Цифровая трансформация сборочно-монтажного производства или как достичь KPI по цифровизации

Тенденции цифровизации

Необходимость соответствовать этим вызовам заставляет предприятия осваивать передовые производственные технологии. В свою очередь, федеральные власти рассматривают эту задачу как приоритетное направление развития российской промышленности. Среди инструментов государственной поддержки передовых производственных технологий стоит выделить Национальную технологическую инициативу, Стратегию научно-технологического развития Российской Федерации и национальную программу «Цифровая экономика Российской Федерации». Эти программы реализуются в соответствии с принципами четвертой промышленной революции и являются российскими аналогами таких национальных инициатив, как североамериканская Advanced Manufacturing Partnership, китайская Made in China 2025, японская Society 5.0 и немецкая Industrie 4.0.

Вектор развития, заданный Правительством России, направлен на повышение доли российской промышленной продукции на мировом рынке. В этих условиях даже самые современные станки и оборудование не могут обеспечить конкурентоспособный уровень эффективности производства. Предприятиям нужен комплексный подход, включающий развитие по таким направлениям, как: производственная логистика и управление товарно-материальными ценностями, повышение квалификации персонала, повышение эффективности работы оборудования, повышение производительности ручного труда и управление качеством.

В ответ на вызовы и ограничения, а также запросы предприятий отрасли команда «Остек-СМТ» разработала концепцию цифрового сборочно-монтажного производства, учитывающую как новые технологические требования и тенденции конструирования передовой техники, так и базовые принципы четвертой промышленной революции, позволяющие повысить эффективность производства, оптимизировать качество выпускаемой высокотехнологичной продукции и снизить ее себестоимость. Ключевые составляющие цифрового производства представлены в инфографике.

Концепция цифрового сборочно-монтажного производства

Цифровой подход к организации сборочно-монтажного производства охватывает все этапы производства продукции. Как театр начинается с вешалки, так и производство начинается со склада, автоматизация которого дает резкий прирост производительности и существенное сокращение площадей складского хранения. Склад обменивается информацией с оборудованием технологических линий, что обеспечивает прослеживаемость от готовой платы к поставщику комплектующих. Непрерывный автоматический мониторинг оборудования дает возможность в режиме реального времени отслеживать все технические и технологические параметры процесса производства, тем самым повышая эффективность использования оборудования и качество выпускаемой продукции.

Подавляющее большинство радиоэлектронных изделий, собираемых на российских предприятиях, имеют в своей технологический карте несколько ручных операций: монтаж, сборка, настройка, упаковка.

Автоматизировать все технологические операции порой экономически нецелесообразно. При этом знать, на каком этапе производства находится то или иное изделие, когда будет готов конкретный заказ, успевает ли производство в согласованный договором срок, в современных конкурентных условиях жизненно необходимо. Принцип ручного управления давно признан малоэффективным и в таких ситуациях с объемом информации не справляется. То же самое относится и к системе контроля качества продукции. Положение дел в этой области выглядит перспективнее, на производствах активно начали использовать автоматические оптические инспекции. При этом степень автономности таких систем довольно высока, что ограничивает производство в скорости принятия решений, а также повышает риски, связанные с человеческим фактором.

Люди требуют особого внимания руководителя. Понятие высокотехнологичной продукции неразрывно связано с квалификацией персонала, которая, в свою очередь, требует постоянного повышения. В этом контексте особый приоритет имеет система управления знаниями персонала. Зачастую потенциал имеющегося на предприятии оборудования существенно выше уровня используемого функционала. Поэтому выстроенная система обучения персонала гарантирует максимально эффективное использование имеющегося оборудования и высокое качество продукции.

В последние годы многие машиностроительные и радиоэлектронные предприятия активно оснащались и перевооружались, этому способствовали пресловутые санкции, государственная политика, как следствие – рост числа заказов и прибыли самих предприятий. Свою лепту внесло и продолжает вносить импортозамещение, доля некоторых закупаемых отечественных продуктов в ближайшее время вырастет до 90 %*. Казалось бы, есть всё для нормальной работы – заводы оснащены, знаниями управляем, оборудование работает эффективно. Но остановившаяся из-за поломки печь оплавления поставит под угрозу выполнение всего заказа. А если сервисные инженеры у поставщика расписаны на месяц вперед, то риски возрастают многократно. То же самое относится и к расходным материалам, которые не заказаны вовремя. Все это можно и нужно отдавать под контроль цифровой системы управления. Она не умеет забывать. Посчитав фактические часы работы оборудования, она заранее оповестит руководителя о необходимости технического обслуживания, сообщит об этом поставщику, который заранее подготовит необходимые расходные материалы и запланирует выезд сервисного инженера.

Цифровая трансформация производств на сегодняшний день перестала быть модным трендом. Теперь это острая необходимость, предъявляющая жесткие требования к процессам сбора, хранения и использования информации. Одним из таких требований является наличие машиночитаемой маркировки на каждом элементе цифрового сборочно-монтажного производства. Маркировке подлежат комплектующие, печатные платы, оснастка, инструмент, сами станки. Любой элемент, подлежащий учету и контролю, должен иметь собственный уникальный штрихкод или RFID-метку. Оцифровывать необходимо даже персонал, его идентификация в системе должна быть однозначная и быстрая, чтобы не осложнять производственную деятельность.

Автоматизация хранения

Лидерами в маркировке на производствах безусловно являются входящие комплектующие. Их производители много лет снабжают автомобильную отрасль – самую передовую в цифровизации и прослеживаемости. В случае выявления брака какого-либо элемента автомобиля его производитель всегда точно знает, где еще установлен такой же элемент, что позволяет адресно отозвать с рынка эти машины. Такая практика не менее актуальна и для радиоэлектронных предприятий. Предиктивный отзыв некачественных изделий до их выхода из строя в процессе эксплуатации уменьшает не только финансовые, но и репутационные риски предприятия.

Прослеживаемость на предприятии всегда начинается с приёмки комплектующих. Когда мы говорим о средне и крупносерийных производствах, то к требованию по прослеживаемости добавляется еще и скорость работы склада. Чем меньше производство ждет оприходование комплектующих, тем раньше оно выпустит изделие. Главным помощником складского персонала в этом случае выступает автоматизированная станция регистрации компонентов Storage Solution ISM Material Incoming Station. Станция обеспечивает скоростное оприходование компонентов за счет машинного распознавания заводской маркировки на катушке с компонентами. Как правило, вся заводская маркировка, включая наименования производителя и компонента, номер партии, количество компонентов в катушке, содержится на таре в виде штрихкодов. ISM Material Incoming Station с помощью камеры и встроенного ПО распознает эту маркировку и за доли секунды заносит в базу. После этого катушке присваивается внутренний штрихкод, по которому далее осуществляется весь внутренний учет на производстве. Если одновременно приходуется несколько одинаковых катушек, то сканировать каждую нет необходимости, достаточно в ПО станции ввести количество одинаковых катушек и наклеить на каждую распечатанный штрихкод. В среднем оприходование одной катушки с полным сканированием занимает 25 секунд, за минуту можно детально внести в систему восемь одинаковых катушек, за две – 20 и так далее.

Автоматизированная станция регистрации компонентов работает в едином информационном контуре с интеллектуальными системами хранения Storage Solution ISM и ERP-системой предприятия, например, 1С. Это означает, что как только катушка оприходована на ISM Material Incoming Station, она сразу попадает в учет ERP-системы и может быть выписана в производство. Преимущества работы с ISM Material Incoming Station очевидны.

Однако экономическая эффективность такой работы существенно снижается в условиях мелкосерийного и опытного производства. В этом случае складской персонал может использовать аналогичный функционал роботизированных складов Storage Solution ISM. Оприходование производится аналогичным образом, но процесс менее удобен и идет несколько дольше, что вполне допустимо при небольших объемах производства. Также стоит отметить возможности интеллектуальных складов автоматически организовывать внутреннее хранение. Система управления самостоятельно определяет наилучшее место того или иного поддона. Персонал загружает и выгружает единицы хранения через соответствующее окно. Все внутренние перемещения происходят без участия человека. Интересная особенность системы управления – возможность управлять дополнительными складскими площадями, например, шкафами ячеистого хранения ISM. В общем и целом, это ожидаемо. Но система управления дополнительно может управлять площадями существующих стеллажей. Они делятся на ячейки, маркируются, заносятся в систему управления складом и образовывают единую площадь хранения с роботизированными и ячеистыми складами.

Организованное таким образом автоматизированное хранение компонентов позволяет производству оперативно получить информацию о текущих остатках компонентов, хранить их в соответствии с условиями, рекомендуемыми производителем, в том числе соблюдать требования к режимам температуры и влажности, отслеживать достаточность комплектации для выполнения заказов, а также при необходимости автоматически формировать ведомости для закупки или доставки комплектующих с центрального склада. Весь учет комплектующих в автоматизированных системах хранения интегрирован с ERP-системой пред- приятия. Также интеллектуальные склады связаны с автоматами установки компонентов. Эта связь выполняет три основные функции. Во-первых, в режиме реального времени происходит учет расхода компонентов в каждой катушке на установщике. Если частично использованная катушка возвращается на хранение, то склад уже имеет информацию об остатке в этой катушке. Во-вторых, когда в катушке заканчиваются компоненты, установщик может заблаговременно подать складу команду на выгрузку новой катушки. В этом случае оператор заранее заряжает питатель, полностью исключая простой установщиков из-за доставки компонентов к установщику и зарядки питателей. В-третьих, интеграция интеллектуальных систем хранения и установщиков формирует привязку установленных компонентов к плате, обеспечивая их прослеживаемость. Это решение в концепции цифрового сборочно-монтажного производство получило название Склад 4.0.

Аналогичным образом в решении Склад 4.0 организован процесс хранения и учета материалов, используемых на производстве. Для этого применяется система хранения материалов EKRA S10 select, обеспечивающая необходимую температуру и влажность хранения, учтенную выдачу материалов авторизованным пользователям, соблюдение принципа FIFO (First Input First Output) при выдаче материалов. Интеграция с принтерами трафаретной печати позволяет исключить простои станков из-за отсутствия паяльной пасты или ее несвоевременной загрузки в принтеры.

Управление эффективностью оборудования

Современное технологическое оборудование дает широкие возможности для межмашинного (Machine-to-Machine, М2М) взаимодействия, что позволяет минимизировать простои линий из-за возникающих дефектов и человеческого фактора. Так, обратная связь между системой контроля нанесения паяльной пасты и трафаретным принтером обеспечивает корректировку процесса печати без участия человека: при превышении заданного порога отклонения SPI направляет команду трафаретному принтеру, который автоматически производит соответствующую корректировку.

Процедура может повторяться многократно, тем самым исключая возможный брак при последующей установке компонентов и оплавлении. В процессе такого взаимодействия оборудования оператор может получать информационные сообщения о происходящих корректировках на свой смартфон или умные часы. Аналогичным образом на мобильное устройство приходят тревоги, информация о дефектах, превышении заданного порога на техотход и так далее.

Комплекс технологического оборудования и программного обеспечения, в реальном времени осуществляющего мониторинг состояния линий, учет выпущенной продукции и анализ качества изделий, получил название Умная линия. Функционал комплекса дает возможность оценить эффективность использования технологического оборудования и рассчитать показатель его общей эффективности OEE (Overall Equipment Effectiveness). Этот показатель определяет процент продуктивного времени производства. ОЕЕ 100 % означает, что производство выпускает 100 % качественной продукции без остановок и на максимальной скорости. Очевидно, что идеальной ситуации достичь не удастся, всегда будут необходимы остановки на техническое обслуживание, замену питателей, анализ выявленных дефектов, даже если они окажутся ложными. Лучшие мировые практики достигают значения ОЕЕ 85 %, многие предприятия в Европе и Азии работают на уровне ОЕЕ 60 %. Эффективность российских предприятий редко превышает 25 %. Перечень возможных потерь достаточно ёмкий, и без их автоматической фиксации обойтись затруднительно. В этом случае на помощь приходит функционал программного обеспечения «Умная линия» разработки Остек-СМТ. Система фиксирует простои оборудования, ведет учет изделий на каждом станке и на выходе с линии, контролирует и анализирует качество выпускаемой продукции.

Диспетчерская

Вся информация, включая показатели доступности, производительности и качества, а также ОЕЕ, выводится на диспетчерские экраны, которые могут быть установлены как около линий для оперативного реагирования персонала, так и в производственном ситуационном центре. Все диспетчерские экраны отражают информацию в режиме реального времени. Исторические данные выгружаются в отчеты о количестве выпущенной продукции, производственной эффективности, качестве. Как правило, отчеты настраиваются под нужды и по форме конкретного производства, поэтому их вариативность достаточно большая. Одним из самых интересных и важных отчетов в Умной линии является Цифровой паспорт произведенного изделия. Он формируется автоматически по ходу движения платы через технологическое оборудование. Таким образом, на выходе мы имеем полную историю производства каждой платы, операции в паспорте включают дату и время начала и окончания, наименование станка, на котором операция выполнена. При необходимости в истории производства можно хранить технические и технологические параметры операции, информацию о дефектах и так далее. Связка Умной линии с решением Склад 4.0 обеспечивает прослеживаемость компонентов, установленных на конкретной плате.

Автоматизация ручных операций

Действительность российской радиоэлектронной промышленности такова, что технологичность производимых изделий далека от совершенства. А это означает, что не все платы могут быть полностью собраны с помощью автоматического оборудования. Ручные операции по-прежнему занимают большую часть технологической карты изделия, и вопрос управления и контроля участков ручного монтажа заслуживает отдельного разговора. В концепции цифрового сборочно-монтажного производства на этом уровне работает Умное рабочее место® – уникальное решение, разработанное командой Остек-СМТ с целью существенного повышения производительности ручного труда, организации учета и прослеживаемости изделий. Результат достигается путем автоматизации и цифровизации рабочего процесса в рамках реализации концепции четвертой промышленной революции.

Таким образом, формирование Цифрового паспорта изделия может быть логично продолжено и на рабочих местах. То же касается и учета выпущенных изделий – он ведется автоматически и в режиме реального времени, а значит начальнику цеха не нужно собирать совещания, чтобы понять статус выполнения плана, потому что вся информация постоянно присутствует и автоматически обновляется у него на мониторе. Умное рабочее место занимает свою нишу в производственных информационных системах предприятия, обеспечивая сбор данных с участков ручного труда, их обработку, анализ и предоставление информации «наверх». Интеграция Умного рабочего места с MES-, PDM- и PLM-системами обеспечивает повышение производительности работы смежных служб и отделов, исключая дублирующий ввод данных в различные информационные системы. Так, технолог может работать в своей привычной программе, а актуальный чертеж или операционная карта попадут на экран монтажника автоматически в момент начала выполнения операции. При этом реализуется принцип безбумажного производства, монтажные столы свободны от бумаги, а любое изменение в документации сразу отражается на экране у исполнителя. Нет печати и копирования чертежей, нет раздачи на места новых и сбора старых документов, нет брака из-за отсутствия на местах актуальной документации. Сменные задания попадают из MES в Умное рабочее место перед началом каждой смены, в обратную сторону направляется информация о выполненном факте. Очевидно, что обеспечивается полная персонализация и прослеживаемость процесса производства продукции. Также реализованы элементы контроля технологической дисциплины – все операции выполняются последовательно, а на ручных операциях пайки ведется контроль температуры на жале паяльника, что позволяет исключить брак от перегрева плат.

Управление качеством

Цифровая трансформация сборочно-монтажных производств во многом нацелена на повышение производительности участков автоматического и ручного монтажа, ведение автоматизированного учета выпущенной продукции, организацию прослеживаемости и паспортизации процесса производства. При этом вся выпускаемая продукция должна иметь стабильно высокое качество, в противном случае она заказчику просто не нужна. Поэтому выстраивание системы управления качеством – это особенная задача как для новых, так и для существующих производств.

Контролю на современном производстве подлежат все стадии производства: склад, поверхностный и выводной монтаж, ручные операции. На текущий момент на рынке представлено много различных систем автоматического и автоматизированного контроля, которые охватывают весь спектр задач радиоэлектронных производств. Уникальным решением в этой области являются комбинированная система Viscom X7056-II, сочетающая в себе автоматическую оптическую 3D-инспекцию с высоким разрешением и автоматическую рентгеноскопию с опцией «Planar CT» – косоугольная компьютерная томография, которая позволяет получать послойные срезы и проводить объёмный анализ. Такая система закрывает задачи инспекции паяных соединений, выводов, скрытых от оптической инспекции, например, штыревых компонентов, BGA, QFN, FlipСhip, PoP, SiP и так далее.

Открытым в системе управления качеством остается вопрос полноценного использования полученного массива данных для принятия эффективных управленческих решений. Концепция цифрового сборочно-монтажного производства подразумевает создание единого информационного контура системы управления качеством, в котором данные обо всех контрольных операциях каждого изделия доступны в одном месте в привязке к истории производства. В этом случае любой обнаруженный дефект может быть отслежен, начиная с условий и сроков хранения компонентов в интеллектуальных системах хранения и далее по всей производственной цепочке: инспекция паяльной пасты, контроль после оплавления, оценка результатов выводного монтажа, ручные операции.

Управление знаниями 

Доступность информации повышает скорость реакции и снижает влияние человеческого фактора на качество готовой продукции. Однако квалификация производственного персонала по-прежнему оказывает существенное воздействие на результат производства. Несмотря на все существующие возможности автоматизации производства управляет им всегда человек. Развитие техники, усовершенствование технологий, новое управляющее программное обеспечение требуют постоянного обновления знаний. Особенно важна именно постоянность этого процесса – знания устаревают и обновляются, выпадение из процесса чревато потерей конкурентоспособности предприятия и, следовательно, прибыли. Система управления знаниями занимает особое место в контуре цифрового сборочно-монтажного производства. За год пандемии COVID-19 этот элемент претерпел существенные преобразования. Очный формат обучения, который традиционно практиковался в Остек-СМТ, в один момент стал невозможен по причине полного локдауна в первой половине 2020 года. В это время активный толчок в развитии получили системы онлайн-коммуникаций: Skype, Team, Zoom, а в Остек-СМТ начала свою работу онлайн-академия. Обучающий портал организован в видеоформате, в процессе прохождения каждого онлайн-курса сотрудники предприятий изучают обучающие видеоролики по теме курса, а затем проходят тест, результат которого доступен соответствующему руководителю подразделения предприятия. Разработка и запись новых курсов ведутся технологами и сервисными инженерами нашей компании, которые, в свою очередь, постоянно проходят обучения и стажировки на производственных площадках предприятий-изготовителей технологического оборудования.

Онлайн-формат обучения не отменяет очных практических занятий, которые происходят непосредственно на производстве в момент запуска оборудования. Как правило, сервисные инженеры Остек-СМТ ведут отладку технологии на новом оборудовании совместно с персоналом предприятия, который затем будет работать на этом оборудовании. По окончании запуска и отладки техно- логии производственный персонал имеет возможность в постоянном режиме общаться с сервисными инженерами, оказывающими гарантийную и сервисную поддержку производства.

Оборудование является дорогостоящей инвестицией, поэтому процесс повышения его производительности и эффективности использования всегда связан с контролем и минимизацией простоев. В фокусе внимания здесь оказываются как плановые, так и неплановые простои. Ошибки, аварии, затраты времени на техническое обслуживание могут быть минимизированы при использовании цифровых методов контроля. Так, например, Умная линия может вести подсчет часов работы оборудования и помогает производству заранее спланировать техническое обслуживание в перерывах между запусками. Материалы будут заказаны заранее, а выполненное вовремя техническое обслуживание минимизирует риски простоев оборудования из-за неполадок и продлит срок службы.

Умный сервис 

Цифровой формат также охватывает взаимодействие заказчиков с сервисной службой Остек-СМТ. Заявки в нее направляются, а затем отслеживаются через мобильное приложение Ostec Service, доступное в App Store и Google Play. Приложение устанавливается на мобильное устройство пользователя и подключается к личному кабинету заказчика. Каждый авторизованный сотрудник производства имеет возможность контролировать ход размещенной заявки на обслуживание или заказ расходных материалов. Поскольку Остек-СМТ является единственным официальным дистрибьютором и авторизованным сервисным центром таких производителей как Hanwha, Fuji, Ersa, Essemtec, Viscom, Ekra, PBT и др., в приложении Ostec Service могут размещаться заявки и на гарантийное обслуживание оборудования данных производителей.

Заключение

Современный рынок диктует жесткие условия конкурентоспособности, которым вынуждены соответствовать российские радиоэлектронные и машиностроительные предприятия. Эффективность производства является одним из таких требований, в первую очередь влияющих на себестоимость выпускаемой высокотехнологичной продукции. В настоящее время многие руководители имеют в своих KPI задачи по цифровизации производств. В таких условиях максимальный результат даст только комплексный цифровой подход к организации сборочно-монтажного производства. Уникальный комплекс решений Остек-СМТ полностью адаптирован под отечественные условия и позволяет обеспечить эффективность мирового уровня.