背光膜片組裝靜電吸附問題改善研究

張繼剛 陸志強(qiáng)

(同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院 上海201804)

近年來提出工業(yè)4.0，智能制造2025規(guī)劃，且隨著人口紅利衰退，自動設(shè)備不斷改善以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，制造業(yè)由傳統(tǒng)手工作業(yè)模式向自動化生產(chǎn)線轉(zhuǎn)化的時機(jī)已成熟，但對于制造企業(yè)，尤其是勞動力密集型企業(yè)，產(chǎn)線設(shè)備的特性與產(chǎn)品設(shè)計(jì)匹配成為企業(yè)轉(zhuǎn)型的一個關(guān)鍵問題，且需企業(yè)自行摸索，無前車可鑒[1]。

本文從Q公司自動線實(shí)際現(xiàn)狀出發(fā)，對自動線光學(xué)薄膜組裝過程中出現(xiàn)的靜電吸附問題進(jìn)行研究，利用工業(yè)工程所學(xué)知識進(jìn)行分析改善，最后將結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)線及產(chǎn)品。

1 分析解決問題的8D方法

8D方法來源于二戰(zhàn)的“軍事標(biāo)準(zhǔn)1520”用以尋找解決問題，并為美國福特汽車公司所借鑒，應(yīng)用于汽車制造中，通過此法解決生產(chǎn)制作過程中出現(xiàn)的各種ISSUE[2]，實(shí)施步驟如圖1所示。

2 Q公司現(xiàn)狀

Q公司目前已擁有全自動流水線10條，每條線體月產(chǎn)約100K PCS模組，線體以流水形式呈直線型排列，各站點(diǎn)各自進(jìn)行本站點(diǎn)裝配工作，可實(shí)現(xiàn)從單一原材輸入直至成品模組產(chǎn)出。

各站點(diǎn)均設(shè)有報(bào)警裝置，一旦某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，即會閃紅燈報(bào)警，該站點(diǎn)即會停止運(yùn)作，需人員排除故障后方可繼續(xù)運(yùn)行。流水線工位詳見圖2 Q公司自動線工位示意圖。

本文的光學(xué)模組組裝主要位于流水背光（BLU）組裝部分，膜片靜電吸附問題主要機(jī)種在棱鏡片及反射片，模組常用擴(kuò)散類薄膜因其本身表面含有粗糙顆粒，膜片不易形成吸附。而其中棱鏡片（LENS）的吸附問題尤為嚴(yán)重，因此即以LENS作為主要研究改善對象。

在膜片組裝環(huán)節(jié)，自動線使用機(jī)械臂結(jié)合真空吸附方式，直接將膜片從料盤吸出后進(jìn)行組裝。詳見附圖3 自動線FILM吸附方式。

在此工位中，膜片以100PCS為一摞被置于一方形料盤中。機(jī)械臂每次吸取一張進(jìn)行下一階段組裝，但因膜片表面存在靜電，導(dǎo)致同時吸取2張膜片的情況，且隨著靜電量變大，嚴(yán)重時可同時吸附3PCS，導(dǎo)致幾臺卡料及拋料，嚴(yán)重影響線體TT，造成不必要的物料浪費(fèi)。機(jī)械臂夾取FILM方式和多張吸附問題示意圖，如圖4所示。

針對以上制程中的問題，工廠不斷HL提請相關(guān)單位改善。引起上層領(lǐng)導(dǎo)的高度重視，竭力推動此問題的改善。

3 吸附問題現(xiàn)狀

將2017年5月問題爆發(fā)期膜片拋料數(shù)量及對線體的影響狀況匯成表格，2017年5月上半月拋料數(shù)及線體狀況如表1所示。

目前一條線體一天產(chǎn)能約為3-4K片模塊，其中1片模塊使用2張棱鏡片，拋料率為一日內(nèi)實(shí)際拋料數(shù)與投入總棱鏡片數(shù)量比值，并將拋料率制作成折線圖，如圖5所示。

多張表示在同一片模塊中因吸附而多組一張膜片的模塊數(shù)量，宕機(jī)數(shù)表示因膜片吸附卡料造成線體膜片組裝單元宕機(jī)的次數(shù)。

從圖5可見半月中Q公司膜片拋料率居高不下，最高達(dá)4.17%，最低也有2.19%，半月平均不良率3.08%，單張膜片以1.7元計(jì)算，多組膜片模塊需要rework取走一張多組裝膜片，加上四周貼附Tape及人工成本按2.5元/張計(jì)算。則該條線損失計(jì)算公式為：

單線半月：1.7×3084片+87片×2.5=5460.3元

10線一年：5460.3×10×24=1310472元

一年預(yù)計(jì)損失超131萬，且其中并未計(jì)入因宕機(jī)造成整條線TT時間拉長，影響線體產(chǎn)出總量，因此此引起公司高度重視，成立改善小組，期望能有效改善吸附拋料問題。

4 問題分析

為了避免在分析過程中造成系統(tǒng)性遺漏，無法找到問題的根本原因，此專案采用8D方法，并結(jié)合5M1E分析法，從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等方面進(jìn)行原因排查，對根因采用DOE法進(jìn)行逐項(xiàng)驗(yàn)證，找到最佳參數(shù)及方案，最終將改善按統(tǒng)合應(yīng)用于產(chǎn)線實(shí)際生產(chǎn)，達(dá)到改善的目的。

建立臨時小組：PD、INT、SQE、供應(yīng)商、ENG

臨時措施：FILM上線前增加臨時消靜電措施。

原因分析：采用魚骨圖（如圖6所示）進(jìn)行可能原因篩查。

表1所示為問題根因排查項(xiàng)目展開。

表1 問題根因排查項(xiàng)目展開

通過圖6魚骨圖及表1根因展開可以發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)線存在諸多問題，經(jīng)排查后，將部分低級問題先行改善，余下幾項(xiàng)為造成靜電吸附的主要原因，將逐一對其進(jìn)行專項(xiàng)改善。

根因1：傳送帶速度，通過DOE實(shí)驗(yàn)結(jié)合靜電棒廠家的產(chǎn)品說明，將膜片清潔傳送帶速度設(shè)置成不同檔位（0.2 m/s~1.0 m/s），測試膜片通過靜電棒后殘留靜電值表3，可見隨著速率增加其除電效果將明顯下降，結(jié)合產(chǎn)線TT要求，最終0.4 m/s檔位，同時縮小靜電棒與膜片間距離≤20 mm以內(nèi)。

表2 傳送帶速率靜電值關(guān)系

根因2：離子風(fēng)扇角度及數(shù)量,排查離子風(fēng)扇角度，使其切實(shí)對準(zhǔn)膜片入料位置，同時由原1臺離子風(fēng)扇增加至左右各一臺。

根因3：機(jī)械臂行程，因通過實(shí)際觀察發(fā)現(xiàn)，機(jī)械臂下探吸取一張后膜片后會進(jìn)行上下抖動動作，目的是使第一張已被吸取膜片與料盒中其他膜片分離，但因下抖行程設(shè)置過長，使第一張膜片被吸取后又在下探后與料盒中第二章膜片完全貼合，容易將第二張膜片帶起后拋料。因此通過DOE實(shí)驗(yàn)計(jì)算，行程/拋料率=最佳參數(shù)，將圖7中原1行程縮短至2行程，并由實(shí)驗(yàn)確定2最佳行程，也即最不易帶料的距離，同時將抖動數(shù)由3次變?yōu)?次。

根因4：保護(hù)膜材質(zhì)，經(jīng)過量測發(fā)現(xiàn)問題保護(hù)膜表面粗糙度Ra0.1低于正常品一半，對材質(zhì)進(jìn)行變更，增加其Ra值至正常水平Ra0.235。

從圖8可以看出變更后因保膜粗糙度增加，膜片間空氣層增加，使機(jī)械臂下探導(dǎo)致的真空靜電吸附狀況可有所緩解。

表3 現(xiàn)行保護(hù)膜表面粗糙度量測

從圖9可以看出，綜合應(yīng)用以上各條改善后，實(shí)際平均拋料率已從3.08%下降至0.42%，拋料問題已大大改善。

5 結(jié)語

運(yùn)用工業(yè)工程及QC基本工具解決工廠實(shí)際生產(chǎn)問題，便捷有效，能給企業(yè)帶來較好的實(shí)際效益。對相關(guān)知識也非常值得進(jìn)一步學(xué)習(xí)研究。