Индустриални роботи за електронното производство

РоботикаСп. Инженеринг ревю - брой 3/2022 • 25.05.2022

  • Глобалните производители на електронни компоненти и устройства все повече разчитат на стандартни и колаборативни роботизирани системи, проектирани и конфигурирани конкретно за нуждите на тази индустрия

  • По данни на IFR приложенията на промишлените роботи в електронното производство не само постепенно изравняват тези в автомобилния сектор, но притежават и сериозен потенциал да ги надминат

  • Използват се основно два типа роботизирани системи — специализирани модели за прецизни монтажни приложения в сферата на микроелектрониката и в чисти помещения и роботи с по-универсално предназначение

Промишлените роботи днес намират толкова широко приложение в електронното производство, че трудно бихме могли да си го представим без тях. За роботите пионери в индустрията обаче е важало по-скоро обратното. На фона на ултрабързите, свръхпрецизни и компактни модерни решения, първите по-масови роботизирани системи от 60-те и 70-те години на миналия век изглеждат излишно огромни, тромави, грубовати и несръчни. Ако трябва да перифразираме известната поговорка — напомнят на слонове, които определено нямат място в “стъкларския магазин” на електронната индустрия. Ето защо минават цели десетилетия, преди технологичната еволюция в сегмента да позволи на техните по-компактни наследници да се справят ефективно с миниатюрните компоненти, фините процеси и допуските от микро- и дори наноскалата, характерни за електрониката.

През последните години световните производители на електронни компоненти и устройства все повече разчитат на роботизирани автомати и рамена, десктоп конфигурации и колаборативни системи, специално проектирани за потребностите на отрасъла, а темповете на възприемането им непрекъснато се увеличават. По данни на Световната федерация по роботика (IFR), в наши дни приложенията на промишлените роботи в електронното производство не само постепенно изравняват тези в автомобилния сектор — дългогодишен лидер в класацията на клиентските индустрии (с малко над една трета от глобалния пазар за всяка от двете), но притежават и сериозен потенциал да ги надминат. Маркетинговите анализатори са смели в прогнозите си за близо 12-процентен ръст на тези приложения до 2025 г., а наред с броя на внедрените роботи в електрониката се очаква експоненциално да се разширява и функционалният им обхват.

Тази високотехнологична индустрия използва основно два типа роботизирани системи. Първите са специализирани модели за прецизни монтажни приложения в сферата на микроелектрониката, проектирани обикновено за работа в чисти помещения.
Втората група роботи е с по-универсално предназначение и обхваща стандартни конфигурации за асемблиране на електронни устройства, pick-and-place операции и други спомагателни задачи.

 

Водещи приложения

В първата категория специализирани решения за чисти помещения, например за нуждите на полупроводниковата индустрия, попадат вакуумните роботи за манипулиране и обработка на силициеви пластини. Те имат задачата да манипулират със субстратите и да ги транспортират между множеството етапи и работни станции в рамките на производствения процес на полупроводникови компоненти. Комплексните технически изисквания, на които тези системи отговарят, ги правят подходящи за редица сходни приложения като производството на плоски дисплеи, соларни панели, твърди дискове, наноустройства и микроелектромеханични системи (MEMS).

Чистите стаи са задължително условие в множество подсегменти на съвременната електронна промишленост. По своята същност това са строго изолирани среди, в които влажността, температурата и концентрацията на прахови частици във въздуха подлежат на стриктен мониторинг и контрол в рамките на зададени в съответната група стандарти допустими граници. Високата степен на автоматизация на процесите в такива приложения минимизира потребността от оператори хора, които изпълняват различни монтажни и спомагателни операции.

След автомобилостроенето и асемблирането на електронни устройства и медицинска електроника, индустриалните роботи от ново поколение постепенно си проправят път и в най-прецизната сред изброените — полупроводниковата индустрия, а днес вече са считани за неин критичен елемент. Възможностите за изграждане на цялостни работни клетки в чистите стаи, работещи съвместно по един и същи проект, осигуряват необходимата гъвкавост на производителите да внедряват все по-иновативни стратегии за повишаване на качеството, бързината и прецизността.

Роботите за електронни приложения в чисти помещения изпълняват най-общо три основни функции — намаляват оперативните разходи, подобряват безопасността на работното място и повишават общата производителност. Разнообразните производствени методики, като атмосферните и вакуумните процеси, както и приложенията в агресивни среди (например газови или плазмени) изискват и съответните специализирани и високоустойчиви роботи.
Втората група по-универсални роботизирани системи в електронното производство е натоварена с някои по-малко прецизни основни и спомагателни задачи, например в асемблирането на електронни устройства. В тази категория попадат различни стандартни, компактни и “мини” модели, делта и SCARA роботи, системи с паралелна кинематика, стационарни, настолни, колаборативни и дори мобилни конфигурации, проектирани да работят с максимална точност, минимални загуби, висока скорост и работоспособност и възможности за изключително бърза възвръщаемост на инвестицията.

В модерната електронна промишленост роботите намират място практически във всички подотрасли и типове производства. Сред основните приложения на роботизираните системи в тази индустрия са монтажните задачи и затягането на крепежни елементи, манипулирането с компоненти и материали, трансферните и pick-and-place операции, визуалната инспекция и тестовите процедури, опаковъчните дейности, обслужването на машини, финото дозиране на различни субстанции, отнемането на материал, щамповането, ецването, вмъкването и пресоването на прецизни компоненти и т. н. Подходящи за работа както в стандартни, така и в чисти или агресивни среди, роботите значително повишават ефективността на тези технологични процеси с акцент върху устойчивото качество, прецизност, надеждност и бързина. Различни високотехнологични решения и иновации, като системи за машинно зрение от последно поколение, изкуствен интелект и алгоритми за машинно самообучение, функции за интелигентно и автономно управление, свързаност и комуникация, превантивна диагностика и поддръжка, както и софтуерни платформи за симулация и офлайн програмиране, асистират съвременните роботи в покриването на стандартите на концепцията за Industry 4.0, пренасяйки електронната индустрия в цифровото бъдеще.

 

Монтажни и колаборативни роботи в електрониката

С напредъка на технологиите и съгласно закона на Мур електронните устройства стават все по-компактни, а вследствие на това и техните компоненти подлежат на непрекъсната миниатюризация. Ето защо модерните асемблиращи роботи, предназначени за високопрецизни и високоскоростни монтажни операции с устойчиво качество, стават все по-важни в производството на печатни платки, компютри, мобилни телефони, дисплеи, медицински компоненти и изделия и други потребителски и специализирани електронни устройства. В допълнение към малките размери и изключително тесните допуски при монтаж, електронните компоненти често са доста крехки или пък лесно се деформират. Така автоматизирането на технологичните задачи в това направление се превръща в задължително условие за ефективното им и надеждно изпълнение.

Съвременните монтажни модели на пазара са способни да захващат, повдигат и манипулират с висока повторяемост миниатюрни компоненти с много малко тегло и площ. Популярни в сегмента са десктоп конфигурациите, които са гъвкави и точни, заемат малко пространство и могат да работят в труднодостъпни зони.
Специализираните асемблиращи роботи за електронното производство драстично съкращават работните цикли дори в комплексни и прецизни приложения като монтажа на компоненти върху дънни платки за компютърни системи. Намалявайки времето за изработка, те директно увеличават производителността в дългосрочен план.

Друга съществена полза от роботизацията в този подотрасъл е трайният спад в ценните на крайните потребителски продукти, който е факт благодарение на значителните икономии от разходи за труд и производство.
Освен роботизирана система със съответния контролер, една оптимална конфигурация би включвала още подходяща инструментална екипировка и надеждни средства за безопасност, които могат да бъдат закупени както в комплект с робота от същия производител, така и от друг доставчик.

В динамичните съвременни монтажни приложения сръчността и бързината на роботите е от ключово значение за тяхната ефективност и рентабилност, както и за устойчивото качество на продукцията. Все по-голяма популярност в асемблирането на електронни устройства набират колаборативните решения, които могат да извършват изключително широк набор от задачи с висока повторяемост, включително пробиване, запояване, опаковане, фино дозиране, затягане на монтажни елементи, влагане на компоненти, лепене, запечатване, боядисване, окомплектоване, палетизиране, захващане на произволни компоненти от кутия или контейнер (bin picking), шлифоване, полиране, зачистване, фрезоване, профилно рязане, измерване, тестване, инспекция, етикетиране и т. н.

Колаборативните рамена са с олекотена конструкция и стават все по-лесни за програмиране, особено чрез модерните напоследък low- и no-code процедури за генериране на програми без кодиране, посредством опростени графични интерфейси по подобие на мобилните приложения. В допълнение тези системи стават и все по-достъпни в ценови план не само за големите, но и за малките и средни предприятия. Един средностатистически кобот, внедрен в цех за производство на електронни компоненти и изделия, може да се изплати за по-малко от година.
Основни предимства на колаборативните роботи, освен високата им степен на безопасност в споделени с оператори работни приложения, са тяхната гъвкавост, прецизност и производителност в комбинация с лесното им инсталиране и въвеждане в експлоатация и възможностите за монтаж на мобилни платформи.

 

Пазарни тенденции

С множеството негативни ефекти върху веригите на доставките в електронната индустрия вследствие на пандемията, много компании насочват фокуса си към роботизация на технологичните процеси, която да компенсира новите социално-икономически предизвикателства наред с традиционни проблеми в бранша като липсата на квалифицирани кадри, приложенията с множество повторяеми задачи и тези с недостатъчна степен на ергономичност. Според пазарните проучвания, през последните години значително е нараснал броят на внедрените роботи в производството на потребителски и фиброоптични електронни устройства, полупроводникови прибори и промишлена електроника. Същевременно се увеличава търсенето на усъвършенствани решения за автоматизация като роботизирани рамена с интелигентни сензорни технологии, системи с изкуствен интелект и алгоритми за машинно самообучение и др.

Сред водещите тенденции при специализираните роботи за електронната индустрия, която маркетинговите експерти отличават, са улесненото управление и програмиране, нарастващата гъвкавост и бързина, както и навлизането на роботизираните системи в набиращите популярност производствени стратегии с голям асортимент и малък (дори единичен) обем на партидите, характерни за Industry 4.0.

Първите системи, използвани за такива приложения, бяха тясно специализирани за извършването на даден процес роботи, чието последващо препрограмиране за други задачи се оказваше сложно и трудоемко. Все по-масови днес стават свързаните интелигентни роботизирани платформи, които позволяват сравнително лесно преминаване от един тип дейност към друга благодарение на опростения си програмен интерфейс, включващ множество предварително зададени програми, функции и избори на крайни манипулатори за типични приложения в електронното производство.

Все по-масовото използване на роботи в различни производствени сегменти допълнително подчертава необходимостта от снижаване на прага на компетентностите и квалификацията, необходими за инсталиране, програмиране и въвеждане в експлоатация на роботите с цел разкриване на по-голям потенциал за повишаване на производителността. В отговор на това търсене на пазара се налага цяло поколение колаборативни системи с интелигентни платформи за машинно зрение, които се отличават с усъвършенствани функции и интерфейси за програмиране без код или специален патентован език, както и такива с обща интегрирана среда за разработка и програмна екосистема, позволяваща бърз и лесен избор от предефинирани основни и спомагателни компоненти за проектиране на стандартни и специализирани конфигурации.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top