Опыт контрактного производства электронных модулей
в России

Прежде чем приступить к поиску партнера для запуска массового производства, мы тщательно подготовились.

Свыше года было затрачено на проработку архитектуры модуля телеметрии, разработку пакета технической документации и встроенного ПО. После этого в течение месяца была выпущена первая версия электронной платы. Эта работа завершилась успешным испытанием опытного образца устройства на экспериментальной технике, для которой он предназначался.

На основе полученных данных были сделаны предварительные расчеты себестоимости и сроков изготовления партии плат. После согласования сметы с заказчиком, стало ясно, что ограниченный бюджет проекта требует внесения в первоначальную схему устройства определенных изменений, частично упрощающих функционал, но вместе с тем снижающих расходы на производство.

После ряда итераций мы остановились на железе версии 4.1, которое было лишено первоначальных недостатков. Наконец-то настало время выбрать партнера для контрактного производства.

Подрядчик (для простоты назовем его «партнер А») взял на себя закупку комплектующих, производство печатных плат, сборку модулей телеметрии, упаковку и поставку готовой продукции. Мы же в это время приступили к проектированию стенда для функционального тестирования и разработке устройства для проверки кабельных сборок, входящих в состав изделия. Однако после шести месяцев производства к нам поступило только несколько сотен изделий.

Отчасти ответственность за такой результат лежит на плечах нашей компании. Во время создания опытных образцов мы обратились к производителю, с которым не собирались масштабировать производство. Это был срочный мелкосерийный заказ. Только после того, как был выбран контрактник для выпуска основной партии, мы осознали, что пробную серию нужно было также отдавать ему. В этом случае у нас бы оставалось время на наладку производственной линии и внесение в проект необходимых конструктивных изменений.

При планировании мы не учли, что потребуются дополнительные ресурсы на исправление багов в работе станции функционального контроля, приводивших к сбоям при тестировании. К примеру, нескольким платам был присвоен одинаковый серийный номер. Эта ошибка проявилась лишь на этапе полноценного производства из-за того, что до этого отладка происходила у нас в офисе с использованием одних и тех же плат (соответственно этот шаг мы намеренно пропускали). Чтобы добиться стабильной работы оборудования, мы запустили в офисе еще один стенд, характеристики которого в точности совпадали с установкой партнера А. С его помощью была запущена процедура удаленной отладки.

Функциональное тестирование позволило выявить неочевидную погрешность, допущенную контрактником при монтаже компонентов. Из-за того, что кнопка Reset была установлена не строго перпендикулярно печатной плате, а под небольшим углом, она периодически включалась при проверке на тестовой станции (т. к. располагалась напротив ловителя). Из-за этого часть «железа» не удавалось прошить или запустить, а значит система не присваивала устройству этикетку. Без нее производство не могло отгрузить платы и все они отбраковывались и возвращались на участок сборки.

Подобная ситуация стала следствием того, что для контрактника наш заказ оказался первым серьезным опытом работы. В процессе поиска причин отставания от намеченного графика выяснилось, что партнер А допустил следующие ошибки:

• не отлажена технология изготовления электроники;
• закуплены аккумуляторы меньшей емкости и бракованные карты памяти;
• не предусмотрен технологический запас на устранение неполадок.

Помимо очевидных проблем, была выявлена аномалия, источник которой в оперативном порядке установить не удалось. Показания стенда партнера А и его аналога в нашем офисе периодически не совпадали. В качестве примера можно вспомнить ситуацию, когда у контрактника электронная плата дважды проваливала тестирование (с ошибками на разных шагах) и проходило его лишь на третий раз. При этом на удаленном производстве с такой проблемой сталкивались регулярно, а на нашей станции контроля этого не произошло ни разу.

Мы проверили гипотезу подрядчиков, предположивших, что расхождение в показаниях связано с большим количеством источников помех в сети питания на заводе (т. к. ночью процент неудачных тестов был ниже). Анализ показал, что в интервале с 24:00 до 3:00 соотношение смещается в пользу удачных попыток. Дополнительные замеры подтвердили — во время остановки производства (с 19:00 до 6:00) тесты давали положительный результат в 45 % случаев, тогда как в рабочую смену только в 37 %. К сожалению, применение источника бесперебойного питания и сетевого фильтра никак не сказалась на снижении брака. Текущие темпы выпуска продукции и ее низкое качество не позволили нам тратить оставшееся время на поиск и устранение неполадок, поэтому единственным выходом из ситуации было прекратить сотрудничество с этим подрядчиком.

Для второй попытки мы выбрали опытного исполнителя (далее — «партнер Б») с отлаженными технологическими процессами. Производственный цикл нового подрядчика изначально предусматривал процедуру внутреннего контроля качества, поэтому нам пришлось интегрироваться в существующую систему, а значит снова тратить время на отладку тестового оборудования.

Также перед запуском конвейера мы добавили правки в устройство аппаратной части телеметрии:

• Изменили формовку светодиодов. Более технологичный изгиб ножек упростил и ускорил монтаж.
• Перенесли акселерометр на другую сторону печатной платы. Таким образом была устранена вероятность возникновения проблемы с нанесением припоя (нехватки для одних компонентов и появления перемычек под другими).

После согласования с заказчиком и исполнителем внесенных в проектную документацию изменений и отладки процедуры функционального тестирования, массовому производству был дан зеленый свет.

Каждая мультизаготовка модуля телеметрии, попавшая на производственную линию партнера Б, прошла следующий путь:

1. Лазерный гравировщик наносит на поверхность изделия уникальный QR-код. Таким образом можно идентифицировать заготовку (в т. ч. в случае выявления брака).
2. На печатную плату наносится паяльная паста.
3. Установщик размещает на подготовленной поверхности SMD-компоненты. Упаковки деталей также предварительно сканируются.
4. Заготовка проходит через печь, где припой плавится и соединяет электронные элементы.

По завершении первого этапа пайки процедура повторялась для обратной стороны мультизаготовки. При этом установка выводных компонентов выполнялась отдельно.

С производственной линии свежеизготовленные печатные узлы попадали в зону тестирования. После этого специалисту партнера Б достаточно было разместить плату на станции функционального контроля, просканировать маркировку и запустить процедуру проверки. В случае выявления брака, печаталась особая FAIL-этикетка, содержащая необходимую для дальнейшей сортировки информацию (QR-код, номера шага, ошибки и серии). При положительном результате теста принтер печатал комплект из трех наклеек: две для платы, а одну для упаковки.

Заключительный этап — установка платы в корпус и окончательная сборка. Изначально мы планировали использовать готовые решения китайского поставщика. Однако в этом случае требовалась доработка. Чтобы отдельно не выпиливать отверстия для светодиодов и разъемных соединений, мы заказали литье готовых корпусов у другого подрядчика, который оперативно разработал дизайн-проект и наладил поставку пластиковых деталей на завод партнера Б.

Разумеется, ни одно контрактное производство не может обойтись без выпуска определенного процента брака и непредвиденных проблем. Например, в процессе тестирования изготовленных партнером Б образцов, в нашем офисе возникли затруднения при чтении QR-кодов, нанесенных на платы. Как оказалось, нужно было перенастроить сканер на инверсивную картинку. Но и после этого периодически устройство отказывалось считывать информацию. Причина — микроцарапины нарушали алгоритм распознавания изображения. Чтобы исключить повторное возникновение такой проблемы, на заводе увеличили размер QR-кодов.

Активная эксплуатация станций функционального контроля также выявила просчеты с нашей стороны. С незначительным промежутком времени сразу на двух стендах для тестирования сгорели реле, контролирующие подачу питания. Разобравшись с причиной поломки, мы заменили вышедшие из строя детали и выпустили для контрактника дополнительный комплект оборудования, предварительно переписав для него программное обеспечение.

Однако ни одно из возникших затруднений не омрачило наше сотрудничество с партнером Б. Тысячи модулей телеметрии для вендинговых аппаратов были отгружены заказчику в намеченный срок.

Интеграция в производственные процессы контрактников позволила нам оценивать результат работ, ориентируясь не только на скорость отгрузки, но и на качественные показатели. Специально для этих целей была создана веб-страница, на которой данные отображались в реальном времени.

Полученная за период сотрудничества с подрядчиками статистика позволяет утверждать, что после оптимизации софта при смене партнера (с А на Б) среднее время выпускного тестирования снизилось с 2 мин. 51 сек. до 2 мин. 4 сек.

Сравнение ежедневных данных также наглядно демонстрирует превосходство опытного контрактника в объеме и качестве выполненных работ. Как видно из графика, на заводе партнера Б тестирование прерывалось лишь в марте. В первом случае произошла уже упомянутая ранее поломка реле в нашем стенде, а во втором — задержка в поставке давальческого сырья, которое было необходимо производителю.

Также статистические отчеты подтвердили оправданность принятого решения о смене подрядчика. Для примера приведем данные о соотношении количества отрицательных и положительных тестов.

Успешно прошли диагностику с первого раза:

• партнер А — 66 %;
• партнер Б — 83 %.

По условиям функциональной проверки каждая деталь испытывалась дважды, прежде чем отравиться на доработку.

Прохождение теста со второй попытки:

• партнер А — 13 %;
• партнер Б — 11 %.

Объединив полученные цифры, выходит, что первый контрактник отбраковал 21 % устройств, а второй всего 6 %. Таким образом качество работы партнера Б выше в 3,5 раза. При этом второй контрактник практически не допускал ошибок на этапе сборки печатных плат. Основной процент отрицательных тестов был связан с неотформатированными SD-картами и неполадками с GSM-сетью.

Примерно 2 000 человеко-часов (40 % от затраченных ресурсов) было потрачено на разработку и наладку тестовых стендов, а также техническую поддержку заводов-изготовителей. Если бы мы изначально заказали опытные образцы телеметрии у партнера Б, а затем масштабировали совместный проект, отгрузка серийной продукции могла бы начаться на восемь месяцев раньше. Этот факт служит наглядным подтверждением того, что в России существует конкурентоспособное контрактное производство электроники. Но чтобы получить желаемый результат, важно тщательно подбирать партнера.