Как да подобрим работоспособността на робот за манипулиране на пластини, който често се поврежда?

Автоматизацията е дълбоко интегрирана в производството на полупроводници и малко автоматизирани задачи изискват повече постоянство от манипулирането на пластини. Роботите преместват крехки пластини между товарни портове, технологично оборудване, станции за инспекция и други модули през целия производствен цикъл, като често повтарят едни и същи движения хиляди пъти при строго контролирани условия.

Когато роботът за манипулиране на пластини започне да генерира повтарящи се неизправности, въздействието рядко остава ограничено само до самия робот. Прекъснатите прехвърляния могат да забавят технологичните стъпки, да нарушат производствения график и да оставят скъпото оборудване в изчакване на материал. Затова истинското предизвикателство за екипите по поддръжката не е да изчистят последната аларма, а да установят защо същата неизправност продължава да се появява.

Фигура 1. Манипулирането на пластини е една от най-чувствителните към прецизността роботизирани операции в производството на полупроводници.

Защо повтарящите се неизправности на роботите са толкова важни във фабриката

Производството на полупроводници зависи от предвидимо движение между тясно координирани технологични стъпки. Роботът за прехвърляне на пластини може да е само един компонент в много по-голямо оборудване, но повтарящ се проблем в тази точка може да прекъсне потока на материалите през няколко свързани операции.

Непосредствените последици са лесно забележими: по-ниска производителност, забавена обработка на пластините, повече труд за поддръжка и нарушаване на производствения график. По-малко очевидната последица е нестабилността. Робот, който отказва само от време на време, може да бъде по-труден за диагностициране от робот, който напълно спира да работи, тъй като техниците могат многократно да нулират системата и да я връщат в производство, без да съберат достатъчно доказателства за установяване на основното състояние.

Затова подобряването на работоспособността трябва да се съсредоточи върху повтарящите се модели, а не върху отделни инциденти. Въпросът не е просто „Каква аларма се появи?“, а „Какво се промени непосредствено преди тази аларма и появява ли се същата последователност всеки път?“

Започнете, като отнесете неизправността към правилната подсистема

Повечето повтарящи се проблеми при манипулирането на пластини могат да бъдат проследени до по-малък брой области: механично износване, проблеми със сензорите или центрирането, работата на вакуумната система и крайния изпълнителен механизъм или грешки в комуникацията и последователността. На теория тези категории са ясни, но на практика често се припокриват в симптомите, наблюдавани от оператора.

Аларма за позициониране, например, не доказва автоматично, че двигател, ремък или водач е повреден. Неправилна обратна връзка от сензора може да попречи на контролера да потвърди завършено движение, докато повреда във вакуумната система може да спре същата трансферна последователност почти на същото място. Ето защо ефективното отстраняване на неизправности започва с отделянето на видимия симптом от подсистемата, която действително го е причинила.

Това разграничение е особено важно при полупроводниковото оборудване, тъй като ненужните настройки могат да създадат нови проблеми. Повторното подравняване на механично изправен робот заради неправилен сигнал от сензор може да намали повторяемостта, вместо да я подобри.

Механичното износване обикновено се проявява постепенно

Роботните съединения, лагерите, ремъците, линейните направляващи и съединителите работят при огромен брой повтарящи се цикли. С износването на тези компоненти първите признаци често са незначителни: малко по-грубо движение, увеличени вибрации, малки отклонения в позиционирането или повреди, които възникват само при определени условия на движение.

Тези симптоми може да не спрат производството незабавно. Вместо това роботът може да работи нормално в продължение на стотици цикли, преди отново да генерира аларма, свързана с позицията. Именно поради тази периодичност историята на повредите е важна. Ако една и съща ос, посока на движение или трансферна позиция се появява многократно в дневниците, механичната проверка може да бъде много по-целенасочена.

Техниците трябва да обръщат особено внимание на компонентите, изложени на непрекъснато движение, както и на всякакви признаци за увеличен луфт, непостоянно съпротивление или необичайни вибрации. Целта не е просто да се открие износена част, а да се определи дали това износване може да обясни конкретния модел на повреда, наблюдаван по време на производството.

Повреда на сензор може да изглежда като повреда в движението

Роботите за манипулиране на пластини разчитат на сензори, за да потвърдят наличието и позицията на пластината, състоянието на слота и успешното завършване на отделните стъпки от трансфера. Роботът може да се движи правилно от механична гледна точка, но въпреки това да отчете повреда, защото системата за управление не получава необходимата обратна връзка, за да продължи последователността.

Замърсяването е особено важен проблем в средите за прецизно манипулиране. Сензор, който се е замърсил или е леко разцентрован, може да започне да създава периодични проблеми с откриването, вместо да откаже напълно. Затова сензорите за откриване на пластини, устройствата за картографиране на слотове и камерите за подравняване трябва да се проверяват винаги когато последователността на повредата зависи от тяхната обратна връзка.

Почистването и повторното калибриране могат да разрешат някои случаи, докато повреденият или нестабилен хардуер може да изисква подмяна. Важното е да се провери самата обратна връзка, вместо да се приема, че всяка аларма, свързана с трансфера, произхожда от механиката на робота.

Вакуумните проблеми често се проявяват при захващане или поставяне

В системите, използващи вакуумно захващане на пластини, крайният изпълнителен механизъм трябва да създава и поддържа достатъчна задържаща сила през целия трансфер. Слабият вакуум, замърсяването в линиите, пропускащите фитинги или влошаването на повърхността на крайния изпълнителен механизъм могат да доведат до периодични откази при захващане и поставяне.

Етапът, на който се появява неизправността, може да предостави полезна диагностична информация. Проблем, който постоянно възниква по време на вземане на пластина, трябва да насочи техниците първо към генерирането на вакуум, измерването на налягането, тръбопроводите и състоянието на крайния изпълнителен механизъм, преди да започнат да изследват несвързани оси или комуникационен хардуер.

Показанията на вакуума също трябва да се разглеждат динамично, а не само като статични стойности. Системата може в крайна сметка да достигне необходимото налягане, но да се нуждае от повече време от очакваното, което да доведе до изтичане на времето на контролната последователност, преди да пристигне потвърждението. В този случай симптомът е неизправност при прехвърлянето, докато основният проблем е влошаване на пневматичната или вакуумната ефективност.

Комуникационните грешки могат да спрат механично изправен робот

Роботите за обработка на пластини работят като част от интегрирана среда за автоматизация. Те обменят команди и информация за състоянието с контролери на оборудването, портове за зареждане, технологично оборудване и производствени системи от по-високо ниво. Ако някое очаквано съобщение или разрешаващ сигнал не пристигне, роботът може да спре, дори когато двигателите, сензорите и механиката му функционират правилно.

Затова комуникационните неизправности трябва да се разграничават от неизправностите при физическото движение още в началото на процеса по отстраняване на неизправности. Инженерите трябва да знаят дали роботът е опитал движението и се е провалил, или изобщо не е получил условията, необходими за започването му.

И тук времето е от значение. Прехвърляне, което спира непосредствено след команда, може да показва нещо различно от последователност, която завършва механично, но никога не получава потвърждение от съседното оборудване. При по-големи архитектури за автоматизация прегледът на състоянието на свързаните компоненти за индустриални комуникации и мрежи може да помогне да се определи дали прекъсването се намира вътре или извън контролера на робота.

Дневниците на грешките са най-ценни, когато се четат като последователност

Съвременните системи за обработка на пластини могат да генерират подробни диагностични записи, включително неизправности на осите, аларми за вакуума, грешки на сензорите и комуникационни събития. Четенето само на последната аларма обаче може да бъде подвеждащо, тъй като един първоначален проблем може да предизвика няколко вторични неизправности за кратък период.

По-полезният подход е да се възстанови последователността. Кое събитие се е случило първо? Съобщила ли е същата ос за грешка преди алармата за вакуума? Липсвал ли е сигналът за наличие на пластина, преди роботът да спре? Възникнала ли е неизправността само при един порт за зареждане или при няколко крайни точки?

Повтарящите се модели често стесняват разследването много по-ефективно от формулировката на едно съобщение за неизправност. Затова екипите по поддръжката трябва, когато е възможно, да съхраняват времевите отпечатъци, работните условия и предишните коригиращи действия, вместо многократно да нулират робота, без да документират какво се е случило.

Фигура 2. Структурираното отстраняване на неизправности свързва повтарящите се повреди при работа с пластини с подсистемата, която действително е причинила прекъсването.

Проверката трябва да следва доказателствата

След като последователността на повредата бъде разбрана, физическата проверка става по-ефективна. Ако регистрационните файлове многократно насочват към една ос, техниците могат да се съсредоточат върху нейните шарнири, водачи, ремъци, съединители и обратната връзка за позицията. Ако грешката постоянно възниква при вземането на пластината, вакуумната система и крайният изпълнител заслужават приоритет.

Това звучи очевидно, но замяната на части чрез проби и грешки остава скъпа при силно интегрираното автоматизирано оборудване. Едновременната замяна на няколко компонента също унищожава диагностичната информация, тъй като екипите по поддръжката вече не знаят кое действие действително е отстранило повредата.

Дисциплинираният процес за отстраняване на неизправности променя само една променлива наведнъж, когато това е практично, записва резултата и след това наблюдава дали първоначалната повреда се проявява отново при същите работни условия.

Превантивната поддръжка всъщност е насочена към запазване на повторяемостта

Роботите за работа с пластини не се нуждаят от превантивна поддръжка само защото съдържат подвижни части. Те се нуждаят от нея, защото работата с полупроводници зависи от изключително повторяемо движение и измерване. Малки количества механично износване, замърсяване или отклонение в подравняването могат да повлияят на надеждността много преди даден компонент да достигне пълен отказ.

Разумната програма за поддръжка може да включва смазване на определени подвижни компоненти, проверка на ремъци и водачи, почистване и калибриране на сензори, проверка на вакуумната система и проверки на подравняването на робота. Актуализациите на фърмуера или софтуера също могат да бъдат част от стратегията за поддръжка, когато са предоставени и препоръчани от производителя на оборудването.

Интервалите не бива да се копират механично между различни системи. Работните часове, броят на циклите, условията на околната среда и препоръките на производителя на оригиналното оборудване трябва да влияят върху честотата на изпълнение на дадена задача. Робот, който работи непрекъснато, може да изисква различна стратегия за поддръжка в сравнение с оборудване, използвано само периодично.

Отстраняването на неизправности в EFEM изисква по-широк поглед

Много роботи за работа с пластини работят в рамките на преден модул на оборудването (Equipment Front End Module, или EFEM). В тази среда роботът е само един от елементите в последователност, която може да включва портове за зареждане, картографиране на пластини, механизми на врати, оборудване за подравняване и комуникация с технологичното оборудване.

Тази по-широка архитектура променя логиката при отстраняване на неизправности. Роботът може да спре, защото портът за зареждане не е правилно подравнен, сензорът за картографиране е отчел неочаквано състояние, механизмът на вратата не е изпълнил последователността си докрай или технологичното оборудване не е предоставило необходимия сигнал за потвърждение. Затова постоянното обвиняване на робота, само защото той е компонентът, който видимо е спрял, може да насочи техниците в погрешна посока.

Фигура 3. Системите EFEM съчетават няколко функции за обработка и интерфейс, затова повтарящите се неизправности често изискват диагностика на ниво система.

Инженерите трябва да изследват цялата последователност на прехвърляне и да определят кое устройство отговаря за всяка стъпка. Това улеснява установяването дали роботът не е изпълнил валидна команда, или друга част от EFEM е попречила на последователността да продължи.

Данните за производителността могат да покажат влошаване преди критична неизправност

Дневниците на неизправностите описват събития, които вече са преминали определен праг, докато данните за производителността могат да разкрият влошаването по-рано. Средното време между отказите, честотата на неизправностите, времето на цикъла за прехвърляне и точността на позициониране на осите могат да предоставят полезни индикации за променящото се поведение на системата.

Помислете за времето на цикъла. Ако един път за прехвърляне постепенно започне да отнема повече време, макар да не е възникнала официална неизправност, тази промяна може да обоснове проверка, преди роботът в крайна сметка да спре. По същия начин намаляващият MTBF показва, че нулиранията и ремонтите не водят до стабилен дългосрочен резултат.

Точността на позициониране може да бъде още по-информативна, когато оборудването предоставя подходящи диагностични данни. Бавното увеличаване на корекцията или отклонението при позициониране може да разкрие механично или калибрационно отклонение, преди операторите да започнат да виждат чести аларми.

Системите за визуализация могат да помогнат на екипите по поддръжката да сравняват тези тенденции с действителната история на неизправностите. Съвременните HMI и индустриални изчислителни платформи са особено полезни, когато представят повтарящите се събития при робота заедно с данните за циклите и работата, вместо да показват алармите изолирано.

Стандартизираното отстраняване на неизправности предотвратява изчезването на знанията

Повтарящите се проблеми с оборудването се решават по-трудно, когато всеки техник подхожда към тях по различен начин. Една смяна може да почисти сензор, друга да регулира центровката, а трета да нулира параметрите, без някой да поддържа последователен запис на състоянието на неизправността и коригиращото действие.

Стандартизираните процедури осигуряват последователност. Екипът може да документира последователността на алармите, засегнатото място, съответните измервания и предприетото действие по поддръжката, а след това да сравни следващото възникване с предишното. С течение на времето това създава практическа история на неизправностите за конкретната машина, вместо да се разчита единствено на общата сервизна документация.

Обучението е важно по същата причина. Техниците, които разбират кои симптоми обикновено съответстват на механични, вакуумни, сензорни или комуникационни проблеми, могат да започнат с най-подходящите проверки, вместо многократно да започват от нулата.

Наличността на резервни части е част от инженерната дейност за надеждност

Правилната диагностика не допринася особено за работоспособността, ако необходимият компонент не може да бъде заменен. Затова фабриките за полупроводници трябва да разглеждат стратегията за резервни части наред с профилактичната поддръжка и отстраняването на неизправности.

Критичността трябва да насочва решенията за поддържане на складови наличности. Компонентите с история на повреди, дълги срокове за доставка или способност да спрат цял EFEM заслужават различно отношение от евтините части, които могат да бъдат набавени бързо.

Този въпрос става по-значим с остаряването на оборудването. По-старите роботизирани платформи могат да останат механично работоспособни в продължение на много години, докато отделни сензори, контролери, задвижвания или патентовани интерфейсни компоненти стават трудни за набавяне. Ранното наблюдение на остаряването позволява на екипите по поддръжката да планират, вместо да реагират на повреда, след като производството вече е спряло.

Ремонтите трябва да бъдат доказани чрез първоначалната последователност на отказа

След ремонт успешното придвижване на робота само по себе си не доказва, че първоначалният проблем е отстранен. Оборудването трябва да бъде тествано чрез същата интегрирана последователност, при която е възникнала повредата, включително отчитане на сензорите, потвърждение на вакуума и комуникация със съседното оборудване.

Ако повредата е възникнала само на един порт за зареждане, на този път трябва да се обърне специално внимание. Ако се е появила едва след няколко часа работа, кратък тестов цикъл може да не е достатъчен, за да покаже стабилност. Валидирането трябва да съответства на характеристиките на първоначалния проблем възможно най-близо на практика.

Тази последна стъпка е важна, защото периодичните повреди могат временно да изчезнат след поддръжка, дори когато първопричината остава. Работоспособността се подобрява само когато самият повтарящ се модел бъде отстранен.

По-добрата работоспособност идва от по-доброто разбиране на повредите

Надеждността на робота за обработка на пластини не се подобрява просто чрез по-бързо нулиране на алармите. Механичното износване, замърсяването на сензорите, нестабилността на вакуума и комуникационните повреди могат да причинят повтарящи се прекъсвания на прехвърлянето, а видимата аларма на робота често е само крайният резултат от по-дълга последователност на откази.

Най-ефективният процес за отстраняване на неизправности съчетава анализ на историята на повредите с целенасочена инспекция, профилактична поддръжка и системно разбиране на EFEM. Тогава показатели като MTBF, време на цикъла, честота на повредите и точност на позициониране могат да покажат дали коригиращите действия действително подобряват поведението на системата в дългосрочен план.

В една фабрика за полупроводници надеждното преместване на пластините подпомага производителността на всяка свързана с него технологична стъпка. Затова работоспособността на робота е повече от показател за поддръжката: тя е част от цялостната стабилност на производството. Най-добрите резултати се постигат, когато инженерите престанат да разглеждат всяка повреда като отделен инцидент и започнат да възприемат повтарящите се повреди като доказателство за основен модел, който може да бъде измерен, изолиран и отстранен.