundi au vendredi, de 06 h 00 à 22 h 00), avec trois exceptions de calendrier et deux fenêtres d'indisponibilité machine planifiées pour l'année.

Aperçu du processus

flowchart LR
    SMT["Ligne CMS"] --> THT["Assemblage traversant"]
    SMT --> ICT["ICT"]
    THT --> WAVE["Brasage à la vague"]
    WAVE --> ICT
    ICT --> FCT["Test fonctionnel"]
    FCT --> PACK["Conditionnement"]
    SMT -.->|"Pontage<br/>CMS uniquement"| ICT

Flux de production en six étapes pour l'assemblage PCB/CMS. Les flèches pleines représentent le cheminement de la Technologie mixte ; la flèche en pointillés montre le transfert par pontage pour les classes de produits CMS uniquement (Simple SMT et Complexe/BGA) qui sautent l'assemblage traversant et le brasage à la vague.

Les cartes Simple SMT et Complexes/BGA ignorent entièrement l'assemblage traversant et le brasage à la vague, en étant routées directement de la Ligne CMS à l'ICT via un transfert par pontage. Les cartes à Technologie mixte suivent le parcours complet en six étapes.

Défis d'ordonnancement et comment Schantt les relève

Dans ce scénario, le planning est dicté par les commandes clients arrivant sous forme de travaux individuels avec des classes de produits, des tailles de lot et des dates de livraison promises définies — un modèle de production à la commande typique des opérations EMS. Les lecteurs qui ordonnancent principalement pour stock ou avec un système Kanban tireront également profit du modèle de flux de travail décrit ici ; la différence réside dans le déclencheur de la demande, pas dans les mécanismes d'ordonnancement eux-mêmes. Schantt optimise la durée totale de production — somme des temps de traitement, de changement de série, de transfert et d'indisponibilité à travers toutes les étapes — en ordonnançant en avant à partir d'une date de début. Pour ce guide, nous supposons un horizon pratique de deux à quatre semaines, reflétant le carnet de commandes typique d'un EMS. Schantt propose deux modes d'optimisation : le mode Auto, où l'algorithme détermine à la fois la séquence des travaux et les affectations machines, et le mode Semi-Auto, où le planificateur fixe la séquence des travaux et l'algorithme optimise l'affectation des machines pour chaque travail planifié. Pour la plupart des environnements EMS, le mode Semi-Auto est le choix réaliste par défaut, car les engagements clients et la préparation de la matière fixent souvent la séquence de production à l'avance.

Ce que Schantt gère bien

• Production séquentielle multi-étapes — L'assemblage PCB/CMS suit une séquence d'étapes fixe (pâte à braser, placement, refusion, AOI, test, conditionnement). Schantt modélise cela comme une gamme ordonnée avec des temps de transfert aller simple entre les étapes consécutives.
• Étapes multi-machines (lignes CMS parallèles) — Les atelites EMS exploitent plusieurs lignes CMS aux vitesses et capacités différentes. Schantt modélise chaque ligne comme une machine au sein de son étape ; l'optimiseur affecte les travaux à la ligne la mieux adaptée tout en respectant le débit par machine et les restrictions de classe de produits.
• Pipelines mixtes batch et flux continu — Le traitement CMS fonctionne en flux continu (débit en cartes par heure), tandis que l'insertion traversante, le brasage à la vague et le test s'exécutent en opérations batch avec des durées de cycle par lot. Schantt enchaîne correctement les temps à travers la frontière flux-batch au sein d'une même gamme.
• Gammes multi-produits avec saut d'étape — Les cartes CMS pures ignorent l'assemblage traversant et le brasage à la vague ; les cartes à technologie mixte ajoutent ces étapes batch. Chaque classe de produits possède ses propres étapes requises, avec des temps de transfert par pontage reliant les étapes non adjacentes à travers les intervalles sautés.
• Changements de série dépendants de la séquence — Les temps de changement de série en CMS dépendent de la paire classe de produits source-cible, des changements entre cartes sœurs en quelques minutes aux changements complets de famille allant jusqu'à 50 minutes. La matrice de changement directionnelle par machine de Schantt permet à l'algorithme de séquencer les travaux de manière à minimiser le temps total de changement de série.

Comment Schantt relève chaque défi

1. Perte de capacité due aux changements de série.

• Le temps de changement de série consomme environ 18 à 22 % de la capacité CMS disponible chaque semaine, avec six à huit changements de produit par ligne CMS et par équipe.
• La matrice de changement directionnelle capture chaque paire de classes de produits source-cible comme une durée distincte (5 minutes pour les cartes sœurs de même classe, 35 à 50 minutes pour les transitions inter-classes), saisie par machine sur chaque ligne CMS. L'algorithme d'ordonnancement séquence les travaux pour regrouper les produits similaires, réduisant ainsi le temps total de changement de série sur la semaine. En mode Semi-Auto, le planificateur contrôle la séquence générale ; l'optimiseur minimise néanmoins le temps de changement de série au sein des travaux affectés à chaque ligne en favorisant les adjacency de même classe.

2. Équilibrage des charges entre lignes CMS parallèles aux vitesses différentes.

• Une mauvaise affectation des produits à une ligne CMS inappropriée ajoute 8 à 12 % au temps de production hebdomadaire total — par exemple, exécuter un travail Simple SMT à volume élevé sur la ligne flexible plus lente allonge inutilement son achèvement pendant que la ligne rapide reste inactive sur un produit moins adapté.
• Schantt modélise chaque ligne CMS comme une machine avec son propre débit par classe (450 cartes par heure pour Simple SMT sur la ligne rapide contre 200 sur la ligne flexible) et affecte chaque travail à la ligne la mieux adaptée à sa classe de produits et à sa taille de lot. L'optimiseur répartit la charge entre les trois lignes, en respectant les capacités de chacune, et peut se rééquilibrer automatiquement lorsque de nouveaux travaux sont ajoutés ou que les priorités changent.

3. Gamme à technologie mixte et transition flux-batch.

• Environ 25 % des commandes sont des cartes à technologie mixte qui nécessitent une insertion traversante et un brasage à la vague après le traitement CMS. La transition flux-batch à la sortie CMS crée des temps morts : 1 à 3 heures d'attente au poste d'assemblage traversant en attendant l'accumulation du lot, ou 1 à 2 heures de cartes en attente à la sortie CMS avant le prochain transfert.
• Chaque classe de produits possède sa propre gamme par classe — la classe Technologie mixte visite les six étapes, tandis que Simple SMT et Complexe/BGA ignorent l'assemblage traversant et le brasage à la vague. Des temps de transfert par pontage (par exemple, 30 minutes de pontage de la Ligne CMS à l'ICT pour les classes à gamme simplifiée) garantissent que le modèle temporel reste précis sur les intervalles sautés, et l'algorithme séquence les travaux de sorte que les cartes à technologie mixte arrivent à l'étape traversante par lots correspondant au temps de cycle et à la capacité du poste.

4. Goulots aux étapes de test avec des montages partagés.

• Deux montages ICT desservent trois lignes CMS, créant des files d'attente de 2 à 4 heures lorsque deux lignes CMS terminent simultanément, tandis que trois stations de test fonctionnel traitent la charge aval avec des changements de montage de 15 à 25 minutes entre classes de produits.
• Schantt modélise chaque étape de test avec l'ensemble complet de ses machines (deux montages ICT, trois stations FCT) et des temps de cycle par classe et par lot. Pour les paires produit-machine incompatibles — par exemple, une classe de produits qui ne peut pas être testée sur un montage ICT particulier — le temps de cycle par lot est défini à une valeur élevée (rendant le débit effectivement nul), ce qui achemine ces travaux uniquement vers les machines compatibles. Les temps de changement de série sur les machines de test capturent les durées d'échange de montage, et l'optimiseur lisse la charge entre les stations de test parallèles pour réduire la profondeur de file d'attente.

5. Asymétrie directionnelle des changements de série.

• Les temps de changement de série ne sont pas symétriques : la transition de Simple SMT à Complexe/BGA prend 50 minutes, tandis que la direction inverse prend 40 minutes, et la direction défavorable est choisie environ 75 minutes par jour sur les trois lignes.
• La matrice de changement de Schantt stocke chaque paire directionnelle indépendamment sur chaque machine, de sorte que l'algorithme favorise naturellement la direction la plus courte lors du séquencement des travaux. Sur un horizon de deux semaines, cette conscience directionnelle peut récupérer plusieurs heures de temps de production qui seraient autrement perdues avec la transition plus longue, sans aucun calcul manuel de la part du planificateur. Le même principe s'applique aux changements de série aux étapes de test, où les durées d'échange de montage présentent également une variance directionnelle.

Ce qu'il faut modéliser dans Schantt

Cinq entités de première classe constituent le cœur de toute configuration PCB/CMS. Chacune devient un objet de premier niveau que vous créez dans Schantt avant de définir les paramètres détaillés.

Configuration pas à pas

Ces étapes suivent le flux de configuration dans le produit, ordonnées de sorte que chaque entité soit créée avant les pages de détail qui la référencent.

1. Créez les étapes et définissez les temps de transfert. Commencez par créer six étapes de production dans leur ordre de processus : Ligne CMS (l'étape de flux continu combinée couvrant l'impression de pâte, SPI, le placement, le refusion et l'AOI comme une seule machine), Assemblage traversant, Brasage à la vague, ICT, Test fonctionnel et Conditionnement. Sur la page de détail de chaque étape, définissez les temps de transfert depuis cette étape vers ses successeurs. Ce scénario nécessite six entrées de temps de transfert. Les plus importantes à bien configurer sont :

Ligne CMS vers Assemblage traversant : 30 minutes (tampon entre la sortie CMS et THT)
Ligne CMS vers ICT (pontage) : 30 minutes (pour les classes CMS uniquement qui sautent THT et Brasage à la vague)
Assemblage traversant vers Brasage à la vague : 15 minutes
Brasage à la vague vers ICT : 30 minutes
ICT vers Test fonctionnel : 15 minutes
Test fonctionnel vers Conditionnement : 15 minutes

Le transfert par pontage de Ligne CMS à ICT est essentiel — sans lui, les classes de produits Simple SMT et Complexe/BGA n'ont pas de temps de transfert défini à travers l'intervalle sauté.

2. Ajoutez des machines à chaque étape. Créez 13 machines réparties sur les étapes. Chaque machine hérite du calendrier de son étape sauf si celui-ci est remplacé.

Ligne CMS : Ligne CMS 1, Ligne CMS 2, Ligne CMS 3 (ces machines utilisent le calendrier 24/5 en remplacement)
Assemblage traversant : Poste THT 1, Poste THT 2
Brasage à la vague : Brasage à la vague 1
ICT : Montage ICT 1, Montage ICT 2
Test fonctionnel : Station FCT 1, Station FCT 2, Station FCT 3
Conditionnement : Poste de conditionnement 1, Poste de conditionnement 2

3. Créez les classes de produits et définissez la gamme par classe. Créez trois classes de produits — Simple SMT, Technologie mixte, Complexe/BGA — et définissez la gamme de chaque classe en sélectionnant les étapes qu'elle visite dans l'ordre. Simple SMT et Complexe/BGA visitent quatre étapes (Ligne CMS → ICT → Test fonctionnel → Conditionnement), en ignorant l'Assemblage traversant et le Brasage à la vague. La Technologie mixte visite les six étapes. Les temps de transfert par pontage définis à l'étape 1 gèrent les temps à travers les intervalles sautés. Aucun basculement de transfert partiel n'est nécessaire dans ce scénario — chaque lot est transféré comme une unité complète entre les étapes.

4. Ajoutez les produits. Créez un produit représentatif par classe. Ce sont les SKU que le planning va référencer :

Simple SMT : Module capteur IoT
Technologie mixte : Contrôleur industriel
Complexe/BGA : Carte commutateur réseau

Chaque produit hérite de la gamme de sa classe, il n'est donc pas nécessaire de reconfigurer la gamme par produit.

5. Définissez les paramètres de capacité machine et les changements de série. Sur la page de détail de chaque machine, configurez les paramètres de traitement par classe. Pour les trois machines de Ligne CMS (étape de flux continu), définissez le débit par classe de produits en cartes par heure. La Ligne CMS 1 produit 450 cartes par heure pour Simple SMT, 120 pour Technologie mixte et 60 pour Complexe/BGA ; la Ligne CMS 2 produit respectivement 300, 80 et 40 ; la Ligne CMS 3 produit 200, 53 et 27. Pour les machines d'étapes batch (THT, Brasage à la vague, ICT, FCT, Conditionnement), définissez la durée du cycle en minutes et la taille du lot par classe de produits — par exemple, les postes THT traitent des lots de Technologie mixte de 60 cartes avec un cycle de 600 minutes (10 minutes par carte), et le Montage ICT 1 traite le Simple SMT par lots de 25 avec un cycle de 500 minutes.

Pour les machines partagées par deux classes de produits ou plus, définissez la matrice de changement directionnelle. Les lignes CMS nécessitent la matrice complète 3 × 3 (9 paires directionnelles par ligne, 27 entrées au total), couvrant les changements entre cartes sœurs de même classe de 5 à 15 minutes et les transitions inter-classes de 35 à 50 minutes. Les montages ICT, les stations FCT et les postes de conditionnement n'ont besoin d'entrées de changement que pour les paires de classes de produits qui partagent cette machine — 2 entrées pour Montage ICT 1 (Simple vers Mixte et Mixte vers Simple), 18 entrées sur les trois stations FCT (6 par station) et 12 entrées sur les deux postes de conditionnement (6 par station). Pour les paires produit-machine incompatibles sur ICT (par exemple, Simple SMT sur Montage ICT 2), définissez une durée de cycle élevée pour empêcher l'affectation.

6. Configurez les calendriers, exceptions et indisponibilités. Créez deux calendriers d'équipe. Le calendrier Deux équipes standard (par défaut) couvre du lundi au vendredi de 06 h 00 à 22 h 00 et s'applique à toutes les machines d'étapes batch. Le calendrier 24/5 Ligne CMS couvre du lundi 06 h 00 au samedi 06 h 00 et est attribué comme remplacement au niveau machine sur les trois lignes CMS. Ajoutez trois exceptions de calendrier pour les jours non travaillés : le jour de l'An (1er janvier), la fermeture prolongée du Nouvel An (2 janvier) et la Fête du Travail (1er mai). Enfin, ajoutez deux indisponibilités planifiées — une fermeture annuelle de l'usine du 24 décembre au 31 décembre (début à 12 h 00 le 24) et une fenêtre de maintenance préventive de 12 heures sur la Ligne CMS 1 pour le 21 septembre (de 06 h 00 à 18 h 00).

Pour des instructions pas à pas sur la configuration de chacun de ces éléments dans Schantt, consultez la documentation Schantt.

Erreurs courantes

1. Utiliser un temps de changement unique au lieu d'une matrice directionnelle par paire. Appliquer une durée de changement uniforme à toutes les transitions sur une ligne CMS annule le levier d'optimisation qu'offre l'asymétrie directionnelle. L'algorithme ne peut pas favoriser les courtes transitions de 5 minutes entre cartes sœurs plutôt que les transitions inter-classes de 50 minutes si toutes les transitions sont modélisées avec la même valeur. Correctif : Saisissez la matrice directionnelle complète par ligne CMS avec des durées distinctes pour chaque paire source-cible de classes de produits. Incluez les entrées de même classe (5 à 15 minutes) pour que l'optimiseur sache regrouper les produits similaires.

2. Une classe de produits couvrant trop de gammes divergentes. Regrouper toutes les cartes à technologie mixte — y compris celles qui nécessitent un vernissage ou une radiographie — dans une seule classe de produits force chaque produit de cette classe à passer par chaque étape, qu'il en ait besoin ou non. Correctif : Divisez les classes de produits aux frontières de gamme. Chaque classe doit avoir une séquence d'étapes unique. Si un type de carte visite un ensemble différent d'étapes, il a besoin de sa propre classe. Trois classes (Simple SMT, Technologie mixte, Complexe/BGA) couvrent les principaux schémas de gamme dans ce scénario.

3. Un nombre de machines qui ne correspond pas à l'implantation au sol. Le nombre de montages ICT (deux montages desservant trois lignes CMS) est un goulot délibéré dans ce scénario. Modéliser cinq montages ICT au lieu de deux, ou supposer qu'un montage gère les trois lignes CMS sans file d'attente, masquerait la contrainte que le planning doit résoudre. Correctif : Faites correspondre le nombre de machines et les capacités par classe à l'implantation physique, y compris les goulots intentionnels. Pour les paires produit-machine incompatibles, utilisez une durée de cycle élevée pour empêcher l'affectation — pas une machine manquante ni une classe de produits manquante.

4. Oublier le temps de transfert par pontage pour les gammes avec saut. Simple SMT et Complexe/BGA ignorent l'Assemblage traversant et le Brasage à la vague. Sans un transfert par pontage de la Ligne CMS à l'ICT, les classes à gamme simplifiée n'ont pas de temps défini entre les deux étapes, et le planning peut afficher des écarts ou chevauchements incorrects. Correctif : Ajoutez une entrée de temps de transfert depuis l'étape précédant le bloc sauté (Ligne CMS) vers l'étape suivante (ICT) pour toute classe de produits dont la gamme saute des étapes.

5. Appliquer le calendrier par défaut à deux équipes aux lignes CMS. Les lignes CMS fonctionnent selon un horaire 24/5 tandis que toutes les autres étapes tournent en deux équipes. Si toutes les étapes partagent le même calendrier par défaut, l'optimiseur planifie la production CMS uniquement dans la fenêtre plus étroite des deux équipes, sous-utilisant la capacité de nuit des lignes CMS. Correctif : Attribuez le calendrier 24/5 comme remplacement au niveau machine sur chaque ligne CMS. Les étapes batch conservent le calendrier par défaut à deux équipes, et l'optimiseur respecte le décalage — il peut ordonnancer du travail CMS de nuit mais ne tentera pas d'exécuter l'assemblage traversant ou les tests pendant ces heures.

À quoi ressemble un bon planning

Avant Schantt, l'équipe de planification de CrestBridge construisait manuellement les plannings hebdomadaires dans un tableur, regroupant les commandes par intuition et chargeant chaque ligne CMS par habitude plutôt que par capacité. Les résultats étaient incohérents.

Avant (référence) : Sans regroupement systématique des changements de série ni affectation des lignes basée sur les capacités, CrestBridge perdait chaque semaine une capacité CMS significative en temps de changement non planifié. Les erreurs d'affectation des lignes ajoutaient des retards de production supplémentaires, les produits atterrissant sur des lignes inadaptées, et des files d'attente se formaient prévisiblement aux postes de test saturés par les changements.

Après (Schantt Semi-Auto) : En mode Semi-Auto, les planificateurs de CrestBridge saisissent la séquence des travaux en fonction des engagements clients et de la disponibilité de la matière, et Schantt optimise les affectations machines dans cet ordre fixe. Le temps de changement de série sur chaque ligne CMS diminue car l'optimiseur regroupe automatiquement les travaux de même classe en blocs contigus — les changements entre cartes sœurs remplacent les transitions inter-classes chaque fois que la séquence le permet. Les affectations machines respectent le débit par classe de chaque ligne, de sorte que les cartes Simple SMT sont systématiquement acheminées vers la ligne rapide et les cartes Complexes/BGA vers la ligne flexible équipée pour le placement de précision. La charge des montages ICT est répartie entre les deux montages par l'ordonnanceur, réduisant la profondeur de file d'attente, et la capacité de nuit de chaque ligne CMS est utilisée car le calendrier 24/5 est correctement attribué. L'algorithme tient également compte des temps de transfert par pontage, de sorte que les classes à gamme simplifiée passent proprement de la CMS à l'ICT sans écarts fantômes. Le résultat est un Gantt hebdomadaire qui intègre plus de production dans les mêmes heures de travail, avec moins de temps mort aux étapes contraintes et moins de re-séquençages de dernière minute.

Essayez-le dans Schantt

Inscrivez-vous à Schantt et chargez le jeu de données d'exemple intégré pour construire vous-même ce scénario — chaque étape, machine, classe de produits, produit et calendrier de ce guide, avec ses gammes, changements de série, temps de transfert et indisponibilités déjà configurés, prêt à être ordonnancé. Votre configuration et vos plannings restent limités à votre compte d'équipe. Pour approfondir chaque étape, consultez la documentation Schantt.