SPC en tiempo real con AOI — Mejorando la calidad mediante inspección en línea

Como se vio en SMT Magazine, junio de 2001

por el Dr. George T. Ayoub, Presidente y CEO, MVP Inc.

Aunque la inspección óptica automatizada se ha integrado con éxito en muchas líneas de producción, aún existen muchos datos útiles del proceso de inspección que no se están utilizando. ¿Cómo? Entra en escena el control estadístico de procesos… y un “catalizador”.

En términos simples, el control estadístico de procesos (SPC) es un método para monitorear, controlar y mejorar un proceso mediante análisis estadístico. Sus cuatro pasos básicos incluyen medir el proceso, eliminar sus variaciones para hacerlo consistente y monitorear y mejorar el proceso hasta alcanzar su valor objetivo óptimo.

A lo largo de la fabricación de productos electrónicos, el SPC se ha implementado con éxito general. La calidad, por lo general, ha mejorado, mientras que el nivel de responsabilidad ha aumentado, ya que los datos —algunos de ellos recopilados por sistemas de inspección óptica automatizada (AOI)— están disponibles para monitorear defectos y señalar un rendimiento del sistema inferior al óptimo. Sin embargo, existe una falla inherente en el uso general del SPC: los datos no son en tiempo real. Por lo general, la información se analiza, se descubren problemas en la línea y se aplican cambios… un proceso que ocurre horas o incluso días después de los hechos. Durante el tiempo entre identificar la falla y corregirla, miles de placas defectuosas pueden haber sido producidas, a altos costos y crecientes niveles de desperdicio.

En un mundo de márgenes de ganancia ajustados, donde hacer las cosas bien a la primera es fundamental para la rentabilidad del OEM o fabricante por contrato, simplemente no es aceptable desperdiciar tiempo y recursos fabricando placas defectuosas o haciendo funcionar líneas SMT sofisticadas de manera ineficiente. Por lo tanto, en un mundo perfecto, el SPC sería en tiempo real. Pero ¿cómo funcionaría? Idealmente, cuando un proceso se desvíe de una especificación preestablecida, el operador sería notificado de inmediato y se sugeriría un plan de acción para la corrección instantánea. Sobre todo, el defecto no debería identificarse a la mañana siguiente en la reunión diaria de SPC. La clave para lograr estos resultados es el acoplamiento de AOI sofisticada con metodología SPC: utilizar la información tradicional de inspección como una herramienta clave directamente en la línea de producción. El objetivo de una AOI/SPC en tiempo real es mayor rendimiento y productividad, mayor eficiencia de la línea y menor costo total de fabricación.

Vinculando AOI y SPC

Usando los datos estándar de defectos y las mediciones de variables que los sistemas AOI sofisticados de hoy pueden generar, es posible crear un sistema de inspección/defectos en tiempo real que alerte a los operadores de línea siempre que cualquier proceso exceda los límites preestablecidos —y que lo haga de forma inmediata—. Esto, en esencia, es SPC en tiempo real: un sistema que monitorea continuamente el rendimiento de la línea, detecta problemas en cada placa, verifica las operaciones de colocación, mide el funcionamiento de alimentadores y boquillas, y controla estrictamente la variabilidad del proceso para optimizar el rendimiento, el throughput, los primeros pases y la calidad general.

Dos factores son clave para el SPC en tiempo real:

• AOI rápida y precisa, capaz de tomar mediciones de soldadura antes y después del reflow

• Una serie de “simples” controladores de línea que usan una red RS485 para recopilar datos

Estos últimos se envían inmediatamente a una red inteligente de mantenimiento de información que traduce las referencias del circuito en información específica de máquina, alimentador y boquilla. La red también permite la transferencia de datos desde la impresora de pasta, la colocadora, el horno de reflow y el sistema AOI.

El resultado de tal integración es un mejor rendimiento de la línea y el comienzo de un sistema experto de respuesta que puede identificar problemas creados por equipos de manipulación individuales. Las instrucciones al operador y las acciones correctivas dirigidas a la máquina “responsable” siguen de forma inmediata, basadas en los límites de control del proceso establecidos por ingeniería. Otros datos esenciales —por ejemplo, tiempos de ciclo promedio y mejores tiempos, tiempos de ejecución, bloqueo, falta de piezas y paradas; y los 10 principales problemas de alimentadores y boquillas— se pueden capturar y analizar en tiempo real.

A este resultado se le llama Dynamic Process Control (DPC), porque en operación va más allá del SPC en tiempo real agregando alertas audibles y, mediante una pantalla visual, sugiriendo proactivamente qué acciones correctivas deben tomarse. Por lo general, no existe la necesidad de gráficos de control y procedimientos porque la interfaz de muestra en la máquina se presenta de manera uniforme en todas las máquinas. Además, el DPC puede ayudar a mejorar el control de calidad, el balanceo de la línea en tiempo real, el control de inventario y la previsión de producción.

Lo que DPC puede lograr

Al calcular los mejores y promedios tiempos de ciclo, los fabricantes pueden saber —a menudo por primera vez— cuánta utilización real se está logrando. Es común que los operadores crean que sus líneas están logrando un 75% de utilización, sin tener datos en tiempo real que respalden esta creencia. En algunos casos, la adición de un sistema DPC podría revelar que la utilización real ha sido mucho menor al 75%; pero, al mismo tiempo, encontrar fallas e indicar acciones correctivas que rápidamente ayudan a que las líneas vuelvan a plena utilización.

Por ejemplo, DPC puede mejorar la utilización de las máquinas de montaje rastreando boquillas y alimentadores defectuosos hasta el fabricante, o componentes defectuosos hasta una bobina específica, optimizando rápidamente una línea para satisfacer cambios en la mezcla de productos.

Se han desarrollado módulos adicionales para realizar otras tareas en tiempo real, como verificación de configuración para eliminar errores validando números de piezas para cada carga de bobina. Otros módulos incluyen rastreo WIP (trabajo en proceso) para registrar el progreso de los paneles; trazabilidad de materiales para vincular fallas en campo con un componente específico; gestión de materiales para rastrear consumo y advertir sobre escasez; y retroalimentación de inspección —un bucle entre AOI y máquinas pick-and-place para alertar sobre posibles problemas de alimentadores—.

Finalmente, DPC puede usarse para verificar configuraciones de línea y fabricar productos correctamente desde el primer intento, evitando reparaciones costosas y mayores costos operativos. Debido a que una base de datos estándar almacena la información, ingenieros y personal de manufactura pueden ejecutar informes usando herramientas estándar como Access. Los datos también pueden integrarse con sistemas internos del cliente.

Lo que les falta a AOI y SPC

Combinar datos de AOI con software y módulos de recopilación de datos colocados en toda una línea SMT puede convertir el SPC estático en DPC en tiempo real. Todas las advertencias del sistema se basan en límites preestablecidos. Las acciones correctivas específicas se recomiendan con instrucciones mostradas en los módulos de recolección de datos. Los sistemas pueden rastrearse hasta máquinas, boquillas y alimentadores desde una computadora en línea en cualquier lugar del mundo.

Aunque DPC puede funcionar como un “boletín de calificaciones” en tiempo real mostrando qué tan bien están funcionando las líneas y máquinas —y proporcionando los datos para demostrarlo—, no se trata de encontrar culpables. Más bien, combinar AOI con hardware y software para recopilar y analizar datos se convierte en otra herramienta en la búsqueda de la calidad óptima y el mejor rendimiento posible de la línea.

Dado que existe la necesidad de acelerar el time-to-market y de construir productos correctamente desde el primer intento, el AOI estándar y el SPC ya no pueden proporcionar toda la información necesaria (tiempos de inactividad, actividad, retrasos, etc.) para optimizar el rendimiento de la línea y garantizar niveles de calidad —mucho menos hacerlo en tiempo real—. Hace no mucho tiempo, antes de la adopción casi universal de AOI y SPC, los niveles de calidad y optimización de línea eran solo “suposiciones”: estimaciones basadas en evidencia anecdótica y fallas en campo meses después. Con AOI, la detección de defectos se volvió mucho más precisa. Los fabricantes pudieron, por primera vez, “ver” el problema en tiempo real. Y con SPC, se mejoraron la optimización de la línea y el control de calidad, ya que por primera vez ingeniería tuvo datos concretos para monitorear la línea y ajustarla para un rendimiento óptimo (aunque con retraso).

Por su parte, DPC promete completar el panorama y cambiar el rostro del AOI y SPC tradicionales.

SMT: Dynamic Process Control es una marca registrada de Machine Vision Products Inc.