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善用RFID力量 讓石英製程可視化
[作者 王明德]   2020年01月07日 星期二 瀏覽人次: [3149]

半導體是支撐台灣經濟的重大關鍵,隨著產業蓬勃發展,對於週邊設備及材料零件需求越來越大,帶動相關產業持續成長,石英元件製造商便是其中的受惠者。


隨著競爭日益激烈,石英製造廠也面臨「提升競爭力」的壓力,如何改善製程、縮短交期、增加產能,進而增加接單率,成為業者最關心的課題,台灣的石英製造廠在之前就透過RFID系統,搜集製造現場的資訊、掌握產品生產狀況,作為日後高階管理改善製程決策時的參考。


無法掌握確切時間 如何讓製程向上提升?

石英廠主要業務是生產石英舟或石英管,供應給半導體客戶做為存放晶圓之用,由於石英從原料到成品必需經過多道加工程序,每一道加工程序皆獨立成一個房間,例如:研削室、乾燥室、火加工室、酸洗室等,作業員用推車推著原料石英管進出各個製程室,待完成所有加工程序,才能送入QC檢查室,通過QC檢查後再入庫等待出貨。


這種作法的難題在於管理者無法掌握實際的製造時間,當作業員將推車推到研削室時,看見每一台研削設備恰好都在使用中,便把推車暫時置放在研削室,先去做其他工作,於是,這部推車可能在研削室待了一天的時間,才會開始進行研削,但實際進行研削過程只需30分鐘。


如果推車在進出每一道製程室時,皆發生類似上述的狀況,那麼這批貨從原料到成品可能得用上一個禮拜的時間,但實際製程也許只要八小時就可以了,管理者在無法確切掌握製程時間的情況下,也就難以判定究竟是因為生產設備數量不足、亦或作業流程不對,才會導致成品時間拉長。


善用RFID設備 讓製程可視化

導入RFID的目的,是透過系統讓製程可視化,從而解決問題,其作法是在製程室出入口上方架設RFID讀取器,並在作業工單上貼上RFID標籤,就能紀錄與管理作業工單的進出狀況,進而掌握真正的製造時間。



圖1 : 導入RFID的目的,是透過系統讓製程可視化,從而解決生產瓶頸與良率問題。(source:Siemens)
圖1 : 導入RFID的目的,是透過系統讓製程可視化,從而解決生產瓶頸與良率問題。(source:Siemens)

當廠方接獲客戶訂單後,生管課會依據訂單內容產生作業工單,並在工單貼上一個UHF頻段的RFID標籤,再交付予作業人員,作業人員攜帶工單和石英原料或半成品)出每一道製程室時,出入口上方的RFID讀取器就會自動讀取工單上的標籤,並將進出時間傳回中央伺服器記錄下來。


對石英廠來說,匯總分析這些資訊後,可望產生兩點效益:改善製程及精確掌握出貨時間。


先就改善製程來看,系統可計算出每一道製程平均花費多少時間,管理者只要針對超出平均值的異常狀況進行分析,就能找出製程瓶頸,諸如:人力與設備比例是否得宜、接單數量是否超出產能、現有設備應否擴充等,提供經營高層擬定改善製程決策時的參考;再就確實掌握出貨時間這一點來看,系統完整紀錄每一筆工單的進出資料,當面對客戶「何時可以出貨」的疑問時,只要去資料庫查詢即可得知答案。


現場測試 確保讀取資料正確性

整個導入過程前後花費將近半年左右時間,包含系統規劃、軟體開發、測試、現場測試及實際建置等作業,其中以現場測試最為重要、所花費的時間也最長,這是為了要確保系統運作流程及讀取資料的正確性,何謂正確資料?簡單來說,就是系統所讀取到的訊息,必需是管理者想要的資料。


進行現場測試時就發現重覆讀取及錯讀等兩個問題,第一個重覆讀取問題,這是因為作業員並未確實將原料推車送入製程室,而是放在出入口附近,此時讀取器就會重複感應標籤,可能每隔30秒就會紀錄下讀取到的資訊,導致資料量太大,必需進行除錯動作,也就是只抓取頭尾各一筆資料,這個動作可視為系統的第一層過濾器。



圖2 : 半導體是支撐台灣經濟的重大關鍵,隨著產業蓬勃發展,對於週邊設備及材料零件需求越來越大。(source:South China Morning Post)
圖2 : 半導體是支撐台灣經濟的重大關鍵,隨著產業蓬勃發展,對於週邊設備及材料零件需求越來越大。(source:South China Morning Post)

至於第二層過濾器,則是為了解決錯讀問題,在石英廠的廠房設計中,某幾個製程室的出入口距離較為靠近,導致讀取器容易出現錯讀現象,亦即A、B兩間製程室在同一時間讀取到同一筆標籤資訊,必需透過下一筆進出紀錄來決定前面A、B哪一筆資料是正確的。


這種錯讀問題雖然也可藉由調整功率的方式來解決,但是功率要調到多大,才能讓讀取器讀到應該讀取的資料?當讀取器架在出入口上方,如果功率太小,又會變成無法讀取,在功率不能太小、讀取器距離又近的前提條件下,惟一方法還是得透過系統來解決困擾。


選擇硬體設備 首重穩定與讀取率

RFID系統是個高度客製化的系統,必需配合使用環境來建置,才能發揮效益,前述二項過濾器屬於軟體客製化的例子,在實際建置階段,也有客製化設計的需求。


舉例來說,系統原始規劃在每個製程室出入口的上方架設讀取器,但在酸洗室就不是如此、僅架設在入口處而已,一方面是因為酸洗室與乾燥室彼此相連,前者的出口就是後者的入口,當石英原料推車進入乾燥室就等於離開酸洗室的意思,在酸洗室內架設讀取器的意義不大,另一方面則是酸洗室含有大量的溼氣與酸氣,容易導致設備故障。


最後來看RFID硬體設備的選擇考量有兩點,第一是維修考量,必需選擇品質穩定的設備,價格雖然比較昂貴,但故障率低,可有效降低後續的維修成本。


第二則是考量到作業方便性,要選擇讀取率較好的設備,石英廠作業人員常把工單捲起來放在褲子後面的口袋,導致讀取器不易讀到資料,廠方除了宣導教育作業員將工單放在推車上,同時也採用讀取率較好的設備,降低資料未被讀取的風險。


**刊頭圖(source:Siemens)


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