電子玻璃是液晶屏、觸摸屏的核心材料，價(jià)值高、生產(chǎn)難度很大?？萍疾?017年數(shù)據(jù)顯示，僅G8.5世代面板我國(guó)產(chǎn)能就已達(dá)到世界50%，然而電子玻璃產(chǎn)線國(guó)產(chǎn)化率還不到5%。好在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的普及，正在加快中國(guó)追趕發(fā)達(dá)國(guó)家的速度。中國(guó)電子6月份官宣旗下彩虹集團(tuán)首條高世代G8.5+溢流法電子玻璃產(chǎn)線順利通過(guò)鑒定，代表了該領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)化的較高水平，不過(guò)與康寧等一流企業(yè)仍然有較大的差距。那么，大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是如何提升光電制造水平的，今天我們就給大家分享一個(gè)基于大數(shù)據(jù)的虛擬量測(cè)技術(shù)在電子玻璃缺陷預(yù)測(cè)中的應(yīng)用。
溢流法制造工藝的挑戰(zhàn)
“世代”是電子玻璃產(chǎn)線“水平”或者“級(jí)別”的行業(yè)說(shuō)法，目前已經(jīng)有G11世代、G10.5世代等高世代技術(shù)。其差異點(diǎn)主要在單片玻璃產(chǎn)品的尺寸等，世代越高尺寸越大，制造難度也更大。比如G10世代電子玻璃基板面積已經(jīng)達(dá)到2.85米*3.05米，G8.5世代產(chǎn)品為2.2米*2.5米。大家日常使用的電子產(chǎn)品屏幕都是從這些電子玻璃上分割來(lái)的。電子玻璃又有基板、蓋板等分類，基板主要用于液晶屏幕，蓋板主要用于觸摸屏。其中基板的厚度僅為0.5毫米左右，生產(chǎn)難度最高。
溢流法工藝流程示意圖(紅框處為關(guān)鍵成型、冷卻設(shè)備)
溢流法是目前電子玻璃較為先進(jìn)的制造工藝，包含熔解、澄清、均質(zhì)化、供給、成型、冷卻、切斷、磨削、研磨、清洗、檢查、包裝等工序。其中成型、冷卻是核心工序，熔融的玻璃原料呈半液態(tài)膠狀體，在成型環(huán)節(jié)溢流成初步的平板形狀玻璃，之后在冷卻環(huán)節(jié)通過(guò)拉伸以及精確控制每個(gè)平方單位的退火時(shí)間和溫度，實(shí)現(xiàn)符合目標(biāo)平整度的電子玻璃的生產(chǎn)。
僅在成型、冷卻等關(guān)鍵工序方面，行業(yè)翹楚康寧就有上百項(xiàng)專利。成型和冷卻環(huán)節(jié)最大的挑戰(zhàn)在于讓五六平米、甚至近十平米大小且不到一毫米厚的玻璃，避免出現(xiàn)超標(biāo)的厚度偏差、翹曲和應(yīng)變等缺陷。厚度偏差的控制關(guān)鍵在成型過(guò)程通過(guò)驟冷降低兩端處玻璃的粘度，而翹曲和應(yīng)變的避免則在于冷卻過(guò)程中精確控制玻璃塑性變形區(qū)域的溫度?？傊?，這些缺陷都需要通過(guò)精確控制好每一個(gè)平方單位的玻璃溫度來(lái)避免。因此，成型爐和冷卻爐一般都布滿了溫度采集和控制設(shè)備。
電子玻璃翹曲的問(wèn)題
在檢查工序中，質(zhì)檢工程師會(huì)使用專業(yè)的光學(xué)儀器測(cè)量玻璃片不同位置的厚度，對(duì)厚度進(jìn)行對(duì)比。如果不同區(qū)域的厚度差值超過(guò)一定范圍，就會(huì)影響電子玻璃的成色，導(dǎo)致色差，這類質(zhì)量缺陷就叫做翹曲。如前所述，翹曲一般產(chǎn)生在冷卻工序，根本原因在于玻璃冷卻過(guò)程溫度沒有控制好。
而玻璃溫度的控制并不容易，雖然冷卻設(shè)備中呈柵格狀部署了數(shù)百個(gè)熱電偶，以對(duì)玻璃冷卻過(guò)程中的每個(gè)平方單位溫度進(jìn)行控制，但為了保證在不同環(huán)境和產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的穩(wěn)健性，這些熱電偶的控制門限往往都是靜態(tài)門限，不會(huì)自動(dòng)調(diào)整，而且通常會(huì)設(shè)置得較為寬泛，因此當(dāng)控制門限沒有隨產(chǎn)品、工藝的改變而調(diào)整，它們即使工作在容忍限以內(nèi)，仍然會(huì)出現(xiàn)翹曲的缺陷問(wèn)題。
翹曲一旦在檢查工序中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的解決方案是基于翹曲產(chǎn)生位置的離線報(bào)告，由技術(shù)人員手動(dòng)挑選出來(lái)厚度數(shù)據(jù)，再根據(jù)專家的經(jīng)驗(yàn)去調(diào)整退火爐特定位置的熱電偶控制參數(shù)。同時(shí)，熱電偶控制參數(shù)的調(diào)整范圍也是根據(jù)專家的模糊經(jīng)驗(yàn)，并沒有明確的量化值，只能不斷去嘗試增大或者減少熱電偶的功率并反復(fù)嘗試。
但同時(shí)我們還要看到，上游的成型和冷卻溫度調(diào)整與下游的質(zhì)檢相隔了幾個(gè)小時(shí)，這樣即使上游溫度調(diào)整再次出現(xiàn)了偏差，也只能在幾個(gè)小時(shí)后的下游光學(xué)檢驗(yàn)中才能再次發(fā)現(xiàn)。因此調(diào)整工藝參數(shù)到發(fā)現(xiàn)問(wèn)題改進(jìn)之間隔了幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間，導(dǎo)致每次參數(shù)調(diào)整都會(huì)花很長(zhǎng)時(shí)間。正是因?yàn)檫@些問(wèn)題的存在，導(dǎo)致一旦出現(xiàn)翹曲，產(chǎn)線就有可能幾個(gè)星期都無(wú)法正常生產(chǎn)，非常影響綜合的良率和產(chǎn)量。
針對(duì)翹曲的虛擬量測(cè)系統(tǒng)
寄云科技與中國(guó)電子彩虹集團(tuán)特種玻璃的工藝技術(shù)人員，聯(lián)合開發(fā)了針對(duì)翹曲的虛擬量測(cè)系統(tǒng)，并且取得了不錯(cuò)的效果。
系統(tǒng)主要工作內(nèi)容如下：
01 自動(dòng)采集質(zhì)檢數(shù)據(jù)，并且將其和熱電偶控制參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析
翹曲的質(zhì)檢數(shù)據(jù)是以csv格式的文件，保存在檢驗(yàn)儀器內(nèi)置的ftp服務(wù)器上;而實(shí)時(shí)的熱電偶控制參數(shù)數(shù)據(jù)，則是保存在退火爐的DCS系統(tǒng)中。
通過(guò)自動(dòng)的文件提取和格式解析，寄云提取了玻璃片不同區(qū)域的厚度數(shù)據(jù)，并為其打上時(shí)間標(biāo)簽;同時(shí)，通過(guò)OPC接口，讀取退火爐DCS的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。將厚度數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)都保存在寄云時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)中。
02 根據(jù)翹曲厚度數(shù)據(jù)，自動(dòng)定位發(fā)生異常的熱電偶
將不同時(shí)間段(正常和出現(xiàn)翹曲)的工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，確定正常和異常時(shí)間段哪些熱電偶的控制參數(shù)發(fā)生了變化。
針對(duì)玻璃片沒有批次號(hào)碼，因而無(wú)法按照批次進(jìn)行質(zhì)量追蹤的問(wèn)題，寄云開發(fā)了基于相關(guān)性搜索的算法，通過(guò)分析確定了跟翹曲變化規(guī)律相似度最高的若干個(gè)控制變量，并確定了工藝參數(shù)變化到翹曲檢測(cè)之間的時(shí)間差。
基于以上的分析，自動(dòng)的定位了導(dǎo)致翹曲的特定的、有最大嫌疑的熱電偶控制參數(shù)，并得到了工藝工程師的確定。
通過(guò)以上的分析，幫助工藝工程師實(shí)現(xiàn)了問(wèn)題原因的快速定位。
03 根據(jù)歷史的熱電偶數(shù)據(jù)和質(zhì)檢數(shù)據(jù)，建立起翹曲值和熱電偶控制之間的模型
在大量正常工藝數(shù)據(jù)和質(zhì)檢數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了熱電偶的歷史數(shù)據(jù)(因)和質(zhì)檢數(shù)據(jù)(果)之間的回歸方程，得到一個(gè)表征了因果關(guān)系的映射函數(shù)。
在映射函數(shù)上可以做兩件事情：
量化調(diào)參：在翹曲發(fā)生的時(shí)候，根據(jù)特定翹曲的目標(biāo)值，反推出對(duì)應(yīng)的熱電偶控制參數(shù)對(duì)應(yīng)的調(diào)整范圍，進(jìn)行精確調(diào)參;
虛擬量測(cè)：根據(jù)熱電偶控制參數(shù)的當(dāng)前數(shù)據(jù)，基于映射函數(shù)，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)未來(lái)數(shù)小時(shí)之后的翹曲值，一旦當(dāng)翹曲超過(guò)預(yù)設(shè)的門限，立即告警，甚至需要停產(chǎn)。
應(yīng)用效果
通過(guò)與彩虹特種玻璃工藝工程師的聯(lián)合開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的工藝數(shù)據(jù)和質(zhì)檢數(shù)據(jù)的集成，提高了問(wèn)題分析和問(wèn)題產(chǎn)生原因的定位效率，并首次實(shí)現(xiàn)了基于實(shí)時(shí)工藝數(shù)據(jù)對(duì)未來(lái)數(shù)小時(shí)之后的翹曲缺陷的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。
應(yīng)用場(chǎng)景推廣
“只要能測(cè)量，就一定能改進(jìn)”。這句話雖然不假，但是在很多生產(chǎn)過(guò)程中，確實(shí)存在著無(wú)法測(cè)量的現(xiàn)象。
首先，在自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中，由于控制參數(shù)和環(huán)境變量太多，導(dǎo)致中間環(huán)節(jié)半成品的產(chǎn)出會(huì)有很大的不確定性。而大量中間環(huán)節(jié)的半成品是沒有辦法在當(dāng)前階段直接測(cè)量的，只有到了階段性的檢驗(yàn)或者最終檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，通過(guò)特定的質(zhì)量檢測(cè)儀器，才能確定是否出現(xiàn)了問(wèn)題。這種滯后的檢測(cè)會(huì)產(chǎn)生缺陷的時(shí)間窗口現(xiàn)象，即從產(chǎn)生問(wèn)題的點(diǎn)到檢驗(yàn)環(huán)節(jié)之間的延遲會(huì)引起大量缺陷產(chǎn)品。
其次，在一些生產(chǎn)過(guò)程中，由于測(cè)試成本、安裝部署物理?xiàng)l件的限制，有大量關(guān)鍵的生產(chǎn)參數(shù)，如高溫爐中心溫度、材料的化學(xué)成分、液面高度等，都無(wú)法直接測(cè)量。而為了取得這些參數(shù)，往往采用人工監(jiān)視、經(jīng)驗(yàn)判斷，或者采集樣本、離線檢驗(yàn)的方式，或者采用抽檢而不是全檢的方式，都會(huì)極大的影響產(chǎn)能和質(zhì)量。
虛擬量測(cè)(也有人稱軟測(cè)量)是最近幾年廣泛應(yīng)用在連續(xù)生產(chǎn)(半導(dǎo)體、光電、能源、化工等流程行業(yè))的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，它的原理是通過(guò)大量的設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和質(zhì)檢數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)數(shù)據(jù)分析建模構(gòu)建因果映射關(guān)系，通過(guò)當(dāng)前可以直接測(cè)量的參數(shù)，計(jì)算出未來(lái)在檢驗(yàn)環(huán)節(jié)才能發(fā)現(xiàn)的異常和缺陷;通過(guò)當(dāng)前的測(cè)量值，間接推測(cè)出無(wú)法直接測(cè)量的指標(biāo)，如前述的高爐中心溫度、材料成分等。由于成本低、部署快、收效明顯，已經(jīng)在半導(dǎo)體、光電、能源、化工行業(yè)得到了大量的驗(yàn)證。
（轉(zhuǎn)載）
