Технические достижения Индустрии 4.0 создают новые проблемы для производства печатных плат

Индустрия 4.0 обещает огромный рост эффективности и производительности автоматизации производственных данных, отчасти благодаря параллельным достижениям в автомобилестроении, Интернете вещей (IoT) и искусственном интеллекте (AI). Заглядывая в будущее, мы можем представить себе промышленные процессы, в которых машины будут нести ответственность за конкретные «изученные» задачи, используя замкнутые контуры обратной связи, посредством которых высокодетализированные производственные данные отслеживаются и сообщаются в режиме реального времени, а обнаруженные отклонения автоматически запускают корректировку параметров источника. Таким образом, системы будут контролировать и исправлять себя, а урожайность существенно возрастет.

Этот процесс будет генерировать ошеломляюще большие объемы данных, которые будут обрабатываться и анализироваться - сложная задача для управления, но совершенно необходимая для машинного обучения (ML), где системы искусственного интеллекта предназначены для поглощения и «изучения» каждого последнего бита доступной информации. Хотя электронная промышленность еще далека от достижения такого уровня автоматизации и интеллекта, эволюция к Индустрии 4.0 идет полным ходом, о чем свидетельствуют последние тенденции на рынке производства печатных плат.

Производители печатных плат находятся под все возрастающим давлением, чтобы предоставить все более подробные данные о каждом готовом блоке печатных плат, произведенных в их цехах, что позволяет их клиентам быстро выявлять, отслеживать и устранять неисправности печатных плат по всей цепочке поставок с высочайшим уровнем детализации данных. Чтобы решить эту проблему, производители печатных плат вносят изменения в процессы, которые включают данные о производстве печатных плат и анализ первопричин на каждом этапе производственного процесса. В процессе генерируются обширные базы данных производственных данных, которые в конечном итоге помогают обеспечить полную видимость производственного процесса, оценить функциональную целостность на каждом отдельном слое данной печатной платы и отслеживать состояние устройства по мере его прохождения по производственной линии.

Кроме того, производители печатных плат ищут новые способы использования интеллектуального производства для улучшения общего процесса и выявления проблемных областей в производственных системах. Приложения для расширенного управления процессами и визуализации являются ключевыми компонентами этой стратегии и в конечном итоге станут основой для полностью автоматизированных заводов.

Точное отслеживание на каждом уровне

Возможности прослеживаемости и контроля процессов многочисленны и во многом соответствуют основным принципам Индустрии 4.0. Прослеживаемость - способность производителей отслеживать дефекты вплоть до блока печатной платы - обеспечивает повышенную прозрачность процесса за счет сбора цифровых данных по всей производственной линии и направления этих данных непосредственно в производственную систему управления (MES) завода и ИТ-отдел. . Кроме того, прослеживаемость повышает эффективность за счет создания централизованной точки подключения для всего производственного оборудования, и это рентабельно, особенно в том, что касается использования аналитических инструментов, которые позволяют повысить доходность и управление процессами.

На практике отслеживание печатных плат не отличается от процессов отслеживания коммерческих товаров и материалов, поскольку оно зависит от штрих-кодирования и программного обеспечения. Но в отличие от большинства коммерческих товаров, печатные платы являются чрезвычайно сложными, и последствия отказа печатной платы в полевых условиях могут быть особенно серьезными, в зависимости от характера электронного устройства, в котором оно размещено, будь то смартфон, дефибриллятор или беспилотный автомобиль - и все остальное. между ними.

Рис. 1. Производители печатных плат должны собирать и отслеживать данные.

Недостаточно просто считывать и отслеживать штрих-код с верхней части готовой печатной платы, потому что отслеживаемость будет очень ограничена, как и возможность точно определять проблемы, возникающие на внутреннем слое печатной платы. Вместо этого, в духе Индустрии 4.0, каждая единица каждого слоя в каждой печатной плате должна быть индивидуально закодирована с использованием сложной маркировки штрих-кода и программного обеспечения, чтобы ее можно было логически связать с другими единицами в слоях печатной платы.

Этот чрезвычайно подробный подход обеспечивает сквозное отслеживание и позволяет анализировать первопричины вплоть до каждого конкретного производственного процесса печатной платы на производственной линии. Среди детализированных данных, которые можно отслеживать:используемые машины, их параметры и действия, изображения дефектов, дата и время производства, имя оператора, номер партии и многое другое.

Эти отслеживаемые данные ценны для исторического анализа, но они не менее ценны - или даже более ценны - когда они обрабатываются, анализируются и немедленно отправляются обратно в MES до того, как печатная плата когда-либо покидает завод. Эти данные необходимо оценивать и действовать в режиме реального времени, чтобы их можно было эффективно использовать для выявления и исправления проблем процесса по мере их возникновения, тем самым ограничивая распространение дефектов. И поскольку технологии машинного обучения и искусственного интеллекта выходят на первый план, этот замкнутый цикл обратной связи в реальном времени станет важным для обеспечения действительно автоматизированных процессов обучения и принятия решений.

Более глубокое понимание производственных процессов

Растет потребность в полной прозрачности производственных процессов печатных плат, выходящей далеко за рамки прослеживаемости блоков печатных плат. До сих пор нельзя было принимать автоматизированные решения, и операторы в производственном цехе никогда не имели возможности оглядываться назад во многих производственных системах, чтобы точно определять проблемы и тенденции. Появление усовершенствованных средств управления процессами и визуализации знаменует собой первые шаги к полностью автоматизированному производству с использованием искусственного интеллекта.

Благодаря расширенному управлению процессом и визуализации автоматизированные и высокодетализированные производственные отчеты предоставят производителям полную картину на ранних этапах процесса - видимость в реальном времени и карта распределения дефектов на этапах производства и проверки, а также на уровне панели и ниже. к отдельным блокам печатных плат. Производители печатных плат могут быстро и точно определять тенденции дефектов на протяжении всего процесса проектирования и производства, используя аналитические данные, собранные в ходе производственного мониторинга.

Основываясь на фактических производственных данных, которые дают полезную информацию, производители печатных плат могут затем провести анализ первопричин и закрыть цикл обратной связи с проектировщиками. Это улучшает общее управление производственным цехом, что приводит к принятию эффективных, быстрых и более обоснованных решений, улучшающих производственный процесс. Выгоды могут включать в себя более низкие затраты на техническое обслуживание, сокращение времени простоя, а также более высокую производительность и эффективность.

Сбор данных, скорость сбора

Каких бы кропотливых усилий ни требовала прослеживаемость, она становится новой нормой для производителей встроенных печатных плат, поскольку они конкурируют за преимущества на прибыльных рынках электронных устройств, практически не допуская дефектных продуктов. Однако целостность и отслеживаемость устройства имеют влияние далеко не только на надежность продукта. Действительно, способность производителя печатных плат демонстрировать и поддерживать высокий уровень качества продукции и выхода продукции будет становиться все более важным фактором для клиентов, выбирающих высококонкурентную область поставщиков печатных плат. Производители электронных устройств уделяют все больше и больше внимания процессам отслеживания поставщиков и последующему влиянию на расчеты доходности, что, в свою очередь, дает клиентам информацию об оценке масштабируемости производства поставщиков и структур затрат. QR-коды (рис. 2) позволяют производителям отслеживать каждую плату.

Рис. 2. QR-коды позволяют производителям отслеживать платы в процессе производства.

На более высоком уровне расширенный контроль производственного процесса станет важным для поставщиков печатных плат, поскольку они ищут новые способы улучшить производственные процессы во всех системах и повысить общий доход.

Возможности отслеживания и подключения в реальном времени особенно важны для поставщиков печатных плат, которые борются за ценные государственные субсидии. Эта тенденция наиболее ярко выражена в Европе, а также в Китае, где в правительственном плане «Сделано в Китае до 2025 года» особое внимание уделяется внедрению Индустрии 4.0. Приложения для отслеживания и расширенной аналитики - это предварительные шаги в разработке систем на основе ИИ. Эти системы, в свою очередь, являются важным элементом в гонке к полностью автоматизированному производственному цеху - конечной цели Индустрии 4.0 - и поставщики печатных плат стремятся продемонстрировать здесь свою компетентность.

Тенденция к оцифровке производства усиливается среди поставщиков печатных плат, претендующих на массовый рынок смартфонов и электроники премиум-класса. Рост темпов роста неизбежен, поскольку поставщики печатных плат и встраиваемых компонентов нового поколения стремятся обслуживать быстрорастущий рынок автономных транспортных средств - рынок, для которого предел ошибок устройств и безопасность пассажиров ничтожно мал.

Вероятно, именно этот рынок распространит требования автоматизации обработки данных печатных плат на запад на промышленно развитые предприятия Европы и Северной / Южной Америки. Автономные транспортные средства, перевозящие пассажиров (и роботы, которые их собирают), по понятным причинам будут подчиняться самым строгим требованиям в отношении целостности печатных плат и технологического процесса.

Прослеживаемость с помощью дополнительных инструментов аналитики помогает укрепить уверенность в том, что печатные платы, предназначенные для этих транспортных средств, легко отслеживаются, доступны и могут быть адаптированы для управления процессами на протяжении всего производственного цикла. В дальнейшем возможность подключения в реальном времени поможет обеспечить выявление нарушений в процессе и их устранение сразу после обнаружения дефекта. Эта возможность подключения также обеспечит понимание состояния машины и связанных предупреждений, а также позволит удаленно управлять оборудованием. Эти возможности являются центральными в видении Индустрии 4.0 и будут незаменимыми, поскольку ИИ станет неотъемлемой частью интеллектуальной автоматизации производства.

Тал Лев-Ран - менеджер по маркетингу Индустрии 4.0 в Orbotech Ltd. Присоединившись к компании в 2013 году, она занимала несколько инженерных должностей в группе разработки продуктов для автоматизированного оптического контроля (AOI). До Orbotech Тал занимал различные должности в полупроводниковой промышленности в Applied Materials и Numonyx. Она имеет степень инженера в Университете Бен-Гуриона в Негеве.