近年因應各類產品的多元化及快速發展,在生產線系統漸趨精密與產品良率的邊際成本要求下,量產過程中的所有環節也逐漸受到重視。由于維持生產線的順暢運作絕對是強化產品良率的重要因素,尤其是生產線系統上各項設備在制造時的狀況需要隨時掌握,這也逐漸填補了控制與量測之間的差異。
過去廠商并不會太過注意產線的些微變化,因為產品毋須要求「高精度」,這些變化也不會降低產品的良率;但在產品愈發精密及復雜化之際,任何設備上的變化,哪怕再微小,都可能就會影響到產品組件的良率,因此維護產線的穩定性即成為提升產品良率的重點項目,而透過量測儀器來檢測系統是否仍維持生產水平,就成為兩者之間銜接的一道橋梁。
目前來說,自動化產業最擔心的就是停工的成本,一般而言自動化設備每個零組件的壽命均不同,如果總是在設備出問題之后才進行維修,除了維修頻率將會隨著零組件老化速度不同而難以預測與控制外,設備的損害規模也會因時間遞延而無法預期。
安全驗證機構UL分析,自動化設備最大的兩個問題在于自動化「接口的設計」與設備的「長期可靠性」,面對這兩個問題,更困難的面向,是如何找出自動化系統的弱點并加以驗證或改善。因此自動化系統的測試驗證為焦點,主要在于針對架構設計的整體評估。
這類測試驗證,除了必須針對系統本身的弱點以外,亦要兼顧使用情況,才能定義測試的項目及其測試的相關參數,舉例來說,自動化系統的裝配線現場,有可能會因電源的穩定性、檢測設備的正確性、允許誤差以及負載荷重的改變 ,進而影響到生產線設備的運作,因此如何維持設備能夠正常運作,又不會受到外界干擾源的影響則是考慮重點,而其中又以傳感器必須特別注意;傳感器是自動化系統智能化的核心,但也是最容易受到干擾的對象,一旦有電磁干擾或溫濕度變化,都可能影響其特性,而反饋到自動化系統的運作造成誤差。
除此之外,在加上產線制造精密組件時,包括震動或溫度的變化,也可能造成組件損壞而降低生產良率,因此如何事前預防,甚或是實時趨吉避兇,已成為自動化量測可介入的重要面向。
美商國家儀器 (National Instruments, NI)也指出,以簡化的角度觀察,自動化設備的檢測面向重點,不外乎包括「噪聲」、「溫度」及「震動」的量測,并透過得出的數據來分析自動化設備是否仍正常運作,以較「被動」的方式監控設備的運行狀況,但被動性的進行設備維護,對生產線的成本效益并非有利,NI也同意,由于時間成本及設備耗損將直接面對的是生產成本的提升,因此透過系統隨時的自我診斷與示警,就成為自動化量測可介入的系統面向,讓控制與量測更進一步的鏈接起來。
實時因應新變化 產線自我檢證有必要
過去是經由「經驗」,在發現設備有異時再以被動方式透過檢測儀器測知設備病灶,近期開始有計劃地導入自動化量測,并訂定系統的設計及運作標準,讓用戶得以由完整的輪廓監控設備狀態,成為目前市場主要的發展面向。
從設備設計觀點觀察,UL分析,完整的量化失效分析(FMEA)可說是整個自動化設備設計的核心設計技術之一,FMEA不只要了解自動化設備是如何失效的,還要了解失效模式引發的嚴重性,也必須了解失效模式間的相關性與可靠度的加成關系,才能夠進行最終系統可靠度的推導工作;對于每種潛在的原因,都必須針對其對于產品或加工處理過程的影響而加以考慮,并根據相應的風險,確定所要采取的行動措施,并在行動措施完成之后對風險重新加以評估。
評估系統的運作壽命與維修的機制,甚至利用適當的備用系統,以較低成本的系統架構達到高可靠度的設計,UL指出,前述認證標準的重大特征,就是協助設計者能夠參考公用的設計與數據,迅速建立自身設備的系統架構,或者改善設計,達到設備的預期目標。
但FMEA的困難處在于必須依照系統的弱點設立相關認證測試,這并沒有制式化的測試項目與方法,相對于以傳統固定測試項目的標準概念,有著相當不同的作法,也讓業者較難了解標準的核心與產品的認證方法。
因此像UL這類標準認證單位,必須要協助制造商建立零組件與系統的可靠度數據,并輔以自動化的量測設備進行定時或實時的監控,以找到優化的維修時間點與更換零組件計劃,來維持整體系統的健康運作,避免產生頭痛醫頭、腳痛醫腳而忽略更深層次的系統健康問題;更積極的做法,可透過相關信息設計相對低成本高效率的備用系統,將系統的零組件壽命條件調整一致,減少不必要的高價零件系統,以降低系統風險與節省成本,這也是自動化量測介入的重點面向。
因此透過檢測分析建立可靠度,采取產線預知性的維護,以降低生產力的浪費而提高獲利能力,的確已成為系統發展的重點面向。量測設備或許型態有所演變,但本質未變的情況下,掌握自動化測試關鍵加速產品周期的整體效能,的確可認定為產業成功的要素,這其中包括軟硬件的整合,以及透過信息統合進行系統更完整的分析,此兩面向也成為量測廠商整備的思考重點。