Oszczędność energii w produkcji elektroniki - materiały i urządzenia

W takim kontekście poszukiwane są rozwiązania pozwalające na ograniczenie kosztów, niekoniecznie tańsze w zakupie, ale zapewniające oszczędności w szerszej skali, a więc dzięki mniejszemu zużyciu energii przez piece, dające mniejszą ilość odpadów lub też niewymagające mycia, utylizacji resztek, płacenia za ścieki. Można takie rozwiązania nazywać ekologicznymi, niemniej w elektronice mają one wymiar praktyczny – chodzi o to, aby w rozliczeniu końcowym były tańsze.

Oczywiście same materiały nie rozwiązują problemu kosztów, ale z pewnością są one jednym z elementów wielu synergicznych działań związanych z poprawą efektywności biznesu. W ofertach dostawców materiałów do produkcji jest coraz więcej produktów o takich cechach, co przekonuje, że rynek rozwija się w tym kierunku.

Najważniejsze jest lutowanie

Najważniejszy z punktu widzenia obniżki kosztów produkcji jest proces lutowania pakietów elektronicznych. Płytki drukowane z nałożonymi elementami trzeba nagrzać do temperatury roboczej i ich stan termiczny ustabilizować, potem jeszcze bardziej podgrzać, aby pasta lutownicza się stopiła i powstały połączenia. Dalej konieczne jest stopniowe wychłodzenie. Całość tego procesu odbywa się wieloetapowo – płytki przesuwają się wewnątrz pieca w ramach stref, gdzie panują kontrolowane warunki termiczne zapewniające uzyskanie odpowiedniego profilu procesu, czyli zmiany temperatury w czasie. Poprawny profil temperaturowy jest niezbędny, aby nie tylko nastąpiło lutowanie, ale także, by nie powstały niedoskonałości. A tych może być wiele: pustki, mostki, zimne luty, główki na poduszce, delaminacje (popcorning) i inne.

Aby takie wady się nie pojawiały, temperatura musi być dobrze dobrana: nie za niska, nie za wysoka, w każdej ze stref inna. Ważne jest tempo jej zmian, a więc szybkość nagrzewania płytki podczas wchodzenia do strefy lutowania i chłodzenia po jej opuszczeniu. Efekt jest taki, że piec rozpływowy w hali produkcyjnej jest nie tylko urządzeniem największym i najdłuższym, ale ponadto także najbardziej energochłonnym. Dużo energii elektrycznej zużywają maszyny do lutowania na fali, szybkie automaty montażowe i roboty, a także systemy przechowywania, oświetlenie itp. Firmy zainteresowane poprawą efektywności produkcji w kontekście energii mają dzisiaj sporo możliwości. Dla zakładu można zainstalować instalację PV, po to, aby ograniczyć ilość kupowanej energii z sieci. Można zainwestować w lepszy piec lutowniczy, taki który ma lepszą izolację obudowy lub potrafiodzyskiwać ciepło. Innym pomysłem jest wykorzystanie niskotopliwych stopów lutowniczych bazujących na bizmucie, aby lutowanie przebiegało w niższej temperaturze i nie było wymagane silne nagrzewanie. Działania związane z oszczędzaniem energii w produkcji mogą dotyczyć wielu miejsc, urządzeń i etapów. Nie da się z góry wskazać jednego winowajcy utraty kilowatogodzin, gdyż w każdym przypadku sytuacja jest inna. Poszczególne urządzenia różnią się pod kątem pobieranej mocy – zwykle te nowszej generacji są lepiej dopracowane pod kątem energetycznym, tak samo jak sprzęt gospodarstwa domowego, ale nie ma reguły co do tego, ile dostaniemy mniej w rachunku, kupując nowy piec. Poza tym tematyka oszczędzania nie jest przecież nowa. Ona teraz stała się ważna, w chwilę po tym, jak znacznie podrożała energia.

Klienci oczekują, że dostawca zapewni im przede wszystkim

 

Producenci elektroniki oczekują od dostawców przedstawienia konkurencyjnej oferty handlowej – spełniającej ich wymagania techniczne i akceptowalnej, jeśli chodzi o koszty. Na drugiej pozycji znalazło się indywidualne podejście do zakupów, gdyż w omawianym obszarze dostawca w małej części jest sprzedawcą produktów, tylko raczej konsultantem. Na trzeciej pozycji znalazł się serwis i utrzymanie w ruchu maszyn, a dalej kompleksowa oferta pozwalająca mieć najlepiej jednego partnera. Takie oczekiwania 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 z krótkim czasem realizacji usług/dostawy i w ostatnich latach nic się tutaj nie zmienia.

Oszczędność energii dotyczy też innych procesów dziejących się poza główną linią produkcyjną, np. dotyczy klimatyzacji w hali produkcyjnej, wentylacji oparów, utrzymania klimatu w strefach czystych. To także energia zużywana na pracę transporterów, pomp, a nawet wydatki na utylizację resztek, czyszczenie i materiały zużywane w czasie produkcji (np. folie, opakowania, recykling odpadów). Bezsprzecznie jest to zagadnienie bardzo szerokie. Do wspólnego mianownika pt. oszczędność energii włącza się też aspekty serwisowe urządzeń, a więc to, że w ich przypadku eksploatacja jest tańsza, a przestoje mniej dokuczliwe.

Dostawca musi mieć szeroką wiedzę

Ponieważ temat jest przekrojowy, szeroki i nie da się ukierunkować tego zagadnienia na produkt, wybór dostawcy zależy od tego, jaki poziom merytoryczny on reprezentuje, jest w tytułowym obszarze czynnikiem pierwszorzędnym, a dobór produktu to skomplikowane wielowariantowe zagadnienie, w którym trzeba rozważyć wiele czynników, nie tylko technicznych, ale także w zakresie możliwości finansowych inwestora. Dostawca sprzętu postrzegany jest jako ekspert w swojej dziedzinie, mający dostęp do najnowszych technologii, dlatego wsparcie techniczne w doborze, a później instalacji i odpowiednim przeszkoleniu z obsługi jest doceniane przez klientów. Dotyczy to także zagadnień energetycznych, niemniej faktem jest, że sprzedawca w temacie oszczędności ma znacznie trudniejsze zadanie do wykonania, gdyż musi przekonać klienta, że inwestycja w dany sprzęt przyniesie zysk (oszczędność), a to wcale nie jest proste i jednoznaczne. Dobór maszyny zawsze bazował na wiedzy, kompetencjach i rzetelności dostawcy, ale w przypadku oszczędności energii wymagane są jeszcze szersze horyzonty. Przez to należy rozumieć podejście nie punktowe, ukierunkowane na maszynę, ale na cały proces produkcji realizowany w skali zakładu. Klienci oczekują przede wszystkim kompleksowego podejścia, które nie kończy się jedynie na prostej interakcji potrzeba–sprzedaż, ale skupia się na doradztwie przy wyborze sprzętu, prezentacji, testach urządzeń w siedzibie klienta oraz pewności serwisu. Ta kompleksowość jest z roku na rok coraz szersza i obejmuje też zagadnienia energetyczne.

Jaka jest aktualna koniunktura w tym sektorze rynku?

 

Ocena bieżącej koniunktury na rynku, tj. w połowie 2023 r. charakteryzuje się wyjątkową symetrią – tyle samo wskazań padło na warunki dobre lub bardzo dobre oraz na zadowalające i kiepskie. Początek roku wielu producentom przyniósł wyższe ceny energii elektrycznej, wzrost kosztów pracy i zapewne spadek zamówień wywołany czynnikami sezonowymi, a także zgromadzonymi w pandemii zapasami. Do tego doszły spadki zleceń zagranicznych, gdyż sytuacja u naszych sąsiadów niestety nie poprawia sytuacji na naszym rynku. Stopień zaangażowania krajowych firm w działalność na rynkach wschodnich była różna, ale zapewne część miała tam jakieś przyczółki i interesy. To też można traktować jako kolejny czynnik osłabiający warunki. Niemniej, nawet w tak trudnych czasach nastroje biznesowe zilustrowane na wykresie w przeważającej części są pozytywne.

Najważniejsze czynniki negatywne dla rynku

 

Za główne problemy rynku materiałów i urządzeń uznano przede wszystkim rosnące koszty materiałowe i osobowe, a także zawirowania wojenne, obejmujące zakłócenia w działaniu łańcucha dostaw prowadzące do wydłużenia czasu dostaw. Kolejne problemy to oszczędności i związana z tym ciągła presja klientów na niskie ceny. Dalej jest brak wiedzy u klientów wymaganej do rozpoznawania jakości, walorów technicznych i porównywania produktów. W praktyce wszystkie te pozycje opisują ten sam problem związany z chęcią kupienia produktu dobrego, taniego i dostępnego od ręki. Czwartym czynnikiem są długie czasy dostaw. One się stopniowo poprawiają, ale nadal nie wróciliśmy do stanu pełnej stabilizacji. W "spokojnych" czasach znaczenie terminu dostawy było znacznie mniejsze i kryterium to pojawiało się na wykresie na dole.

Coraz więcej sprzętu w halach komplikuje uzyskanie oszczędności

Z uwagi na wzrost zaawansowania procesów, zapewnienie jakości i elastyczności produkcji, w halach produkcyjnych znajduje się coraz więcej maszyn. Poza sitodrukarką do pasty, automatem do układania i piecem, regułą jest stanowisko inspekcji pasty i optycznej kontroli płytek po montażu oraz tester funkcjonalny. Poza piecem rozpływowym pojawia się fala selektywna. Przy 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. W halach są ponadto szafy z kontrolowanymi wewnątrz warunkami środowiskowymi do przechowywania elementów. Jest inspekcja rentgenowska, są urządzenia do zalewania, lakierowania płytek. Coraz więcej firm ma dwie linie produkcyjne dla zapewnienia elastyczności realizacji zleceń dużych i małych bez przerywania produkcji, wykonywania prototypów lub z uwagi na to, by zapewnić dużą wydajność i przepustowość. Z punktu widzenia zużycia energii elektrycznej wiele urządzeń tworzy bardzo trudne warunki do oszczędności i nawet ustalenie, co pobiera jej najwięcej, nie jest łatwe. Wówczas staje się niezbędny audyt energetyczny, oczujnikowanie instalacji na jakiś czas po to, aby zgromadzić wiarygodne dane o zużyciu i potem na ich podstawie wypracować jakiś plan zmian.

Główne produkty w kontekście oszczędności energii i kosztów

 

Największe zużycie energii w produkcji elektroniki wiąże się z lutowaniem, a więc pracą pieca rozpływowego. Energia zużywana jest na nagrzewanie płytek do temperatury roboczej, topienie spoiwa, stąd temperatura robocza procesu oraz jakość pieca (izolacja termiczna, konstrukcja zapobiegająca ulotom ciepła) ma tutaj duże znaczenie. Energochłonne są też prace robotów, automatów oraz oświetlenie stanowiskowe i halowe.

Wiele posiadanych urządzeń produkcyjnych zwiększa też ryzyko pojawienia się na rachunku opłat za moc bierną. To kolejne trudne zagadnienie, bo kary finansowe w rachunku są za składową indukcyjną, a więc pochodzącą od silników, pomp, transformatorów oraz pojemnościową wynikającą m.in. z dużej liczby zasilaczy impulsowych bez korekcji PFC. Plan oszczędzania prądu musi uwzględniać zbilansowanie mocy biernej, bo inaczej może się okazać, że wprawdzie zapłacimy mniej za waty, ale wzrośnie nam opłata za "VAR-y" i oszczędności nie będzie. Opłaty za moc bierną zepsuły niejeden plan poprawy efektywności. Wydaje się, że kluczem do oszczędności w produkcji elektroniki jest wiedza na temat zużycia, kosztów z niego wynikających w rozbiciu na poszczególne systemy, instalacje i maszyny oraz świadomość możliwości regulacji, korzyści z wyłączania, zysku z inwestycji w nowe technologie itd. Efektem ma być mniejszy rachunek i przełożenie sumy na nim widniejącej na działania to rodzaj pożądanego konsultingu. Produkcja elektroniki i procesy związane z montażem podzespołów nie są proste. O jakości, którą wszyscy są zainteresowani, decyduje wiele szczegółów, stąd trzeba znać się na technologii produkcji, elektronice, mechanice, a czasem też na fizyce i chemii. A teraz nawet na mocy czynnej, biernej, instalacjach PV, falownikach i umowach z zakładem energetycznym.

Najważniejsze dla klientów cechy oferty brane pod uwagę przy wyborze dostawców materiałów i urządzeń

 

Na szczycie zestawienia najbardziej istotnych dla klientów aspektów ofert handlowych w zakresie materiałów do produkcji znalazła się oczywiście cena. Cena zawsze była na szczycie w materiałach do produkcji, bo bezpośrednio determinuje koszty działalności. To jest oczywista zależność i zamiast skupiać się na niej, przyjrzyjmy się kolejnym pozycjom. Trzy kolejne pozycje o takim samym udziale procentowym padły na kompetencje techniczne dostawcy, parametry techniczne produktów oraz termin dostawy. Są to kryteria charakteryzujące dojrzałe rynki. Duże znaczenie terminu dostawy to efekt zakłóceń w łańcuchach dostaw, szczególnie istotny dla materiałów, bo sprzęt większego kalibru zwykle jest inwestycją planowaną w dłuższym horyzoncie czasowym.

Główne trendy w materiałach do produkcji

 

Za najbardziej istotny trend w materiałach do produkcji elektroniki postrzegana jest rosnąca specjalizacja tych produktów, a więc odchodzenie od koncepcji uniwersalności. Specjalizacja prowadzi do większej funkcjonalności i jakości, bo nie jest oparta na kompromisie, niemniej jej wadą jest zwiększająca się liczba wyrobów dostępnych w sprzedaży, co niekiedy komplikuje zarządzanie zapasami, z uwagi np. na krótkie daty przydatności. Drugi trend to bezpieczeństwo dla ludzi i środowiska, zapewniające brak ryzyka i odpowiedzialności w stosunku do pracowników i braku złego wpływu na produkty. Kupujący oczekują, że materiały chemiczne nie będą ich truć LZO, wymagać kosztownej utylizacji ani też oddziaływać negatywnie na urządzenia, niszcząc ich właściwości.

Rola automatyki w oszczędności energii

Poza urządzeniami, materiałami, tematyka oszczędności energii obejmuje automatykę i to pod szerokim kątem. Automatyka pozwala lepiej sterować posiadanymi urządzeniami i takie komponenty są postrzegane jako kluczowe narzędzia do uzyskania celów. Włączanie i wyłączanie sprzętu zgodnie z harmonogramem, potrzebami, regulacja temperatury powiązana z obecnością osób, planem działań lub też typem procesów jest typowym przykładem takich możliwości. Wielki potencjał automatyki dotyczy też oświetlenia, transportu, przechowywania i magazynowania, stąd po raz kolejny dochodzimy w rozważaniach do momentu, że tak naprawdę nie da się wskazać głównego, typowego miejsca do oszczędzania. Automatyka w produkcji to także roboty, autonomiczne wózki transportowe, systemy magazynowe, bo roboty mogą pracować bez oświetlenia, w temperaturze niekoniecznie pokojowej. Zatem w "tańszym" środowisku.

Ocena stopnia specjalizacji dostawców

 

Materiały i urządzenia do produkcji elektroniki często tworzą specjalizację firmy i trzon jej biznesu i tę tezę potwierdza wykres. Połowa wskazań padła na odpowiedź, że materiały i urządzenia tworzą specjalizację dostawcy, a dla kolejnej co piątej firmy jest to znacząca grupa tworząca pion biznesowy. Materiały są idealnym dodatkiem do wielu obszarów dystrybucji (komponentów, urządzeń produkcyjnych), a ich uniwersalny charakter ma z pewnością w tym spory udział. Są zwykle sprzedawane przy okazji innej działalności lub też w ramach bardzo szerokiego asortymentu kompleksowo obejmującego zagadnienie produkcji.

Ecodesign to też energooszczędność

Oszczędność energii jest też elementem troski o środowisko naturalne, stąd dobrze wpisuje się w politykę zrównoważonej produkcji. Troska o środowisko (ekodesign) przyświeca konstruktorom już na etapie projektowania produktu oraz tworzenia jego specyfikacji technicznej. Do podstawowych zasad ekodesignu zaliczyć można energooszczędność, materiałooszczędność, długi czas życia produktu oraz łatwość jego modyfikacji i ulepszania, a także korzystanie z surowców nadających się do recyklingu. Produkt powinien być zaprojektowany w sposób modułowy, aby poszczególne wchodzące w jego skład komponenty mogły zostać wykorzystane ponownie w ramach recyklingu. Jednym z dokumentów normatywnych w tym zakresie jest dyrektywa Unii Europejskiej w sprawie Ekoprojektu, określająca szczegółowe minimalne wymagania w zakresie efektywności energetycznej, mające na celu zmniejszenie negatywnego wpływu na środowisko naturalne w całym cyklu życia produktu.

Najważniejsze trendy pozytywne dla rozwoju rynku

 

Największe pozytywne znaczenie dla rozwoju rynku ma stały trend rosnących wymagań klientów w zakresie technologii, jakości, możliwości biznesowych (elastyczność, koszty). Za korzystne z punktu widzenia rozwoju zjawisko uznano ponadto coraz większe koszty produkcji w Chinach, które przesuwają próg opłacalności produkcji elektroniki na rzecz m.in. Europy Wschodniej. Jeszcze dalsze czynniki wiążą się z ogólnym rozwojem rynku elektroniki, a więc tym, że sprzętu jest coraz więcej, jest on bardziej złożony, mniejszy, a więc delikatniejszy i wymagający lepszej ochrony i użycia zaawansowanych procesów.

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

 

W ubiegłym roku warunki panujące na rynku materiałów i urządzeń do produkcji elektroniki były zadowalające lub dobre. Charakterystyczną cechą wykresu jest ponadto całkowity brak ocen bardzo dobrych, co było nie do pomyślenia w latach wcześniejszych; 3 lata temu ocen bardzo dobrych było nawet 16%, stąd zmiana jest dość duża. Dobra koniunktura biznesowa była cechą charakterystyczną biznesu elektronicznego od wielu lat i to się zapewne nie zmieni, ale dane za 2022 rok zapowiadają bezsprzecznie dołek i pogorszenie warunków.

Zestawienie w tabelach

W zakresie energooszczędności stworzenie zestawienia tabelarycznego produktów powiązanych z oszczędnością energii było wyjątkowo skomplikowane, bo sam cel nie jest wyraźnie zarysowany. Na pewno w tym zawiera się piec rozpływowy lub materiały lutownicze niskotemperaturowe, ale co dalej, to już nie takie łatwe. Dlatego tabela 1 z przeglądem ofert dostawców zawiera pozycje, które nam wydały się trafne w tej tematyce. Jednocześnie zdajemy sobie sprawę, że nie jest to lista wyczerpująca ani reprezentatywna. Raczej coś na kształt pierwszego przybliżenia tematyki do dalszego rozwijania.

W tabeli 2 podajemy jak zwykle dane kontaktowe do firm, które wypełniły ankiety. Nawet jeśli brakuje w niej wiodących dostawców, to także trzeba to oceniać przez pryzmat tematyki – oszczędzanie energii to zagadnienie nieostre. Łatwo sprowadzić je do niskotopliwych stopów i energooszczędnych pieców, ale jednocześnie można prosto wykazać, że innymi metodami też da się dużo zyskać.

Źródłem wszystkich danych przedstawionych w tabelach oraz na wykresach są wyniki uzyskane w badaniu ankietowym przeprowadzonym wśród dostawców materiałów do produkcji elektroniki w Polsce.