Trendy

Ekonomika vývoje a výroby elektronických zařízení - 3. díl

Třídílný seriál o ekonomice vývoje a výroby elektronických zařízení se blíží ke konci.

V prvním a druhém díle jsme se zabývali funkčními charakteristikami zařízení, technickou a ekonomickou analýzou i tvorbou elektrického schématu a layoutu plošného spoje. V závěrečném díle se zaměříme na výrobu prototypů, testování, certifikaci a v neposlední řadě na zahájení sériové výroby a uvedení výrobku na trh.

Výroba prototypu

Plošný spoj máme navržený, a tak se v procesu vývoje zařízení dostáváme do fáze výroby prototypu. V tomto kroku je potřeba zadat výrobu plošného spoje a následně jej osadit součástkami. Pokud má výrobek zakázkové mechanické díly, pak je třeba je také vyrobit, abychom mohli výrobek otestovat včetně mechanických částí.

Předpokládáme, že většina vývojových firem není vybavena technologií pro výrobu plošných spojů, a bude tedy třeba jejich výrobu zadat specializované partnerské firmě. Výrobu plošného spoje lze zadat jak firmám v Česku, tak v zahraničí, především pak v jihovýchodní Asii.

Zadání plošného spoje do výroby: u nás, nebo v zahraničí?

Oba přístupy mají své pro a proti. Pokud nemáte příliš mnoho zkušeností se zadáváním výroby plošných spojů a preferujete jednoduchou komunikaci a rychlost dodání, pak zvolte některou z domácích firem. Výhodou je také možnost osobní návštěvy, prohlédnutí technologií a individuální domluvy.

Pokud již máte nějaké zkušenosti a nebojíte se někdy trochu komplikovanější komunikace, tak výrobu klidně zadejte u některé z prověřených asijských firem. Mnohdy umí zaujmout jak cenou, tak rychlostí dodání.

Obecně platí, že při výrobě prototypu plošného spoje nás zajímá především kvalita a rychlost dodání. Výrobu prototypu proto vždy doporučujeme zadávat ověřeným firmám, které trvale zajišťují vysokou kvalitu výroby. Vyhnete se hledání závad způsobených nekvalitní výrobou plošného spoje.  Cenové hledisko v případě výroby prototypu nehraje primární roli. Na druhou stranu s každou další revizí hardwaru celkové náklady na výrobu prototypů stoupají. 

Osazení prototypového plošného spoje

Osazení prototypového plošného můžete rovněž zadat partnerské firmě. Pokud ale máte patřičné vybavení a dostatek zkušeností, můžete se do osazování pustit i sami. Záleží také na složitosti desky či na počtu a typu elektronických součástek.

Pokud prototypujeme jednotky plošných spojů ročně a máme základní vybavení v podobě ruční pájecí stanice, pak se zcela jistě vyplatí outsourcing a automatické strojové osazení nebo poloautomatické osazení u specializované firmy. Pokud bychom kalkulovali poctivě, tak ruční osazení bude nákladově srovnatelné se strojním s tím rozdílem, že strojní osazení je mnohem spolehlivější a kvalitnější.

Výjimku tvoří jednoduché plošné spoje s nízkou hustotou součástek, které lze spolehlivě a efektivně osazovat také ručně. Pokud prototypujeme desítky plošných spojů ročně, pak může být zejména z pohledu časové flexibility a výrobních termínů výhodné pořídit si vybavení pro poloautomatické osazování plošných spojů a vyškolit personál tak, abychom mohli prototypy osazovat vlastními silami.

Vybavení pro poloautomatické osazování zahrnuje minimálně digitální dispenzer pro nanášení pasty, poloautomatický osazovací systém a pec pro pájení přetavením. Rozhodování o způsobu osazení tedy vždy záleží především na vašich aktuálních možnostech a schopnostech. Je třeba si uvědomit, že nekvalitní osazení může později při testování způsobit řadu obtíží, které mohou vést až ke zničení prototypu. V tom případě se k přímým finančním ztrátám připojuje také zpoždění termínů vývoje.

Testování a certifikace

Závěrečnou fází vývoje elektronického zařízení je testování a certifikace. Aby testování bylo efektivní, tak je zapotřebí předem stanovit plán a metodiku jednotlivých zkoušek. Při testování bez přípravy se zvyšuje riziko, že některé závady nebo neshody se zadáním nebudou odhaleny včas, nebo dokonce nebudou odhaleny vůbec.

Interní testování prototypu

V průběhu interního testování (zejména u prvního prototypu) lze najít neshody se zadáním a s funkčními charakteristikami, které mohou vést k nutnosti redesignu zařízení. To znamená, že musíme projít všemi předchozími fázemi znovu. Zde se zúročí také to, zda jsme v předchozích fázích postupovali precizně. Tedy jestli jsme si vytvořili kvalitní zadání a soupis funkčních charakteristik, zda jsme zvolili správné komponenty a zda jsme navrhli plošný spoj v souladu s potřebami designu.

Klíčové je provádět testování tak, abychom všechny nedostatky zjistili a odstranili ještě před uvedením výrobku na trh. Náprava v této fázi je vždy levnější než v okamžiku, kdy je výrobky nutné stahovat z trhu, ať už kvůli servisu, nebo kvůli kompletní náhradě novým produktem. Je také nutné říci, že v projektu je vždy nezbytné počítat minimálně se dvěma až třemi hardwarovými revizemi v rámci kterých se budou postupně ladit nedostatky produktu. Nelze tedy předpokládat, že se na trh dostaneme již s prvním prototypem. Takové naplánování ekonomiky projektu by bylo zcela jistě odsouzeno k neúspěchu.

Certifikace

Pokud to pro daný výrobek vyžadují příslušná obecná zákonná ustanovení, nebo žádá-li to sám zákazník, tak na závěr testování přistupujeme k certifikaci prostřednictvím akreditovaných laboratoří.

V případě nízkonapěťových elektronických zařízení zákon požaduje, aby producent posoudil shodu zařízení podle nařízení vlády č.118/2016 Sb. Shoda se potom nejčastěji posuzuje podle vybrané harmonizované normy, která je svým obsahem a zařazením nejvhodnější pro daný výrobek. Výrobce může zvolit i jiný způsob posouzení shody než prostřednictvím harmonizované normy, v takovém případě však musí dostatečně prokázat, že zařízení splňuje legislativní požadavky. Pokud pro konkrétní výrobek legislativa nevyžaduje  provedení zkoušky v akreditované laboratoři, tak plně postačí, pokud je producent schopen prokázat, že zařízení shodu splňuje. Z důvodu jistoty si zkoušku v akreditované laboratoři může zákazník sám vyžádat. Zkoušky jsou však velmi nákladné a jejich cena je stejná jak v případě úspěchu, tak neúspěchu.

Pre-testy podle norem

Pokud při akreditované zkoušce třetího prototypu narazíte na neshodu s normou, budete nuceni produkt znovu redesignovat. Proto je vhodné již od prvního prototypu v rámci interního testování provádět tzv. pre-testy podle příslušných norem.

Řada akreditovaných i neakreditovaných laboratoří takovéto asistované pre-testy umožňuje. Díky pre-testům jsme schopni řešit neshody s normou od samého počátku vývoje. K akreditovaným zkouškám potom přistupujeme až v okamžiku, kdy zařízení při všech pre-testech obstojí.  

Testování výrobku se ovšem neřídí pouze zákonnými ustanoveními. Výrobek může být podle potřeby testován a zkoušen podle libovolné normy dle požadavku zákazníka. Vždy platí, že shoda výrobku s jakoukoliv normou by měla být ověřována již v průběhu vývoje, ne až v samotném závěru.

Příprava na sériovou výrobu

Úspěšným otestováním zařízení se dostáváme do fáze, kdy je vývoj u konce a zbývá „pouze“ připravit dokumentaci pro sériovou výrobu zařízení.

Vždy platí, že sériovou výrobu potřebujeme realizovat co nejkvalitněji a zároveň co nejlevněji. Pokud bychom ovšem na přípravě sériové výroby začali pracovat až v této fázi projektu, pravděpodobně bychom dospěli k závěru, že zařízení není na sériovou výrobu připraveno. Následoval by nákladný redesign se všemi fázemi vývoje včetně testování.

Na sériovou výrobu se připravujte už od analýzy

Na přípravě sériové výroby je nutné pracovat již od analýzy zařízení, a zejména pak v průběhu vývoje zařízení. V rámci jednotlivých vývojových revizí můžeme cíleně odstraňovat nedostatky z pohledu sériové výroby a připravovat zařízení tak, aby spolu s finálním otestováním bylo zároveň připraveno k sériové výrobě. Cílem kvalitní přípravy sériové výroby je především:

  • minimalizace počtu výrobních operací,
  • minimalizace manuálních operací,
  • maximalizace automatických strojových operací.

V případě nutnosti manuálních operací se pak snažíme minimalizovat pracnost operátora.

Montáž musí být co nejjednodušší

Už při vytváření konceptu zařízení v rámci analýzy se snažíme myslet na to, aby montáž zařízení byla co nejjednodušší. Zařízení navrhujeme tak, abychom minimalizovali počet mechanických dílů, plošných spojů a také množství spojovacího materiálu.

Řešíme, kudy povedeme kabelové svazky a ve kterých místech umístíme konektory. Uvažujeme, jaké mechanické i elektrické přípravky budeme při výrobě potřebovat. V neposlední řadě zohledňujeme i to, jakým způsobem budeme do zařízení nahrávat software a výrobní data. V další fázi vývoje potom vhodným návrhem plošného spoje zajistíme možnost plně automatického osazení SMD i THT součástek.

Pomocí testovacích bodů na plošném spoji, tzv. test pointů, se připravíme na možnost automatického nebo polo-automatického testování výrobku. Jednotlivé výrobní postupy ověřujeme již při výrobě prototypů a upravujeme je na základě zpětné vazby od vlastní výroby nebo externího výrobce. V okamžiku, kdy je finální revize výrobku otestována a certifikována, by potom celá zbývající práce měla spočívat v přípravě finální výrobní dokumentace. Její součástí je soupiska materiálů, výkresová dokumentace a pracovní předpis.

Uvedení výrobku na trh

Zajištěním sériové produkce jsme se dostali na konec celého procesu vývoje a výroby elektronického zařízení. Nyní již stačí výrobek uvést na trh a dodávat zákazníkům. Ve třech dílech článku jsme si stručně shrnuli problematiku ekonomiky vývoje a výroby elektronických zařízení. Tato oblast je však velmi široká. Řada témat a detailů tak nemohla být kvůli rozsahu článku rozebrána dopodrobna a bude možné se jim v budoucnu věnovat samostatně.

Závěr

Trojdílný článek nepřináší plný výčet materiálových a výrobních položek a sum, díky kterým byste mohli jednoduše zkalkulovat vývoj a výrobu libovolného elektronického zařízení. Každé zařízení je zkrátka unikátní a jinak složité. Naší sérií článků jsme především chtěli poukázat na skutečnost, že chcete-li úspěšně uvést na trh nové elektronické zařízení, aniž byste si způsobili významné ekonomické ztráty, musíte pečlivě vyhodnotit:

  • jaké zařízení chcete vyvinout podle seznamu funkčních charakteristik,
  • co vše k tomu budete potřebovat.

Musíte také rozumět jednotlivým vývojovým etapám a výrobním procesům, kterými zařízení prochází v průběhu vývoje a výroby. Chcete-li v rámci kalkulace projektu optimalizovat cenu jednotlivých fází vývoje, pak musíte vždy postupovat v souladu s funkčními charakteristikami. Rovněž musíte zvážit, které oblasti optimalizovat lze, a které nikoliv.

V neposlední řadě pak musíte pečlivě a poctivě promyslet, zda máte dostatečné materiálové, výrobní a personální zdroje na to, abyste s produktem mohli na trhu dlouhodobě konkurovat. Pokud byste totiž po uvedení zařízení na trh nedokázali zajistit dlouhodobou sériovou výrobu, servis a technickou podporu, tak byste zcela jistě brzy o přízeň zákazníků přišli.

 

Image
PCB eletronica

Máte představu o novém elektronickém zařízení, které byste chtěli uvést na trh, ale máte z celého procesu vývoje a návrhu obavy? Kontaktujte naši společnost ASN Plus a sdělte nám své vize a představy. Provedeme vás celým procesem, upozorníme na možné nástrahy a v případě zájmu podnikneme všechny nezbytné kroky. Pomohli jsme na trh uvést už řadu elektronických výrobků a rádi podáme pomocnou ruku i vám.

 

Zajímá Vás k tématu více?
Spojte se s našimi odborníky:
Ing. Jiří Březina
Senior HW Developer