背光膜片組裝靜電吸附問題改善研究

張繼剛 陸志強

(同濟大學 機械與能源工程學院 上海201804)

近年來提出工業4.0，智能制造2025規劃，且隨著人口紅利衰退，自動設備不斷改善以及計算機網絡技術的飛速發展，制造業由傳統手工作業模式向自動化生產線轉化的時機已成熟，但對于制造企業，尤其是勞動力密集型企業，產線設備的特性與產品設計匹配成為企業轉型的一個關鍵問題，且需企業自行摸索，無前車可鑒[1]。

本文從Q公司自動線實際現狀出發，對自動線光學薄膜組裝過程中出現的靜電吸附問題進行研究，利用工業工程所學知識進行分析改善，最后將結果應用于實際產線及產品。

1 分析解決問題的8D方法

8D方法來源于二戰的“軍事標準1520”用以尋找解決問題，并為美國福特汽車公司所借鑒，應用于汽車制造中，通過此法解決生產制作過程中出現的各種ISSUE[2]，實施步驟如圖1所示。

2 Q公司現狀

Q公司目前已擁有全自動流水線10條，每條線體月產約100K PCS模組，線體以流水形式呈直線型排列，各站點各自進行本站點裝配工作，可實現從單一原材輸入直至成品模組產出。

各站點均設有報警裝置，一旦某一環節出現問題，即會閃紅燈報警，該站點即會停止運作，需人員排除故障后方可繼續運行。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種在棱鏡片及反射片，模組常用擴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）的吸附問題尤為嚴重，因此即以LENS作為主要研究改善對象。

在膜片組裝環節，自動線使用機械臂結合真空吸附方式，直接將膜片從料盤吸出后進行組裝。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。機械臂每次吸取一張進行下一階段組裝，但因膜片表面存在靜電，導致同時吸取2張膜片的情況，且隨著靜電量變大，嚴重時可同時吸附3PCS，導致幾臺卡料及拋料，嚴重影響線體TT，造成不必要的物料浪費。機械臂夾取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提請相關單位改善。引起上層領導的高度重視，竭力推動此問題的改善。

3 吸附問題現狀

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

目前一條線體一天產能約為3-4K片模塊，其中1片模塊使用2張棱鏡片，拋料率為一日內實際拋料數與投入總棱鏡片數量比值，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量，宕機數表示因膜片吸附卡料造成線體膜片組裝單元宕機的次數。

從圖5可見半月中Q公司膜片拋料率居高不下，最高達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/張計算。則該條線損失計算公式為：

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

一年預計損失超131萬，且其中并未計入因宕機造成整條線TT時間拉長，影響線體產出總量，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性遺漏，無法找到問題的根本原因，此專案采用8D方法，并結合5M1E分析法，從人、機、料、法、環、測等方面進行原因排查，對根因采用DOE法進行逐項驗證，找到最佳參數及方案，最終將改善按統合應用于產線實際生產，達到改善的目的。

建立臨時小組：PD、INT、SQE、供應商、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）進行可能原因篩查。

表1所示為問題根因排查項目展開。

表1 問題根因排查項目展開

通過圖6魚骨圖及表1根因展開可以發現，產線存在諸多問題，經排查后，將部分低級問題先行改善，余下幾項為造成靜電吸附的主要原因，將逐一對其進行專項改善。

根因1：傳送帶速度，通過DOE實驗結合靜電棒廠家的產品說明，將膜片清潔傳送帶速度設置成不同檔位（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，結合產線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。

表2 傳送帶速率靜電值關系

根因2：離子風扇角度及數量,排查離子風扇角度，使其切實對準膜片入料位置，同時由原1臺離子風扇增加至左右各一臺。

根因3：機械臂行程，因通過實際觀察發現，機械臂下探吸取一張后膜片后會進行上下抖動動作，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實驗計算，行程/拋料率=最佳參數，將圖7中原1行程縮短至2行程，并由實驗確定2最佳行程，也即最不易帶料的距離，同時將抖動數由3次變為2次。

根因4：保護膜材質，經過量測發現問題保護膜表面粗糙度Ra0.1低于正常品一半，對材質進行變更，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，使機械臂下探導致的真空靜電吸附狀況可有所緩解。

表3 現行保護膜表面粗糙度量測

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

5 結語

運用工業工程及QC基本工具解決工廠實際生產問題，便捷有效，能給企業帶來較好的實際效益。對相關知識也非常值得進一步學習研究。