藍(lán)寶石襯底行業(yè)的精益生產(chǎn)管理與自動(dòng)化制造升級(jí)

周志豪 馬進(jìn)東 劉聰毅 陳銘欣

摘? 要：藍(lán)寶石襯底制造行業(yè)近年來(lái)陸續(xù)改變生產(chǎn)方式，逐步導(dǎo)入精益生產(chǎn)管理與自動(dòng)化設(shè)備的升級(jí)，使產(chǎn)品質(zhì)量提升，并減少不必要的浪費(fèi)。我們提出了精益生產(chǎn)與自動(dòng)化制造結(jié)合的案例，如連續(xù)流生產(chǎn)、產(chǎn)品可靠度的提升和制造標(biāo)準(zhǔn)化等。該行業(yè)的未來(lái)發(fā)展藉由智能數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，搭配可視化的管理使質(zhì)量管理變?yōu)槿菀祝嵘@利空間，達(dá)成企業(yè)永續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：藍(lán)寶石襯底制造;精益生產(chǎn);自動(dòng)化制造

中圖分類(lèi)號(hào)：F426? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：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(chǎn)與襯底制造方式介紹

精益生產(chǎn)管理（Lean Production， LP）起源于日本豐田公司，其精神在于“降低浪費(fèi)”，以節(jié)約成本和降低交貨周期，同時(shí)提高產(chǎn)品質(zhì)量等，結(jié)合單件生產(chǎn)和大量生產(chǎn)兩種生產(chǎn)方式優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展形成的新一類(lèi)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)方式。精益生產(chǎn)方式相較于大量生產(chǎn)方式更能夠適應(yīng)現(xiàn)在社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，更適用處于快速多變的市場(chǎng)環(huán)境下的現(xiàn)代企業(yè)。

藍(lán)寶石襯底（Sapphire Substrate）作為發(fā)光二極體（LED， Light-emitting Diode）的襯底材料，它具有物理化學(xué)穩(wěn)定性高以及機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，自2008年起隨著LED行業(yè)起步使襯底制造行業(yè)逐步進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)。近幾年由于工業(yè)自動(dòng)化概念提出后，多項(xiàng)制造過(guò)程陸續(xù)由手工作業(yè)型態(tài)轉(zhuǎn)為自動(dòng)化生產(chǎn)型態(tài)，提高了生產(chǎn)效率。

精益生產(chǎn)管理和自動(dòng)化制造技術(shù)對(duì)藍(lán)寶石襯底行業(yè)的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)非常重要，智能設(shè)備的行業(yè)應(yīng)用滲透率也逐年增加[1-2]。從勞力與設(shè)備密集，發(fā)展至今大尺寸量產(chǎn)機(jī)型與智能化設(shè)備的合力推動(dòng)，將逐步轉(zhuǎn)型到智能密集的生產(chǎn)方式，有助于產(chǎn)業(yè)升級(jí)，發(fā)展更高端的產(chǎn)品。

2 精益生產(chǎn)與自動(dòng)化制造結(jié)合的效益

2.1 連續(xù)流生產(chǎn)與減少浪費(fèi)

精益生產(chǎn)過(guò)程中任何無(wú)效產(chǎn)能效益的活動(dòng)皆屬浪費(fèi)，包括生產(chǎn)過(guò)剩、等待、運(yùn)輸、不良品返工、庫(kù)存品呆滯、作業(yè)不合理、加工以及管理的浪費(fèi)等[3-5]。當(dāng)自動(dòng)化設(shè)備導(dǎo)入后，以藍(lán)寶石襯底切片工藝為例，可由傳統(tǒng)插片、清洗、旋乾、外觀檢驗(yàn)及厚度分選等多項(xiàng)步驟，簡(jiǎn)化為高速自動(dòng)一體機(jī)作業(yè)，人員上片后可由機(jī)器作業(yè)，下片時(shí)為檢驗(yàn)且分選完畢的合格半成品，適合后續(xù)制程作業(yè)。可以降低產(chǎn)品等待及運(yùn)輸上的浪費(fèi)，進(jìn)而優(yōu)化切片生產(chǎn)效率。

2.2 質(zhì)量管理與產(chǎn)品可靠度

全面質(zhì)量管理（TQM， Total Quality Management）是精益生產(chǎn)中的一項(xiàng)重要管理方式。在TQM的思想中，產(chǎn)品質(zhì)量是最優(yōu)先考慮。質(zhì)量是由市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、工藝設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)管理等方式制造出來(lái)的，而非靠檢驗(yàn)手段，企業(yè)若需要獲得更高的利潤(rùn)必須要有好的產(chǎn)品質(zhì)量才能獲得競(jìng)爭(zhēng)力。當(dāng)出現(xiàn)異常與缺陷產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)要即時(shí)發(fā)現(xiàn)與改善，不可將異常品后流入下一段加工制程;若異常無(wú)法即時(shí)排除或改善，則需發(fā)出通報(bào)給技術(shù)單位進(jìn)行處理。

襯底工藝流程中半成品與成品多數(shù)為人工檢驗(yàn)的方式，缺陷如表面刮傷（Scratch）、臟污（Particle）、崩角（Chipping）等，判定標(biāo)準(zhǔn)容易因人而異，造成出貨產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不一，且無(wú)法定量缺陷數(shù)，對(duì)于客戶(hù)而言獲得的是不均一的產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)而失去產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)。當(dāng)自動(dòng)化檢驗(yàn)設(shè)備導(dǎo)入后，可以與檢驗(yàn)前與后一段工藝（多數(shù)為清洗或包裝）相結(jié)合，使良品經(jīng)由自動(dòng)檢驗(yàn)判定缺陷后，符合一定數(shù)量程度后才可進(jìn)行包裝。另外，機(jī)臺(tái)可加裝刻碼辨識(shí)器（OCR， Optical Character Recognition）對(duì)成品襯底進(jìn)行識(shí)別，增加產(chǎn)品可追朔性，如此可提升襯底最終檢驗(yàn)的可靠度與一致性，進(jìn)而降低產(chǎn)品的變異。除此之外，襯底加工過(guò)程的研磨與拋光等工序，早期多數(shù)是由人工進(jìn)行厚度分選，以千分表（Dial Indicator）進(jìn)行襯底中心單點(diǎn)量測(cè)，而高速自動(dòng)化光學(xué)檢驗(yàn)導(dǎo)入后，可以有效量測(cè)準(zhǔn)確的厚薄差（TTV， Total Thickness Variation），避免人工作業(yè)只量單點(diǎn)厚度的差異，使研磨與拋光作業(yè)時(shí)更具厚度品質(zhì)的均勻性。

綜合自動(dòng)化與TQM兩者結(jié)合后，對(duì)于質(zhì)量管控部分可以將行為規(guī)范化以及質(zhì)量監(jiān)督等在內(nèi)的模式建立，提升產(chǎn)品可靠度。

2.3 制造標(biāo)準(zhǔn)化

生產(chǎn)作業(yè)所依循的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序（SOP， Standard Operating Procedure）以往為了約束作業(yè)員在操作機(jī)臺(tái)或是作業(yè)方式上的步驟，常會(huì)以長(zhǎng)篇概述的方式撰寫(xiě)。此雖然是標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，但仍須使作業(yè)員閱讀及了解程序文件的文意，常需要耗費(fèi)時(shí)間，拉長(zhǎng)了學(xué)習(xí)曲線(xiàn)。許多公司認(rèn)為只要匯整出詳盡的規(guī)則手冊(cè)，作業(yè)員就會(huì)遵守這些規(guī)則。而質(zhì)量部門(mén)總喜歡用最進(jìn)步的統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)大數(shù)據(jù)的資料進(jìn)行分析，許多六西格碼黑帶高手也會(huì)習(xí)慣性的以復(fù)雜的技術(shù)方法處理重大的質(zhì)量問(wèn)題。但精益生產(chǎn)管理的精神在于使用簡(jiǎn)單的方法處理問(wèn)題，一般常見(jiàn)的方法如：（1）現(xiàn)場(chǎng)親自查看;（2）分析情況;（3）親自測(cè)試一次;（4）問(wèn)5次為什么等，此可對(duì)問(wèn)題進(jìn)行根本原因分析并找出對(duì)策。

當(dāng)自動(dòng)化設(shè)備加入生產(chǎn)后，可僅針對(duì)上機(jī)或下機(jī)等操作方式進(jìn)行作業(yè)定義，簡(jiǎn)化SOP的章節(jié)，收斂作業(yè)員的動(dòng)作，使制造更具標(biāo)準(zhǔn)化，使質(zhì)量問(wèn)題下降。所有規(guī)范化的文件可轉(zhuǎn)移至機(jī)臺(tái)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)程序書(shū)以及保養(yǎng)點(diǎn)檢表等（Check List），在自動(dòng)化程度較高的文件資料，則需清楚記錄每個(gè)部件（Parts）以及手臂或傳送方式的位置（Position）等，使原點(diǎn)歸位以及初始化等皆有所對(duì)點(diǎn)動(dòng)作。

綜合上述，當(dāng)手動(dòng)生產(chǎn)方式被批量自動(dòng)化取代后，標(biāo)準(zhǔn)化制造變?yōu)橐婚T(mén)科學(xué)的方式，促成未來(lái)持續(xù)改善精進(jìn)的必要基礎(chǔ)。

2.4 7S管理

7S是整理（Seiri）、整頓（Seiton）、清掃（Seiso）、清潔（Seikeetsu）、素養(yǎng)（Shitsuke）、安全（Safety）和節(jié)約（Saving）這7個(gè)詞的縮寫(xiě)。7S對(duì)象是車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)的“環(huán)境”全局進(jìn)行綜合考慮，并制訂切實(shí)可行的計(jì)劃與措施，從而進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的管理。自動(dòng)化制造導(dǎo)入使得工序簡(jiǎn)單與減少人員的操作，讓生產(chǎn)復(fù)雜性降低，將可提升車(chē)間清潔，與降低維護(hù)車(chē)間環(huán)境的成本。精益生產(chǎn)使用7S來(lái)支持自動(dòng)化連續(xù)批量生產(chǎn)的節(jié)拍時(shí)間，同時(shí)7S也可幫助問(wèn)題浮現(xiàn)的一項(xiàng)可視化方法，若導(dǎo)入成功得當(dāng)，將是精益生產(chǎn)管理流程中重要的部分。

3 未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)

藍(lán)寶石襯底自動(dòng)化制造屬于技術(shù)提升，而精益生產(chǎn)為先進(jìn)管理方式，智能技術(shù)可以提供精益生產(chǎn)管理上多元化信息，使管理者判斷更能準(zhǔn)確。精益生產(chǎn)則可推動(dòng)提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，并且能夠?yàn)樽詣?dòng)化制造的定制化奠定基礎(chǔ)[6]。精益生產(chǎn)的核心是制造有競(jìng)爭(zhēng)性的產(chǎn)品并能取得獲利，通過(guò)技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程的有效控制，對(duì)其質(zhì)量管理與原物料供應(yīng)鏈的管理等，促使智能制造實(shí)現(xiàn)。對(duì)于襯底制造行業(yè)在精益生產(chǎn)與自動(dòng)化結(jié)合后未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)可匯整如下。

3.1 透明且可視化的管理

可視化管理（Visual Management）是顯示關(guān)鍵信息的方式，如看板指標(biāo)等[7]，明確告知生產(chǎn)檢查狀況以及異常處理作為，防止人為或機(jī)臺(tái)失誤等損失浪費(fèi)的發(fā)生。通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與分析結(jié)果，如襯底的生產(chǎn)量、人均效率以及產(chǎn)品檢驗(yàn)質(zhì)量分析等關(guān)鍵指標(biāo)等。借由這些精益數(shù)字化平臺(tái)的數(shù)據(jù)，使員工對(duì)于生產(chǎn)水平有更好的即時(shí)性控制，也可使主管能更清楚的掌握狀況，整體上有助于推動(dòng)整體車(chē)間的生產(chǎn)效率。

車(chē)間導(dǎo)入大量自動(dòng)化機(jī)臺(tái)后，應(yīng)建立各式流程控制板（Process Control Boards）或質(zhì)量檢驗(yàn)板（Quality Control Boards）等作為整體加工流程的神經(jīng)中樞，這些數(shù)據(jù)由機(jī)臺(tái)中自動(dòng)拋出，藉由工程師所設(shè)定的邏輯演算，帶出加工信息，使工作的員工立即看出機(jī)臺(tái)稼動(dòng)、工作效率以及質(zhì)量狀況等，所有實(shí)時(shí)信息的顯示設(shè)計(jì)，確保作業(yè)與流程的快速且適當(dāng)執(zhí)行。

3.2 質(zhì)量控制簡(jiǎn)單化

當(dāng)自動(dòng)化后生產(chǎn)效率獲得提升，其后必須保證生產(chǎn)出來(lái)的襯底質(zhì)量。傳統(tǒng)上由于人工作業(yè)比例較高，使得管理理念存在差異，因此精益生產(chǎn)管理可獲得的質(zhì)量較為可靠。又因自動(dòng)化設(shè)備制造升級(jí)，許多改善測(cè)試不需要通過(guò)大批量實(shí)驗(yàn)即可獲得實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性，減少人為干預(yù)的變因。在生產(chǎn)過(guò)程中消除許多影響襯底質(zhì)量的行為，使質(zhì)量的控制簡(jiǎn)單化。

4 結(jié)束語(yǔ)

藍(lán)寶石襯底精益生產(chǎn)的自動(dòng)化制造升級(jí)的意義在于通過(guò)技術(shù)升級(jí)與管理手段的相結(jié)合，保證襯底加工過(guò)程中產(chǎn)品的質(zhì)量，從而有效降低生產(chǎn)成本，降低不必要的浪費(fèi)等。企業(yè)可透過(guò)生產(chǎn)模式的改變，與因應(yīng)自動(dòng)化設(shè)備汰換升級(jí)，使企業(yè)獲利空間增大，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的規(guī)劃與永續(xù)發(fā)展。綜上所述，我們確信精益與自動(dòng)化的理念導(dǎo)入是未來(lái)襯底行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要基石。

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