印刷电路板/表面贴装组装生产排程

本指南面向高混合、中批量EMS（电子制造服务）供应商和OEM自有PCB组装产线的生产计划员和运营经理。他们需要的排程工具必须能够映射到混合流水车间（Hybrid Flowshop）的实际场景——管理换线瓶颈、不同速度的并行SMT产线，以及混合batch（批次）与flow（连续流）工艺路线——而无需运筹学（OR）专家。您将了解Schantt如何对每个生产工序和步骤进行建模，如何为多线SMT设施配置系统，以及一个好的PCB组装排程应该是什么样。

本指南基于一个虚构的综合公司场景（源自电子组装行业研究）；所有名称、参数和数据均为示意用途。

行业背景

印刷电路板和表面贴装组装属于混合流水车间工艺，其中锡膏印刷、贴片和回流焊通过传送带连接的SMT产线以连续流形式运行，而插件、波峰焊、在线测试、功能测试和包装出货则以离散批次形式运行。生产品种涵盖仅有少量元件的简单单面板、结合SMT与插件元件的混合技术板，以及需要小心处理和较长测试时间的复杂BGA封装板。

CrestBridge Electronics 在占地3,500 m²的单一工厂内拥有约120名员工，生产三种产品族——Simple SMT（简易SMT）、Mixed-technology（混合技术）和Complex/BGA（复杂/BGA）——覆盖六个生产工序，由三人计划团队负责排程。该工厂配备三条SMT产线，具有不同的吞吐能力（高速线45,000 CPH，中速线30,000 CPH，柔性线20,000 CPH）——六个工序共有13台设备，由三人计划团队管理。批次大小范围：Simple SMT产品200至2,000块板，Mixed-technology产品100至500块板，Complex/BGA产品100至800块板。按订单量计算，品种构成约为40% Simple SMT、25% Mixed-technology和35% Complex/BGA。SMT产线的换线时间从5分钟（姊妹板切换）到50分钟（从Simple SMT完全切换到Complex/BGA）不等。SMT产线采用24小时五天工作日历（周一至周六上午），而其余工序执行标准双班制（周一至周五，06:00至22:00），全年有三个工作日历例外和两次计划内的设备停机时间窗口。

工艺流程概览

flowchart LR
    SMT["SMT产线"] --> THT["插件组装"]
    SMT --> ICT["ICT"]
    THT --> WAVE["波峰焊"]
    WAVE --> ICT
    ICT --> FCT["功能测试"]
    FCT --> PACK["包装出货"]
    SMT -.->|"桥接<br/>仅SMT"| ICT

PCB/SMT组装的六工序生产流程。实线箭头表示Mixed-technology工艺路线；虚线箭头表示跳过插件组装和波峰焊的纯SMT产品族（Simple SMT和Complex/BGA）的桥接转移。

Simple SMT和Complex/BGA板完全跳过插件组装和波峰焊，通过桥接转移从SMT产线直接转移至ICT。Mixed-technology板则走完整的六工序路线。

排程挑战及Schantt的应对方式

在本场景中，排程由客户订单驱动，这些订单以离散加工任务的形式到达，具有定义的产品族、批次大小和承诺交付日期——这是EMS运营典型的按单生产（BTO）需求模式。以库存排程或运行看板拉动系统为主的读者仍可受益于本文描述的工作流模型；区别在于需求触发方式，而非排程机制本身。Schantt以总生产时间为优化目标——即所有工序的加工、换线、转移和停机时间之和——从开始日期向前排程。本指南假设实际排程视野为两到四周，反映EMS的典型订单周期。Schantt提供两种优化模式：Auto模式（算法同时决定加工任务顺序和设备分配）和Semi-Auto模式（计划员固定加工任务顺序，算法为每个已排程的加工任务优化设备分配）。对于大多数EMS环境，Semi-Auto模式是较为现实的默认选择，因为客户承诺和物料备料通常预先确定了生产顺序。

Schantt的优势

• 串行多工序生产 — PCB/SMT组装遵循固定的工序顺序（锡膏印刷、贴片、回流焊、AOI、测试、包装）。Schantt将其建模为有序的工艺路线，相邻工序之间具有前向转移时间。
• 多设备工序（并行SMT产线） — EMS工厂运行多条速度与能力各异的SMT产线。Schantt将每条产线建模为其所在工序内的一台设备；优化器将加工任务分配给最匹配的产线，同时遵循每台设备的吞吐量和产品族限制。
• 混合批次与连续流管线 — SMT加工以连续流形式运行（以每小时板数为单位的吞吐量），而插件、波峰焊和测试则以批次操作形式运行（每批次具有周期时间）。Schantt在单条工艺路线中正确链接连续流向批次转换边界的时间衔接。
• 多产品工艺路线与工序跳过 — 纯SMT板跳过插件和波峰焊；混合技术板增加这些批次工序。每个产品族拥有自己的必需工序，桥接转移时间连接跨跳过区间的不相邻工序。
• 与顺序相关的换线时间 — SMT中的换线时间取决于前后产品族组合，从姊妹板切换（数分钟）到全族切换（最长50分钟）。Schantt的分方向单设备换线矩阵让算法能够对加工任务进行排序以最小化总换线时间。

Schantt应对各挑战的方式

1. 换线造成的产能损失

• 换线时间每周消耗约18%至22%的可用SMT产能，每条SMT产线每班发生六至八次产品切换。
• 分方向换线矩阵将每对前后产品族记录为不同的持续时间（同类姊妹板5分钟，跨类切换35至50分钟），按设备分别录入每条SMT产线。排程算法对加工任务进行排序以将同类产品合并，从而减少全周总换线时间。在Semi-Auto模式下，计划员控制大方向顺序；优化器仍通过优先安排同类邻接来最小化每条产线内已分配加工任务的换线时间。

2. 不同速度并行SMT产线的负荷均衡

• 将产品错误分配到不合适的SMT产线会使每周总生产时间增加8%至12%——例如，将高批量的Simple SMT加工任务放在速度较慢的柔性产线上运行会不必要地延长其完成时间，而高速产线却在处理不太匹配的产品而闲置。
• Schantt将每条SMT产线建模为一台具有自身分产品族吞吐量（Simple SMT在高速线上为每小时450块，在柔性线上为每小时200块）的设备，并将每个加工任务分配给与其产品族和批次大小最匹配的产线。优化器在三条产线之间均匀分配负荷，同时尊重各产线的能力，并在添加新加工任务或优先级变化时自动重新平衡。

3. 混合技术工艺路线与连续流到批次的对接

• 约25%的订单为混合技术板，需要在SMT加工后进行插件和波峰焊。SMT出口处的连续流向批次对接会产生空闲时间：插件工位处1至3小时的等待间隙（等待批次积累），或SMT出口处1至2小时的排队板（等待下一次对接）。
• 每个产品族拥有自己的按类工艺路线——混合技术类产品访问所有六个工序，而Simple SMT和Complex/BGA跳过插件和波峰焊。桥接转移时间（例如，对于跳过工艺路线的类产品，从SMT产线到ICT设置30分钟桥接时间）确保跨跳过区间的时间模型保持准确，算法通过排序加工任务使混合技术板以与插件工位的周期时间和批次容量匹配的批次到达插件工序。

4. 测试工序瓶颈及共享治具

• 两台ICT治具服务于三条SMT产线，当两条SMT产线同时完成时会产生2至4小时的排队，而三台功能测试站处理下游负荷时，各产品族之间有15至25分钟的治具换线时间。
• Schantt以其完整设备配置（两台ICT治具、三台FCT测试站）和分产品族每批次周期时间对每个测试工序进行建模。对于不兼容的产品-设备组合——例如，某种产品族无法在某台ICT治具上运行——将该产品族的批次周期时间设置为高值（有效吞吐量为零），使那些加工任务仅分配到兼容设备。测试设备上的换线时间包含治具切换持续时间，优化器在并行测试站之间进行负荷均衡以减少排队深度。

5. 方向不对称的换线时间

• 换线时间并非对称：从Simple SMT切换到Complex/BGA需要50分钟，而反向只需40分钟，三个产线每天约多消耗75分钟。
• Schantt的换线矩阵在各设备上独立存储每对方向性组合，因此算法在对加工任务排序时自然倾向于较短的方向。在两周的排程视野中，这种方向感知能力可以恢复数小时的生产时间（这些时间原本会浪费在较长的切换上），无需计划员手动计算。同样的原理适用于测试工序换线，其中治具切换持续时间也存在方向性差异。

在Schantt中建模的内容

五个一级实体构成了每个PCB/SMT配置的核心。每个实体都成为您在Schantt中创建的高级对象，之后再设置详细参数。

分步配置

以下步骤遵循系统内的配置流程，每个实体在其详细页面引用之前创建。

1. 创建工序并设置转移时间。 首先按工艺顺序创建六个生产工序：SMT产线（涵盖锡膏印刷、SPI、贴片、回流焊和AOI于一体的连续流工序）、插件组装、波峰焊、ICT、功能测试和包装出货。在每个工序的详细页面中，设置该工序到下一工序的转移时间。本场景需要六条转移时间记录。需要正确设置的关键项为：

SMT产线到插件组装： 30分钟（SMT出口与THT之间的缓冲）
SMT产线到ICT（桥接）： 30分钟（针对跳过THT和波峰焊的纯SMT类产品）
插件组装到波峰焊： 15分钟
波峰焊到ICT： 30分钟
ICT到功能测试： 15分钟
功能测试到包装出货： 15分钟

从SMT产线到ICT的桥接转移至关重要——如果没有它，Simple SMT和Complex/BGA产品族在跨跳过区间就没有定义的交接时间。

2. 为各工序添加设备。 创建13台设备，分布在各工序间。每台设备默认继承其所在工序的工作日历，除非另行覆盖。

SMT产线： SMT产线1、SMT产线2、SMT产线3（使用24/5工作日历覆盖）
插件组装： THT工位1、THT工位2
波峰焊： 波峰焊机1
ICT： ICT治具1、ICT治具2
功能测试： FCT测试站1、FCT测试站2、FCT测试站3
包装出货： 包装工位1、包装工位2

3. 创建产品族并定义按类工艺路线。 创建三个产品族——Simple SMT、Mixed-technology、Complex/BGA——并通过选择各产品族按顺序访问的工序来定义其工艺路线。Simple SMT和Complex/BGA访问四个工序（SMT产线 → ICT → 功能测试 → 包装出货），跳过插件组装和波峰焊。Mixed-technology访问全部六个工序。您在步骤1中设置的桥接转移时间处理跨跳过区间的时间衔接。本场景无需启用部分转移开关——每个批次在工序之间作为完整单元转移。

4. 添加产品。 每类创建一个代表产品。这些SKU将作为排程的参考对象：

Simple SMT： IoT传感器模块
Mixed-technology： 工业控制器
Complex/BGA： 网络交换板

每个产品继承其所属产品族的工艺路线，因此无需为每个产品单独配置路线。

5. 设置设备产能参数和换线时间。 在各设备的详细页面中，配置每个产品族的加工参数。对于三条SMT产线设备（连续流工序），按产品族设置每小时板数的吞吐量。SMT产线1：Simple SMT每小时450块，Mixed-technology每小时120块，Complex/BGA每小时60块；SMT产线2：分别为300、80和40；SMT产线3：分别为200、53和27。对于批次工序设备（THT、波峰焊、ICT、FCT、包装），按产品族设置以分钟为单位的批次周期时间和批次大小——例如，THT工位处理60块板的Mixed-technology批次，周期时间600分钟（每块板10分钟）；ICT治具1以500分钟周期时间处理25块板的Simple SMT批次。

对于由两个或以上产品族共享的设备，设置方向性换线矩阵。SMT产线需要完整的3×3矩阵（每条产线9个方向对，共27条记录），涵盖同类姊妹板切换（5至15分钟）和跨类切换（35至50分钟）。ICT治具、FCT测试站和包装工位只需对共享该设备的产品族设置换线记录——ICT治具1需要2条记录（Simple到Mixed和Mixed到Simple），三个FCT测试站共18条记录（每站6条），两个包装工位共12条记录（每站6条）。对于ICT上不兼容的产品-设备组合（例如，Simple SMT在ICT治具2上），设置高周期时间以有效阻止分配。

6. 配置工作日历、例外和停机时间。 创建两个班制工作日历。标准双班制工作日历（默认）涵盖周一至周五06:00至22:00，适用于所有批次工序设备。24/5 SMT产线工作日历涵盖周一06:00至周六06:00，作为设备级覆盖分配给三条SMT产线。添加三个工作日历例外作为非工作日：元旦（1月1日）、元旦长假（1月2日）和国际劳动节（5月1日）。最后，添加两个计划停机条目——工厂范围的年终停产，从12月24日至12月31日（24日12:00开始），以及SMT产线1的12小时预防性维护窗口，9月21日（06:00至18:00）。

关于在Schantt中配置上述各项的逐步说明，请参阅Schantt文档。

常见错误

1. 使用单一换线时间而非方向性成对矩阵。 对SMT产线所有切换应用统一的换线时间会丧失方向不对称性带来的优化潜力。如果所有切换都建模为相同值，算法无法优先选择更短的5分钟姊妹板切换而非50分钟跨类切换。解决方法： 按SMT产线录入完整的方向性矩阵，为每个前后产品族对设置不同的持续时间。包含同类条目（5至15分钟），以便优化器知道合并同类产品。

2. 单个产品族涵盖过多不同的工艺路线。 将所有混合技术板——包括那些需要敷形涂覆或X射线检测的板——合并到单一产品族中，会迫使该族中的每个产品通过所有工序，无论其是否需要这些工序。解决方法： 在工艺路线边界处拆分产品族。每个产品族应有唯一的工序序列。如果某种板类型访问不同的工序集合，它就需要自己的产品族。三个产品族（Simple SMT、Mixed-technology、Complex/BGA）涵盖了本场景中的主要路线模式。

3. 设备数量与实际布局不匹配。 ICT治具数量（两台治具服务于三条SMT产线）是本场景中有意设置的一个瓶颈。如果将ICT治具建模为五台而非两台，或假设一台治具就能处理所有三条SMT产线而无排队，将隐藏排程需要解决的约束。解决方法： 使设备数量和分产品族能力匹配物理布局，包括有意设置的瓶颈。对于不兼容的产品-设备组合，使用高周期时间阻止分配——而不是遗漏某台设备或某个产品族。

4. 忘记跳过路线中的桥接转移时间。 Simple SMT和Complex/BGA跳过插件组装和波峰焊。如果没有从SMT产线到ICT的桥接转移时间，跳过路线的类产品在两个工序之间就没有定义的时间关系，排程可能显示错误的时间间隙或重叠。解决方法： 对于每个工艺路线跨工序跳跃的产品族，从跳过块之前的工序（SMT产线）到之后的工序（ICT）添加一条转移时间记录。

5. 将默认双班制工作日历应用于SMT产线。 SMT产线按24/5班制运行，而所有其他工序运行双班制。如果所有工序共享同一缺省工作日历，优化器将仅在较窄的双班窗口内安排SMT生产，导致SMT产线的夜间产能未被充分利用。解决方法： 将24/5工作日历作为设备级覆盖分配给每条SMT产线设备。批次工序保留默认的双班制工作日历，优化器会尊重这种不匹配——它可以在夜间安排SMT工作，但不会在那些时段安排插件或测试。

一个好的排程应该是什么样

在使用Schantt之前，CrestBridge的计划团队每周在电子表格中手动构建排程，凭经验猜测分组订单，凭习惯而非凭能力加载每条SMT产线。结果参差不齐。

优化前（基准线）： 缺乏系统的换线分组和能力感知的产线分配，CrestBridge每周因非计划的换线时间损失大量SMT产能。产线分配不当导致产品落在不合适的产线上，进一步延长生产时间，测试工序排队在换线密集的瓶颈站有规律地形成。

优化后（Schantt Semi-Auto）： 在Semi-Auto模式下，CrestBridge的计划员根据客户承诺和物料准备状态输入加工任务顺序，Schantt在此固定顺序内优化设备分配。各SMT产线的换线时间下降，因为优化器自动将同类加工任务合并为连续块——只要顺序允许，姊妹板切换替代跨类切换。设备分配尊重每条产线的分产品族吞吐能力，因此Simple SMT板一贯分配到高速产线，Complex/BGA板分配到配备细间距贴装能力的柔性产线。ICT治具负荷由排程器分摊到两台治具上，减少排队深度；每条SMT产线的夜间产能因24/5工作日历覆盖正确分配而得到利用。算法还考虑了桥接转移时间，使跳过路线的类产品能够洁净地从SMT过渡到ICT，没有虚幻间隙。结果是一份周度甘特图，在相同的工作时间内排入更多生产任务，瓶颈工序的空闲时间更少，最后一刻的重新排序也大幅减少。

在Schantt中尝试

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