AOI 与实时 SPC — 通过在线检测提升质量

发表于 SMT Magazine，2001年6月

作者：George T. Ayoub 博士，MVP Inc. 总裁兼首席执行官

尽管自动光学检测（AOI）已成功集成到许多生产线上，但对于检测过程而言，仍有大量有用的数据尚未被使用。如何做到？答案是统计过程控制（SPC）……以及一个“催化剂”。

简单来说，统计过程控制（SPC）是一种通过统计分析来监控、控制和改进流程的方法。其四个基本步骤包括测量流程、消除流程变异以获得一致性，以及监控和改进流程以达到最佳目标值。

在整个电子制造行业中，SPC 的实施总体上是成功的。质量总体提高，同时责任意识增强，因为数据（其中部分是由自动光学检测系统 AOI 收集的）可用于监控缺陷并指示系统性能不佳的情况。然而，SPC 常规应用中存在一个固有缺陷：数据不是实时的。通常，信息被分析、发现问题并进行调整——这一过程往往是在数小时甚至数天之后。在这段识别缺陷与纠正之间的时间里，可能已经生产了数千块不完美的电路板，导致高成本和不断上升的报废率。

在当今利润空间紧缩的环境中，无论对 OEM 还是代工厂来说，首次即成功至关重要。浪费时间和资源去制造不良 PCB 或低效运行昂贵的 SMT 生产线，是完全不可接受的。因此，在一个理想环境中，SPC 应该是实时的。但它将如何运作？理想情况下，当流程偏离预设规范时，操作员应立即得到通知，并收到即时纠正的行动建议。最重要的是，不应等到第二天早上的 SPC 会议才发现问题。实现这一结果的关键是将先进的 AOI 与 SPC 方法结合：将传统检测信息作为生产线上的核心工具。实时 AOI/SPC 的目标是更高的产能、更高的良率、更高的生产线效率以及更低的制造成本。

将 AOI 与 SPC 相连接

利用现代复杂 AOI 系统所能生成的标准缺陷数据和变量测量，可以创建一种实时检测/缺陷系统，使操作员在任何流程超过预设限制时立即收到警报。这本质上就是实时 SPC：一个持续监测生产线性能、检测每块板的问题、检查贴装操作、测量送料器和喷嘴功能，并严格控制过程变异以优化性能、产能、一次通过率和总体质量的系统。

实时 SPC 的关键在于两个因素：

• 快速且精确的 AOI，可执行回流前与回流后的焊点测量

• 一组使用 RS485 网络收集数据的“简单”生产线控制器

这些数据随后立即被发送到一个智能信息维护网络，该网络将电路参考转换为特定机器、送料器和喷嘴的信息。该网络还允许来自印刷机、贴片机、回流炉和 AOI 系统的数据互相传输。

这种集成提高了生产线的性能，并构建了一个开始能够识别各设备产生问题的专家系统。在工程部门设定的过程控制限值基础上，系统会立即向“故障”设备提供操作员指令和纠正措施。其他关键数据，如最佳与平均循环时间、运行/堵塞/缺料/停机时间、以及喷嘴和送料器的前十类问题，也都可以实时捕获和分析。

这种结果被称为“动态过程控制”（Dynamic Process Control，DPC），因为在运行过程中，它超越了实时 SPC，增加了声音警报，并通过可视化显示面板主动建议应该采取的纠正措施。通常无需控制图表和复杂程序，因为机器显示界面在所有设备上都是统一的。此外，DPC 对提高质量控制、实时生产线平衡、库存管理以及产能预测也十分有帮助。

DPC 的成就

通过计算最佳与平均循环时间，制造商可以——通常是首次——真正了解其生产线的实际利用率。操作员普遍认为其生产线的利用率达到 75% 或以上，但没有实时数据支持。而在某些情况下，添加 DPC 系统很可能揭示利用率远低于 75%；但在同时，它会立即定位问题、提出纠正措施，使生产线迅速恢复到满载运行。

例如，DPC 可用于提升贴片设备的利用率，通过追踪故障喷嘴和送料器回到其制造商，或将不良元件定位到特定料卷，从而快速优化生产线以适应产品变化。

额外开发的模块可执行其他实时任务，例如设置验证模块，通过验证每个料卷的可接受料号来消除物料混装错误。其他模块包括：在制品（WIP）追踪模块，用于记录面板在流程中的移动；物料追溯模块，用于将现场缺陷追踪到来自某供应商的特定组件；物料管理模块，用于跟踪物料消耗并警告物料短缺；以及 AOI 与贴片机之间的检测反馈模块，用于提醒操作员潜在的送料器问题。

最后，DPC 可用于验证生产线设置，确保产品第一次就正确制造，避免昂贵返修和增加运营成本。由于所有信息都存储在标准数据库中，工程师和制造人员可以轻松使用 Access 等标准工具生成报告。数据也可集成到客户自身的信息管理系统。

AOI 与 SPC 的不足之处

将 AOI 数据与放置在 SMT 生产线各处的软件和数据采集模块结合，可将静态 SPC 转变为实时的 DPC。在运行中，所有系统警告都由预设限制触发。系统会推荐具体的纠正措施，并在数据采集模块上显示指令。整个系统可通过网络从世界任何地方在线访问特定机器、喷嘴和送料器的实时信息。

虽然 DPC 可作为实时的“成绩单”，显示生产线和设备运作情况并提供有力数据，但它的目的不是寻找“责任归属”。相反，将 AOI 与硬件/软件结合用于数据采集与分析，是追求更高质量与更佳生产性能的一项强大工具。

鉴于加速产品上市时间（time-to-market）的压力，以及第一次就正确制造产品的经济必要性，传统 AOI 和 SPC 已无法提供优化生产线和保障质量所需的全部信息（如停机、运行、延迟时间等），更无法实时提供。不久之前，在 AOI 和 SPC 被电子制造商广泛采用之前，质量水平和生产线优化几乎是“猜出来的”——基于轶事证据和事后现场故障。有了 AOI，缺陷检测变得更为精确，制造商第一次能实时“看到”问题。随着 SPC 的加入，生产线优化和质量控制再度提升，工程师第一次拥有能够用于监控生产线并进行调整的硬数据（尽管仍然是事后分析）。

DPC 则承诺通过改变传统 AOI 与 SPC 的方式，使整个系统更加完整。

SMT：Dynamic Process Control 是 Machine Vision Products Inc. 的注册商标。