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Le client de Minitab® est l'une des plus grandes sociétés spécialisées dans les technologies solaires et l'énergie renouvelable au monde. Il compte parmi les principaux fabricants de panneaux photovoltaïques solaires et offre des solutions d'énergie solaire depuis plus de 20 ans. L'entreprise veille à fournir de l'électricité propre à un prix compétitif à d'importants acheteurs d'énergie et met fièrement en avant les efforts qu'elle déploie dans le domaine du développement durable.
Le défi
Présence d'incohérences dans le procédé de fabrication en raison de facteurs non identifiés
Le responsable du département Recherche et Développement du site d'un producteur d'énergie solaire basé à Shanghai (Chine) s'est trouvé confronté à un problème. Son équipe a découvert que le procédé de fabrication de l'entreprise générait des niveaux de variabilité inacceptables dans l'épaisseur des films en nitrure de silicium. Elle a donc eu besoin de contrôler l'épaisseur du film pour améliorer les niveaux d'efficacité énergétique des surfaces des cellules photovoltaïques et respecter les normes internes. Idéalement, le film doit présenter une épaisseur comprise entre 77 et 87 nm.
Comme le montrent les illustrations ci-dessus reflétant le procédé initial, l'équipe a découvert que l'épaisseur du film dépassait la limite supérieure (voir la carte de contrôle) et que le procédé ne fonctionnait pas correctement. La plupart des données se situaient au-dessus de la moyenne et la capabilité du procédé était relativement faible. Par conséquent, le taux de défauts au sein du procédé actuel était très élevé.
La solution
L'équipe en charge du projet avait besoin d'analyser les raisons de cette variation importante au niveau de l'épaisseur du film et d'éliminer les facteurs possibles
IDENTIFIER LA CAUSE PROFONDE SUR LA LIGNE DE PRODUCTION
L'équipe souhaitait déterminer si les écarts au niveau de l'épaisseur du film étaient causés par le système de mesure ou des erreurs de procédé. Elle a utilisé la plate-forme de test de produit Topcon, un outil de test standard dans le secteur, pour mesurer l'épaisseur du film et l'indice de réfraction.
L'équipe a ensuite procédé à une analyse des systèmes de mesure de R&R de l'instrumentation, un outil de Minitab, pour vérifier si la variabilité était causée par le système de mesure lui-même. La valeur de mesure générée par l'analyse, R&R de l'instrumentation, s'élève à 9,16, soit un peu moins de 10 %, ce qui indique que le système de mesure Topcon est conforme aux exigences et qu'il n'est pas à l'origine des problèmes rencontrés.
AFFINER LES POSSIBILITES AVEC LES OUTILS DE BRAINSTORMING DE MINITAB
Toujours à la recherche d'éventuels facteurs d'influence, l'équipe a utilisé le diagramme d'Ishikawa (également connu sous le nom de diagramme des causes et effets) dans Minitab Engage pour procéder à un brainstorming. Grâce au diagramme d'Ishikawa et à l'expérience du responsable, l'équipe a identifié deux raisons possibles permettant de supposer que la variation de l'épaisseur du film en nitrure de silicium pouvait être due soit à un dysfonctionnement de l'équipement, soit à un problème au niveau du procédé :
- La fréquence de nettoyage de la vanne papillon, une vanne qui régule le débit des fluides située dans l'équipement de revêtement
- La température du four et l'emplacement du silicium dans le four
Dans un premier temps, l'équipe a cherché à savoir si le nettoyage de la vanne papillon située dans l'équipement de revêtement était un problème. Pour cela, elle a créé un test t à 2 échantillons dans Minitab pour vérifier si la fréquence de nettoyage de la vanne papillon influait fortement sur l'épaisseur du film.
Une fois l'analyse réalisée, l'équipe a trouvé que la valeur de p était inférieure à 0,05. Ce résultat indique qu'il existe une différence importante au niveau de l'épaisseur du film avant et après le nettoyage de la vanne papillon. En d'autres termes, le nettoyage de la vanne papillon a un effet important sur l'épaisseur du film. Eurêka !
Afin de tester la deuxième raison possible de la variation de l'épaisseur du film, l'équipe en charge du projet a utilisé l'analyse de régression de Minitab pour déterminer que la température et l'emplacement du silicium dans le four représentaient deux facteurs significatifs.
LES DECOUVERTES
Grâce à l'analyse de capabilité et aux cartes de contrôle de Minitab, l'équipe a identifié les conditions nécessaires pour obtenir des films en nitrure de silicium à l'épaisseur idéale :
- Nettoyage deux fois par jour des vannes papillon
- Détermination de températures raisonnables au niveau du four. Le résultat du procédé a démontré que les températures idéales aux trois emplacements respectifs du four devaient être les suivantes : 500 °C/932 °F au niveau de la bouche, 480 °C/896 °F dans la partie centrale et 472 °C/881 °F dans la partie inférieure
Les résultats
En ayant recours à l'analyse statistique, l'équipe a rapidement déterminé les paramètres les plus appropriés pour le procédé. Les paramètres du procédé ont été ajustés au sein du modèle de régression de Minitab, ce qui a permis de garantir la stabilité de l'épaisseur du film en nitrure de silicium. Une fois les paramètres ajustés, l'équipe a réalisé une analyse de vérification qui a permis de conclure que les températures idéales devaient être réglées sur 500 °C, 480 °C et 472 °C pour les trois emplacements respectifs. Dans le même temps, la valeur Cpk était supérieure à 1,67 et l'indice de capabilité du procédé était élevé, bien supérieur à la valeur cible prédéfinie.
La puissante analyse statistique de Minitab a permis à l'équipe de prendre des mesures très précises et ciblées. “Nous procédions auparavant à des tests en aveugle continus, mais désormais, nous pouvons finalement tester nos hypothèses d'un point de vue quantitatif. Minitab nous a beaucoup aidés”, explique le responsable de l'équipe. “Tout au long des différentes étapes des processus de découverte, de test de l'hypothèse, de confirmation et de résolution des problèmes, Minitab Statistical Software a permis non seulement de réduire le délai de résolution des problèmes, mais également de renforcer la confiance dans les décisions prises par les membres de l'équipe.”
En comprenant comment contrôler l'épaisseur du film en nitrure de silicium et en étant capable de le faire, l'équipe a amélioré de 7 % l'efficacité énergétique des panneaux, qui est ainsi passée de 81 % à 88 %. Selon des estimations réalisées à partir d'une production actuelle de 6 048 tubes par jour, cette mesure a permis à l'entreprise d'augmenter ses revenus annuels de 650 000 CNY, soit 101 400 dollars.