陳瑤++徐廣軍

【摘 要】S公司是專業(yè)的彩色濾光片生產(chǎn)企業(yè)，在多品種小批量模式下產(chǎn)線切換的工時(shí)損失對(duì)生產(chǎn)效率的影響日益增大，因此，快速換線技術(shù)的研究和應(yīng)用對(duì)于減少稼動(dòng)損失、提升設(shè)備效率具有至關(guān)重要的意義。通過(guò)剖析生產(chǎn)切換流程的各個(gè)環(huán)節(jié)，運(yùn)用工業(yè)工程的理念和方法，得到縮短切換時(shí)間的可行措施，并在企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中得到廣泛應(yīng)用。

【Abstract】The S company is a professional enterprise in color filter manufacturing， whose production efficiency severely affected by product switching under the multi varieties and small batch circumstance， therefore the research and application of SMED is very important for reducing working time loss and improving equipment utilization efficiency. This paper analyzed all aspects of the product switching process with IE theories， obtained the feasible measures to shorten the switching time， which have been widely used.

【關(guān)鍵詞】彩色濾光片；快速換線；工業(yè)工程；生產(chǎn)效率

【Keywords】color filter； SMED； IE； production efficiency

【中圖分類號(hào)】TH186 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）03-0114-03

1 引言

彩色濾光片（Color Filter，CF）是液晶顯示器件彩色化的關(guān)鍵零組件[1]，隨著顯示技術(shù)的發(fā)展，消費(fèi)市場(chǎng)步入存量替換階段，多樣化、個(gè)性化成為發(fā)展趨勢(shì)，“多品種小批量”也逐漸成為S公司生產(chǎn)模式的主流。在此情況下，產(chǎn)線切換對(duì)生產(chǎn)效率、綜合成本等方面的影響越加凸顯，如何降低切換損失成為企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

產(chǎn)線切換是指生產(chǎn)品種發(fā)生更迭時(shí)，為滿足后繼品種生產(chǎn)需要而進(jìn)行的產(chǎn)線調(diào)整、試產(chǎn)確認(rèn)等一系列工作，是無(wú)法完全避免卻并不創(chuàng)造價(jià)值的活動(dòng)[2]。為適應(yīng)少量多變的市場(chǎng)環(huán)

境，快速切換的理念和方法應(yīng)運(yùn)而生，它是基于工業(yè)工程理論，將產(chǎn)品換模、生產(chǎn)啟動(dòng)及調(diào)整確認(rèn)等時(shí)間盡可能減少的一種過(guò)程改進(jìn)方法，能有效縮短停機(jī)切換時(shí)間，提升產(chǎn)線的綜合效率，增強(qiáng)生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性[3]。

在快速切換的研究和應(yīng)用方面，日本豐田汽車首創(chuàng)的快速換模技術(shù)（Single Minute Exchange of Dies，SMED）是持續(xù)優(yōu)化切換流程使用最多的工具[4]。為了減少切換動(dòng)作的影響，實(shí)現(xiàn)柔性制造，關(guān)鍵在于依據(jù)是否影響設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)將切換作業(yè)內(nèi)容分為“內(nèi)部作業(yè)”和“外部作業(yè)”兩類，并盡量把“內(nèi)部作業(yè)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤巴獠孔鳂I(yè)”，縮短作業(yè)時(shí)間以保證準(zhǔn)備工作的快速完成。

2 產(chǎn)線切換存在的問(wèn)題

CF產(chǎn)品切換準(zhǔn)備過(guò)程的對(duì)象主要是光阻材料、工藝參數(shù)以及部分工裝治具。近年來(lái)為順應(yīng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和市場(chǎng)需求潮流，CF向高精細(xì)、廣色域發(fā)展的同時(shí)，產(chǎn)品還要滿足市場(chǎng)多樣化的需求，因而材料種類相應(yīng)日益增多。當(dāng)光阻材料之間所需曝光光譜存在較大差異時(shí)，產(chǎn)線切換工作尤其是工裝治具交換的難度隨之增大。

曝光光譜按波長(zhǎng)通?？煞譃椋篏 Line，H Line，I Line，J Line和K Line，同一型號(hào)曝光燈的發(fā)光光譜可認(rèn)為是固定的，改變光譜只能通過(guò)吸收特定波段的濾鏡（或玻璃）來(lái)實(shí)現(xiàn)，譬如負(fù)壓玻璃。所謂負(fù)壓玻璃是用來(lái)構(gòu)建負(fù)壓腔室的透明材料，是紫外光線必須經(jīng)過(guò)的機(jī)構(gòu)，其吸收特征會(huì)對(duì)最終的曝光光譜產(chǎn)生影響。S公司的負(fù)壓玻璃分高透玻璃和石英玻璃兩種，主要差異在于對(duì)J （334nm）、K （313nm）波段的吸收程度，當(dāng)光阻材料感光特性變更時(shí)，負(fù)壓玻璃也隨之需要更換，但此過(guò)程不僅耗費(fèi)人手多、時(shí)間長(zhǎng)，還存在品質(zhì)隱患。

3 快速切線技術(shù)應(yīng)用

SMED的實(shí)踐主要是基于工業(yè)工程理念，運(yùn)用工作研究中的方法研究和作業(yè)測(cè)定兩大技術(shù)，采用“5W1H技術(shù)”和“ECRS原則”對(duì)切換流程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并著手改善，其操作流程一般分為以下五個(gè)步驟：

①計(jì)算總體切換時(shí)間：分解切換過(guò)程動(dòng)作、測(cè)量動(dòng)作作業(yè)時(shí)間，并計(jì)算總體時(shí)間；

②劃分內(nèi)外部作業(yè)：依作業(yè)內(nèi)容是否要求設(shè)備停機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)，初步劃定內(nèi)外部作業(yè)的范疇；

③內(nèi)外部作業(yè)轉(zhuǎn)化：減少內(nèi)部作業(yè)內(nèi)容以縮短停機(jī)時(shí)間；

④縮短內(nèi)部作業(yè)時(shí)間：利用合并、調(diào)整等方式以縮短時(shí)間；

⑤改進(jìn)外部作業(yè)流程。

3.1 計(jì)算總體切換時(shí)間

依據(jù)工業(yè)工程理念，對(duì)于產(chǎn)品切換全過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行時(shí)間測(cè)定以確定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間主要通過(guò)觀測(cè)熟練操作工人完成各個(gè)動(dòng)作的有效工作時(shí)間，并考量環(huán)境、壓力和疲勞等因素的影響后計(jì)算得出[5]。

CF產(chǎn)品切換的準(zhǔn)備工作主要分兩類：第一類是任何產(chǎn)品切換都必須完成的動(dòng)作，主要有制程能力切換、光罩交換、工藝參數(shù)切換等；另一類是部分產(chǎn)品切換才需要的作業(yè)，如光阻材料交換、負(fù)壓玻璃更換等。通過(guò)對(duì)切換流程的各個(gè)程序進(jìn)行時(shí)間測(cè)定，并將可以并行開展的工作進(jìn)行統(tǒng)籌優(yōu)化后，匯總準(zhǔn)備工作項(xiàng)目及對(duì)應(yīng)時(shí)間：在需要進(jìn)行負(fù)壓玻璃更換的情況下，切換過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間計(jì)算值在200min左右。

3.2 劃分內(nèi)外部作業(yè)

列舉產(chǎn)線切換準(zhǔn)備工作列表，并依據(jù)內(nèi)外部作業(yè)的含義對(duì)其進(jìn)行區(qū)分，匯總對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間如表1所示。

其中，“光阻領(lǐng)料與回溫”是耗時(shí)特別長(zhǎng)的外部作業(yè)，萬(wàn)一發(fā)生領(lǐng)料錯(cuò)誤，它就會(huì)轉(zhuǎn)化成內(nèi)部作業(yè)而極大影響切換時(shí)間。CF型號(hào)和材料種類都非常多、對(duì)應(yīng)關(guān)系復(fù)雜，因此需要制定作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和確認(rèn)手順，依據(jù)產(chǎn)品BOM及時(shí)領(lǐng)料并確認(rèn)以免影響切換時(shí)間。

3.3 內(nèi)外部作業(yè)轉(zhuǎn)化

作業(yè)類型轉(zhuǎn)化或者作業(yè)時(shí)間轉(zhuǎn)移的最終目的其實(shí)是一致的，即盡可能地將切換過(guò)程所需的各個(gè)環(huán)節(jié)在時(shí)間軸上分散開來(lái)，使人力資源可以在某個(gè)時(shí)間段達(dá)到最大程度的集中，從而縮短作業(yè)時(shí)間。

CF生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化、信息化程度很高，在系統(tǒng)中可以建立產(chǎn)品型號(hào)與參數(shù)（Recipe）兩者的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而由系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品型號(hào)檢索對(duì)應(yīng)參數(shù)號(hào)碼、并控制設(shè)備單元自動(dòng)進(jìn)行切換。

多數(shù)設(shè)備的手動(dòng)切換需要停止運(yùn)轉(zhuǎn)后才能操作，而自動(dòng)切換沒(méi)有這個(gè)限制，因此熟悉并合理利用現(xiàn)代化、信息化的工具可以實(shí)現(xiàn)某些內(nèi)外部作業(yè)內(nèi)容的轉(zhuǎn)化，從而省略了“停止-切換-啟動(dòng)-穩(wěn)定”這個(gè)不必要的流程。

3.4 縮短內(nèi)部作業(yè)時(shí)間

縮短內(nèi)部作業(yè)時(shí)間的重點(diǎn)是縮短關(guān)鍵作業(yè)即負(fù)壓玻璃更換的時(shí)間，負(fù)壓玻璃裝載于曝光機(jī)內(nèi)部，位于整個(gè)光路系統(tǒng)的末端（見(jiàn)圖1），光路系統(tǒng)的構(gòu)成大致如下：光源發(fā)出的紫外光線由橢球鏡聚焦并反射到第一平面鏡，利用蠅眼（Flyeye）改善均勻性和平行度后，經(jīng)反射鏡和第二平面鏡改變光路，形成豎直向下的平行光線并依次穿透負(fù)壓玻璃、光罩，最終照射到基板表面。圖1中，光路是否經(jīng)過(guò)濾鏡可通過(guò)機(jī)械動(dòng)作移動(dòng)其位置來(lái)控制。

負(fù)壓玻璃不具備簡(jiǎn)易拆裝的功能，更換和清潔難度都很大：

① 拆裝難度大，需要專人操作且耗時(shí)兩小時(shí)以上，人力和工時(shí)損失可觀；

②表面清潔度要求高，但其安裝位置狹小而難以作業(yè)，常需返工導(dǎo)致時(shí)間難以掌控；

③曝光腔室潔凈度要求達(dá)到100級(jí)，人員進(jìn)出會(huì)引起潔凈度惡化，影響制品良率。

有鑒于此，負(fù)壓玻璃切換流程優(yōu)化成為刻不容緩的課題。在此對(duì)負(fù)壓玻璃功能以及交換過(guò)程各要素進(jìn)行考量，從多維度提出問(wèn)題并應(yīng)用簡(jiǎn)化、重排、合并、剔除等原則對(duì)流程進(jìn)行檢討。

從功能上看，吸收光譜的切換是工藝所必需的（不能剔除）、最初由負(fù)壓玻璃更換實(shí)現(xiàn)，但濾鏡才是設(shè)計(jì)用以改變曝光光譜的機(jī)構(gòu)，若能找到合適型號(hào)配合負(fù)壓玻璃起到同等效果，可使負(fù)壓玻璃回歸其原本作用（功能簡(jiǎn)化），而將吸收光譜轉(zhuǎn)換的功能劃歸給濾鏡（功能重排）；從方法上，濾鏡通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)切換，且可通過(guò)工藝參數(shù)預(yù)設(shè)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；從地點(diǎn)和時(shí)間上，濾鏡機(jī)構(gòu)位于曝光機(jī)外，更換、清潔等操作不會(huì)影響曝光腔體潔凈度，而且切換動(dòng)作無(wú)須額外時(shí)間。

據(jù)此，改善方向得以明確，即負(fù)壓玻璃固定化，光譜吸收功能由濾鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們通過(guò)思路創(chuàng)新找到了理想的解決辦法：石英玻璃對(duì)各波長(zhǎng)段透過(guò)率都較高，將負(fù)壓玻璃種類固定為石英玻璃，同時(shí)將高透玻璃切割成濾鏡相同尺寸、當(dāng)成濾鏡安裝，通過(guò)參數(shù)控制使用與否來(lái)實(shí)現(xiàn)兩種組合即“石英玻璃”“石英玻璃+高透玻璃”。跟優(yōu)化前相比，區(qū)別在于組合②多經(jīng)過(guò)一道石英玻璃，但石英玻璃在全波段透過(guò)率都較高，對(duì)實(shí)際使用效果影響甚微。

3.5 改進(jìn)外部作業(yè)流程

一方面，改進(jìn)外部作業(yè)流程可以減少切換作業(yè)的人工，合理分配作業(yè)內(nèi)容，以達(dá)到勞動(dòng)強(qiáng)度的分散和平衡；另一方面，效率低下的切換往往在找尋、取放工具方面耗費(fèi)了過(guò)多的時(shí)間，因此縮短外部作業(yè)時(shí)間還要徹底推行5S。

4 成果及展望

實(shí)現(xiàn)以“多品種小批量”為特征的均衡化生產(chǎn)，最關(guān)鍵和最困難的一點(diǎn)就是設(shè)備的快速換裝調(diào)整問(wèn)題。通過(guò)合理運(yùn)用快速換線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了濾光玻璃切換的自動(dòng)化、降低了人力成本和品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，更為重要的是將每次切換時(shí)間縮短110min之多。按照目前的切換頻度來(lái)算，可減少產(chǎn)線稼動(dòng)損失約400h/a，每年實(shí)現(xiàn)新增銷售收入88萬(wàn)元以上。

快速換線技術(shù)的意義不僅在于產(chǎn)能的提升，而且提高了企業(yè)柔性生產(chǎn)的能力，使生產(chǎn)更加靈活、品質(zhì)損失減少，能夠快速應(yīng)對(duì)多變的市場(chǎng)，為企業(yè)的生存和發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

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