藍寶石襯底行業精益生產管理研究

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摘要：藍寶石襯底制造行業近年來陸續改變生產方式，逐步導入精益生產管理與自動化設備的升級，使產品質量提升，并減少不必要的浪費。我們提出了精益生產與自動化制造結合的案例，如連續流生產、產品可靠度的提升和制造標準化等。該行業的未來發展藉由智能數據的產生，搭配可視化的管理使質量管理變為容易，提升獲利空間，達成企業永續發展的目標。

關鍵詞：藍寶石襯底制造；精益生產；自動化制造

1精益生產與襯底制造方式介紹

精益生產管理（LeanProduction，LP）起源于日本豐田公司，其精神在于“降低浪費”，以節約成本和降低交貨周期，同時提高產品質量等，結合單件生產和大量生產兩種生產方式優點而發展形成的新一類生產運營方式。精益生產方式相較于大量生產方式更能夠適應現在社會生產力的發展，更適用處于快速多變的市場環境下的現代企業。藍寶石襯底（SapphireSubstrate）作為發光二極體（LED，Light-emittingDiode）的襯底材料，它具有物理化學穩定性高以及機械強度高等優點，自2008年起隨著LED行業起步使襯底制造行業逐步進入大規模量產。近幾年由于工業自動化概念提出后，多項制造過程陸續由手工作業型態轉為自動化生產型態，提高了生產效率。精益生產管理和自動化制造技術對藍寶石襯底行業的實現轉型升級非常重要，智能設備的行業應用滲透率也逐年增加[1-2]。從勞力與設備密集，發展至今大尺寸量產機型與智能化設備的合力推動，將逐步轉型到智能密集的生產方式，有助于產業升級，發展更高端的產品。

2精益生產與自動化制造結合的效益

2.1連續流生產與減少浪費。精益生產過程中任何無效產能效益的活動皆屬浪費，包括生產過剩、等待、運輸、不良品返工、庫存品呆滯、作業不合理、加工以及管理的浪費等[3-5]。當自動化設備導入后，以藍寶石襯底切片工藝為例，可由傳統插片、清洗、旋乾、外觀檢驗及厚度分選等多項步驟，簡化為高速自動一體機作業，人員上片后可由機器作業，下片時為檢驗且分選完畢的合格半成品，適合后續制程作業。可以降低產品等待及運輸上的浪費，進而優化切片生產效率。2.2質量管理與產品可靠度。全面質量管理（TQM，TotalQualityManagement）是精益生產中的一項重要管理方式。在TQM的思想中，產品質量是最優先考慮。質量是由市場競爭、工藝設計以及生產管理等方式制造出來的，而非靠檢驗手段，企業若需要獲得更高的利潤必須要有好的產品質量才能獲得競爭力。當出現異常與缺陷產品時，應要即時發現與改善，不可將異常品后流入下一段加工制程；若異常無法即時排除或改善，則需發出通報給技術單位進行處理。襯底工藝流程中半成品與成品多數為人工檢驗的方式，缺陷如表面刮傷（Scratch）、臟污（Particle）、崩角（Chip－ping）等，判定標準容易因人而異，造成出貨產品標準不一，且無法定量缺陷數，對于客戶而言獲得的是不均一的產品質量，進而失去產品優勢。當自動化檢驗設備導入后，可以與檢驗前與后一段工藝（多數為清洗或包裝）相結合，使良品經由自動檢驗判定缺陷后，符合一定數量程度后才可進行包裝。另外，機臺可加裝刻碼辨識器（OCR，OpticalCharacterRecognition）對成品襯底進行識別，增加產品可追朔性，如此可提升襯底最終檢驗的可靠度與一致性，進而降低產品的變異。除此之外，襯底加工過程的研磨與拋光等工序，早期多數是由人工進行厚度分選，以千分表（Di－alIndicator）進行襯底中心單點量測，而高速自動化光學檢驗導入后，可以有效量測準確的厚薄差（TTV，TotalThicknessVariation），避免人工作業只量單點厚度的差異，使研磨與拋光作業時更具厚度品質的均勻性。綜合自動化與TQM兩者結合后，對于質量管控部分可以將行為規范化以及質量監督等在內的模式建立，提升產品可靠度。2.3制造標準化。生產作業所依循的標準作業程序（SOP，StandardOperatingProcedure）以往為了約束作業員在操作機臺或是作業方式上的步驟，常會以長篇概述的方式撰寫。此雖然是標準化作業，但仍須使作業員閱讀及了解程序文件的文意，常需要耗費時間，拉長了學習曲線。許多公司認為只要匯整出詳盡的規則手冊，作業員就會遵守這些規則。而質量部門總喜歡用最進步的統計分析方法對大數據的資料進行分析，許多六西格碼黑帶高手也會習慣性的以復雜的技術方法處理重大的質量問題。但精益生產管理的精神在于使用簡單的方法處理問題，一般常見的方法如：（1）現場親自查看；（2）分析情況；（3）親自測試一次；（4）問5次為什么等，此可對問題進行根本原因分析并找出對策。當自動化設備加入生產后，可僅針對上機或下機等操作方式進行作業定義，簡化SOP的章節，收斂作業員的動作，使制造更具標準化，使質量問題下降。所有規范化的文件可轉移至機臺設備的維護保養程序書以及保養點檢表等（CheckList），在自動化程度較高的文件資料，則需清楚記錄每個部件（Parts）以及手臂或傳送方式的位置（Posi－tion）等，使原點歸位以及初始化等皆有所對點動作。綜合上述，當手動生產方式被批量自動化取代后，標準化制造變為一門科學的方式，促成未來持續改善精進的必要基礎。2.47S管理7S是整理（Seiri）、整頓（Seiton）、清掃（Seiso）、清潔（Seikeetsu）、素養（Shitsuke）、安全（Safety）和節約（Saving）這7個詞的縮寫。7S對象是車間現場的“環境”全局進行綜合考慮，并制訂切實可行的計劃與措施，從而進行標準化的管理。自動化制造導入使得工序簡單與減少人員的操作，讓生產復雜性降低，將可提升車間清潔，與降低維護車間環境的成本。精益生產使用7S來支持自動化連續批量生產的節拍時間，同時7S也可幫助問題浮現的一項可視化方法，若導入成功得當，將是精益生產管理流程中重要的部分。

3未來發展的趨勢

藍寶石襯底自動化制造屬于技術提升，而精益生產為先進管理方式，智能技術可以提供精益生產管理上多元化信息，使管理者判斷更能準確。精益生產則可推動提高生產效率與產品質量，并且能夠為自動化制造的定制化奠定基礎[6]。精益生產的核心是制造有競爭性的產品并能取得獲利，通過技術研發和生產過程的有效控制，對其質量管理與原物料供應鏈的管理等，促使智能制造實現。對于襯底制造行業在精益生產與自動化結合后未來發展趨勢可匯整如下。3.1透明且可視化的管理。可視化管理（VisualManagement）是顯示關鍵信息的方式，如看板指標等[7]，明確告知生產檢查狀況以及異常處理作為，防止人為或機臺失誤等損失浪費的發生。通過自動化設備所產生的數據與分析結果，如襯底的生產量、人均效率以及產品檢驗質量分析等關鍵指標等。借由這些精益數字化平臺的數據，使員工對于生產水平有更好的即時性控制，也可使主管能更清楚的掌握狀況，整體上有助于推動整體車間的生產效率。車間導入大量自動化機臺后，應建立各式流程控制板（ProcessControlBoards）或質量檢驗板（QualityControlBoards）等作為整體加工流程的神經中樞，這些數據由機臺中自動拋出，藉由工程師所設定的邏輯演算，帶出加工信息，使工作的員工立即看出機臺稼動、工作效率以及質量狀況等，所有實時信息的顯示設計，確保作業與流程的快速且適當執行。3.2質量控制簡單化。當自動化后生產效率獲得提升，其后必須保證生產出來的襯底質量。傳統上由于人工作業比例較高，使得管理理念存在差異，因此精益生產管理可獲得的質量較為可靠。又因自動化設備制造升級，許多改善測試不需要通過大批量實驗即可獲得實驗準確性，減少人為干預的變因。在生產過程中消除許多影響襯底質量的行為，使質量的控制簡單化。

4結束語

藍寶石襯底精益生產的自動化制造升級的意義在于通過技術升級與管理手段的相結合，保證襯底加工過程中產品的質量，從而有效降低生產成本，降低不必要的浪費等。企業可透過生產模式的改變，與因應自動化設備汰換升級，使企業獲利空間增大，實現企業的規劃與永續發展。綜上所述，我們確信精益與自動化的理念導入是未來襯底行業可持續發展的重要基石。

參考文獻：

[1]譚建榮，劉達新，劉振宇，等.數字制造到智能制造的關鍵技術途徑研究[J].中國工程科學，2017，19（3）：39-44.

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[3]祝雅芳.機械制造企業精益化生產管理論述[J].科技創新與應用，2018（24）：189-190.

[4]郎春梅，麻鵬.論精益生產對品質成本的影響[J].科技經濟導刊，2017（9）：251.

[5]李南，張全海.制造企業質量成本管理信息系統設計與研究[J].中國科技信息，2011（16）：144-145.

[6]張其貴.企業精益生產數字化與智能機械制造融合的研究[J].科學家，2015（11）：38-39.

[7]童劍飛.關于實踐中推進精益生產方式的研究[J].中國高新技術企業，2013（17）：141-142.

作者:周志豪 馬進東 劉聰毅 陳銘欣 單位:福建晶安光電有限公司