自动物料搬运系统设计注意事项

刘电波

摘  要：该文结合自己多年的实际经验从自动物料输运系统的设计制造、控制、新技术应用、逻辑软件等方面引出解决高世代面板企业甚或半导体企业在生产过程中提高卡匣搬送的准确度和搬送效率，减少IDEL TIME，减少MO（Miss Operation），优化结构的方法。同时给正在建厂技术交流或在力于在高世代基板自动物料输运系统设计和技术开发的国内相关厂商提供借鉴，少走些弯路。

关键词：自动物料搬运系统  IDEL TIME  MO  RM  FFU  MTC  稼动率  MCS  MES

中图分类号：TP241    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）03（c）-0010-02

自动物料输运系统是最新的存储技术，它集机械、电子、通信、网路、计算机、传感器和自动控制技术于一体，业内著名的自动物料输运系统厂商有日本大福、村田、韩国新盛、SFA等。通过该研究，解决高世代面板企业甚或半导体企业在生产过程中提高卡匣的准确度和搬送效率，减少IDEL TIME，减少MO（Miss Operation）;对于设备生产企业，希望能够提供些有益的提示，优化结构，少走些弯路。该文结合自己多年的实际经验从自动物料输运系统的设计制造、控制、新技术应用、逻辑软件等方面阐述自动物料输运系统厂家和面板行业/半导体行业用户间的技术要求，希望对致力于在高世代基板自动物料输运系统设计和技术开发的厂商有所帮助。

1  自动物料搬运系统硬件设计注意事项

自动物料输运系统工作在高洁净环境中，对厂气流的流动与换气量、气流循环方式的设计、自身洁净度维持等都有极高要求等等，这是设计的基本条件这里不再论述，该文着重点在提升效能和可维护方面。

自动物料输运系统，它主要为RM，也叫堆垛机，和两边储位及洁净系统组成。为了提高性价比一般设计成双RM形式，2台车分工协作，这就引出第一个问题：双RM控制。

堆垛机（RM）是自动物料输运系统的核心，双堆垛机的控制又是核心中的核心，如果控制不好容易出现机台相撞的严重事故，同时又不能太过于小心从而影响到搬送效率，这就需要很好地去平衡。同一条轨道上设置有2台堆垛机（RM）在卡匣搬运过程中为了防止相撞且提高机台的搬送效率，提出了安全距离的概念：在2台堆垛机上设置对照距离传感器，设置安全距离，安全距离位置设置得当就可以均分2台堆垛机（RM）的运力，平衡好解决效率与安全的关系。

随着液晶面板行业的迅速发展，处理的基板尺寸从早期的1代线发展到现在的10.5（11）代线，处理的基板尺寸也从以前长宽300mm到现在超过3m，厚度越来越薄……如果卡匣放置偏位损失会很大，这就对RM放置精度提出了更高要求。

針对以上，我们做以下对应：在堆垛机（RM）的手臂上设置检测位置的3种测距传感器。RM取到卡匣后及时通过手臂上的感应器进行位置测量，计算出卡匣在手臂上的误差量，手臂往下游放置卡匣时通过伺服系统反向进行补正消除误差，此计算因在搬送途中进行故不会影响搬送效率。

存储高世代基板的卡匣重量一般超过2t，堆垛机（RM）走行速度达到3.5m/s。堆垛机（RM）取到卡匣在加减速时会造成卡匣晃动，特别是启动和停止时里面基板存在破片风险，针对此问题我们在设计时就考虑到晃动抑制问题。在此引入加加速度和减减速度概念，对加速度和减速度进行动态控制，很好地解决了卡匣内破片的问题。

随着基板尺寸越来越大，异常导致的损失也会越来越大，这就要求我们能准确分析基板破片原因，采取及时对策。针对这问题我们在自动物料搬运系统两端和RM两侧加装CCD录像设备并可保存特定时间方便追溯。这样基板破片后查看视频基本可找到原因，连上下游EQ破片也能看到，这就是可视化管理。

自动物料输运系统是高洁净度系统，最怕灰尘，我们在系统中设计自动灰尘检测装置（MTC）。灰尘、气流、震动等测量装置安装到卡匣上组成MTC，根据上位系统设定，定时、定路径、定位置测量数据并自动上传保存以备分析。我们可以根据测量数据判定是否设备需要清洁保养，根据震动数据履历我们可以分析到设备将要可能出现的故障，及时消灭在萌芽状态。提高设备稼动率。

随着面板世代线的提高，面板越来越大，堆垛机（RM）也越来越大走行距离变长，8代以上工厂走行达到200m，最大的摩擦源是供给RM高速运转的电源及配线，同时也对传统的坦克链电缆供电是严峻的挑战，电缆移动越长，断线等损坏的几率越大。对此，我们研究气隙变压器原理使堆垛机（RM）与供电电源不用电缆相连，不接触。RM通过励磁线圈取电，解决了摩擦产尘问题和坦克链电缆会断裂问题，为RM长寿命运行提供保障。

2  自动物料搬运系统软件设计注意事项

自动物料输运系统的大脑就是MCS物料控制系统：在液晶工厂，配置于上层管理系统（MES）与自动物料输运系统搬送设备Controller之间，把从上位得到的搬送指令分割为以搬送设备为控制单位的子命令，并考虑搬送设备的状态来选择最适当的搬送设备进行搬送。

大数据分析功能：MCS要有强大的服务器与内存，在设备运转过程中按一定的规则不断存储整个系统的参数与数据，作为用户的我们可以根据自己的需求设置。我们可以客制化监控目标（OS、数据库等）收集到的数据存储在监控系统积累成历史数据，同时我们可以在监控系统中根据需要设置不同的阙值进行筛选我们需要的数据即向客户提供服务。

可以实现更有效率的搬送：通过控制信号控制单一路径的卡匣数量，根据控制逻辑关系提前或另外规划路径可以实现卡匣在整个系统内的有序流动。

通过系统的控制逻辑提前将相关制程卡匣就近放到棚位zone区，制程机台需要卡匣时就可就近搬送，节省远程搬送时间，如必须从远处搬送则可自动调整搬送动作的优先权，其他搬送指令会让路。

特殊需求的制程机台（有时间限制）通过MES系统预估自动物料输运系统以指定时间到达的搬送方式缩短制程机台的待机时间;从制程机台的搬送指令在自动物料输运系统中优先执行，提高效率。

因为设有备用群组，在工厂运转中即使系统控制硬件宕机的情况下可以自动切换到备用群组;因系统设计为冗余结构，检测到故障时冗余模组会自动启动;在数据库宕机的情况下，系统可以使用内存处理数据，待数据库回复后自动拷贝到数据库中。

为了节省人力和实现自动化，软件设有状态监测系统模块（操作系统、数据库、应用程序）异常时并可通过网络传送到客户指定终端，告用户当问题发生时应当怎么处理。通过收集的大数据可在发生故障前检知实现预防保养。在系统更新时不需要停止软件实现无停止情况下更新程序功能。

3  结语

自动物料输运系统是一个复杂的自动化程度很高的调度用设备，近期液晶面板和半导体行业对自动物料输运系统的要求越来越高，针对这一市场国内的厂商研究力度也在不断深入。该文只是结合自己的工作实际和目前世界上领先的自动物料输运系统厂商的产品与之使用新技术方面做个叙述，希望此文可以给正在建厂技术交流或踏入或在此行业打拼的国内相关厂商提供借鉴。

参考文献

[1] 丁立言，张铎.仓储自动化[M].北京：北京清华大学出版社，2002.

[2] 游俊安.自动化物料搬运系统在晶圆厂之应用[D].台湾中原工业大学，2008.