สายการล้างที่อยู่ของแบตเตอรี่: รอบการทำงาน 85 วินาที และสิ่งสกปรกเหลือเพียง 3 มิลลิกรัมในห้าขั้นตอน

ภาพรวม

ฝาครอบแบตเตอรี่คือกล่องอะลูมิเนียมขนาดใหญ่ที่มีผนังบาง พร้อมขอบยื่น (flange), พื้นฐาน, ชุดแท่งยึดแบบเกลียว (mounting inserts) และในหลายแบบยังมีโครงเสริมความแข็งแรงภายใน (stiffening ribs) กับแผ่นระบายความร้อนที่ติดเข้ากับพื้นฐานด้วยวิธีการเชื่อมหรือการยึดแบบกาว ฝาครอบนี้จะถูกทำความสะอาดหลังกระบวนการขึ้นรูปด้วยเครื่องจักร และก่อนนำไปประกอบต่อไป โดยเกณฑ์การยอมรับมักกำหนดเป็นมวลสิ่งสกปรกที่เหลืออยู่รวมทั้งหมด ซึ่งต้องไม่เกินจำนวนหลักเดียวหน่วยมิลลิกรัมต่อชิ้น

ความยากของการทำความสะอาดไม่ได้อยู่ที่พื้นผิวที่มองเห็นได้ แต่อยู่ที่บริเวณผิวสัมผัสของขอบยื่น (flange mating face), รูเกลียวที่ใช้ยึด, มุมที่เว้าลึกบริเวณระหว่างโครงเสริมความแข็งแรง, และรอยต่อระหว่างแผ่นระบายความร้อนกับพื้นฐานของฝาครอบ — บริเวณเหล่านี้คือจุดที่เศษโลหะจากการขึ้นรูปด้วยเครื่องจักรมักตกค้างไว้ และยังเป็นจุดที่อาจทำให้การทดสอบการรั่ว (leak test) หรือกระบวนการยึดติด (bonding process) ล้มเหลว

บริษัท บิ๊ก เบิร์ด อินดัสเทรียล (เดิมชื่อ ชิมาดะ บิ๊ก เบิร์ด อินดัสเทรียล) ผลิตระบบทำความสะอาดและขจัดเศษโลหะจากชิ้นส่วนระบบขับเคลื่อนยานยนต์มาตั้งแต่ปี ค.ศ. 2001 และสายการผลิตแบบห้าขั้นตอนที่อธิบายไว้ด้านล่างนี้ใช้โครงสร้างเดียวกับโครงการผลิตจริงที่ทำงานด้วยรอบเวลา 85 วินาที โดยมีข้อกำหนดจำกัดปริมาณสิ่งสกปรกไม่เกิน 3 มิลลิกรัม

1. เหตุใดที่ฝาครอบแบตเตอรี่จึงต้องใช้สายการผลิตแบบพิเศษ

ฝาครอบขนาดนี้มีพื้นผิวขนาดใหญ่แต่มวลเบา ทำให้ฉีดละอองน้ำได้ง่าย ไหลท่วมได้ง่าย แต่แห้งยากมาก น้ำมักค้างอยู่ในร่องตื้นๆ ระหว่างซี่โครงและตามขอบของฝาครอบ และหากชิ้นส่วนออกจากสายการผลิตในสภาพเปียก ก็จะไม่ผ่านการตรวจสอบความสะอาดซ้ำ เนื่องจากเมื่อน้ำระเหยไปแล้ว จะทิ้งสารที่ละลายอยู่ไว้เบื้องหลัง

พื้นที่ผิวขนาดใหญ่ มวลเบา ความสามารถในการกักเก็บน้ำสูง

ผนังอลูมิเนียมที่บางจะร้อนและเย็นเร็ว หมายความว่าชิ้นส่วนอาจควบแน่นความชื้นจากอากาศในโรงงานที่มีความชื้นสูง แม้หลังผ่านขั้นตอนการอบแห้งแล้วก็ตาม มาตรการแก้ไขทั่วไปคือ การควบคุมอุณหภูมิของชิ้นส่วนขณะออกจากสายการผลิต เพื่อไม่เพียงแต่กำจัดน้ำให้หมดสิ้นในขั้นตอนสุดท้ายของการล้างเท่านั้น

ชุดฟลานจ์และไส้เกลียวกำหนดข้อกำหนด

พื้นผิวด้านหน้าของฟลานจ์มีซีลหรือกาว ขณะที่ไส้เกลียวแบบเกลียวภายในรับตัวยึดที่มีค่าแรงบิดเฉพาะ การปนเปื้อนบนพื้นผิวใดพื้นผิวหนึ่งจะทำให้เกิดการรั่วหรือข้อผิดพลาดของแรงบิด ซึ่งปรากฏขึ้นระหว่างการประกอบขั้นสุดท้าย ห่างไกลจากสถานีทำความสะอาด จึงเป็นเหตุผลที่เกณฑ์ความสะอาดสำหรับฝาครอบแบตเตอรี่จึงเขียนแยกตามแต่ละบริเวณ แทนที่จะระบุเป็นตัวเลขเดียว

2. ลำดับขั้นตอนห้าขั้นตอน

สายการผลิตที่บรรลุเวลา 85 วินาที และมวลสิ่งสกปรก 3 มิลลิกรัม ไม่ได้พึ่งพาเพียงขั้นตอนเดียวที่รุนแรง แต่กระจายภาระงานออกเป็นห้าขั้นตอน โดยแต่ละขั้นตอนจัดการกับสถานะการปนเปื้อนเฉพาะรูปแบบหนึ่ง

แต่ละขั้นตอนมีวัตถุประสงค์อะไร

การล้างด้วยสเปรย์ช่วยกำจัดเศษโลหะและสารหล่อลื่นส่วนใหญ่ออกจากพื้นผิวทั้งหมดพร้อมกัน ขั้นตอนการทำความสะอาดแบบเจาะจงด้วยหุ่นยนต์จะตามมาเพื่อจัดการบริเวณฟลานจ์ ร่องเกลียวของแท่งตัด และมุมของโครงเสริม ซึ่งเป็นจุดที่การฉีดสเปรย์เข้าถึงได้ยากที่สุด การล้างด้วยน้ำเปล่าจะขจัดสารทำความสะอาดและอนุภาคฝุ่นที่ลอยตัวขึ้นใหม่ โดยใช้น้ำที่ผ่านระบบกรองแยกต่างหาก การเป่าด้วยลมจะกำจัดน้ำส่วนใหญ่ออก เพื่อไม่ให้ขั้นตอนสุญญากาศต้องทำหน้าที่ระเหยน้ำเอง การอบแห้งด้วยสุญญากาศจะขจัดน้ำที่การเป่าด้วยลมไม่สามารถกำจัดออกได้ทั้งหมด

3. การทำให้แห้งเป็นข้อจำกัดที่สำคัญที่สุด

สำหรับชิ้นส่วนที่มีขนาดเท่านี้ ขั้นตอนการล้างมักไม่ใช่จุดที่จำกัดประสิทธิภาพ แต่ขั้นตอนการเป่าลมและการสุญญากาศร่วมกันกลับใช้เวลานานผิดสัดส่วนในวงจรทั้งหมด และหากพยายามลดเวลาของขั้นตอนเหล่านี้ลง จะส่งผลให้เกิดปัญหาความชื้นค้างมากกว่าปัญหาความสกปรก

ลำดับขั้นตอนภายในกระบวนการอบแห้งมีความสำคัญ

การเป่าลมก่อนขั้นตอนสุญญากาศไม่ใช่การกระทำซ้ำซ้อน เพราะอากาศสามารถกำจัดน้ำส่วนใหญ่ได้ด้วยพลังงานต่ำ ในขณะที่สุญญากาศจะจัดการกับน้ำส่วนที่เหลือซึ่งติดอยู่ตามรูปร่างเรขาคณิตที่อากาศไม่สามารถพัดออกไปได้ แต่หากสลับลำดับให้สุญญากาศมาก่อน จะทำให้ห้องสุญญากาศต้องระเหยน้ำที่อยู่ในสถานะอิสระ ซึ่งใช้เวลานานกว่าการระเหยฟิล์มน้ำบาง ๆ มาก

อุณหภูมิของชิ้นส่วนเมื่อออกจากเครื่อง

ชิ้นส่วนที่ออกจากเครื่องในสภาพอุ่น จะค่อย ๆ เย็นลงขณะเคลื่อนผ่านสายพานลำเลียง และอาจเกิดการควบแน่นของความชื้นจากอากาศรอบข้างได้ การควบคุมอุณหภูมิขณะออกจากเครื่องให้ใกล้เคียงกับอุณหภูมิแวดล้อมจะช่วยหลีกเลี่ยงปัญหานี้โดยไม่จำเป็นต้องเพิ่มสถานีระบายความร้อน สำหรับชิ้นส่วนปลอกบาง ตัวแปรนี้วัดค่าได้จริง และควรรวมไว้ในเกณฑ์การยอมรับควบคู่ไปกับความแห้งสนิท

4. การจัดการและการครอบคลุมรุ่นต่าง ๆ

ที่รองรับแบตเตอรี่มีความยาวและลวดลายของโครงยึดแตกต่างกันไปในแต่ละรุ่นของรถยนต์ และสายการผลิตที่สามารถจัดการได้เพียงรุ่นเดียวจะกลายเป็นจุดคับคั่นทันทีที่มีการเพิ่มรุ่นที่สองเข้ามาในโปรแกรม

การจัดการด้วยหุ่นยนต์เทียบกับการถ่ายโอนแบบเฉพาะเจาะจง

หุ่นยนต์สามารถหยิบที่รองรับแบตเตอรี่ ปรับทิศทางให้เหมาะสมสำหรับการระบายน้ำ และวางลงบนสถานีได้โดยไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์เฉพาะสำหรับแต่ละรุ่น ความยืดหยุ่นนี้ส่งผลให้เวลาในการหยิบและวางนานขึ้น จึงจำเป็นต้องพิจารณาเลือกวิธีการจัดการตามจังหวะการผลิต (takt time) มากกว่าพิจารณาจากจำนวนรุ่นเพียงอย่างเดียว

ความเหมือนกันของอุปกรณ์ยึดจับ

ในกรณีที่ที่รองรับแบตเตอรี่ต่างกันเพียงความยาว อุปกรณ์ยึดจับที่มีฐานรองรับแบบปรับระยะได้สามารถรองรับหลายรุ่นได้ด้วยชุดเครื่องมือชุดเดียว แต่หากลวดลายของโครงยึดต่างกัน อุปกรณ์ยึดจับมักจำเป็นต้องใช้แผ่นรองเฉพาะรุ่น ซึ่งเวลาในการเปลี่ยนแปลงอุปกรณ์ก็จะถูกนับรวมเป็นส่วนหนึ่งของข้อกำหนดสายการผลิต

5. การกรองสำหรับปริมาณการผลิตจำนวนมาก

ที่อยู่อาศัยขนาดใหญ่จะกักเก็บของเหลวปริมาณมากไว้บนพื้นผิวของมัน และของเหลวแต่ละลิตรที่ไหลกลับเข้าสู่ถังจะนำสิ่งสกปรกทั้งหมดที่ติดมาด้วย ระบบกรองสำหรับวงจรประเภทนี้จะถูกออกแบบให้มีขนาดตามปริมาตรน้ำที่ติดอยู่กับชิ้นงาน ไม่ใช่เพียงอัตราการไหลของปั๊มเท่านั้น

วงจรล้างออก (rinse circuit) มักแยกออกจากวงจรล้าง (wash circuit) เนื่องจากน้ำล้างออกมีระดับความสกปรกต่ำกว่ามาก การนำน้ำล้างออกกลับไปใช้ในถังล้างจึงขัดต่อวัตถุประสงค์ของการล้างออกโดยสิ้นเชิง ตัวกรองแบบถุงที่มีระบบล้างย้อนกลับอัตโนมัติและมีองค์ประกอบสำรองหนึ่งชุด ทำให้สามารถเปลี่ยนตัวกรองได้โดยไม่ต้องหยุดสายการผลิต ซึ่งในจังหวะการผลิตที่ใช้เวลา 85 วินาทีต่อชิ้นงาน การไม่หยุดสายการผลิตนี้ไม่ใช่เพียงความสะดวก แต่เป็นข้อกำหนดที่จำเป็น

6. การจัดการชิ้นส่วนที่มีผนังบางโดยไม่ทำให้บิดเบี้ยว

โครงสร้างที่รองรับแบตเตอรี่มีความแข็งแรงในแนวระนาบของตัวมันเอง แต่ยืดหยุ่นได้เมื่อถูกกระทำนอกแนวระนาบนั้น การยกโครงสร้างขึ้นโดยจับที่มุมสองมุมจะทำให้พื้นผิวเบี่ยงเบน และการยึดโครงสร้างไว้ที่ขอบรอบ (flange) เพื่อต้านทานการเบี่ยงเบนนั้นอาจทำให้พื้นผิวที่กำลังตรวจสอบความเรียบในขั้นตอนต่อมาเกิดการบิดเบี้ยวได้ ดังนั้น แนวคิดในการจัดการชิ้นส่วนจึงสัมพันธ์กับข้อกำหนดด้านคุณภาพ และสำหรับโครงสร้างอะลูมิเนียมขนาดใหญ่ ปัญหานี้ไม่ใช่เพียงประเด็นเชิงทฤษฎีเท่านั้น

วิธีการทั่วไปคือการรองรับชิ้นส่วนบนโครงยึดที่สอดคล้องกับจุดยึดติดจริงของชิ้นส่วน และยกชิ้นส่วนขึ้นผ่านจุดยึดติดเหล่านั้น แทนที่จะยกผ่านผนังของชิ้นส่วน หากจำเป็นต้องกลับด้านชิ้นส่วนเพื่อระบายน้ำ แกนหมุนจะถูกจัดวางให้แรงยึดผ่านบริเวณที่มีความแข็งแรงมากที่สุด การออกแบบอุปกรณ์ยึดที่มุ่งเน้นเพียงการยึดชิ้นส่วนโดยไม่คำนึงถึงเส้นทางการถ่ายแรง จะส่งผลให้ค่าที่วัดได้ขณะอยู่ในอุปกรณ์ยึดแตกต่างจากค่าที่วัดได้บนแผ่นรองวัดพื้นผิว (surface plate)

ระยะเวลาการระบายน้ำในฐานะพารามิเตอร์ในการออกแบบ

พื้นผิวเรียบขนาดใหญ่สามารถกักเก็บน้ำได้ทั้งในรูปแบบฟิล์มและในรูปแบบแอ่งน้ำ การเอียงชิ้นงานระหว่างการลำเลียงจะทำให้ฟิล์มน้ำไหลออกก่อนขั้นตอนเป่าลม ซึ่งช่วยลดภาระการทำงานของอุปกรณ์อบแห้ง ตัวอย่างเช่น ในรอบการผลิต 85 วินาที การลำเลียงแบบเอียงเป็นเวลา 10 วินาทีอาจให้ผลดีกว่าการใช้พัดลมขนาดใหญ่ขึ้น เนื่องจากน้ำถูกกำจัดออกด้วยแรงโน้มถ่วงโดยไม่ต้องใช้พลังงาน

หลักการเดียวกันนี้ใช้ได้กับการลำเลียงระหว่างขั้นตอนล้างและขั้นตอนเป่าลม ชิ้นงานที่เคลื่อนที่ในแนวราบจะยังคงมีฟิล์มน้ำติดอยู่ แต่หากเคลื่อนที่ในแนวเอียง ฟิล์มน้ำจะหลุดออก ดังนั้น การจัดวางระบบจับยึดและลำเลียง แทนที่จะเป็นการปรับปรุงอุปกรณ์อบแห้ง มักเป็นวิธีที่ประหยัดที่สุดในการลดระยะเวลาขั้นตอนการอบแห้งสำหรับชิ้นส่วนขนาดใหญ่ เช่น โครงหุ้มแบตเตอรี่ และการตัดสินใจด้านนี้ควรทำตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบเบื้องต้น ไม่ใช่ในช่วงการติดตั้งและทดสอบระบบ หากมีพื้นที่บนพื้นเพียงพอ การติดตั้งส่วนสายพานลำเลียงสั้นๆ ที่เอียงจะมีต้นทุนต่ำกว่าการเพิ่มกำลังการเป่าลมในระดับเทียบเท่า

คำถามที่พบบ่อย

เหตุใดโครงหุ้มแบตเตอรี่จึงต้องผ่านกระบวนการ 5 ขั้นตอน

เนื่องจากแต่ละขั้นตอนจัดการกับสิ่งสกปรกในสถานะที่ต่างกัน: ชิ้นส่วนเศษโลหะขนาดใหญ่ ลักษณะพิเศษที่เข้าถึงยาก คราบสารซักฟอกที่เหลืออยู่ น้ำปริมาณมาก และน้ำที่ค้างอยู่ แม้จะสามารถรวมขั้นตอนเข้าด้วยกันได้ แต่มักทำให้เวลาในการดำเนินรอบเพิ่มขึ้น เนื่องจากขั้นตอนเดียวจำเป็นต้องอ่อนโยนกว่าขั้นตอนที่มันแทนที่

การเป่าลมเพียงอย่างเดียวสามารถบรรลุระดับความแห้งตามที่กำหนดได้หรือไม่

เกิดขึ้นน้อยมากกับโครงเรือนที่มีร่องนูน กระแสอากาศจะไหลตามแนวเดียวกับน้ำและผลักน้ำเข้าไปยังบริเวณที่เป็นโพรง แทนที่จะขับน้ำออกจากบริเวณนั้น ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้วิธีสุญญากาศหรือเปลี่ยนทิศทางของชิ้นงาน เพื่อจัดการกับรูปทรงที่กระแสอากาศไม่สามารถพัดออกได้

จะตรวจสอบว่ามีมวลน้ำเหลืออยู่ 3 มิลลิกรัมบนชิ้นส่วนขนาดใหญ่เช่นนี้ได้อย่างไร

โดยการสุ่มตัวอย่างเฉพาะบริเวณที่กำหนดไว้ แทนที่จะสุ่มทั้งชิ้นส่วนทั้งหมด โดยใช้วิธีการสกัดตามที่ระบุไว้ในข้อกำหนด บริเวณขอบหน้าแปลน ตำแหน่งที่ฝังวัสดุ และมุมของร่องนูน จะถูกสุ่มตัวอย่างแยกกัน เนื่องจากขีดจำกัดสำหรับแต่ละบริเวณแตกต่างกัน

สายการผลิตจำเป็นต้องมีการทดสอบการรั่วแยกต่างหากหรือไม่

แผ่นระบายความร้อนหรือฝาครอบที่ปิดสนิทมักทำหน้าที่นี้ และการทดสอบการรั่วมักจัดวางหลังขั้นตอนการอบแห้ง เพื่อไม่ให้น้ำที่ค้างอยู่บดบังจุดรั่วหรือปนเปื้อนอุปกรณ์ทดสอบ

สรุป

รอบเวลา 85 วินาทีกับขีดจำกัด 3 มิลลิกรัมไม่ขัดแย้งกัน เพราะสายการผลิตใช้เวลาส่วนใหญ่ตรงจุดที่ข้อกำหนดจริงๆ ต้องการ คือ บริเวณขอบต่อ (flange) ชิ้นส่วนฝัง (inserts) มุมของโครงเสริม (rib corners) และน้ำที่ค้างอยู่ในบริเวณเหล่านั้น สายการผลิตที่สั้นลงซึ่งตัดขั้นตอนล้างหรือสุญญากาศออก จะไม่ล้มเหลวที่จุดเดียวกัน

เมื่อกำหนดข้อกำหนดสำหรับอุปกรณ์ประเภทนี้ สิ่งที่จำเป็นต้องระบุคือ ขีดจำกัดความสะอาดตามแต่ละภูมิภาค วิธีการทำให้แห้ง รายการรุ่นย่อย (variant list) และจังหวะการผลิต (takt) เมื่อมีข้อมูลทั้งสี่ประการนี้แล้ว จำนวนขั้นตอนและจำนวนสถานีจะถูกกำหนดตามไปด้วย ทำให้สามารถเปรียบเทียบใบเสนอราคาได้กับผู้จัดจำหน่ายรายอื่น