Роботизированные печатные платы для мелкосерийного производства, предназначенные для пилотных сборок и управления технологическими процессами.

Производство робототехники в малых объемах находится между прототипированием и массовым производством. Объемы обычно составляют от сотен до нескольких тысяч единиц в год — этого достаточно, чтобы оправдать инвестиции в оснастку, но недостаточно для запуска специализированных производственных линий. Программы по разработке робототехники часто останавливаются на низкообъемном производстве на годы, либо потому что рынок естественным образом поддерживает малый объем (промышленность, медицина, специализированные отрасли), либо потому что программа масштабируется в сторону большего объема за счет пилотных этапов с малым объемом производства. На этой странице рассматривается производство печатных плат роботов в малых объемах: расчет амортизации НИОКР, технологическая дисциплина, которая применяется при масштабировании от больших объемов, вопросы закупок и отрасли, которые обычно обслуживает этот диапазон объемов.

Правильно организовать мелкосерийное производство — это совсем не то же самое, что правильно организовать прототипирование или крупносерийное производство. Инвестиции в оснастку, которые плохо окупаются на этапе прототипирования, хорошо работают в мелкосерийном производстве; автоматизация процессов, которая окупается в крупносерийном производстве, не окупается в мелкосерийном. Именно соответствие инвестиций фактическому объему производства делает мелкосерийное производство экономически выгодным, а не компромиссным. Программы, которые рассматривают мелкосерийное производство как уменьшенную версию прототипирования или крупносерийного производства, обычно перерасходуют средства или не достигают результатов; программы, которые управляют мелкосерийным производством с учетом его фактического экономического профиля, производят надежную продукцию по разумной цене.

Что отличает мелкосерийное робототехническое производство от других видов?

Низкообъемные производства — это отдельная производственная модель, а не временный компромисс.

Многие компании, занимающиеся робототехникой, годами остаются в режиме мелкосерийного производства, поскольку промышленные, медицинские, сервисные и специализированные роботы являются высокоценными продуктами, а не устройствами массового производства. Поэтому мелкосерийное производство печатных плат должно проектироваться с учетом повторяемости партий, контролируемой документации и целенаправленных инвестиций в оснастку, а не рассматриваться как длительный процесс прототипирования.

Производство робототехники малыми партиями находится между прототипированием и массовым производством. Объемы производства обычно составляют от сотен до нескольких тысяч единиц в год на одну платформу. Отличительной особенностью является иной подход к инженерной экономике — затраты на НИОКР окупаются на достаточном количестве этапов, чтобы инвестиции были оправданы, но недостаточно, чтобы оправдать крупномасштабные оптимизированные процессы. Специфические характеристики производства робототехники малыми партиями:

• Инвестиции в оборудование: Создание тестовых приспособлений, трафаретов и процедур квалификации технологического процесса оправдано, поскольку их стоимость окупается при производстве сотен плат.
• Гибкий график работы линии: Объём производства недостаточен для оправдания необходимости выделения отдельных производственных линий. Партионное производство использует время линии совместно с другими программами.
• Источники компонентов: Стратегическое размещение запасов имеет большое значение для позиций спецификации материалов с высоким риском. Минимальные объемы заказа могут превышать непосредственные потребности, но обычно обходятся дешевле, чем закупка у брокера за единицу продукции.
• Доработка дизайна: Непрерывная обратная связь между инженерно-технологическим процессом и производством позволяет постепенно улучшать конструкцию между производственными циклами.
• Документация: Данные по каждому отдельному экземпляру обеспечивают отслеживание надежности, которое обычно необходимо для программ с меньшим объемом производства.

Зачастую программа большую часть своего жизненного цикла проводит на этапе мелкосерийного производства. Этап создания прототипа длится несколько месяцев; наращивание объемов производства – от нескольких месяцев до года; стабильное мелкосерийное производство может продолжаться десятилетие. Именно партнер по производству, который хорошо поддерживает стабильное мелкосерийное производство, обеспечивает устойчивую прибыльность программы – благодаря стабильному качеству, ценообразованию и постоянному диалогу между инженерами и производителями, который со временем улучшает продукт.

Программы, рассматривающие мелкосерийное производство как крупносерийное, обычно чрезмерно инвестируют в оснастку, которая не окупается; программы, рассматривающие мелкосерийное производство как производство прототипов, обычно недостаточно инвестируют в оснастку, которая действительно окупится. Сопоставление инвестиций с объемом производства — вот что делает мелкосерийное производство экономически выгодным.

Амортизация НИОКР и экономическая эффективность затрат при малых объемах производства.

Оправдание новых методов исследования должно быть обеспечено снижением риска и воспроизводимостью.

Оснастка, трафареты, инструменты программирования, планы контроля и квалификация процесса увеличивают затраты, но также снижают вероятность ошибок и вариаций при перезапуске. В контексте мелкосерийного производства важно не то, можно ли избежать НИОКР, а то, какие именно элементы НИОКР окупаются за счет уменьшения количества отказов, ускорения сборки и согласованности данных по партиям.

Амортизация НИОКР является крупнейшим экономическим фактором при малых объемах производства. НИОКР, хорошо амортизируемые при объеме в 5,000 единиц, могут плохо амортизироваться при объеме в 500. Понимание того, в какие объекты НИОКР стоит инвестировать при малых объемах, важнее, чем понимание того, каких следует избегать. Типичные объекты НИОКР и их поведение при амортизации следующие:

• Испытательный стенд: Обычно это обходится в 5,000-30,000 долларов. Амортизация составляет 10-60 долларов за плату при заказе 500 единиц. Как правило, это оправданно с точки зрения качества производства.
• Трафарет: 100-500 долларов за сторону за одну доработку. Амортизация составляет 0.20-1.00 доллар за доску. Практически всегда выгодно.
• Квалификация процесса: Инженерные затраты времени на разработку производственного процесса. Амортизируются на протяжении всего срока службы производства, а не только за один цикл.
• Настройка программирования прошивки: Единовременные инвестиции в инфраструктуру. Амортизируются на протяжении всех этапов проектирования.
• Проверка первой статьи: Однократно за каждое изменение. Стандартно для регулируемой продукции; опционально для потребителей.
• Индивидуальная упаковка: Иногда требуется для специализированных программ. Амортизируется в зависимости от объема программы.

Частота заказов на закупку (PO) важна как для амортизации НИОКР, так и для стабильности процесса. Частые небольшие заказы на закупку приводят к многократным расходам на НИОКР и каждый раз создают дополнительные затраты на перезапуск процесса. Редкие крупные заказы на закупку позволяют лучше амортизировать НИОКР и поддерживать стабильную работу процесса. Программы, которые согласовывают частоту заказов на закупку с ритмом производства, обычно работают эффективнее, чем программы, которые заказывают платы по мере необходимости. Компромисс заключается в соотношении затрат на хранение запасов и амортизации НИОКР на единицу продукции.

Программы, которые объединяют циклы заказов на закупку при небольших объемах, улучшают амортизацию НИОКР. Четыре заказа на закупку по 100 плат каждый оплачивают НИОКР при каждой настройке приспособления; один заказ на 400 плат оплачивает НИОКР один раз. В руководстве по анализу затрат на роботизированную печатную плату рассматриваются экономические аспекты.

Технологическая дисциплина, позволяющая масштабировать производство от больших объемов.

Регулярный контроль за партиями продукции предотвращает отклонения от плана мелкосерийного производства.

Когда производственные циклы разделены месяцами, память процесса может исчезнуть, если пакет сборки не завершен. Рабочие инструкции, профили оплавления, процедуры нанесения покрытия, тестовые сценарии, фотографии, известные проблемы и контроль версий предотвращают превращение следующей партии в новый прототип.

В мелкосерийном роботизированном производстве преимущества дает дисциплина процесса, которая масштабируется от больших объемов. Не каждая практика, применяемая в крупносерийном производстве, целесообразна для внедрения в мелкосерийном производстве, но правильно подобранный набор методов обеспечивает надежный результат. Основные дисциплины:

• Атомный оптический интерес на каждой плате: Дешево за штуку при любом объеме производства; выявляет очевидные дефекты. Стандартное решение при любых объемах производства.
• Рентгеновское излучение на платах BGA: Это оправданная цена за одну плату даже при небольших объемах производства для плат высокой стоимости.
• Функциональный тест: Затраты на разработку и производство оснастки адекватно амортизируются при небольших объемах производства критически важных плат.
• Проверка первой статьи: устанавливает базовый уровень, относительно которого сравниваются последующие запуски.
• прослеживаемости: Данные по отдельным единицам продукции недороги в сборе, но дороги в восстановлении постфактум.
• Контроль над процессом: Диаграммы статистического контроля процессов (SPC) и контрольные пределы полезны даже при умеренных объемах производства в процессах созревания.

Не каждая технология, применяемая в больших объемах производства, окупается при малых объемах. Автоматизированная балансировка производственной линии, экономящая секунды на каждой плате, важна при 100 000 единицах, но не важна при 500. Комплексный статистический контроль процессов обеспечивает дисциплину, которой иногда не хватает программам, ориентированным на малые объемы производства. Правильный набор технологий — те методы, которые обеспечивают улучшение качества пропорционально их стоимости при конкретном объеме производства — делает производство малых объемов экономически выгодным, а не недоинвестированным или переинвестированным.

Поиск комплектующих и стратегическое управление запасами в малых объемах.

Стратегически грамотное управление запасами зачастую обходится дешевле, чем риски, связанные с задержкой сроков выполнения заказа.

Программы мелкосерийного производства уязвимы к проблемам, связанным с использованием разъемов с длинными выводами, полупроводников для электроприводов, датчиков, модулей и специализированных механико-электрических компонентов. Поддержание контролируемых запасов на линиях с высоким риском может обойтись дешевле, чем задержка поставки роботов или перепроектирование с учетом внезапного дефицита.

Закупка комплектующих в небольших объемах имеет свои особенности. У некоторых поставщиков минимальный объем заказа превышает непосредственную потребность; некоторые детали имеют длительные сроки поставки, что ограничивает планирование производства; стратегическое размещение запасов деталей с высоким риском может оправдать затраты на их хранение. Основные соображения при закупке:

• Управление минимальным объемом заказа: Закупка специализированных деталей сверх непосредственной потребности зачастую обходится дешевле, чем последующая закупка через посредника. Это компромисс между затратами на хранение и риском будущих поставок.
• Планирование сроков выполнения заказа: Обмен прогнозами с поставщиками по позициям с высоким риском позволяет планировать распределение ресурсов. Заранее составленные прогнозы обеспечивают более эффективные закупки, чем разовые приобретения.
• Альтернативная квалификация: Конструкция элементов AVL, разработанная на этапе проектирования, обеспечивает гибкость в выборе поставщиков. Экстренная замена в процессе производства влечет за собой инженерные затраты.
• Стратегический запас: на 10-20 линиях спецификации материалов с самым высоким риском. Помогает компенсировать перебои в поставках, которые в противном случае привели бы к остановке производства.
• Продажа по поручению или «под ключ»: Предпочтения клиентов. Предложение «под ключ» подходит клиентам с отлаженной системой поставок; предложение «под ключ» — клиентам, предпочитающим управление поставщиками. Подробности описаны на странице руководства по закупке компонентов для печатных плат роботов.

Стратегическое управление запасами при малых объемах отличается от управления при больших объемах. Программы с большими объемами могут позволить себе поддерживать значительные запасы на случай будущего спроса; программам с малыми объемами необходимо избирательно подходить к определению того, какие позиции получают стратегические запасы, а какие работают по принципу «точно в срок». Стратегическое управление запасами обычно оправдано для 10-20 наиболее рискованных позиций в спецификации материалов; остальные работают по стандартному принципу закупок. Программы, которые целенаправленно определяют эти позиции, защищают свои поставки; программы, которые поддерживают запасы по принципу «все или ничего», тратят деньги в ту или иную сторону.

Типичные программы роботизации малых объемов производства в различных отраслях промышленности

Изменение типа отрасли влияет на правильное управление малыми объемами производства.

Медицинским роботам необходимы отслеживаемость и подробная документация; промышленным роботам — бесперебойная работа и удобство обслуживания; роботам для работы на открытом воздухе — защита окружающей среды; исследовательским роботам — оперативность в проведении модернизации. Планы по выпуску печатных плат для малых объемов должны адаптироваться к конечному рынку, а не применять одну универсальную стратегию серийного производства.

Программы робототехники с небольшим объемом производства обычно ориентированы на конкретные отрасли, где объемы производства, естественно, умеренны — промышленная автоматизация, медицинское оборудование, специализированная коммерческая промышленность, оборонная промышленность. Каждая отрасль имеет свои собственные целевые показатели надежности и требования к документации. Типичные схемы следующие:

• Промышленная робототехника: Умеренный объем производства, длительный срок службы, типичная сертификация по стандарту IEC 61000 EMC. Документация для предоставления заказчиком в рамках системы управления качеством.
• Медицинская робототехника: Меньший объем производства, самые высокие требования к документации, обязательная отслеживаемость на единицу продукции. Более высокая себестоимость единицы продукции приемлема для данной дисциплины.
• Специализированная коммерческая деятельность: Умеренный объем производства, низкая стоимость, но при этом надежность на высоте. Документация потребительского уровня достаточна.
• Оборона и аэрокосмическая промышленность: Малый и средний объем производства, самые высокие требования к документации по надежности, самый длительный срок службы. Специализированные программы.
• Научная и академическая деятельность: Очень малый объем производства, акцент на функциональность, а не на массовое производство. Иногда пересекается с этапом создания прототипов.

Для каждой отрасли характерен свой естественный диапазон объемов производства и свои ожидания в отношении надежности. Программы, которые согласовывают свою производственную стратегию с типичными для отрасли моделями, обеспечивают устойчивое производство; программы, которые пытаются производить продукцию промышленного качества по ценам для потребителей, или наоборот, обычно испытывают трудности с экономической жизнеспособностью. Понимание того, в каком диапазоне объемов производства программа будет находиться естественным образом, определяет правильную производственную стратегию для нее.

Практика и документация в области роботизированного производства малых объемов.

Документация — это память программы мелкосерийного производства.

Ведение учета по каждому изделию, версий микропрограммного обеспечения, партий компонентов, результатов контроля, данных калибровки и утверждений отклонений позволяет контролировать мелкосерийное производство. Без документации каждая партия зависит от накопленных знаний и памяти заказчика.

Роботизированное производство малых партий продукции Highleap поддерживает специфические технологические процессы, необходимые для мелкосерийного производства. Собственное изготовление и сборка с интегрированными процессами закупки и тестирования. Специфическая практика включает в себя:

• Изготовление: Многослойные, HDI, жестко-гибкие, толстые медные слои — все это обычно используется в роботах.
• Сборка: Технология поверхностного монтажа (SMT) в сочетании с технологиями сквозного монтажа и специальными процессами на линиях, используемых в разных программах. Серийное производство для повышения эффективности.
• Sourcing: Распределение активов по умолчанию осуществляется на основе авторизованного механизма; стратегический учет запасов по линиям с высоким риском; распределение активов определяется прогнозами.
• Контрольная работа: AOI плюс рентгеновское излучение плюс летающий зонд или ICT плюс функциональное тестирование в соответствии с требованиями программы.
• Документация: Первичный контроль качества, протоколы испытаний каждой единицы продукции, отслеживаемость партий компонентов.
• Инженерная поддержка: Анализ DFM-моделирования, поддержка итераций проектирования, постоянная обратная связь по вопросам производства.

Переход от прототипирования к мелкосерийному производству

Переход от прототипа к мелкосерийному производству должен включать в себя замораживание технологического процесса.

Перед началом мелкосерийного производства команда должна утвердить конфигурацию упаковки, альтернативные варианты спецификации материалов, метод тестирования, требования к оснастке, маркировку, программирование, упаковку и записи о качестве. Конструкции можно улучшить позже, но неконтролируемые изменения на ранних этапах производства приводят к нежелательным отклонениям.

Программы, переходящие от прототипа к мелкосерийному производству, выигрывают от тщательного планирования этого перехода. То, что работало на этапе прототипа, не всегда масштабируется; то, что будет работать в мелкосерийном производстве, необходимо оттачивать на пилотном этапе. Ключевые этапы перехода:

• Заморозка дизайна: Дальнейшие изменения конструкции без официального уведомления о внесении изменений (ECN) запрещены. Целевой срок для опытного производства заморожен.
• Сборка тестового стенда: Конструкция приспособления разработана и изготовлена ​​в ходе пилотного проекта; проверена на опытных образцах.
• Квалификация процесса: Производственный процесс задокументирован и проверен. Первичная проверка образца устанавливает базовый уровень.
• План закупки комплектующих: AVL подтвержден, стратегия закупок согласована с поставщиком, стратегические запасы размещены на линиях с высоким риском.
• Пакет документации: Установлены порядок ведения производственной документации, формат данных испытаний и структура прослеживаемости.
• Показатели качества: Для мониторинга производства определены целевые показатели выхода годной продукции, коэффициент Парето дефектов и целевые показатели процента возврата продукции на производстве.

Переход от прототипирования к мелкосерийному производству — это тот этап, на котором многие программы теряют темп. Изменения в конструкции прекращаются; расширяется охват тестирования; формализуется практика документирования; улучшаются отношения с поставщиками. Программы, которые рассматривают этот переход как отдельную фазу со своими собственными результатами, плавно переходят к производству; программы, которые рассматривают прототипирование и мелкосерийное производство как непрерывные процессы, обычно обнаруживают пробелы в дисциплине процесса уже при первом отчете о выходе продукции в серийном производстве.

Часто задаваемые вопросы о сборке печатных плат роботов для мелкосерийного производства

Что такое малосерийная роботизированная печатная плата?

Низкосерийная сборка печатных плат для роботов — это сборка печатных плат для роботов в количествах, превышающих прототипы, но меньших, чем при серийном производстве, часто от десятков до нескольких тысяч единиц в год, в зависимости от рынка робототехники.

Чем отличается мелкосерийное производство печатных плат от прототипирования печатных плат?

Прототипирование печатных плат создается для обучения и итераций. Мелкосерийное производство печатных плат предполагает повторение стабильного процесса с контролируемым оборудованием, документацией, поставками, контролем качества и тестированием. Оно требует большей дисциплины в процессе, чем прототипирование, но меньшей автоматизации, чем массовое производство.

За какие инженерные разработки (NRE) стоит платить при мелкосерийном производстве печатных плат для роботов?

Трафареты, функциональные испытательные приспособления, настройка программирования, планы контроля и технологическая документация часто оправдывают свою стоимость. Высокоавтоматизированные приспособления или специализированная оснастка для производственных линий могут не окупиться, если годовой объем производства и стоимость отказов не оправдывают их использование.

Как следует планировать закупку комплектующих для роботов, выпускаемых в небольших объемах?

Заранее выявляйте позиции в спецификации материалов с длительным сроком поставки и высоким риском, утверждайте альтернативные варианты, по возможности используйте авторизованных дистрибьюторов, резервируйте стратегические запасы для критически важных деталей и документируйте любые детали, приобретенные у брокеров или замененные ими.

Какое покрытие тестов подходит для мелкосерийного производства печатных плат роботов?

Обычно в перечень необходимых процедур входят: оптический контроль, рентгеновский контроль скрытых соединений, проверка включения питания, проверка программирования, функциональное тестирование, калибровка при необходимости, а также выборочные проверки условий окружающей среды или теплового режима плат, находящихся в условиях высоких нагрузок.

Как можно снизить стоимость сборки печатных плат роботов при мелкосерийном производстве?

Снижение затрат может быть достигнуто за счет консолидации заказов на закупку, улучшения панельной сборки, стандартизации компонентов, утверждения альтернативных вариантов, разработки более совершенных приспособлений, сокращения ручной работы и отказа от ненужного крупносерийного производства оснастки.

Какие документы следует хранить для мелкосерийного производства печатных плат роботов?

Храните серийные номера, версии микропрограммного обеспечения, партии компонентов, результаты проверок, журналы испытаний, данные калибровки, отклонения, записи о доработках и историю изменений. Эти записи необходимы для сервисного обслуживания и анализа отказов.

Когда следует переходить от этапа прототипирования к мелкосерийному производству?

Переходите к следующему этапу, когда проектирование станет стабильным, основные риски будут устранены, спецификация материалов будет контролироваться, тестовое покрытие будет определено, оснастка будет доступна, программирование будет воспроизводимым, а у команды будут четкие правила управления изменениями.