SPC en temps réel avec AOI — Améliorer la qualité grâce à l’inspection en ligne

Comme publié dans SMT Magazine, juin 2001

par Dr George T. Ayoub, Président & CEO, MVP Inc.

Alors que l’inspection optique automatisée a été intégrée avec succès dans de nombreuses lignes de production, beaucoup d’autres données utiles pour le processus d’inspection restent encore non exploitées. Comment ? Grâce au contrôle statistique des processus… et à un « catalyseur ».

En termes simples, le contrôle statistique des processus (SPC) est une méthode permettant de surveiller, contrôler et améliorer un processus à travers l’analyse statistique. Ses quatre étapes de base incluent la mesure du processus, l’élimination de ses variations pour le rendre cohérent, ainsi que la surveillance et l’amélioration du processus pour atteindre sa valeur cible optimale.

Dans toute l’industrie électronique, le SPC a été mis en œuvre avec un succès global. La qualité s’est généralement améliorée tandis que le niveau de responsabilité s’est accru, les données (dont certaines collectées par des systèmes d’inspection optique automatisée [AOI]) étant disponibles pour surveiller les défauts et indiquer des performances sous-optimales. Toutefois, une faille inhérente à l’utilisation générale du SPC subsiste : les données ne sont pas en temps réel. En général, l’information est analysée, les problèmes de ligne sont découverts et des changements sont effectués — un processus qui intervient des heures, voire des jours après les faits. Pendant cet intervalle entre l’identification du défaut et sa correction, des milliers de cartes imparfaites peuvent avoir été produites, engendrant des coûts élevés et des niveaux de rebut croissants.

Dans un monde aux marges bénéficiaires serrées, où réussir du premier coup est essentiel pour la rentabilité d’un OEM ou d’un sous-traitant, il n’est tout simplement pas acceptable de gaspiller du temps et des ressources à produire des PCB défectueux ou à faire fonctionner des lignes SMT sophistiquées de manière inefficace. Ainsi, dans un monde idéal, le SPC serait en temps réel. Mais comment fonctionnerait-il ? Idéalement, lorsqu’un processus dévie d’une spécification prédéfinie, l’opérateur serait immédiatement averti et un plan d’action proposé pour une correction instantanée. Par-dessus tout, le défaut ne serait pas découvert le lendemain matin lors de la réunion SPC. La clé pour obtenir ces résultats est l’association d’une AOI sophistiquée avec la méthodologie SPC : utiliser l’information d’inspection comme outil clé directement sur la ligne. L’objectif de l’AOI/SPC en temps réel est un rendement et un débit plus élevés, une efficacité accrue de la ligne et une réduction du coût total de fabrication.

Lier AOI et SPC

En utilisant les données standard de défauts et les mesures variables que les systèmes AOI sophistiqués d’aujourd’hui peuvent générer, il est possible de créer un système d’inspection/détection en temps réel qui alerte les opérateurs dès qu’un processus dépasse des limites prédéfinies — et ce, immédiatement. C’est là, en essence, le SPC en temps réel : un système qui surveille continuellement la performance de la ligne, détecte les problèmes sur chaque carte, vérifie les opérations de placement, mesure le fonctionnement des feeders et des buses, et contrôle strictement la variabilité du processus afin d’optimiser les performances, le throughput, les premiers passages et la qualité globale.

Deux facteurs sont essentiels au SPC en temps réel :

• Une AOI rapide et précise, capable d’effectuer des mesures de soudure avant et après refusion

• Une série de « simples » contrôleurs de ligne utilisant un réseau RS485 pour collecter les données

Ces derniers envoient immédiatement les données à un réseau intelligent de maintenance d’informations qui traduit les références de circuits en informations spécifiques à la machine, au feeder et à la buse. Le réseau permet également la transmission de données en provenance de la sérigraphieuse, de la machine de pose, du four de refusion et du système AOI.

Le résultat d’une telle intégration est une amélioration de la performance de la ligne et le début d’un système expert capable d’identifier les problèmes générés par chaque équipement individuel. Des instructions opérateur et des actions correctives dirigées vers la machine « coupable » suivent immédiatement, selon les limites de contrôle du processus définies par l’ingénierie. D’autres données essentielles — par exemple, les meilleurs et moyens temps de cycle, les temps de fonctionnement, de blocage, de manque de composants, d’arrêt, ainsi que le top 10 des problèmes de buses et de feeders — peuvent être capturées et analysées en temps réel.

On appelle ce résultat Dynamic Process Control (DPC), car en fonctionnement il va au-delà du SPC en temps réel en ajoutant des alertes sonores et, via un écran, en suggérant de manière proactive les actions correctives à entreprendre. En général, il n’est plus nécessaire d’utiliser des cartes de contrôle classiques car l’interface d’échantillonnage de la machine est affichée uniformément sur toutes les machines. De plus, le DPC peut contribuer à améliorer le contrôle qualité, l’équilibrage de ligne en temps réel, la gestion des stocks et la prévision de production.

Ce que DPC peut accomplir

En calculant les meilleurs et les moyens temps de cycle, les fabricants peuvent savoir — souvent pour la première fois — quel niveau réel d’utilisation de leurs systèmes est atteint. Il est courant que les opérateurs pensent que leurs lignes fonctionnent à 75 % d’utilisation ou plus, sans aucune donnée en temps réel pour l’appuyer. Ainsi, dans certains cas, l’ajout d’un système DPC peut révéler que l’utilisation réelle est bien inférieure à 75 % ; mais, dans le même temps, détecter des défauts et suggérer des actions correctives qui permettent rapidement de ramener les lignes à une utilisation pleine.

Par exemple, le DPC peut être utilisé pour améliorer l’utilisation des machines de placement en retraçant des buses ou des feeders défectueux jusqu’au fabricant, ou des composants défectueux jusqu’à une bobine spécifique, optimisant ainsi la ligne pour répondre à une gamme de produits changeante.

Des modules supplémentaires ont été développés pour effectuer d’autres tâches en temps réel, telles que la vérification de configuration pour éliminer les erreurs en validant les numéros de pièces acceptables pour chaque chargement de bobine. D’autres modules incluent le suivi du WIP (travail en cours) pour enregistrer la progression des panneaux, la traçabilité des matériaux pour relier des défauts sur le terrain à un composant spécifique d’un fabricant particulier, la gestion des matériaux pour suivre la consommation et avertir des pénuries imminentes, et la rétroaction d’inspection — un lien entre l’AOI et les machines de placement pour avertir des problèmes potentiels de feeders.

Enfin, le DPC peut être utilisé pour vérifier la configuration des lignes et fabriquer les produits correctement dès le premier essai, évitant ainsi des réparations coûteuses et des coûts opérationnels élevés. Comme une base de données standard stocke l’information, les ingénieurs et le personnel de fabrication peuvent facilement générer des rapports à l’aide d’outils standard tels qu’Access. Les données peuvent également être intégrées au propre système d’information du client.

Ce qui manque à l’AOI et au SPC

Combiner les données AOI avec un logiciel et des modules de collecte de données placés tout au long d’une ligne SMT peut transformer un SPC statique en DPC en temps réel. Toutes les alertes du système sont déclenchées par des limites préétablies. Des actions correctives spécifiques sont recommandées, avec des instructions affichées sur les modules de collecte de données. Les systèmes peuvent être consultés jusqu’à la machine, la buse ou le feeder spécifique, depuis n’importe quel ordinateur en ligne dans le monde.

Bien que le DPC puisse agir comme un « bulletin de performance » en temps réel montrant à quel point les lignes et machines fonctionnent — et fournissant les données pour le prouver — il ne s’agit pas de chercher des coupables. Plutôt, combiner AOI avec matériel et logiciel pour recueillir et analyser les données devient un outil supplémentaire dans la quête de la qualité optimale et du meilleur rendement de ligne possible.

Étant donné la nécessité d’accélérer le time-to-market et l’urgence de fabriquer des produits correctement dès le premier essai, l’AOI standard et le SPC ne peuvent plus fournir la gamme complète d’informations (temps d’arrêt, temps actif, délais, etc.) nécessaires pour optimiser la performance des lignes et garantir les niveaux de qualité — et encore moins en temps réel. Il n’y a pas si longtemps, avant l’adoption presque universelle de l’AOI et du SPC, les niveaux de qualité et l’optimisation des lignes reposaient essentiellement sur des « suppositions » — basées sur des preuves anecdotiques et des défaillances sur le terrain. Avec l’AOI, la détection des défauts est devenue bien plus précise. Les fabricants pouvaient, pour la première fois, « voir » le problème en temps réel. Et avec le SPC, l’optimisation des lignes et le contrôle qualité se sont améliorés car, pour la première fois, l’ingénierie disposait de données concrètes pour surveiller la ligne et l’ajuster pour un rendement optimal (bien que de manière différée).

Pour sa part, le DPC promet de compléter le tableau en transformant l’AOI et le SPC traditionnels.

SMT : Dynamic Process Control est une marque déposée de Machine Vision Products Inc.