Sprzęt do produkcji małoseryjnej i prototypowej

Dekadę temu firmy poszukujące na rynku możliwości wykonania małej serii musiały włożyć wiele wysiłku w znalezienie możliwości zlecenia takiej usługi do kooperanta. Dzisiaj dostępne są ekspresowe usługi wykonania płytek drukowanych, wydruki 3D do obudów, druk cyfrowy treści płyt czołowych, obróbka CNC detali mechanicznych i podobne. Usługami dopasowanymi do wymogów prototypowania są także montaż krótkich serii płytek oferowany przez firmy kontraktowe.

Głównym procesem technologicznym w produkcji elektroniki jest montaż powierzchniowy. Dzięki dużej automatyzacji operacji związanych z układaniem i lutowaniem elementów oraz na skutek dalekiej standaryzacji obudów elementów elektronicznych SMD zapewnia on dużą wydajność, a także daje znakomitą jakość. Montaż SMT został przez branżę elektroniki w ogromnej części zautomatyzowany i zoptymalizowany pod kątem wydajności. Najnowsze urządzenia montują dziesiątki tysięcy elementów w ciągu godziny, zapewniając powtarzalność oraz bardzo mały koszt jednostkowy.

Mamy na rynku coraz więcej urządzeń mobilnych, a więc małego i jednocześnie skomplikowanego sprzętu, a poziom złożoności wielu innych produktów też stale się powiększa. Na płytkach drukowanych jest coraz ciaśniej, bo z uwagi na koszty i wymagania klientów co do funkcjonalności układy elektroniczne stają się bardziej złożone i upakowane na mniejszym obszarze. Elementy elektroniczne są obecnie tak małe, że łepek od szpilki jest w stanie je zakryć.

Ocena problemów z długim czasem dostaw i wywołanych wojną

 

Kłopoty z dostępnością podzespołów elektronicznych na dostawców sprzętu i usług związanych z produkcją elektroniki oddziałują negatywnie w sposób pośredni, a więc przez kłopoty ich klientów. W największym stopniu dotyczy to przesuwania w czasie projektów inwestycyjnych i rozwoju produktów lub cięcia kosztów bieżących. Jak widzimy z danych pokazanych na wykresie, dla blisko dwóch trzecich firm problemy z zaopatrzeniem są utrudnieniem, ale nie na tyle dużym, aby postrzegane były jako problem. Branża nauczyła się omijać te trudności. Można też zauważyć, że braki w zaopatrzeniu oznaczają przerabianie projektów pod elementy alternatywne, dostępne lub takie, które udało się kupić. To oznacza więcej zadań związanych z prototypowaniem, produkcją małych serii, co może równoważyć wszystkie pozostałe negatywy.

Nowoczesne aplikacje IoT, układy czujnikowe lub pomiarowe muszą być miniaturowe, aby ich użycie miało sens. Małe płytki, mikroskopowej wielkości podzespoły zapewniają też mniejszy koszt wytworzenia, stąd nie ma odwrotu od tego, aby w przyszłości wszystko było jeszcze mniejsze niż jest teraz.

Te zalety najbardziej są dostępne w przypadku wytwarzania dużych serii produktów, a więc wówczas, gdy raz ustawiona linia pracuje nonstop i produkuje w trybie ciągłym jednakowe płytki. Im mniejsze serie, im więcej wariantów, typów, tym te zalety stają się trudniejsze do osiągnięcia. Ustawienie parametrów procesu, przezbrojenie automatu na inny projekt, zamontowanie podajników z innymi podzespołami zajmuje czas i wymaga poświęcenia uwagi na dopracowanie szczegółów. Stąd produkcja małych serii rządzi się innymi prawami i zwykle jest mniej opłacalna. Dla firmy kontraktowej zlecenia prototypowe wymagają innej organizacji pracy zapewniającej możliwość wykonania niewielkiego, ale pracochłonnego zadania, obok normalnej pracy. W oparciu o ten sam sprzęt i zespół pracowników jest to trudne do osiągnięcia, stąd coraz powszechniej firmy inwestują w równolegle działającą linię do takich nietypowych, z punktu widzenia produkcji, zleceń. Rozwiązanie takie umożliwia niezależny montaż nowych opracowań w działach R&D bez przerywania bieżącej produkcji. Kilka linii produkcyjnych umożliwia też optymalizację procesów, bo niektóre urządzenia ukierunkowane są na wykonywanie dużych jednakowych serii, inne mają małą wydajność, ale za to łatwo się je przestawia, więc są one wygodne do drobnych zleceń i prototypów.

Najbardziej perspektywiczne obszary aplikacyjne z punktu widzenia prototypowania

 

Za najbardziej perspektywiczne obszary aplikacyjne związane z urządzeniami i narzędziami do prototypowania elektroniki uznano rozwiązania dla przemysłu, obszar inteligentnego domu oraz IoT, a więc w dużej części takich, dla których funkcjonalność urządzeń bazuje na komunikacji bezprzewodowej. W porównaniu z naszymi wcześniejszymi analizami widoczny jest duży awans w tym zestawieniu rozwiązań z obszaru energii odnawialnej, który przez wiele lat plasował się na dole, a teraz wskoczył na drugie miejsce. Energia elektryczna w ostatnich latach bardzo zdrożała, co otworzyło rynek na takie projekty i aplikacje.

Nawet jeśli taka linia nie działa cały czas, to dzięki temu nie trzeba kombinować ze zmieszczeniem różnych zleceń w harmonogramie. Stąd osobne urządzenia do małych serii, prototypów stają się normalną częścią parku maszynowego. W przypadku firm EMS znaczenie posiadania rozbudowanego parku maszynowego jest większe, bo pozwala na realizację zleceń o szerszym zakresie wymagań bez wspierania się kooperacją, a więc bez dodatkowych kosztów i najszybciej jak się da. Trzeba też zauważyć, że na rynku jest coraz więcej urządzeń produkcyjnych o funkcjonalności sprofilowanej pod omawianym kątem. Taki sprzęt ma większe możliwości, często określane jako wszystko-w-jednym kosztem wydajności działania. Automat pick & place, który nakłada też pastę lutowniczą, jest atrakcyjną propozycją, bo zajmuje mniej miejsca w hali i nie kosztuje tyle, ile trzeba zapłacić za dwie osobne maszyny. Zajętość miejsca na podłodze niestety jest problemem, bo w halach produkcyjnych urządzeń jest coraz więcej. Pierwsza linia po niedługim czasie jest uzupełniana przez kolejne dwie lub trzy, w miarę jak przybywa zleceń. Z czasem dochodzą maszyny do operacji pomocniczych – lakierowania, lutowania selektywnego, mycia, inspekcji, testowania. Przy jeszcze większej skali działania park maszynowy wzbogacany jest o urządzenie do wycinania szablonów niezbędnych do nakładania pasty lutowniczej, o maszyny do mycia płytek, zautomatyzowane programatory chipów oraz systemy do liczenia komponentów oraz ich magazynowania w kontrolowanych warunkach środowiskowych. Nic więc dziwnego, że w końcu brakuje miejsca na nowe i firma zostaje zmuszona do przeprowadzki. Ona staje się okazją do stworzenia przestrzeni do tego, aby firma wreszcie kupiła urządzenia tylko do montażu prototypów i krótkich serii, które uzupełnią posiadaną już wysokowydajną linię produkcyjną. Taki opis dość dobrze przybliża to, co dzieje się u wielu producentów elektroniki i w firmach EMS.

Jak można ocenić warunki biznesowe panujące na rynku w 2022 roku?

 

93% pytanych oceniło pozytywnie warunki panujące na rynku usług projektowania elektroniki w ubiegłym roku, w tym ponad 50% jako dobre, a 36% jako zadowalające. To znakomity wynik, który wskazuje, że wydarzenia makroekonomiczne, kłopoty z niedostępnością komponentów oraz inne problemy, z jakimi zmaga się wiele sektorów rynkowych, w tym przypadku nie oddziałują negatywnie na działalność. Projektowanie nowych urządzeń, modernizacje, zmiany konstrukcyjne, przeprojektowanie wywołane brakami komponentów to przykładowe czynniki zawsze wspierające sprzedaż sprzętu i usług, tak samo jak duży potencjał branży EMS. Sektor elektroniki w naszym kraju to branża nie tylko atrakcyjna biznesowo, ale też mało wrażliwa na wahania koniunktury – w poprzedniej edycji wyniki ankietowe były podobne.

Potrzeba outsourcingu się zwiększa

Wraz z każdą rynkową technologią i rozwiązaniem produktowym, projektowanie i produkcja urządzeń elektronicznych stają się bardziej wymagające, zarówno po stronie technicznej, jak i w zakresie wymagań formalno-prawnych. Współczesne systemy łączą w jednym produkcie wiele technologii, np. komunikację, przetwarzanie cyfrowe sygnału, multimedia, a nawet obwody dużej mocy z analogowymi czujnikami itd. Układy są złożone od strony sprzętowej i projekty wymagają podziału kompetencji w zespole projektantów. Coraz rzadziej daje się też znać dobrze na wszystkim. Taka sytuacja tworzy przestrzeń do usług kooperacji, a zagadnienia z prototypowaniem znakomicie się do tego nadają. Przykładem mogą być płytki i montaż jednostkowych serii, wydruki 3D obudów, badania na zgodność z normami, druk cyfrowy treści płyt czołowych, obróbka CNC detali mechanicznych i podobne. Usługami dopasowanymi do wymogów prototypowania są także montaż krótkich serii płytek oferowany przez firmy kontraktowe. Dla małych firm i start-upów bez zaplecza są one wręcz warunkiem działania i warto odnotować, że krajowy rynek usług EMS pozwala zorganizować produkcję dla najmniejszych firm, nawet takich, gdy w grę wchodzi pojedyncze zlecenie.

Jaka jest aktualna koniunktura na rynku?

Z

 

Ocena aktualnej koniunktury na rynku podzespołów elektromechanicznych jest bardzo podobna do tej pokazanej na drugim wykresie i obejmującej cały zeszły rok. Podobnie, w zestawieniu na wykresie dominują oceny dobra i zadowalająca, ale warto odnotować, że wskazań na kiepskie warunki w porównaniu do oceny dla 2022 roku jest minimalnie więcej. Nie przesądza to oczywiście o tym, jaki okaże się cały rok – wiele inwestycji, projektów zwykle zamyka się po wakacjach.

Outsourcing napędza też widoczny brak specjalistów u producentów elektroniki oraz duże koszty zatrudnienia takich osób. Próg odniesienia dla rynku tworzą zagraniczne firmy w Polsce, które mają tu biura projektowe, oddziały włączone w struktury światowych organizacji i zatrudniają wielu inżynierów. Krajowe placówki muszą z nimi konkurować o pracowników, co pogłębia problemy.

Prototypowanie i małe serie to dla nas

 

Co trzecia firma z tego zestawienia postrzega urządzenia i usługi powiązane z prototypowaniem elektroniki jako bardzo ważne z punktu widzenia prowadzonej działalności. Jest to z reguły domena firm usługowych, a więc biur projektowych, laboratoriów badawczych, firm zajmujących się wydrukami 3D. Nieco mniej, ale nadal dla blisko jednej trzeciej firm, to ważna część aktywności, ale – z tym, że dowiązana do produkcji na zlecenie, działalności naukowej lub dystrybucji. W porównaniu do innych obszarów tematycznych omawianych w naszych analizach, na przykład komponentów elektronicznych, stopień specjalizacji jest dość duży.

projektowego, obejmującego także specjalistów dysponujących wiedzą na temat technologii produkcji, badań i procedur prawnych, dopuszczających urządzenie elektroniczne na rynek od strony formalnej. Dla małej lub średniej firmy jest to duży problem, bo skala działania nie pozwala na utrzymanie takiego zespołu. Stąd mniejsze firmy, w tym większość start-upów, szuka na rynku wsparcia w zakresie projektu i prototypowania, a w dalszej kolejności certyfikacji, m.in. u producentów EMS lub w wyspecjalizowanych biurach inżynierskich. Dla takich podmiotów usługi związane z prototypowaniem, projektowaniem, produkcją małych serii są bardzo istotne.

Długie czasy dostaw to więcej małych serii i prototypów

Długie czasy dostaw istotnie wydłużają liczbę iteracji projektowych, zmuszają do wykonywania większej liczby prototypów oraz wariantów układowych. Konieczność dopasowania projektu do układu, który akurat jest dostępny w sprzedaży, to dzisiaj codzienność. Wielokrotnie producenci są zmuszani przez sytuację w łańcuchach dostaw do tworzenia krótkich partii pozwalających na wykorzystanie elementów, które się udało kupić. Nie są to oczywiście ”pełne” projekty, tylko wersje z drobnymi modyfikacjami, ale nadal wymagają sprawdzenia działania w warunkach rzeczywistych.

W ostatnich dwóch latach producenci półprzewodników ograniczyli także liczbę oferowanych obudów chipów, kasując wersje mniej popularne lub nieprzyszłościowe po to, aby zwolnić moce w zakresie testowania i pakowania struktur. Na skutek tego część urządzeń trzeba lekko przeprojektować, bo nowe obudowy to z reguły małe wersje bezwyprowadzeniowe.

Infrastruktura do prototypowania

Rozwój technologii wymusza inwestycje w specyficzny sprzęt do prototypowania, bo wszystko jest coraz mniejsze, bardziej wrażliwe i wymaga odpowiedniego traktowania. Funkcjonalna i uniwersalna linia SMT z pewnością jest podstawą takiego zaplecza, ale poza nią konieczne są też stanowiska do pracy ręcznej. One przydają się do realizacji projektów, montażu mechanicznego, obsługi dużych podzespołów, które nie dają się zamontować przez automat, jak transformatory, złącza, potencjometry, wyświetlacze.

Czynniki sprzyjające popytowi na usługi i produkty związane z prototypowaniem

 

Wzrost zainteresowania usługami i sprzętem do prototypowania urządzeń elektronicznych wynika w największym stopniu z zwiększającego się znaczenia specjalizacji oraz coraz większych kosztów pracy inżynierskiej. Zakres kompetencji technicznych w firmach jest ograniczony i nie ma możliwości, aby wszystko wykonywać we własnym zakresie. Stąd, żeby zapewnić rozwój, wydziela się kompetencje kluczowe, a resztę kupuje na rynku jako usługi lub zleca kooperantom. Droga praca inżynierska, trudne zagadnienia techniczne, jakie są rozwiązywane na etapie projektowania wymuszają sięganie po zaawansowane i wysokojakościowe narzędzia, po to, aby pracować szybko i dobrze (dokładnie).

Stąd konieczne są mikroskopy, lupy nagłowne, precyzyjne narzędzia oraz także urządzenia, które pozwalają na zmontowanie małej serii płytek, przy możliwie prostej konfiguracji i dużej elastyczności działania, takie jak podajniki. Sprzęt poprawiający komfort pracy ze zminiaturyzowaną elektroniką, a więc także chwytaki, ssawki, manipulatory, końcówki. Staje się on tak samo ważny, jak przyrządy pomiarowe.

Najważniejsze czynniki negatywne dla rynku

 

Najważniejsze czynniki negatywnie oddziałujące na rynek wiążą się z obecną sytuacją na rynku, a więc oszczędnościami inwestycyjnymi, cięciami kosztów po stronie klientów i rosnącymi kosztami materiałów oraz pracy u dostawców. Wykres ten jest w opozycji do tego, na którym ilustrujemy ocenę aktualnej koniunktury na rynku, co może oznaczać, że warunki biznesowe sizmieniają się na niekorzystne, ale wiele zależy od tego, jaki obszar biznesu obserwujemy. Kolejne czynniki to presja cenowa ze strony producentów tanich wyrobów chińskich, które utrudniają rozwój sprzedaży produktów markowych i często są nietrwałe, niedostatecznie precyzyjne, wykonane z tandetnych materiałów, przez co szybko się zużywają. W okresie, gdy czas dostawy jest z reguły długi, takie produkty mają ułatwione wejście na rynek. Co ciekawe, w przypadku tego i podobnych tematycznie zestawień nigdy nie wychodzi, że sprzęt używany i regenerowany osłabia możliwości sprzedaży produktów nowych. Tę analizę danych zebranych w ankietach potwierdza komentarz, jaki otrzymaliśmy w ankietach w uzupełnieniu naszych pytań. Dziękujemy za opinię i przytaczamy go w całości: "Wśród czynników negatywnych wciąż dominuje słaby sprzęt ze wschodu i wysokie koszty prac badawczo-rozwojowych związanych z terminami dostaw i dostępnością specjalistów, a także skomplikowane wymogi formalne, jakie trzeba spełnić, aplikując np. o dotacje. Zbliżający się kryzys również zaczyna się odbijać na liczbie zamówień, gdyż firmy szukają już raczej opcji cięcia kosztów niż rozwoju i inwestycji w nowe technologie. Paradoksalnie, może to przyspieszyć procesy automatyzacji, więc przewidujemy za jakiś czas zmianę koniunktury i wzrost liczby zamówień, co należy postrzegać jako szansę dla branży".

Najważniejszą grupę produktów do takich zadań tworzy sprzęt lutowniczy, w tym lutownice, stacje lutownicze i na gorące powietrze oraz stanowiska do reworku (napraw w trakcie produkcji). Kolejna grupa to wyposażenie stanowisk pracy w serwisie, laboratoriach, utrzymaniu ruchu, produkcji. W tym obszarze mieści się odzież antystatyczna i środki ochrony osobistej (rękawiczki, obuwie) oraz meble warsztatowe, biurka (stanowiska robocze) oświetlenie, wyciągi, sprzęt do magazynowania materiałów i podobne wyroby, jakie są konieczne, aby po prostu wygodnie i efektywnie pracować. Ostatnia grupa produktów to narzędzia ręczne, których oferta szybko się poszerza. Niekoniecznie w zakresie szczypców i śrubokrętów, ale jeśli chodzi o sprzęt do inspekcji, mycia, manipulowania, to zmian jest wiele. Podobnie jest w narzędziach do obróbki złączy: do zaciskania, obrabiania końcówek, przygotowywania kabli itp.

Najważniejsze zjawiska pozytywne dla rynku

 

Za najbardziej istotne czynniki sprzyjające rozwojowi rynku produktów i usług niezbędnych do prowadzenia prac prototypowych uznano wzrost nacisku na jakość, a w drugiej kolejności nowe aplikacje i zastosowania elektroniki. Nowe aplikacje często wymuszają inwestycje w rozwój parku maszynowego i technologii produkcji, bo niosą ze sobą miniaturyzację, nietypowe wymagania, zastosowania lub też konieczność spełnienia norm branżowych. Na kolejnych miejscach uplasowano potencjał szerokiego tematycznie i chłonnego rynku krajowego, dostępność zleceń z zagranicy dla krajowych firm, a także dużą liczbę firm EMS, które tworzą wymierny popyt. Znaczenie start-upów i nowych firm w przedmiotowej tematyce jest niewielkie.

Szybkie prototypowanie

Inżynierom zawsze się spieszy, stąd poszukiwaną cechą przez klientów jest szybkie prototypowanie, a więc błyskawiczne wykonanie obwodów drukowanych i montaż komponentów. Z takich powodów wiele firm PCB proponuje wykonanie ekspresowe prototypów, a niektóre zakłady wręcz w nich się specjalizują. W zakresie montażu oferta szybkich usług nie jest jeszcze tak rozwinięta, ale też powoli się to zmienia. Montaż podzespołów jest dodatkiem do oferty wielu producentów PCB i vice versa, stąd coraz częściej można zamówić wykonanie PCBA w jednym miejscu. Gdy komponenty nie są krytyczną częścią projektu, a więc nie ma w BOM specyficznych pozycji, takie możliwości zapewniają także firmy dalekowschodnie. Część z nich idzie jeszcze dalej i za drobną sumą wykonuje wydruki 3D, np. obudów, elementów montażowych itp.

Najważniejsze cechy oferty brane pod uwagę przy wyborze dostawcy/usługodawcy

 

Najważniejszym kryterium selekcji produktu i dostawcy usług w obszarze prototypowania elektroniki jest cena, dalej termin dostawy, a na trzeciej pozycji uplasowały się jakość i niezawodność. W podejściu do zakupów dominuje utylitaryzm, polegający na tym, aby uzyskać jak najwięcej funkcjonalności możliwie najmniejszym kosztem. Z założenia sprzęt do prototypowania jest wykorzystywany okazyjnie (dorywczo) i nie musi charakteryzować się taką samą trwałością, jak działający ciągle w linii, ale za to powinien mieć jak największy zakres możliwości użycia w projektach. Na kolejnych miejscach pojawiły się aspekty związane z długotrwałą współpracą z dostawcą, możliwość kompleksowej obsługi, kompetencje sprzedawcy i podobne czynniki, które praktycznie zawsze pojawiają się na drugim miejscu.

Lista badań się wydłuża

Ważną częścią usług związanych z prototypowaniem są także te związane z badaniami, oceną zgodności z dyrektywami europejskimi i wymaganiami branżowymi. Są to badania w zakresie EMC, bezpieczeństwa użytkowania, testy klimatyczne, mechaniczne (np. odporności na upadek), a dalej na zgodność z normami branżowymi: medycznymi, telekomunikacyjnymi, wojskowymi, pożarniczymi i innymi, na przykład związanymi z akumulatorami. Jeszcze bardziej specjalistyczne badania dotyczą oświetlenia: temperatury barwowej i wskaźnika oddawania barw w oświetleniu, a także oddziaływania fal elektromagnetycznych na organizm ludzki. Te działania bardzo często są oferowane jako usługi.

Klienci oczekują, że dostawca zapewni im przede wszystkim

 

Oczekiwania klientów w stosunku do dostawców sprzętu do prototypowania nie wyróżniają się niczym szczególnym ani też nie odbiegają od tych, które można zaobserwować w innych grupach produktowych. Klienci zawsze są zainteresowani najlepszym połączeniem kluczowych kryteriów, takich jak wysoka jakość, niska cena oraz krótkim czasem realizacji usług/dostawy, a w dalszej kolejności możliwością kompleksowej usługi w jednej firmie i wysokimi kompetencjami dostawcy i usługodawcy. Na zaprezentowanym wykresie trzy pierwsze czynniki wyraźnie dominują nad resztą i mają podobne znaczenie, reszta jest wyraźnie dużo słabiej oceniana.

Ankiety i tabele z przeglądem ofert

Przegląd ofert dostawców związanych z urządzeniami i usługami projektowymi zawarty został w tabeli 1. Informacje tam podane przybliżają podstawowe informacje o ofertach. W tabeli 2 zamieszczamy dane kontaktowe.

Źródłem wszystkich danych przedstawionych w tabelach oraz na wykresach są wyniki uzyskane w badaniu ankietowym przeprowadzonym wśród dystrybutorów urządzeń i dostawców usług do prototypowania elektroniki działających w Polsce.