Технологии Индустрии 4.0: результат внедрения на примере

В течение многих лет производители печей для пайки оплавлением проделывают огромную работу по их совершенствованию. Работа печей становится все более стабильной и качественной. Следующим шагом является сбор, анализ и обмен данными, чтобы более эффективно управлять печами и всем производством. Если вы спросите инженера-технолога, в чем заключается конечная задача печи оплавления, то узнаете, что печь оплавления должна производить пайку изделий в соответствии с требованиями к процессу, предъявляемыми производителями паяльной пасты, компонентов и печатной платы. Эти требования определяют так называемое допустимое технологическое окно, которое проверяется путем измерения температурно-временного профиля пайки. Таким образом, мы можем говорить о печи как о «машине для воспроизведения температурных профилей пайки».

В настоящее время и инженеры-технологи, и заказчики хотят знать, что сборка продукции производится в строгом соответствии со всеми требованиями. Поэтому они очень тщательно подбирают комбинацию технологических параметров, таких как температура и скорость конвейера для создания правильного профиля пайки печатной платы, а также настройки азота, вакуума, расхода воздуха или других необходимых параметров. Они также проводят выборочные проверки, время от времени проверяя профиль пайки, измеряя его термопрофайлером. Именно так сегодня работает большинство производителей электроники.

Сейчас на рынке появляются «умные» печи. Что они из себя представляют? Каковы реальные ощутимые выгоды от их использования? Об Индустрии 4.0 или технологиях интеллектуальных печей написаны тома, но поскольку цель этой статьи — обсудить концепцию в очень простых и конкретных терминах, то давайте сначала сосредоточимся на том, что данная технология способна дать производителю электроники. В конце концов, интеллектуальные технологии должны служить определенной цели, а выгоды должны намного превышать инвестиции. Отметая все лишнее, у нас остаются два ключевых преимущества:

1. Уменьшение затрат за счет сокращения/оптимизации таких вещей как:

• Время простоя. Согласно исследованию IPC, на среднестатистическом производстве радиоэлектроники время простоя оборудования составляет до 37%
• Неправильная эксплуатация
• Рабочее время. Согласно недавним исследованиям, средний инженер тратит 40% своего времени на поиск людей, оборудования, информации и многого другого
• Потребление энергии
• Ручные операции

2. Предоставление данных для прослеживаемости сборки

Преимущество большинства новых возможностей заключается в том, что их реально измерить, и мы можем провести анализ рентабельности инвестиций (ROI) в умные печи. Каждое производство имеет специфические статьи расходов, но приведенный ниже калькулятор показывает приблизительные значения, чтобы проиллюстрировать принцип работы. В таблице 1 приведен пример влияния на среднестатистическое производство при сокращении ненужных простоев оборудования на два часа в неделю. Ежегодный прирост прибыли составляет 67 000 евро на одну производственную линию. Если мы рассматриваем первоначальные инвестиции в размере 20 000 евро на умную печь, то окупаемость инвестиций составит 3,5 месяца.

В таблице 2 показано увеличение дохода за первый период с 96,0% до 96,5%. В результате годовой прирост прибыли составляет 81 000 евро на производственную линию при ROI — 2,9 месяца. Цифры выглядят интересными, поскольку они представляют собой увеличение прибыли на одну линию в год. И при этом мы подсчитали лишь немногие из тех преимуществ, которые дают технологии, применяемые в умных печах. Итак, что же это такое и как оно работает? Фактическая реализация технологии может варьироваться от поставщика к поставщику, но в целом технология Индустрии 4.0 будет включать следующие возможности:

• Полная автоматизация
• Прозрачность и прослеживаемость производственного процесса
• Гибкость производства
• Обмен информацией
• Эффективное энергопотребление
• Анализ данных
• Машинное обучение
• Возможность модернизации

Не будем вдаваться в подробное описание технологии, приведем общие выводы.

1. Оптимизация процесса / настройка печи / замена жидкости / автоматизация

Печь оплавления может реализовывать множество вариаций профилей пайки в зависимости от настроенных параметров и внешних факторов. Интеллектуальное программное обеспечение оптимизации выполнит исчерпывающий анализ всех вариаций (всего за несколько секунд) и выберет оптимальный вариант на основе пользовательских критериев. Например, чтобы сократить время переналадки печи (печь часто является самой «медленной» машиной в производственной линии в плане осуществления переналадки), программное обеспечение находит общее решение по профилю пайки, подходящее для широкого спектра паяемых изделий или выполняет подбор разных скоростей конвейера, оставляя фиксированными настройки температуры в зонах пайки печи оплавления.

2. Прозрачность процесса / прослеживаемость / автоматизация

Встроенные в печь датчики в режиме реального времени анализируют профиль пайки каждой печатной платы и сравнивают его с настроенными технологическими допусками. Система может мгновенно оповещать о нестандартных ситуациях или предупреждать о нестабильном процессе. Представьте, что в вашей печи всегда включена видеокамера. Профиль и машинные данные сохраняются. Осуществляется полная прослеживаемость процесса для каждой отдельной печатной платы. Автоматическая загрузка и проверка программы происходит на базе считывания штрих-кодов. Обеспечивается мгновенное устранение неполадок, возникающих на производственной линии.

3. Обмен информацией

Данные в режиме реального времени поступают в локальную сеть предприятия и MES-систему. Централизованная база данных позволяет практически мгновенно идентифицировать соответствующие данные и обмениваться ими. Она доступна из любого места на любом авторизованном ПК или мобильном устройстве.

4. Машинное обучение

Интеллектуальные базы данных изучают термодинамические взаимосвязи с каждым термопрофилем и быстро предоставляют рекомендации по настройке печи, что не требует даже проведения тестовой пайки с использованием термопрофайлера. Таким образом отпадает необходимость в использовании термопрофайлера.

5. Возможность модернизации

Почти все печи оплавления, установленные сегодня на предприятиях, могут быть переоборудованы в умные печи.

Заключение

Технологии Индустрии 4.0 достигли такого уровня развития в некоторых областях, что стали доступными по цене и приносят реальную пользу производствам любого размера. Цифровые трансформации могут сопровождаться рисками и вызывать сопротивление. Сосредоточившись на узкой области, такой как применение умных печей, которые включают в себя практически все основные блоки и возможности Индустрии 4.0, производитель электроники может продвинуться в вопросе внедрения технологии без существенного риска и крупных инвестиций. Значительные преимущества, такие как быстрая окупаемость инвестиций, а также повышение удовлетворенности клиентов, не заставят себя ждать. Однако, возможно, самое важное преимущество исходит непосредственно от самого процесса внедрения. Каждое производство неизменно столкнется с трудностями и опытным путем узнает, что работает, а что нет. На это в частности влияет плотность взаимодействия технологического и информационного отделов предприятия. Уже после нескольких недель внедрения технологий умных печей компания продвинется далеко вперед в обучении и будет готова взять на себя гораздо более масштабные задачи Индустрии 4.0.