隨著國內電子組裝行業技術之持續發展,在產品制造過程中的原材料性能控制、設備的使用率與性能控制、人員與制造環境的規范、產品的可制造性與可靠性設計等都達到了較高的水平。為了進一步提高過程水平和降低制造成本以拉開行業內競爭差距,當前眾多電子組裝企業的制造管理重點都逐漸向工藝過程控制偏移。
制造廠家在如何能夠在最低制造成本之基礎上生產出達到給定質量標準的產品,是凸現其制造競爭力的重要標志。實時SPC技術在電子組裝行業的推廣應用,使制造人員能夠實時掌握工藝過程"健康"與否的信息,從而在產品品質問題發生前做出改善或者糾正行動,是幫助企業邁向零缺陷制造的利器。同時這些及時改善的行動對避免批量產品缺陷的產生有顯著效果,從而避免耗費大量制造成本的批量型重工與返修發生。
過程控制及其統計技術工藝過程控制是指在產品制造過程中通過一定的手段獲得工藝過程中某些特定的過程數據,并依據工藝規范對這些數據進行衡量,這些衡量結果作為工藝是否符合標準的判斷依據,如果發現過程失控或者出現不穩定的狀況,則需要立刻采取措施進行糾正。而這種獲得影響最終結果的特定操作中相關數據的能力,可是通過當前使用的工藝過程控制指標多寡與其控制效果來反映,例如Cpk反映的工藝計數值過程能力狀況等。
統計技術在工藝過程控制領域的應用,為過程控制的可量化與可靠性提升揭開了新的篇章。自20世紀20年代,由Bell Lab的Shewhart首先提出管制圖控制工具以來,SPC被廣泛的應用在了各個領域產品的制造過程控制上,也是工藝過程控制的重要工具。
隨著電子組裝行業生產設備的自動化水平不斷提高,如貼片機、回流爐等都具備了自監控的能力,在以往較難通過肉眼觀測而獲得的數據都能夠通過設備的傳感裝置,通過自動化軟件直接采集出來,如貼片的拋料率、回流爐各區的溫度和氣流等。同時企業依據自身信息化程度的不同,通過使用各種車間現場執行軟件或手工記錄方法,也不同程度的具備了對生產現場的原材料、人員、生產環境、工程方法數據采集能力。此時這些現場數據作為工藝過程分析的來源,具有海量、非集成卻又實時的特征。因此在此基礎上的工藝過程控制需求重心已經由原來的對現場狀況事后分析、每月匯總、并事后改善,轉變為希望能夠實時控制、發現過程異常趨勢并立即糾正、監督改善結果并做出持續改進,并要求使用軟件技術,將這些工藝過程信息實時匯總并提供工藝過程分析預測的結果,以供現場糾正和持續改進所用。
與此同時SPC作為傳統的工藝過程控制工具,也隨著軟件技術的發展煥發了新的活力,集成的組件式軟件平臺使多類型工藝過程數據實時采集成為可能,而Web技術的廣泛應用使經原始數據處理后的結果能夠實時反饋給生產現場執行與管理人員,從而實現了實時工藝過程控制與現場糾錯的可能。同時計算機系統的海量數據記憶能力為工藝過程現場信息全面記錄提供更進一步的可能,在此基礎上的持續工藝過程改善則顯得更加理性與可靠。
實時SPC系統的應用
SPC系統在SMT組裝過程中比較典型的實時監控應用包括對貼片過程中貼片率的監控、PCB板過錫爐時對每片板子爐溫的控制、功能測試中產品電器性能波動的監控、手工、光學自動檢測、在線測試工序中產品不良率、不良點數、不良位置數波動的監控等。
當前大多數較先進的元器件貼裝系統都自主配備了紅外傳感設備,能夠對每次拾取裝置貼裝動作成功與否進行快速判斷,而這些數據能夠通過設備的提供的軟或硬件接口實時傳輸出來。使用SPC工具對貼裝過程中貼裝率的監控,能夠實時發現貼裝率異常波動,而這些異常狀況的背后,往往隱藏著喂料器中錯誤裝上的原材料、貼裝頭或者其他設備傳動裝置的磨損,真空裝置異常等信息,正是可能引起重大產品品質問題的元兇。以貼裝工序的原材料上料為例,由于貼裝工序操作的電子元器件體積一般比較微小并且外觀相似,通常的肉眼識別物料編號與料品規格等信息容易出錯,一旦裝載的原材料發生錯誤,則可能出現的就是批次性貼裝錯誤,從而導致花費在重工與返修上的成本急劇上升并可能影響交貨周期。因此在貼裝工序中對貼片率這樣的工藝過程數據進行實時監控,能夠有效的幫助制造現場管理者實時偵測過程的異常波動趨勢從而迅速做出反應,防止問題的惡化。
由于不同PCB板的工藝復雜程度不同,并且不同制造水平的廠家工藝過程檢測關注的重點各不相同。例如對于低復雜性印板的制造,則低成本的手工檢測和簡單的功能測試一般可滿足測試要求,而對于大批量高復雜度多種類印板的制造,多種高速準確的自動測試設備引進則是勢在必行的,例如檢測元器件缺陷的ICT檢測,焊料相關缺陷的X-射線測試等。這些自動檢測設備的檢測數據通過實時SPC控制工具采集處理以后,能夠直觀反映在某個工序階段產出產品的特定工藝參數值變化。
而這些參數值的異常波動趨勢對于制造作業人員可能意味著制造環境正在變差,對于設備工程師可能意味著設備的老化或者磨損正在發生,通過立即的改善措施可以遏制情況的惡化并預防由此將生產出的不良品。與此同時這些工藝參數值的不理想分布趨勢,對工藝工程師可能意味著須待改善的工藝設計,對于測試工程師可能意味著有問題的測試方案設計,而對于制造管理者則可能意味著整體質量管理水平的提要等。在科學及時的過程數據基礎上進行制造系統的持續改進將使過程能力不斷提升。
特別值得一提的是,對于大多數代工廠家,在面對客戶品質稽核時,往往被要求提供各種詳盡過程數據,如工藝參數波動和產品良率/不良率分布趨勢數據。以功能測試數據為例,組裝線工藝終了的功能測試是產品提供給客戶前產品最后整體性能的認定,也往往對產品制造結束后產出故障和缺陷的系統性檢驗過程。這部分電器性能數據不但可以作為制造工藝的改進依據同時也作為代工廠家的客戶比較關注的原材料進料品質稽核的一個部分。通過手工作業對這些數據進行收集和處理,不但繁瑣緩慢并且較容易出現錯誤和漏失,而使用實時SPC系統自動采集處理這些過程數據提供給客戶,在避免了手工操作的繁瑣和缺陷同時也提供更加完整與可靠的數據給客戶。
SPC解決方案
SPC解決方案是卓越制造解決方案中的一個重要組成部分,是基于完整的制造現場數據采集和多種設備數據采集能力基礎上的實時工藝過程控制與分析工具。
SPC解決方案為用戶提供了能夠在復雜的工藝數據輸出環境下靈活采集數據的能力,通過貼裝、檢測等設備的軟硬件把設備狀態監控數據實時傳輸給系統,并提供手工數據輸入的界面與電子格式數據文件導入接口,從而為工藝過程數據提供了多種輸入途徑。
為制造過程中的各種工藝數據提供了集成的信息展示平臺,終端用戶可以方便的通過瀏覽器查看與處理這些工藝過程數據,無論是在制造現場、辦公區域或者外勤時都能夠方便的通過網絡實時查看當前工藝過程狀態,并且通過系統提供的預警功能,迅速掌握制造現場工藝過程異常,如異常的工序不良率等。
SPC解決方案設計時貼合國內當前電子組裝行業現狀,具備了各種批量和多品種環境下進行關鍵工藝參數過程監控的能力,關注在電子產品自動裝配過程中,決定產品品質的電子元器件的質量水平工藝參數。并提供分布式的實時過程預警功能,使用戶無論使用局域網電腦終端、移動通訊設備、和遠程電子郵件都能夠接受到過程預警信息,從而對工藝過程的異常狀況做出迅速的反應。
總結
過去,由于信息化在制造行業的普及程度和國內信息化軟件的成長水平所限,企業在實現手工或半自動作業的實時工藝過程控制需要付出巨大的代價,并且成功的工藝過程控制需要企業內部各制造相關部門的配合與資源協調。但隨著國內電子組裝制造業自身不斷的管理流程建設和新信息技術的引進,實時SPC技術會被越來越廣泛的應用于電子組裝行業中,不同推動著工藝技術與制造過程管理的前進。