连接器非标设备的设计要求

连接器:
什么是连接器?大家可以看看自己周围,能露出电脑机箱且可以插入某些线缆或元
器件的”接口”,都是连接器,比如USB,IEEE1394,SATA,等;手机上呢,能插耳机或Flash
Card的插口,电池板接口,等,也一样属于连接器;还有MP3,游戏机,DVD…太多了,可以
肯定地说,没有连接器的电子产品,几乎没有.
连接器目前正处于成长期,年产值大概400亿美元.和其他行业一样,连接器的竞争
十分激烈,但呈现大者恒大格局.前十大厂商,几乎为美日和台企包揽,代表性厂商有
TYCO,MOLEX,FCI,FOXCONN等,大陆厂商成长较慢难成气候.
连接器从业者,面临着比较大的机遇和挑战.一方面该行业对人才需求持续增长,另
一方面人才供应量与年俱增.有意从事这个行业的人,应该选准方向,尽早进入,那样会
更具有优势和竞争力.
自动机和夹治具设计,工厂里称为ME(机械工程师)是一个进可攻退可守的方向.首
先是,连接器公司对此类人才有较大需求,其次从事这项工作的人,可以在不同时间段
(1年/2年/3年…)转PE/PD/QA等,经验看,大部分都获得成功.ME的待遇在工厂里处于中
等地位,比较有挑战性,跳槽相对容易,有技术含量,当然,比较累,除非是混日子.


自动机,顾名思义,即能自动生产的机械.在电子连接器(电子元气件)行业的装配生产
中,自动机应用甚广,究其原因,主要有四:
1.连接器产量通常都很可观,有的甚至几KK以上,仅仅依靠人工(借助简单治具)来生产,
既难以保证紧迫交期,又增加了工人劳动强度(加班);
2.产品精密度要求很高,依靠手工不能确保稳定,或者根本就无法生产;
3.成本优势,可以说,虽然机器投入较多,但对比人工线,其产出和投入具有非常大的优势
(可能大家会产生疑惑,自动机既然比人工有优势,为什么各工厂还是以人力为主呢?别急,下面会谈到)
4.向客户展示生产实力,一家公司,如果都是一堆一堆的人在那折腾,连台像样的机器都没有
给人的感觉是什么?
就连接器行业看,自动机原型大都来自日本,其次是美国,台湾设计的自动机则已经有
翻版嫌疑,大陆本土设计的自动机,大都技术含量较低或者档次相对较差,这个状况与连接器
本身发展过程和各地区行业地位有关.(日美两国和台湾企业几乎完全占有连接器市场)目前
大多数大陆设计者,基本上都经历着模仿-应用-改进的流程.因此,我们可以看到很多新机器
面世,有的甚至很有创意,但总会有似曾相识的感觉,如果见识的自动机较多的话J

从事自动化和夹治具设计的人,不应该一开始就直接在专业自动化公司做事,或者应该找
个机会到美日和台企的相关部门去历练下.这样的好处不言而喻,即作为设计者,眼界和观念
会更加开阔.由于工作需要,我时常接触到所谓专业自动化公司专业人员,但说实在的,真正有
水平的并不多,总觉得差点什么(并不全是设计本身).
说到自动机, 尽管自动机设计遵循共同的规律.但不同行业间,”外观”和要求是有所不同的.例如汽水瓶封口机\自动售货机\CNC\机器人等等,都可认为是自动机,其原理都差不多,但实际设计却是各有各的特点,这也是要讨论特定产品应用下机械的必要性.连接器是一个毫不起眼的东西,简单地说,就是插头和插座,但应用几乎覆盖电子机械行业以及人民生活的方方面面,因此算是一个比较大的行业类别.应用在连接器中的自动机会有哪些要求,有什么特点,是怎么设计出来的…这部分暂不讨论,具体参考后面内容.
但要强调一下,连接器自动机动作频繁, 产能要求高,有时几乎24小时都开机,机构动作次数多得数不清,同时精度要求高,有的达到0.03-0.05mm,此外由于无人参与,稳定性也是重中之重…这些特点和要求,都是我们在进行机具设计前都应该考虑和重视的.企业的机具设计,是不允许失败的,不管怎么补救,结果都只能一个,就是成功,就是能在产线跑,能产出创利!
在前一节<知识和能力>里,我谈到模仿设计,出发点正在于此.我们可以为了所谓的创新和骨气,一步一个脚印,从零开始去弄一部崭新的机具出来,可是我们能否确保设计最终达到设计目的, 万一失败了,损失的绝对不是一台机器,对企业来说,可能是一个大订单,一个大客户!而模仿设计的对象,通常都是经过生产验证,是OK的,即使有模仿不到家情况,修修补补的,也八九不离十了. (创新设计只有在平时练习或机械研究院里才可能做到,我们能做的,更多的是改进)
了解自动机的原理和设计流程,收集一定数量的实用图档和数据,掌握设计必需的各种知识和能力,具备较为丰富的实战经验,将使我们在设计工作上立于不败之地.


夹治具用于人工线,不用夹治具的生产,几乎没有.为什么要用人工线,要用夹治具?原因如下:
工厂里产品类别众多,80%的订单都不大,并且作业切换频繁,因此如果都配以自动机,那不仅
不划算,厂区会变成”停机场”, 而大陆人力廉价,并且人工线灵活多变(A无单了可以转生B,C…),
因此人工线可弥补这一矛盾.其实,就算不是在大陆,在发达国家里,也没有100%自动化的生产,总有人的参与,只是自动化程度高些罢了,连接器行业也是这样.既然这是一个难以克服的问题,那么将生产从劳力价格高地区向价格低地区转移,也就成了顺理成章的事.而连接器装配多是铜材
或不锈钢物料裁切\折弯\铆合或刺入塑胶,等等,而且大的有一个铅笔盒般,小的眼睛都看不清楚,
没有夹治具, 几乎是生产不了的.我们看到此类工厂,一是人多,而是有大量夹治具设计人才需求
就是这个原因.
一般来说,不局限于连接器工厂,很多电子公司,只要是正规的或排得上流的,都有自己的自动
机或夹治具设计部门.该部门技术成分较高,是公司重要但不是必须部门.为什么这么说呢?首先,
部门设计的机具都会应用于本公司产线,因此效率\稳定性\产能等因素都左右着产线的生产状况,
质量水平的高低,也就直接影响着该产品的优劣和产出,因此,部门整体管理运作如何,对公司来
说,是比较重要的.其次,从事机具设计和供给的公司或个人,市面较多,自动化或夹治具设计部门
并没有讨价还价的资本,大不了换个设计人员或者直接从专业自动化公司采购,在老板们看来,做
这个产品的厂家或人可能不多见,但设计这些机具的厂家或人,外面大把,多得是.事实上呢,确实
如此,不少公司即使有自己设计部门,还是大量外购机具,这属于公司经营管理策略和文化问题了.

不论公司怎样,只要有夹治具存在,就一定需要懂夹治具的人.何谓夹治具?这个请参考我的<夹治具漫谈>.我们不需要研究其真切定义,只要夹治具大概是哪些东西,有什么特点要求应用,怎么去设计和维护保养以及有什么经验窍门,就可以了.
有三个趋势则是必须提一下的:
1.标准化:采用标准件或通用机具进行生产的过程.装配成本的控制, 除了在劳力/制程/原料上做改善,标准化机具的推行,也是一个助益很大的方向.施行标准化管理,套用下二八法则,就是拿20%的机具去生产80%的普通产品,以便我们有80%的成本和精力去做我们认为业绩贡献更大或重要性更胜一筹的那部分产品,也就是20%的拳头产品.标准化的推行, 具有cost down的积极意义:我们只要保留机具关键机构,将标准化部分挪用到急用或有用场合,即可大大提高机具利用率,并且不会妨碍生产地顺利进行,因为标准化部分随时可以从其他拉线调用.由此充分利用了机器.(以后专题谈)
2.半自动化:完全的自动化是难以做到的,但半自动化确是一个发展方向,具有前瞻性和必要性.首先,严格来说,半自动化只是将一台台独立的夹治具通过某种方式联接或合并起来,已具有较多的控制部分,但还需要作业员参与,效率则比单纯人工线高很多.其次,在人力成本逐步提高的背景下,产品成本控制有相当一部分要转移到机具上,半自动化无疑可以担当这一重要角色.再者,很多大客户都以此作为一个指标,来衡量供应商是否有足够实力来做自己的产品,通过分析,我认为,比较合理的生产搭配,可能是:20%自动化+40%半自动化+40人工线.
3.人性化:这不是一个泛泛而谈的话题,相反,意义重大.这不仅是操作员的呼声,也是客户的呼声,还是时代的呼声.人性化设计,可能对很多人来说,都已经不陌生了,但有几个人在做呢?打个比方,如何舒适快捷抓握产品放到机器上,这就是涉及到人性化的一个例子.时常见到很多机器,作业员操作时有些别扭,一次几次是无所谓的,但在高产能要求下,动作相当频繁,一天下来,有多累,可想而知.
而作为设计者,我们考虑到了吗,我们的设计是否试图避免别扭操作?


精度,是一个非常重要的概念!在连接器行业里,正位度/位置度/共面度的精度要求
是机具设计同时也是产品制造的难点.撇开物料段精度不说,一般对装配和的连接器大
致公差要求是(具体产品和客户,要求都不同):
压深 0-0.05mm
裁切 毛边max0.10mm
折弯+-1度
共面 max0.10mm
位置度0-0.15mm
正位度0.1-0.3mm
看了这些数据,我们应该有些起码的精度概念:要做出这样的产品,除了控制物料段
更严格的公差外,我们的机器精度又是如何保证的呢?没有此行业工作实践或者缺乏别人
经验传导,我相信,即使机械经验十分丰富的工程师,也难保能做好自己手头的工作.我原
公司部门不时也从人市招来三五年机械设计背景的工程师,结果发现他们绝大多数人的
作品要么难以使用到现有产线,要么就有点”怪怪的”感觉,最后改来改去, 沦为我们刚毕
业的同事水准.(你得抓几个模型让他/她模仿,甚至手把手教他/她,东西是这么做的
为什么会有这个状况,精度概念是一个很重要的原因!这些工程师可能做惯了1mm或1微米
公差的东西,或者根本就没有精度的感觉,因此也就无法在头脑形成对应的机构乃至机器,
精度不足或过份,都是不可取的,前者影响品质,后者造成浪费.我们知道,机构种类繁多,
同样机构,哪怕公差不同,实际动作效果差别都不一样,对于连接器来说,选择或设计一个精
度合适或足够的机构,显得十分重要!



稳定性,同样是一个极其重要的概念.很多机具,做做样品还OK,但一旦大量生产时,
就问题百出了:尺寸波动大,工件磨损快,产能上不去…这些问题都是生产部门面对的,
有时是比较棘手甚至痛苦的;而作为设计者(麻烦制造者),往往已经”上岸”(一般量产
前有个移转程序,可能体会不到.不管怎样,问题根源是机器稳定性不够,而造成稳定
性不足的原因则难以罗列(物料/操作…),当然,机具没设计好,应该是最有可能的一个.
机具的不稳定主要是什么原因造成造成的呢?从机具自身找问题的话,概言之:
1.机构部分,模型没选好(没设计好),装配调试不到位,标件选型不适当,等;
2.控制部分,参数设置错误,电路干扰,接线松脱,等;
像以上这类问题,设计者完全可以解决也应该及时解决的.没有人设计机具,可以一
步到位,但问题应该及时解决,这是原则!不论设计怎样,最后能够高效/稳定服务于生
产的机具,就是成功的作品.(即使设计是失败的
严格地讲,衡量设计者水平的标准,应该是投入(时间,成本)和成功率.设计一台机具,
花了多少钱,用了多少时间,是否顺利达到量产要求等…但由于机具设计的目的是服务
生产,只要达到了,哪怕中间有一些属于浪费的修补工作,也是可以不被看重的,换言之,
该设计起码是OK的.但如果设计不佳,连修补的工作都不做或做不好,那表明设计者连
起码的要求都达不到,可以被FIRE了.
因此,我总结了下:在相同投入下,成功的设计=高稳定性=接近或达到量产要求+最少
量的修补或完善工作.为了提高稳定性,我们必须在设计伊始就下足工夫,以尽量避免或
减少失误;然后尽心尽责搞好修补工作.当然,能避免修补就已成功的设计,是值得褒扬
和鼓励的,只是,很遗憾,至今没有看到J


机具的指标还有很多,外观\效率\产能\可调性…太多了,但这些我认为都没必要再
强调,除了安全性.可以肯定,凡是搞机具设计的,都知道安全性的重要,但实际状况呢?
制造业发达的珠三角和长三角地区,每天仍然有不少打工仔残肢断指,包括我所在公司,
偶尔还会有安全事故发生.不可否认,这其中至少有一半以上误操作或违反规程所致,
但仍然说明,设计者的安全考虑还不够,或者防护措施没有落实好.
个人看来,安全事故发生,首先从设计上,就要周密考虑加严预防,其次在生产管理和员工培训上更是需要下足力度.由于后者不属于机具设计问题,就不讨论了.在安全防护方面,常见的做法有:
1.双开关,即作业员必须两手同时按开关,机器才会动作
2.加护罩,机器危险或风险部分,用罩壳包住
3.加感应器,只要有东西(如手)在非安全区出现,机器就不会动作
4.转移位置,出于安全考虑或受限于空间,机器有平移机构,即放置产品和作业部分处于不同位置
方法还有很多,但原理基本只有一个:从时间或空间上,将操作者的肢体和机具风险部分隔离开
来.只要抓住这个原理,安全设计可以是有很多方式的,也行之有效.当然,机具设计追求高效,从而
易弱化安全性,使得安全性只是个副作用.打个比方,A一手放产品,一手按开关,B放完产品,再两手
按开关,两者效率比较如何?
从某种意义上讲,效率和安全是个设计矛盾.为了解决这个矛盾,设计者需要费点心思和精力,否则结果要么效率不足要么安全有隐患.有没有一手放产品,一手按开关,而又比较安全的方式呢?答
案是肯定的,只是另一种方式显得更加有效,即转移位置:操作者一手放产品,然后另一手将产品推
到执行机构处作业(这过程,肢体和风险部分是隔离的),再拉回进行下一个作业,此过程使用感应开
关,安全性和效率都较高.