IoT创业指南：组装测试及包装发货

Posted 2021-06-30 简一商业

前期回顾：

电子硬件产品制造指南（一）：制造基础和供应链

电子硬件产品制造指南（二）：PCBA 制造指南

电子硬件产品制造指南（三）：生产线测试方案

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本系列制造指南主要针对的是中批量生产的情况，在产品生产的过程中，不管要生产多少产品，基本的生产任务都一样。

但是根据年产量或总产量，完成这些任务的方式可能存在很大差异。

通常情况下，针对一般电子产品，产量划分标准如下：

• 超大批量：年产量多于 100 000；

• 大批量：年产量为 10 000 ~ 100 000；

• 中批量：年产量为 1000 ~ 10 000；

• 小批量：年产量为 100 ~ 1000；

• 原型生产：年产量少于 100。

但对于一家生产手机的大型合约制造商来说，“小批量”是指每年的产量少于 100 000 部；

而对于一家小型合约制造商来说，“小批量”是指每年产量少于100 件。

在与其他人谈论产品产量时，一定要约定一个共同的标准，确保谈论时遵循同样的标准。

最近几天，卫 Sir 刚主导完成几百套产品的小批试产，虽然总体顺利，但也不可避免遇到了很多细节问题。

安排生产之前，你需要首先确认要生产多少产品？

小批量生产建议在 200 以内，随着产量的增加，你需要考虑使用自动化生产技术，以便提高生产效率并降低生产的人工成本。

PCBA 的复杂度也会对自动化生产产生影响，比如：

要生产小批量的 PCBA 板，每一个 PCBA 含大量的元件，或者含有需要特殊处理的元件，这种情况下使用自动化生产技术会大有裨益。

# 1 - 大批量生产

大批量产品的生产过程与前述生产过程大致相同，只是更重视自动化生产和库存控制。

供应链将花费更多精力来管理库存，库存成为一笔巨大的投资。

产品销售公司和合约制造商的供应链工作人员可能需要进一步扩充，他们之间以及与元件供应商之间的联系会变得更加紧密，以实现最小库存。

同时保证元件供应，确保产品生产不会中断。

在生产流程逐渐步入正轨之后，为降低成本、提高质量或因元件短缺而调整设计，影响将非常严重。

供应链负责人会和设计师、开发者或者产品改进工程师团队保持密切沟通。

小批量生产中用手工完成的部分可能会被自动化，比如，那些不能通过回流焊来修正问题的元件可能需要使用一些特定的自动化焊接技术。

在产品的设计和开发过程中，对于减少手工作业的需求更加重视。

为减少组装失败，要努力收集和分析质量统计数据。分析结果将用来改善设计、开发和生产流程。

# 2 - 小批量生产

在小批量生产中，关注的内容恰好与大批量生产相反，它重点关注减少固定成本，这在小批量生产中很难解决。

小批量生产通常意味着需要更多手工作业，以下策略技巧适用于小批量生产。

1）轻松的库存控制

小批量生产往往导致产品价格高昂，相比于大批量生产，元件成本占产品总成本的比例会更低。

而且，请专业人士来打理库存，这种工作量（成本）按单位看相当费钱。

所以，最好的办法是不要让库存沦落到需要专业人士来认真打理的地步。

保持相对较多的元件库存（比如确保至少 6 个月的存量）可以降低出现库存不足的风险，进而避免发生交货延期。

与零件断供相关的潜在返工和重组成本，其实完全可以通过购买足够的零件并制作剩余预期产量的产品部件来避免。

这称为“停产前购买”，至少，你可以要求元件制造商和经销商在某个元件要淘汰时及时通知你（称为停产通知）。

这样产品制造商就会有机会和时间制定计划，以确保库存充足。

2）用飞针在线测试代替针床测试

有几个自动控制的探针在电路板周围移动，对暴露在外的金属特征做电气测量，比如元件引脚、过孔、测试点等。

飞针测试：

相比于针床测试，使用飞针测试的好处是它不需要定制昂贵的测试夹具（带有成百上千个精确定位的探针）。

飞针要接触的位置被编写到计算机中，PCB 数据库被放入测试系统中，测试工程师指出待测位点，然后执行测试就可以了。

而且，由于每个电路板的定制细节只反映在软件上，因此当电路板的设计发生改变时，只需花很少的精力就能完成对飞针测试的更新工作。

而在使用针床测试时，就需要重新调整针床夹具，甚至需要换新设备。

相比于针床测试，使用飞针测试也存在一些不利的情况。

与针床相比，飞针相对简单，可以同时检测的位点更少，但是能做各种测试，包括检测开路、短路，检查电阻、电容值以及其他一些更高级的测试。

做飞针测试时，飞针不是同时接触所有测试点，而是在各个测试点之间移动，所以比较耗时。随着产量的增加，这可能会成为明显的制约因素。

3）仅仅依靠功能测试

最近的发展趋势是不做在线测试和飞针测试，而只做功能测试。

这样做有两点好处：

• 不需要基于昂贵电路的测试设备，这对于那些想自行生产而不委托工厂的人来说是非常有吸引力的；

• 不需要来自工厂测试工程师的专业服务，功能测试通常属于设计师和开发工程师的专业范围内。

缺点也有如下两点：

a、对系统的测试很难做到全覆盖

功能测试通常可以轻松覆盖系统的大部分，但很难做到全部。

例如，对于带有嵌入式处理器的产品，只要打开产品，查看系统是否正常启动并且测能耗就能判断出电源、处理器、内存、总线、周边部件是否正常工作，但是要测试所有功能还需要编写大量的测试程序。

b、一些小功能可能会被忽略

假设一个板载电源被设计成可以产生 2.7 V（容差5%），但是实际在组装好的电路板上只能产生 2.5 V（相差7%）。

有些本该在 2.7 V 下工作的元件在实际 2.5 V 下工作，从功能测试看这没什么问题，但是超出容差范围很可能是由制造误差或损坏的元件造成的。

随后也许会出现更多不良后果，比如电路故障、电池寿命变短等。

相比之下，使用在线测试或飞针测试测量电压就很容易查出这些问题。

4）手工组装电路板

如果你喜欢自己动手，可以尝试手工组装电路板，无须使用昂贵的工厂级生产设备。

手工组装电路板包含三步：

• 通过钢网，手工把焊锡刮到 PCB 上；

• 使用小镊子或类似工具，手工安放各个元件（这个过程枯燥乏味，但并不像你想象的那样难以忍受）；

• 使用电烙铁、热风拆焊台、烤箱、电锅或半工业级回流焊炉焊接元件。

这些技术只适合生产少量小型电路板，由于手工组装电路板时涉及的手工步骤很多，并且使用的工具都不是最专业的设备。

因此手工组装电路板显然并不容易，还很耗时，而且有些工作不能完全靠手工来做。

但是，对于小批量生产或简单电路板，手工组装是一个好办法。

下面具体介绍组装、测试及包装细节。

组装

最后组装也叫成品组装，是指把 PCBA 和机械部件组装到一起，一般通过手工完成。

这个过程需要耗费的时间因产品不同而差异巨大，组装简单的设备可能只需几分钟，而组装科学仪器等复杂的系统可能需要几天甚至更长时间。

在最后组装的每一步中，工人都要认真遵循组装说明、示意图和演示视频，确保每个元件都被正确安装。

这种文档最好由产品设计师、开发者和工厂人员共同编写，要在项目计划中预先为这个活动安排好时间。

在这个过程中，要做大量检查，以确保每个元件都组装正确。

比如添加一根内部连线之后，要立即检查电压，保证连接正常。

你不能在产品完全组装好之后才做类似检查，因为那时检查需要把产品再拆开，会付出更多的时间和精力。

在产品设计和开发过程中，设计师要考虑如何让产品组装起来更轻松、更高效。

首先，在产品生产中，最后组装往往是劳动最密集的一步，任何有助于缩短这项任务时间的做法都能帮助你节约大量成本。

其次，组装越复杂，组装说明就越长，你需要花更多时间为工厂编写组装说明。

编写时很关键的一点是技术人员要明确说明如何进行组装，如果组装简单、明确，组装说明编写起来也会更容易。

最后，如果组装很复杂，产品的可靠性可能很差。

比如，在把线材接入连接头时，如果技术人员不能直接用手碰到连接头，那他可能需要使用小钳夹着线材穿过电路板的间隔放置并固定到位，这可能会导致电缆连接不牢靠。

如果预先想到这个步骤，在设计产品时考虑了组装的便捷性，情况就会好得多。

最后功能测试

最后功能测试，常称为行尾测试，一般在成品组装完成之后进行。

从技术角度看，这是功能测试的一部分，之所以把它单独拆分出来，是因为它常常比其他功能测试需要更多人工干预，也更为主观。

在这个阶段，技术人员先检查设备的整体状况（比如所有元件是否都安装正确，是否有划痕等），然后打开设备，做一些简单操作，检查是否一切正常。

一般来说，测试员会有一份检查表，但大部分测试是非常主观的，难以量化。

比如，一个测试员可能发现了一道很小的划痕，而另一个测试员可能看不到。

最后功能测试的挑战在于，要长期保持多名测试员对同一产品合格率判定的一致性。

最后功能测试完成后，接下来就要对产品进行包装了，这样做是为了保证产品在到达用户手里时外观漂亮并且功能完整。

包装

产品进入销售环节前的最后一道工序是包装，即把产品、相关配件、使用手册、防护泡沫、包装袋等装入产品包装盒中。

包装产品通常很简单，包括装盒、粘胶带、折叠等步骤。

一般产品包装完全由人工来做，因此花点心思简化这项工作是很值得的，有利于减少失误和降低生产成本。

包装完成后，产品就可以进入销售渠道，为你创造利润了。

总结

设计、开发文化全都与无休止的创造力有关，制造文化则与流程、精准管理、重复性密切相关。

一个产品从工厂到用户手中要经过大量工作，经历许多生产环节，涉及大量焊接工作、各种测试等。

工序偏差会毁掉产品，造成重大损失，比如产量低下、不良率高等。在工厂里，意料之外的变化和未经深思熟虑的改变都很糟糕。

于是，一方面设计师和开发者会不断寻求改变，另一方面工厂则竭力保持一切不变。

要求工厂做出快速响应，就与要求设计师和开发者按清单办事一样难，还可能会导致意见分歧和不愉快的事件发生。

设计师/开发者：

• 让工厂改变一下流程怎么这么费劲呢？

• 只不过改个电容，有什么大不了的？

工厂：

• 什么？还要改电容？

• 上次改的时候，他们就说是最后一次了。

对设计师和开发者来说，改一个电容只是一件小事，但对工厂来说，这个小小的改动意味着：

• 可能需要对一些机器重新进行编程；

• 并对新程序进行测试，检查是否正确；

• 产品测试程序也要相应改变；

• 库房要订购新电容，旧电容要废弃或卖掉等。

此外，设计师和开发者一般不了解工厂的运作方式，对于生产中的困难，往往也不会考虑太多。

设计的产品几乎不会在自己的办公室或实验室进行组装，而当产量飞涨时，你会希望生产负责人能想到办法快速可靠地完成生产工作。

作者：卫Sir，公众号：简一商业

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