蓝宝石衬底行业的精益生产管理与自动化制造升级

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　　摘  要：蓝宝石衬底制造行业近年来陆续改变生产方式，逐步导入精益生产管理与自动化设备的升级，使产品质量提升，并减少不必要的浪费。我们提出了精益生产与自动化制造结合的案例，如连续流生产、产品可靠度的提升和制造标准化等。该行业的未来发展藉由智能数据的产生，搭配可视化的管理使质量管理变为容易，提升获利空间，达成企业永续发展的目标。
　　关键词：蓝宝石衬底制造;精益生产;自动化制造
　　中图分类号：F426          文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）10-0189-02
　　Abstract： In recent years， the sapphire substrate manufacturing industry has gradually changed the mode of production and gradually introduced the upgrading of lean production management and automation equipment to improve product quality and reduce unnecessary waste. We put forward the case of the combination of lean production and automatic manufacturing， such as continuous flow production， improvement of product reliability and manufacturing standardization. The future development of the industry through the generation of intelligent data， combined with visual management to make quality management easy， is supposed to improve profit space and achieve the goal of sustainable development of the enterprise.
　　Keywords： sapphire substrate manufacturing; lean production; automatic manufacturing
　　1 精益生產与衬底制造方式介绍
　　精益生产管理（Lean Production， LP）起源于日本丰田公司，其精神在于“降低浪费”，以节约成本和降低交货周期，同时提高产品质量等，结合单件生产和大量生产两种生产方式优点而发展形成的新一类生产运营方式。精益生产方式相较于大量生产方式更能够适应现在社会生产力的发展，更适用处于快速多变的市场环境下的现代企业。
　　蓝宝石衬底（Sapphire Substrate）作为发光二极体（LED， Light-emitting Diode）的衬底材料，它具有物理化学稳定性高以及机械强度高等优点，自2008年起随着LED行业起步使衬底制造行业逐步进入大规模量产。近几年由于工业自动化概念提出后，多项制造过程陆续由手工作业型态转为自动化生产型态，提高了生产效率。
　　精益生产管理和自动化制造技术对蓝宝石衬底行业的实现转型升级非常重要，智能设备的行业应用渗透率也逐年增加[1-2]。从劳力与设备密集，发展至今大尺寸量产机型与智能化设备的合力推动，将逐步转型到智能密集的生产方式，有助于产业升级，发展更高端的产品。
　　2 精益生产与自动化制造结合的效益
　　2.1 连续流生产与减少浪费
　　精益生产过程中任何无效产能效益的活动皆属浪费，包括生产过剩、等待、运输、不良品返工、库存品呆滞、作业不合理、加工以及管理的浪费等[3-5]。当自动化设备导入后，以蓝宝石衬底切片工艺为例，可由传统插片、清洗、旋乾、外观检验及厚度分选等多项步骤，简化为高速自动一体机作业，人员上片后可由机器作业，下片时为检验且分选完毕的合格半成品，适合后续制程作业。可以降低产品等待及运输上的浪费，进而优化切片生产效率。
　　2.2 质量管理与产品可靠度
　　全面质量管理（TQM， Total Quality Management）是精益生产中的一项重要管理方式。在TQM的思想中，产品质量是最优先考虑。质量是由市场竞争、工艺设计以及生产管理等方式制造出来的，而非靠检验手段，企业若需要获得更高的利润必须要有好的产品质量才能获得竞争力。当出现异常与缺陷产品时，应要即时发现与改善，不可将异常品后流入下一段加工制程;若异常无法即时排除或改善，则需发出通报给技术单位进行处理。
　　衬底工艺流程中半成品与成品多数为人工检验的方式，缺陷如表面刮伤（Scratch）、脏污（Particle）、崩角（Chipping）等，判定标准容易因人而异，造成出货产品标准不一，且无法定量缺陷数，对于客户而言获得的是不均一的产品质量，进而失去产品优势。当自动化检验设备导入后，可以与检验前与后一段工艺（多数为清洗或包装）相结合，使良品经由自动检验判定缺陷后，符合一定数量程度后才可进行包装。另外，机台可加装刻码辨识器（OCR， Optical Character Recognition）对成品衬底进行识别，增加产品可追朔性，如此可提升衬底最终检验的可靠度与一致性，进而降低产品的变异。除此之外，衬底加工过程的研磨与抛光等工序，早期多数是由人工进行厚度分选，以千分表（Dial Indicator）进行衬底中心单点量测，而高速自动化光学检验导入后，可以有效量测准确的厚薄差（TTV， Total Thickness Variation），避免人工作业只量单点厚度的差异，使研磨与抛光作业时更具厚度品质的均匀性。 　　综合自动化与TQM两者结合后，对于质量管控部分可以将行为规范化以及质量监督等在内的模式建立，提升产品可靠度。
　　2.3 制造标准化
　　生产作业所依循的标准作业程序（SOP， Standard Operating Procedure）以往为了约束作业员在操作机台或是作业方式上的步骤，常会以长篇概述的方式撰写。此虽然是标准化作业，但仍须使作业员阅读及了解程序文件的文意，常需要耗费时间，拉长了学习曲线。许多公司认为只要汇整出详尽的规则手册，作业员就会遵守这些规则。而质量部门总喜欢用最进步的统计分析方法对大数据的资料进行分析，许多六西格码黑带高手也会习惯性的以复杂的技术方法处理重大的质量问题。但精益生产管理的精神在于使用简单的方法处理问题，一般常见的方法如：（1）现场亲自查看;（2）分析情况;（3）亲自测试一次;（4）问5次为什么等，此可对问题进行根本原因分析并找出对策。
　　当自动化设备加入生产后，可仅针对上机或下机等操作方式进行作业定义，简化SOP的章节，收敛作业员的动作，使制造更具标准化，使质量问题下降。所有规范化的文件可转移至机台设备的维护保养程序书以及保养点检表等（Check List），在自动化程度较高的文件资料，则需清楚记录每个部件（Parts）以及手臂或传送方式的位置（Position）等，使原点归位以及初始化等皆有所对点动作。
　　综合上述，当手动生产方式被批量自动化取代后，标准化制造变为一门科学的方式，促成未来持续改善精进的必要基础。
　　2.4 7S管理
　　7S是整理（Seiri）、整顿（Seiton）、清扫（Seiso）、清洁（Seikeetsu）、素养（Shitsuke）、安全（Safety）和节约（Saving）这7个词的缩写。7S对象是车间现场的“环境”全局进行综合考虑，并制订切实可行的计划与措施，从而进行标准化的管理。自动化制造导入使得工序简单与减少人员的操作，让生产复杂性降低，将可提升车间清洁，与降低维护车间环境的成本。精益生产使用7S来支持自动化连续批量生产的节拍时间，同时7S也可帮助问题浮现的一项可视化方法，若导入成功得当，将是精益生产管理流程中重要的部分。
　　3 未来发展的趋势
　　蓝宝石衬底自动化制造属于技术提升，而精益生产为先进管理方式，智能技术可以提供精益生产管理上多元化信息，使管理者判断更能准确。精益生产则可推动提高生产效率与产品质量，并且能够为自动化制造的定制化奠定基础[6]。精益生产的核心是制造有竞争性的产品并能取得获利，通过技术研发和生产过程的有效控制，对其质量管理与原物料供应链的管理等，促使智能制造实现。对于衬底制造行业在精益生产与自动化结合后未来发展趋势可汇整如下。
　　3.1 透明且可视化的管理
　　可视化管理（Visual Management）是显示关键信息的方式，如看板指标等[7]，明确告知生产检查状况以及异常处理作为，防止人为或机台失误等损失浪费的发生。通过自动化设备所产生的数据与分析结果，如衬底的生产量、人均效率以及产品检验质量分析等关键指标等。借由这些精益数字化平台的数据，使员工对于生产水平有更好的即时性控制，也可使主管能更清楚的掌握状况，整体上有助于推动整体车间的生产效率。
　　车间导入大量自动化机台后，应建立各式流程控制板（Process Control Boards）或质量检验板（Quality Control Boards）等作为整体加工流程的神经中枢，这些数据由机台中自动抛出，藉由工程师所设定的逻辑演算，带出加工信息，使工作的员工立即看出机台稼动、工作效率以及质量状况等，所有实时信息的显示设计，确保作业与流程的快速且适当执行。
　　3.2 质量控制简单化
　　当自动化后生产效率获得提升，其后必须保证生产出来的衬底质量。传统上由于人工作业比例较高，使得管理理念存在差异，因此精益生产管理可获得的质量较为可靠。又因自动化设备制造升级，许多改善测试不需要通过大批量实验即可获得实验准确性，减少人为干预的变因。在生产过程中消除许多影响衬底质量的行为，使质量的控制简单化。
　　4 结束语
　　蓝宝石衬底精益生产的自动化制造升级的意义在于通过技术升级与管理手段的相结合，保证衬底加工过程中产品的质量，从而有效降低生产成本，降低不必要的浪费等。企业可透过生产模式的改变，与因应自动化设备汰换升级，使企业获利空间增大，实现企业的规划与永续发展。综上所述，我们确信精益与自动化的理念导入是未来衬底行业可持续发展的重要基石。
　　参考文献：
　　[1]谭建荣，刘达新，刘振宇，等.数字制造到智能制造的关键技术途径研究[J].中国工程科学，2017，19（3）：39-44.
　　[2]王裙，于毅.智能型機械自动化的发展趋势探析[J].山东工业技术，2016（9）：84.
　　[3]祝雅芳.机械制造企业精益化生产管理论述[J].科技创新与应用，2018（24）：189-190.
　　[4]郎春梅，麻鹏.论精益生产对品质成本的影响[J].科技经济导刊，2017（9）：251.
　　[5]李南，张全海.制造企业质量成本管理信息系统设计与研究[J].中国科技信息，2011（16）：144-145.
　　[6]张其贵.企业精益生产数字化与智能机械制造融合的研究[J].科学家，2015（11）：38-39.
　　[7]童剑飞.关于实践中推进精益生产方式的研究[J].中国高新技术企业，2013（17）：141-142.
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