PCB工厂负责人推动自动化进程的若干思考

Alex Stepinski接受了I-Connect007编辑团队的采访，他深入剖析了PCB制造工厂的自动化。但本次采访的切入点并不是新设备和面板搬运装置，而是更多地讨论了自动化策略。Alex详细阐述了21世纪CTO要承担的新职责，并强调行业严重短缺可以胜任这个岗位的人才。

Nolan Johnson：Alex，PCB制造的自动化进程不断受到来自各方面的压力，涉及生产能力、相关的人工以及人员配置能力。PCB工厂负责人如何才能在不斥巨资或不聘用程序员、软件工程师的前提下推动自动化进程？

Alex Stepinski：自动化是很引人关注的主题。它是CFO负责的投资管理与CTO负责的技术革新之交汇点。一家公司如果聘请了具有强大财务背景的CTO，那这个人就很有可能成为推动自动化进程的关键人物。并不需要聘用现场工程师提供支持，只需要一位整体架构师即可。重点在于通过精益启动法进行内部创业。问题在于“公司要如何实施商业计划以提高生产效率，包括人工、资本利用效率、资本投资回报率和商品策略？”需要针对特定制程范围制定的计划——如果公司升级到某个程度，能从中得到哪些收益？能生产出哪些产品？具备哪些应急能力？又该如何将其货币化？只有认真审视这些具体结果，才能高效完成自动化的实施。

比如，当投资回报率较高时，很难监管资本投资不足的传统工厂中工人的工作。这些员工用着已经使用30年的设备进行生产，使设备能正常生产出产品本身就已经是非常了不起了，因为设备的设计落后，无法生产出目前设计出的新产品。一般情况下，不会对使用30年的设备做自动化升级，而会购置一套能够生产工厂目前订单中最新产品的现代设备。为了实现自动化，制造流程必须稳定，事情就是这么简单。这是首先要克服的困难，尤其是老工厂，非常依赖操作员去操控制造流程以使生产正常。在自动化环境下，制造流程是否能稳定生产？如果答案是否定的，那么首要做的是升级制造流程。

Barry Matties：必须要把所有需要用到操作员的环节去除，才能实现制造流程自动化。

Stepinski：确实如此。坦白说，现在很多成立时间更久的工厂都遇到了这种情况。同时会听到很多公司说：“没有足够的空间进行自动化升级”，因为多年前在刚刚创业时从未想过部署自动化策略。当设备既需要用到操作工，内部又不具备足够空间，且制造流程不稳定时，最佳方案通常是购置一台新设备。但是工厂的一系列设备中，有多少设备需要被替换掉？如果只占到百分之几，那就大胆去做吧。我敢肯定能找到融资渠道/ROI。如果大部分设备都要被替换掉，那就完全是另一回事了。必须要仔细斟酌要做的事情。甚至可以趁现在把工厂卖掉，因为当下是估值倍数比较高的时候。

但如果觉得公司的业务很有前景，比如生产某种特定类型的PCB，那么可以预估一下投资回报率，为更大的项目进行融资。如今设备的体积一般会比20个世纪90年代以及美国早期使用的设备小一些，所以只需较小的占地面积。

自动化投资的关键在于制造流程和自动化水平。不能是随随便便在一台可以从事一定生产活动或刚刚升级完的设备上安装好装载机和卸载机就认为大功告成了。希望新产品的复杂度有多高？想生产什么类型的产品系列？有多少种面板尺寸？在北美市场，我们能生产出各种尺寸的面板；国外市场就做不到这一点。自动化程度越高的工厂，能够生产的面板尺寸就越少。

材料成本通常要比加工成本少很多，优化面板尺寸可节省更多成本。通过减少面板尺寸数量，能够在不增加TCOQ（质量总成本）的前提下提高供应链的效益、减少额外费用。如果可供选择的面板尺寸过多，需要加宽装载机区域的轴距和优化传送带宽度来避免面板触碰到设备边缘，从而提高产品的整体质量，但这种做法会增加自动化成本。装载机可以根据需求调整面板尺寸，也可以手动进行调整，但这种做法又有悖于自动化的理念。

面板的一般宽度是24英寸，这种情况下可以加工18”×24” 至24”×36”的面板。或者也可以加工小一些的基板，例如12”×18”、16”×18”、18”×24”等。这些尺寸涵盖线路卡、HDI和载板。确定所生产面板尺寸策略有助于降低自动化成本，同时也可以减少设备的占地面积，因为要生产的面板尺寸越多，自动化配套设备就越多。想选用哪种装载机/卸料机？可以选择机器人系统或固定轴距的系统。这些系统都有高配置、低配置和无编程界面选项。

协作式机器人的使用如今也非常普遍。最近，行业从20年前使用的独立式装置发展到了像Kuttler模型一样的封闭式装置，但拥有成本较低，出于安全考量还在里面加上了更多传感器，避免重复进给垫片或一次拾取2块面板。也可以通过检查2D代码的方式来确保是正确的工件。

除此之外，还可以选择更高端的机器人，或者使用通过自动时钟方法处理工件的系统。但一旦选择了高端系统，就要由供应商为公司编程，这是他们收取客户费用的策略组成部分。如果公司选择高端领域，是否需要向供应商支付额外费用来为公司完成所有工作并维护设备？公司愿意支付这笔费用吗？

如果工厂历史比较久，尚不需要考虑这些，协作式机器人和封闭式装置就足够了。但如果是一家新建OEM，可能就需要全面实施自动化，并且公司内部也需要配备一支工程设计团队。有的公司会委托自动化供应商来完成编程，有的公司则会由内部团队来完成编程。具有内部编程能力是最安全的，从长期来看也是最可持续的一种方式，因为谁也说不好供应商会发生什么情况。

所以从整体策略角度来看，如果工厂比较旧，自动化程度几乎为零，那么全面的工业4.0方案并不适合。需要先按照前文所说的这些阶段一步步去落实，有了回报之后，再考虑接下来该怎么做。

Matties：这个过程中会遇到哪些阻碍？

Stepinski：过去一年，我发现一家制造厂的系统架构师并不同时具备实现自动化所需的技术技能、金融技能和销售技能。没有能同时具备以上这些技能的员工。所以组建团队很难。规模比较小的工厂，甚至都无法组建这样的团队，人们都非常忙碌。

我认为这是最大的阻碍。聘请一位可靠的CTO可能是ROI最高的一项投资，且能让组织价值在2022年达到帕累托边界。如果成立时间较久的工厂想雇用刚毕业的年轻人，很难留住他们。据目前估计，现在毕业的学生在35岁之前会更换10~14份工作。这是我从一位伦敦商学院的教授那里听来的数据，它出自普林斯顿大学最近的一项研究。

这种变化发人深省。工厂通常会招收年轻人加入学徒项目，这是多年形成的惯例。但现在来看，这种模式并不是很理想，因为PCB行业的工作环境比较恶劣，除非一座小镇上绝无仅有的工厂，即便如此，年轻人也更青睐远程工作。所以说必须要想好要如何应对人们的频繁跳槽。在这种大环境下，最好聘请一位可以担任架构师的CTO。CTO主要负责技术部分，但也具备一定的金融背景，能够做投资规划，能够研究资本的投资回报率，以及如何平衡新设备的必要融资。如果公司的CTO不具备金融背景，可以为其报名相关培训课程，让其掌握相关知识。

美国对能够完成工厂改造升级人才的需求巨大，他们需要做的就是把计划里涉及到制程环节都串联起来。就我最近的经验来看，现在市场的ROI很高，整个大环境非常利于推进业务。只需要聘请一位能够串联制程环节的人才。

Johnson：Alex，听起来像是有些制造厂已经优化了组织内部的研发流程。

Stepinski：通常，具有多个战略性项目的大型企业才有能力组建研发团队。对于小型工厂而言，关键并不是要组建开发自动化制程的研发团队，也不在于是否有财力去组建研发团队，而是根本就不具备实现自动化的基础。假如想更换现在使用的电镀生产线，可是给不出合理的理由，这时就需要一个人来说，“如果要达到这个容差，就能有更换这条生产线的合理理由，这些新项目可以带来收入。”一般情况下，说这句话的人应该是公司CTO。

然后就是跟客户沟通，得到他们的一些承诺和保证，当然这种做法也不是没有风险，但也不会没有回报。这时可以说，“我之所以要这样做是因为一旦完成升级，就可以拿到这些项目。”这就是所有业务的风险回报基础。在我看来，这是做事的正常流程，在实际中却并不常见。在很多美国工厂，市场往往依赖工程设计团队，却不知道他们也是巧妇难为无米之炊。而且供应商也常常被拿来当做杠杆，他们都有各自的利益诉求（与制造商的利益诉求可能并不一致）。

Happy Holden：没错，研发能力是不同于制造流程和计划扩展的技能组合，必须专注于目标和推动目标实现的业务计划。需要保持简单的实用性。

Johnson：我的问题是，有些人认为自动化是一种工程设计和制程研发类型的活动，需要涉及到更多技术/研发工作。你的意思是这属于一种业务计划方案？

Stepinski：没错，市场已经准备好迎接这种方案了。如果采用了这种方法，那公司业务从现在开始就会突飞猛进。现在，供应链非常不稳定，政治局势动荡不安，正是采用这种方法的好时机。

Holden：所以我才会强调投资回报率、资本成本以及目前的净值和安装这些工程的经济数据。

Matties：你怎么看目前业内的销售工作和销售人才？CTO的领导力要展现在技术、财务和销售能力上。

Stepinski：一家公司的CTO在2022年确实应该思考这些事情。我就会定期参加一些顶尖院校的课程。CTO既要非常懂技术，还要非常了解财务知识，与此同时还是公司的销售业务骨干。可以说CTO是技术、财务和销售方面的集大成者。

这些人往往拿着非常高昂的佣金，所以一家公司最多只能聘用一名CTO。这个岗位要处理的事情非常多。现在是启动这一岗位的关键时刻。身为公司CTO，要与销售人员合作。希望CTO能掌握一些市场情报，然后去找到可获得项目并和投资联系在一起。

然后可以问客户，“如果我们投资了这种工艺，能不能解决你们现在面临的问题？我们能不能合作完成这个项目，一起生产这个系列的产品？”我通常会问客户需要为他们提供哪些技术帮助，或者我们怎么样才能帮助他们。他们目前无法生产哪些产品系列，然后设计出一种可以生产这些产品系列的工艺，且用现有的工具包，再确定要升级的部分。做完所有调查之后，汇总成投资报告。可以跟客户A说：“如果我跟客户B合作完成这个项目，我们只需要做很小的调整就能得到最快回报，也许和其他方案相比，这样做是最有战略意义的。”这是做此类评估后的常规操作。基于这些信息，就可以制定业务计划方案，得到潜在系列项目清单，这样有助于降低投资风险。

这种方式不仅仅可以计算出NPV或某项业务的内部回报率，还可以连接制程的各个环节。作为CTO，要不断寻找挖掘节省资本支出/运营支出的方法——要找到一些项目，并且要将这些项目联系到一起，证明资本投资的合理性。但很少有人能满足这个要求。放眼全球PCB行业，可以说只有10~20个CTO真正能发挥出这个岗位的综合作用，而其他人也只是模仿前辈的成功经历，照葫芦画瓢。现在没有可以培养出这类人才的项目，没有可以促进行业发展的项目。这一块是完全缺失的。

Matties：大多数小型工厂都不会设CTO这种岗位。一般都是由制程工程师或具有工程设计背景的总裁兼任。

Stepinski：不论工厂大小，都需要设置CTO岗位。除非是只需要生产一种部件，并且总裁有充足的时间。另一种方法是公司总裁去学习技术、财务和销售有关的课程，具备相应知识后，就可以既担任CTO又担任CEO了。

Matties：这倒并不意外，我们也谈论了建立稳定制程的基准。要从已有的模式调整到新的模式，要具有前瞻性思维而不是被动管理思维。是否存在你特别关注的领域？

Stepinski：没有。老实讲，我之所以会拒绝掉很多项目是因为我觉得他们并不适合。但我自己创业以后，我意识到市场缺少这样的综合性人才，这是再次振兴公司业务的途径。

Holden：可以分享你最初采取的措施吗？你如何一步步发展达到目前的水平？过去10年，你可能比其他人做得更多。

Stepinski：在创业之前，我休息了一段时间。我利用这段时间去上了财务课和工程课，还去商学院学习了一段时间，然后将我学到的东西都整合到了一起。确定了市场这一重大需求之后，制定了我自己的计划并朝着这个目标发展，事情似乎也进行得很顺利。我觉得这是一个其他人可以模仿的模式，因为行业需要更多这样的人才。

Johnson：Alex，听起来你担任的角色是咨询CTO。你帮其他公司制定计划，帮他们的CTO提高技能。

Stepinski：我不是工厂的CTO，但我为公司的高管提供咨询服务。这要取决于公司想达到的发展速度。如果计划持续投资和再投资，那公司就需要这些服务，也需要设立CTO岗位。如果只是想要获得短期成效，那就是只需要连接制程环节，确定改进业务计划的正确投资，我也可以提供帮助。投资包括设备投资和人力投资，也可以是像软件一样的承包服务。公司肯定不想雇用太多“35岁之前要换10~14份工作的年轻人”，而且也要认识到了在当前经济环境下，合同商才是关键所在，因为这样既能让人们有足够的自由，生活在自己想生活的地方，做自己想做的事，而且还能实现更高的投资回报率。当然，聘用正式员工仍有价值，但现在有很多工作都是一次性的，并不需要全职员工去做。正式员工比较少时，CTO需要做的行政工作就会少一些，可以把精力更多地集中在技术上。

如果想在2022年取得成功，就需要顺应这种发展趋势。作为CTO，会认为并不需要太多工程师，这种方式并不适合。鉴定能够带来投资回报的改进项目，让不同类型的承包商（没有相互有利益冲突的供应商）和公司内部资源来执行这些项目。CTO的职责在于要准备好相关设备、所需提供服务的作业说明书，以及相关人员岗位/技能说明书。

CTO的价值就在于如何更好地开发与人员、服务和设备相关的作业说明书。制定完作业说明书后，只需要指定内部/外部资源去执行任务，并且按照计划落实投资。高技能人才是非常稀有的资源。让他们学习更多相关知识，才能懂得如何管理这些工作。通过课程项目的形式让CTO学习如何整合技术、财务和销售这3种职能，让公司有再次对业务进行投资的机会，这本身就很难做到。但如果能让合适的人在合适的岗位上发挥作用，就可以提高公司的投资回报和估值。

Matties：贵公司是否只专注裸板加工领域？

Stepinski：公司的业务是跨行业的，大多数都和新工厂有关。我现在不会直接从事与PCB工厂相关的业务，我会研发全球范围内的制造流程，并研发出利于PCB工厂发展的IP。我和其他行业的有直接的联系，且我现在的工作足迹遍布美国和EMEA（欧洲、中东、非洲三地区的合称）。我从来没想过要直接从事与PCB工厂相关的业务，因为通常这个市场需要头脑冷静。

Matties：这是否意味着裸板工厂会迎来光明的未来。

Stepinski：可以这样来思考问题：为什么亚洲和欧洲可以实现自动化生产，但美国却做不到？

Matties：对此你有什么看法？

Stepinski：亚洲和欧洲的生产会更多一些，升级成自动化以后，竞争格局就变成了看谁能生产出更便宜的小部件。美国把所有生产业务都外包了出去。欧洲也是，但德国还是有一些工厂在为汽车市场进行大量生产。这些工厂就已经实现了自动化。其他欧洲工厂虽然不能像德国工厂一样从事如此大规模的生产，但他们也参照德国工厂实现了自动化。可以去拜访德国的工厂，学习他们是怎么实现自动化的。在美国，我们没有可以参照的榜样。每家公司都紧闭大门，对同行不太友好。

我发现EIPC研讨会就比IPC APEX EXPO研讨会的氛围要友好很多，制造商、供应商都很积极地沟通交流。同时，欧洲各工厂之间的合作也要高于美国工厂。美国和欧洲在很多方面都是很相似的。欧洲虽然也把生产任务外包了出去，但还是保留了汽车制造业，于是也就取得了一些发展。但是在美国，我们把所有生产都外包了出去，曾经已经实现自动化的很多工厂也相继关停。

亚洲也在全力以赴进行自动化生产，因为亚洲是世界工厂。自动化生产能带来规模经济，具备自动化生产能力以后，竞争优势也会随之增强。

如果要实现灵活的生产，就不能采用与专门从事批量生产的工厂相同的自动化策略。只能是采用半自动化策略，因为设备不能一天只生产同一种编号的部件。这种情况下，就要把每个流程当成一个工作单元，重点关注哪个产品要在何时以何种形式通过哪个工作单元。从运营规划的角度来看，美国的工厂内，一台设备通常需要应对多种不同工艺，而不同的工艺又涉及不同的方法。如果需要用到化学镀铜、去钻污等工艺，使用的设备就不能仅仅是可去除通孔的钻污或在通孔中进行化学镀铜，还需钻盲孔、可完成图形电镀用环氧树脂填充的导通孔。

设备还可以用来完成图形电镀或全板电镀，或管理晶种层，产品的复杂程度越来越高。美国可以生产需要400个工序的产品，但是那些简化制程、有更大生产线、增加生产线的步骤和标准化生产的工厂，对此类产品就束手无策。

在美国，如果想完成繁杂的生产步骤，最好使用产品寿命周期管理（Product Lifecycle Management，简称PLM）系统。这类系统的性价比非常高，可以用PLM创建工艺清单——如何落实生产配方以及如何让各个环节相互作用。这样一来，就得到了工厂自动化升级方案的框架。只需要较低的成本就能用这种软件工具创建出方案框架。我也会用DSM（Design-Structure-Matrix，即设计结构矩阵）来优化工艺清单（Bill of Process，简称BOP）。

如果不使用科学的方法，只是对不断演变的操作进行自动化升级，那么长期来看不会有很高的资本效率和ROI。不能因为只追求敏捷的速度就只使用标准的工作单元，然后给每个工作单元都配备同样的装载机和卸料机。相反，要考虑到所有设备都是不同的，所以对每台设备都要应用不同的方案、不同的系统架构，且要考虑如何管控这个系统才能达到最大ROI。不要为了标准化而标准化，即使从系统层面上来看这样会呈现出非常好的书面效果，而是要更关注分系统层以节省支出。每个工作单元都有截然不同的系统。要根据投资回报率逐个去解决。首先要做的就是把工作单元与客户的项目联系在一起，这就是方法。

我们如何才能通过加速这个进程来改善美国市场？正如前文所讨论的，培训是一种很好的方式，但开发一个课程项目还需要更多的人来集思广益。另一种方式是单独建立一二处工厂进行自动化升级，让人们看到自动化带来的好处。Schweitzer Engineering Labs在这方面可能是思维最开放的，他们以美国市场为导向，愿意向同行展示他们现在掌握的技术。其他工厂虽然拥有很多IP，或者说只是有很多秘而不宣的东西，他们最担心的就是分享这些信息。

Holden：在密歇根西部，至少有12家企业专注研究自动化制造，尤其是机器人。比如JS Automation公司就不仅能满足底特律地区的需求，还能给日本、德国和全球其他一些地区供货。

Stepinski：我也认为在美国境内，这样的工厂数量比其他任何地方都要多。

Holden：不幸的是，工程师的需求量永远都得不到满足，而失业率又降到了2.8%。行业正依靠社区大学培养具有技能的技术人员。

Stepinski：但这样并不是正确的方法。我把这种情况称之为用全面的方案去解决不确定的问题。最好去想一想采取什么行动才能解决这个问题。首先，行业可以联合起来起草一份工作清单，降低境内自动化工艺和设备的成本。要给基本的商品设备制定标准的技术规范要求，并在美国境内完成生产。大多数工具在美国售卖的价格通常是亚洲的两倍。通过标准化的分系统，可以缓解这一问题。

如果我们都有相同的工作重点，所有设备就都能高度自动化，这些技术人员自然也就会去选择做工程师了。其次，要充分利用这些知道如何使用设备的人才，这才是工作的重点。下一步就是找到负责运营工厂的人。如果使用了协作式机器人自动化技术，老实讲，CTO也不是多有技术含量的工作。

我们太过于关注那些技能型人工（并不是说这类人工没有价值或是没有存在的必要），但工作重点应该是撰写出更清晰的作业说明书，以实现任何人都能操作的简单自动化技术和制造流程。这样做才能具备更高的成本效益，然后就可以利用内部的自动化专业人才来进一步完善制程。这样做才更合理。

Matties：最后你还有什么想与读者分享的信息吗？

Stepinski：如果想帮助这些工厂扭转现在面临的局面，需要和他们认真探讨，需要组建团队，用几天的时间制定出有利于行业发展的良好战略。

Matties：我们一定要找机会继续这场采访。一定会有足够的时间让我们把所有信息都汇总到一起。

Stepinski：谢谢你们。

Johnson：非常感谢。

审核编辑 ：李倩