Inteligentna produkcja

Inteligentna produkcja czyli jak właściwie powstaje elektronika i co ma z tym wspólnego Big Data?

Elektronika stała się dzisiaj na tyle powszechna, że nie jesteśmy w stanie bez niej funkcjonować. Przenika wszystkie dziedziny naszego życia – sprawy osobiste takie jak higienę, transport, zdrowie, nie mówiąc już o rozrywce, edukacji czy infrastrukturze technicznej i transportowej. Konsole, szczoteczki do zębów, telewizory, smartfony, e-papierosy czy elektroniczne książki są tak powszechne, że nie wyobrażamy sobie bez nich życia. Z bardziej zaawansowanych czy nowatorskich rozwiązań można wspomnieć o sportowych spodenkach monitorujących napięcie mięśni i komunikujących się ze smartfonem, elektronicznych wkładach do maseczek tlenowych monitorujących oddech chorego w szpitalu, czy też systemie monitorowania płodności krów za pomocą analizy ich sposobu poruszania się z wykorzystaniem elektronicznych bransolet.

 Przychodzi na myśl pewien cytat dość dobrze opisujący XXI wiek:

„Nie mogę naładować książki, bo właśnie ładuje mi się papieros…”

No dobrze, ale skąd się to wszystko bierze? Kto te urządzenia tworzy? Jak i gdzie się je produkuje? I jak one do nas trafiają?

Wszystko zaczyna się od pomysłu, może to być wyobrażenie działającego systemu, idea, czy też rysunek. Pomysł może mieć każdy, czy to inżynier czy też osoba bez technicznego doświadczenia, firma lub osoba prywatna. W kolejnym kroku, jeżeli właściciel pomysłu decyduje się na jego realizację, albo realizuje go sam, jeżeli posiada niezbędne zaplecze albo kontaktuje się z firmą zajmującą się projektowaniem urządzeń elektronicznych, gdzie koncepcja jest uszczegóławiana przez grupę inżynierów. Powstają analizy, plany projektowe, budżety, szacowane są koszty materiałów (potocznie zwane BOMami, z ang. Bill of Material), jeżeli efekt końcowy spełnia założenia i oczekiwania klienta - pomysł przechodzi do fazy realizacji.

W trakcie realizacji projektu, współpracują ze sobą grupy inżynierów mające różne odpowiedzialności, często w różnych lokacjach i krajach, powstaje dokumentacja systemu, schematy płytek elektronicznych, analizy i projekty torów radiowych, oprogramowanie, scenariusze testów, produkowane są prototypy. Następnie urządzenie testowane jest elektrycznie, wytrząsane, oraz sprawdzane  w różnych temperaturach i wilgotności. Przeprowadza się również testy odporności na wyładowania elektryczne oraz inne niezbędne weryfikacje, jeżeli prototyp spełni oczekiwania klienta i spełni wszystkie wymagane normy projekt wchodzi w fazę produkcji.

No dobrze, ale gdzie?

W Polsce! Mało, kto wie, że Polska jest największym w Europie producentem elektroniki. Ze względu na rosnące koszty pracy w Chinach coraz więcej firm decyduje się przenosić produkcję właśnie do nas. Wartość rynku w obszarze produkcji elektroniki w Polsce w 2014 roku szacowało się na około 14 mld euro, a samej branży towarzyszy stabilny trend wzrostowy. Za naszym krajem przemawia doskonałe położenie w Europie oraz stosunkowo łatwa dostępność do bardzo dobrze wykwalifikowanej kadry inżynierskiej. Jest to doskonały rynek dla światowych producentów RTV/AGD oraz firm kontraktowo zajmujących się produkcją elektroniki zwanych EMS (Electronics Manufacturing Services).

W momencie podjęcia decyzji o masowej produkcji, powinniśmy skontaktować się z takim EMSem i ustalić warunki współpracy oraz ilości produkcyjne, jakie nas interesują – typowo może to być od kilku do kilkuset tysięcy sztuk gotowych urządzeń na rok. Po dopięciu formalności EMS rozpoczyna pracę.

Skąd wiemy, że to, co wyprodukujemy będzie działać?

W produkcji elektroniki, sprawa jakości to dość skomplikowany i ściśle kontrolowany proces.

Wyobraźmy sobie, że rozpoczyna się produkcja, elementy elektroniczne są nalutowywane na wcześniej przygotowane płytki drukowane, dalej takie płytki przechodzą automatyczną analizę wizualną i analizę ICT (in-circuit test) mającą sprawdzić poszczególne elementy układu elektronicznego. Tego typu wstępna weryfikacja nie daje pewności, co do tego, że dana sztuka działa poprawnie i jest pełnowartościowym produktem gotowym do sprzedaży. W tym celu planuje się testy – mają one finalnie potwierdzić, że wszystkie funkcje naszego urządzenia działają poprawnie, że wyświetlacze świecą odpowiednimi kolorami, że dotyk wyświetlaczy działa, że przyciski urządzenia wywołują odpowiednie reakcje a poszczególne funkcje urządzenia działają tak jak to zostało zdefiniowane w dokumentacji.

W jaki sposób przeprowadza się analizę funkcjonalną?

Analiza funkcjonalna wyprodukowanych urządzeń dosyć często przeprowadzana jest ręcznie – tzn. pomiary elektryczne i sprawdzenie poprawności działania urządzenia realizowane jest przez dedykowany zespół ludzi. Jest to rozwiązanie wysoce podatne na błędy, a w przypadku dużych woluminów produkcyjnych (min. kilka tysięcy sztuk rocznie) bardzo nieefektywne. Ludzie nie są w stanie na bieżąco efektywnie weryfikować poprawności działania urządzenia, koszty i ryzyko stają się zbyt duże, a współczynnik Yield będący wskaźnikiem jakości, spada do nieakceptowalnego poziomu. Jest to obszar, w którym z pomocą przychodzi tester funkcjonalny.

Co to takiego?

Tester funkcjonalny to rodzaj automatu, urządzenie mające za zadanie zweryfikowanie poprawności działania danego urządzenia elektronicznego. Wykonuje testy, mające na celu potwierdzenie poprawnego funkcjonowania urządzenia w tym: pomiary elektroniczne, analizę zachowań wyświetlaczy i innych elementów poprzez systemy wizyjne, symulowanie klikania przycisków i dotyku wyświetlaczy za pomocą pneumatycznych palców i inne. Jedną z opcji wykorzystania testerów funkcjonalnych jest przykładowo sprzęgnięcie ich z komorami termicznymi, w których sprawdza się poprawność działa urządzenia w różnych temperaturach. Tester może również zawierać w swojej strukturze pompy podłączone do układów hydraulicznych lub inne urządzenia pozwalające na symulowanie rzeczywistych warunków pracy testowanego urządzenia. Celem jest zautomatyzowanie testów pozwalających na szybkie potwierdzanie poprawnego działania danego urządzenia.

Doskonałym przykładem rodziny testerów funkcjonalnych jest platforma Procket firmy Etteplan.

W zależności od stopnia skomplikowania urządzenia możemy stosować różne warianty urządzenia tak by jak najefektywniej dostosować stopień skomplikowania i możliwości testera do oczekiwań co, do jakości badanego produktu końcowego.

W przypadku testowania wysokie znaczenie ma tzw. traceability (identyfikacja i śledzenie). Przy skali rocznej produkcji rzędu tysięcy musimy mieć pewność, że produkt działa poprawnie a w przypadku awarii, potrzebujemy informacji, które urządzenie nie działa i jaki element konkretnie zawiódł. Cały proces musi być ścisłe i skrupulatnie monitorowany a dane odpowiednio przetwarzane.

Jak to wygląda w praktyce?

Od kilku lat zauważalny jest wzrost nakładów finansowych na testowanie urządzeń. Niestety wykorzystywane rozwiązania są wciąż nieprofesjonalne. Jednym z przykładów jest sposób przechowywania wyników testów – różnego rodzaju pliki tekstowe, czasami arkusze kalkulacyjne, w których ręcznie dodawane są formuły mające na celu wychwycenie błędów spośród tysięcy rekordów. Przeważnie nie ma nawet jednolitego formatu raportowanych danych czy systemu, który umożliwiałby sprawną ocenę bieżącej sytuacji na produkcji i szybką reakcję, a przecież mamy do czynienia z olbrzymią ilością danych kwalifikujących się już do kategorii Big Data. Etteplan oferuje swoim klientom jedynie sprawdzone koncepcje. Wywodzimy się z Finlandii i praktyka pokazuje, że narody skandynawskie potrafią wypracowywać sprytne oraz efektywne rozwiązania. Jednym z takich rozwiązań jest system do zarządzania jakością oraz danymi testowymi skyWATS. Jako przykład weźmy pod uwagę firmę Kone – jednego z naszych kluczowych klientów oraz jednego z największych producentów wind i dźwigów na świecie. Firma Kone produkuje miliony urządzeń rocznie w wielu fabrykach. Bez zunifikowanego systemu śledzenia produkcji ryzyko biznesowe związane z błędami produkcji urosłoby do nieakceptowalnego poziomu.

Ale co można z tym zrobić?

Jednym z wdrożeń narzędzia WATS zrealizowanym przez Etteplan było właśnie wdrożenie w firmie Kone, która rok rocznie produkuje swoje produkty w fabrykach zlokalizowanych w różnych zakątkach globu. Dzięki wdrożonemu oprogramowaniu można na bieżąco śledzić globalną produkcję z dowolnego miejsca na świecie. Ilość raportów testowych szacowanych na 2016 to około 1,2 mln.  Dzięki WATS, Kone posiada bezpośredni dostęp do każdego testera funkcjonalnego na świecie, jaki jest używany do testowania produkowanych urządzeń, na bieżąco może śledzić trendy, zdarzenia, reagować oraz zminimalizować straty powstałe w wyniku ewentualnych problemów w produkcji, daje to firmie pełną przejrzystość stanu produkcji i oczekiwane bezpieczeństwo.

Załóżmy ze cały proces „od pomysłu do przemysłu” zadziałał prawidłowo, że ktoś miał pomysł, pomysł został zrealizowany, projekt został zaakceptowany i wszedł w fazę produkcji, urządzenie zostało wyprodukowane, poprawnie zweryfikowane, zapakowane i do naszych drzwi właśnie dzwoni kurier, a my z rodziną możemy się cieszyć np. nową konsolą nie zdając sobie sprawy, że w jej powstanie zaangażowane było przysłowiowe „pół świata” a wyprodukowana została być może niespełna kilkadziesiąt kilometrów od naszego miejsca zamieszkania.

Autor: Łukasz Rybka – Kierownik Projektów w firmie Etteplan Poland Sp. z o.o., [email protected]