Automatyzacja Procesów W Produkcji Elektroniki

Automatyzacja w procesach produkcji elektroniki

Proces produkcji układów i urządzeń elektronicznych staje się coraz bardziej precyzyjny skomplikowany ze względu na wciąż postępującą miniaturyzację. Sprawia to, że coraz łatwiej w nim o błędy. Nie powinno zatem dziwić, że coraz więcej zakładów produkcyjnych skłania się ku robotom przemysłowym. Obecnie produkowane roboty pozwalają na wykonywanie niezwykle delikatnych zadań – numeryczne sterowanie umożliwia im osiągnięcie precyzji niedostępnej dla nawet najbardziej wprawnej ręki ludzkiej. Przyjrzyjmy się więc, jak automatyzacja wspiera obecnie produkcję elektroniki.

Co na automatyzacji zyskuje produkcja urządzeń elektronicznych?

Wzrost automatyzacji procesów na linii produkcyjnej pociąga za sobą większą efektywność pracy, poprawę jakości produktów oraz obniżenie kosztów operacyjnych. Jak pokazały wyniki z innych branż, właściwie każdy etap wytwarzania produktów można poddać przynajmniej częściowej robotyzacji i automatyzacji. Nie powinno zatem dziwić, że są to rozwiązania coraz powszechniejsze przy m.in. rozmieszczaniu i montażu komponentów oraz wytrawianiu i testowaniu układów. Wszystkie czynności charakteryzujące się dużą powtarzalnością nadają się wręcz idealnie do zautomatyzowania – prosta ścieżka będzie wykonywana szybko i sprawnie przez robota, co przy okazji wyeliminuje ryzyko powstawania urazów u pracownika wykonującego wciąż te same ruchy.
Automatyzacja to też odpowiedź na brak chętnych do pracy w charakterze tzw. niebieskiego kołnierzyka (blue collar worker) – wiele branż zetknęło się z tym problemem w zeszłym roku. Ponadto roboty przemysłowe nie wymagają do pracy ani oświetlenia, ani klimatyzacji i mogą pracować właściwie nieprzerwanie bez konieczności planowania dni wolnych – ma to wręcz ogromny wpływ na redukcję kosztów produkcji i znacznie ją usprawnia.

Jakie procesy produkcyjne w branży elektronicznej są dziś automatyzowane?

Jak już wspomnieliśmy, automatyzację można zastosować niemal wszędzie. Nie każdy zakład decyduje się jednak na tak radykalny krok – proces ten jest zazwyczaj wieloetapowy i zazwyczaj obejmuje tylko najbardziej kluczowe procesy. Obecnie najczęściej automatyzowane są:

Montaż

Produkowane obecnie roboty są wyposażane w szereg czujników i zaawansowanych technologicznie rozwiązań, które umożliwiają im maksymalnie precyzyjną manipulację najróżniejszymi, nawet bardzo małymi, obiektami. Wykorzystują to m.in. maszyny typu pick-and-place, które zajmują się rozmieszczaniem podzespołów na płytki drukowane. Precyzyjna manipulacja robotów jest także wykorzystywana m.in. przy nakładaniu uszczelniaczy, klejów oraz innych dodatkowych warstw materiałów.
Historia maszyn pick-and-place w branży elektronicznej sięga lat 80. XX wieku. Od tamtego czasu urządzenia te przeszły daleką drogę, stając się właściwie niezbędną częścią technologii montażu powierzchniowego (SMT). Wykorzystują one najczęściej zestawy kamer wysokiej rozdzielczości do wyznaczania położenia danego obiektu. Komponenty do rozmieszczenia zwykle dostarczane są na plastikowych lub papierowych taśmach, podczas gdy obwody drukowane przesuwają się na linii transportowej. Nowoczesne maszyny PAP mogą być wyposażone w wiele równolegle pracujących głowic, co umożliwia im rozmieszczenie nawet kilkuset tysięcy komponentów w ciągu godziny.
Ponadto robotyzacja umożliwia dalszy rozwój miniaturyzacji podzespołów, dzięki wręcz nieosiągalnej dla ludzi precyzji pracy tych urządzeń.

Testy/inspekcje jakości

Coraz większa złożoność i skomplikowanie obwodów drukowanych wymusza wdrażanie znacznie efektywniejszych metod testowania – standardowa kontrola wzrokowa jest już dzisiaj nie tylko nieefektywna, ale też w wielu przypadkach niemożliwa, ze względu na niewidoczne wyprowadzenia i gęstość rozmieszczenia komponentów. Dlatego też coraz częściej w produkcji elektroniki wykorzystuje się zautomatyzowane urządzenia testujące.
Przeważnie takie zautomatyzowane inspekcje składają się z kilku następujących po sobie etapów. Na początku ma miejsce kontrola optyczna i rentgenowska. Uchwycony obraz jest porównywany z zapisanym w pamięci urządzenia wzorcem. Coraz częściej sięga się też po algorytmy opierające się na tzw. uczeniu maszynowym. Na tym etapie wykrywane są usterki wynikające z nieprawidłowych połączeń lutowniczych, niewłaściwym rozmieszczeniem elementów i tym podobnych niedociągnięć dających wizualne efekty.
Następnym często spotykanym zautomatyzowanym etapem jest testowanie połączeń elektrycznych. Maszyny wyposażone w kamery rejestrujące podczerwień mogą dodatkowo analizować termicznie pracującą płytkę, wykrywając potencjalne punkty uszkodzeń.
Inspekcje maszynowe są także bardzo skuteczne przy kontroli interfejsów sterowanych dotykiem – robot testowy może wielokrotnie powtarzać dokładnie ten sam sygnał wejściowy dla każdego cyklu, zachowując identyczne parametry siły i miejsca kontaktu z ekranem. Zastosowanie zrobotyzowanego testowania umożliwia docieranie do przestrzeni trudno dostępnych i eliminuje ryzyko nieprecyzyjnej obsługi sprzętu pomiarowego.

Pakowanie

Ostatni krok w procesie produkcyjnym również może się pochwalić sporymi osiągnięciami w zakresie automatycznych systemów. Automatyczne maszyny pakujące to obecnie właściwie standard w wielu branżach. Pozwalają one nie tylko znacznie przyspieszyć pakowanie i zwiększyć jego efektywność, ale też zachować identyczny wygląd każdego pudełka i uniknąć uszkodzeń opakowań/produktów, które mogłyby być wynikiem błędu ludzkiego. Ma to szczególne znacznie w przypadku komponentów wrażliwych na wyładowania elektrostatyczne.

Jak wyglądają aktualne trendy automatyzacji branży elektronicznej?

Nie da się ukryć, że mamy tu do czynienia ze stale wzrastającą tendencją wzrostową. Obecnie produkcja urządzeń elektronicznych stanowi drugi co do wielkości rynek zbytu dla robotów – generuje ok. 20% całkowitego popytu na roboty do zastosowań przemysłowych. Wyprzedza ją tylko motoryzacja, stanowiąca źródło popytu dla ponad 30% maszyn tego typu. Dystans między tymi branżami stale się jednak zmniejsza, co pozwala szacować, że w najbliższej przyszłości to właśnie elektronika stanie się najbardziej zrobotyzowanym przemysłem. Duża w tym zasługa sukcesywnie obniżanych cen sprzętu tego typu – obecnie nawet małe i średnie przedsiębiorstwa mogą sobie pozwolić na stopniową automatyzację swoich linii produkcyjnych. Widać także wyraźny wzrost dostępności wykwalifikowanego personelu, który może sprawnie przeprowadzić implementację i integrację robotów ze środowiskiem produkcyjnym, a następnie nadzorować i zabezpieczać ich pracę.
Warto też pamiętać, że dostosowanie robota do nowego zadania jest znacznie prostsze i tańsze niż przekwalifikowanie pracownika – wystarczy go przeprogramować i ewentualnie wymienić niektóre narzędzia/podzespoły. Wprowadzenie automatyki umożliwia też znacznie lepszą optymalizację pracy i zarządzania przepływem surowców dzięki zintegrowanemu systemowi nadzoru i zarządzania w czasie rzeczywistym.

Roboty współpracujące – rewolucja w dziedzinie robotyki?

Jednym z nowszych trendów są tzw. roboty współpracujące, zwane z angielska cobotami (od collaborative robot). W przeciwieństwie do starszych i szeroko znanych robotów przemysłowych, mogą one pracować w bezpośrednim towarzystwie ludzi – ich implementacja nie wymaga specjalnych przegrodzeń i separacji między maszynami i ludźmi. Jest to możliwe dzięki rozbudowanej sieci wbudowanych w nie czujników, które pozwalają m.in. zapobiegać kolizjom z pracownikami czy potrącaniu ich pracującym ramieniem. Pozwala to stosować je przy punktowej automatyzacji linii produkcyjnych i montażowych. Cechą charakterystyczną cobotów jest także ogromna elastyczność – można je bardzo łatwo przeprogramować, dostosowując je do aktualnych potrzeb danego zakładu. Są one zatem świetnym rozwiązaniem dla małych i średnich firm cierpiących na braki kadrowe lub niemogących wprowadzić pełnej automatyzacji z różnych względów.

Automatyzacja przemysłu elektronicznego – podsumowanie

Wprowadzenie automatyki do procesu produkcji pozwala znacznie ograniczyć koszty operacyjne i usprawnić przygotowywanie, pakowanie i magazynowanie produktów. Robotyzacja jest więc ogromną pomocą dla każdej firmy, zwłaszcza przy niedoborze wykwalifikowanego personelu. Dzięki ogromnemu wręcz rozwojowi technologii w ostatnich latach, dostępne obecnie na rynku roboty pozwolą znacznie podnieść standard przemysłu, wypierając przestarzałe rozwiązania i eliminując błędy, które mogłyby się pojawić w pracy człowieka. Jest to więc kolejny krok do rewolucji przemysłowej, którego nie należy lekceważyć. Proces robotyzacji już jakiś czas temu zagościł na dobre w branży produkcji elektronicznej i w najbliższej przyszłości raczej pogłębi się jeszcze bardziej.