Aparatura do badań precompliance
Z takich lub podobnych powodów wiele firm idzie krok dalej w kierunku poprawy jakości i tworzy własne, wewnętrzne laboratoria badawcze, które biorą udział w procesie projektowania i wdrażania nowych produktów, a także w kontroli serii produkcyjnych. Jest to dla takich firm niewątpliwie duży atut i potwierdzenie wysokiego poziomu technicznego i merytorycznego. Aparatura i wydzielona jednostka zajmująca się pomiarami w firmie przydaje się w czasie projektowania, podczas produkcji oraz w usługach posprzedażowych (gwarancja, serwis, rozpatrywanie reklamacji). Im większe zasoby aparatury i kompetencje pracowników, tym wiele procesów można poprowadzić szybciej, taniej, a więc po prostu mądrzej.
Najważniejsze dla klientów cechy ofert brane pod uwagę przy kupowaniu sprzętu pomiarowego
Wszyscy ankietowani byli zgodni, że najważniejszym kryterium wyboru przyrządu pomiarowego jest cena. Zaraz po niej uplasowały się parametry techniczne, z jedynie minimalnie mniejszym wskazaniem. Reszta kryteriów prezentowana na wykresie ma zauważalnie mniejsze wskaźniki procentowe, dotyczy to także marki producenta. Oznacza to, że funkcjonalność większości przyrządów pomiarowych jest podobna, tak samo jak łatwość korzystania czy długość gwarancji, przez co takie zagadnienia nie muszą być brane pod uwagę w selekcji produktu. Termin i logistyka dostawy nie mają w tym obszarze większego znaczenia, gdyż aparatura jest kupowana na lata i stanowi część większego planu budowy kompetencji firmowych. Liczą się możliwości pomiarowe w odniesieniu do ceny.
Zainteresowanie kontrolą i oceną sprzętu elektronicznego zwiększa się też z uwagi na coraz większą wiedzę firm w tym zakresie oraz świadomość ryzyka. Współpraca na arenie międzynarodowej i wspólny rynek europejski wymuszają na krajowych producentach urządzeń i systemów przeprowadzanie badań w niezależnych, akredytowanych jednostkach. Z kolei konieczność minimalizacji kosztów zmusza do wprowadzania korekt w projekcie na wczesnym etapie, bo później, kiedy jest już w produkcji, jest to bardzo kosztowne, a czasem nawet niemożliwe do wykonania.
Poza wymaganiami technicznymi pracę inżynierów definiują też regulacje prawne (dyrektywy, rozporządzenia, normy branżowe). Kolejne edycje, poprawki do nich wymuszają zmiany konstrukcyjne i tworzą granice akceptacji dla parametrów. Wspólnym mianownikiem do opanowania tych wyzwań jest aparatura pomiarowa.
Badania precompliance
Certyfikacja urządzeń na zgodność z wymaganiami dyrektyw takich jak LVD, EMC, RED oraz z rozporządzeniami "mniejszego kalibru", jak Ekoprojekt, jest naturalną częścią kończącą działania projektowe. Zwykle w takim momencie wyrób trafia do specjalizowanego laboratorium, gdzie jest poddawany kontroli i na bazie zebranych wyników pomiarów (tzw. test report) przygotowywana jest deklaracja zgodności.
Badania precompliance mają charakter przygotowawczy do tego formalnego wydarzenia. Pozwalają upewnić się z dużym prawdopodobieństwem, że urządzenie przejdzie weryfikację w placówce zewnętrznej, a jeszcze wcześniej dają możliwość ciągłych kontroli projektu po to, aby robić poprawki na bieżąco. Negatywny wynik oceny w laboratorium to niestety wielko kłopot, gdyż oznacza konieczność wykonania mniej lub bardziej istotnych korekt w konstrukcji. A z tym wiążą się często duże koszty i opóźnienia we wprowadzaniu produktu na rynek. O wiele lepiej jest sprawdzać każdy etap działań i poprawiać konstrukcję bez czekania na finał, gdyż wówczas ryzyko nieprzejścia ścieżki formalnej staje się minimalne, zwłaszcza gdy zostawi się margines bezpieczeństwa. Dlatego wiele większych firm rozbudowuje swój potencjał aparaturowy pod kątem prowadzenia samodzielnych badań kontrolnych.
Wskaż najważniejsze czynniki wspierające sprzedaż aparatury
Za najważniejsze trendy wspierające sprzedaż aparatury laboratoryjnej ankietowani specjaliści uznali nowe technologie i standardy, które przynoszą nowe wymagania i zmuszają do inwestycji w aparaturę o lepszej wydajności (pasmo, próbkowanie, pamięć), o dekodowanie nowych protokołów lub zgodne z zaktualizowaną normą. Ważna jest dostępność funduszy rozwojowych UE, w tym KPO, bo pozwalają one na przynajmniej częściowe sfinansowanie zakupów i nierzadko na pozyskanie lepszego sprzętu, a trzeci czynnik, czyli wzrost w branży elektronicznej, jest zawsze aktualny, bo elektronika cały czas się rozszerza na nowe obszary techniki. One tworzą nowe zadania dla testów, pomiarów, projektowania.
Aparatura do badań własnych
Zgromadzenie w obrębie jednej firmy kompletu przyrządów do oceny urządzeń pod kątem wymagań głównych dyrektyw jest zapewne mało realne z uwagi na duże koszty. I pewnie niecelowe, gdyż zwykle najwięcej problemów jest z określoną klasą zagadnień, na której trzeba się skupić. Rozsądne jest zbudowanie potencjału firmy w tym najważniejszym obszarze, resztę można badać rzadziej, np. zlecając testy do laboratoriów zewnętrznych.
Budowa parku pomiarowego zwykle jest procesem ewolucyjnym, który zaczyna się od nabycia jednego lub kilku urządzeń, generatorów lub testerów, potem to minimum jest rozbudowywane w miarę dostępności funduszy na inwestycje. Budowa kompetencji pomiarowych zwykle przebiega tak, że najpierw kupuje się przyrządy tańsze i prostsze funkcjonalnie, by zacząć i uczyć metrologii z ich pomocą, a potem w miarę wzrostu kompetencji i wraz z doświadczeniem sięga się po bardziej skomplikowany sprzęt pomiarowy.
Najważniejsze trendy techniczne w aparaturze to
Najważniejsze trendy techniczne są trzy: funkcje pomiarowe definiowane przez oprogramowanie, automatyczne procedury pomiarowe, które pozwalają przeprowadzić cały pomiar i wygenerować raport jednym kliknięciem oraz elastyczność i możliwość rozbudowy, po to, aby przyrząd starczył na długie lata. Bezsprzecznie punkt 1 łączy się z 3, bo rozbudowa funkcjonalności odbywa się poprzez wykupienie licencji i odblokowanie kodem możliwości. To bardzo częsta opcja, np. w analizatorach widma dostęp do detektora QP, który jest niezbędny w pomiarach EMC, wymaga wpisania kodu.
LVD
Zakres realizowanych badań precompliance wynika w dużej części z tego, co mówią normy zharmonizowane, które definiują proces zgodności. W przypadku urządzeń elektronicznych pod kątem LVD są to głównie EN62368- 1 oraz EN61347. Obie dotyczą bezpieczeństwa użytkowania przez ludzi, a to zagadnienia związane z ochroną przed porażeniem prądem elektrycznym, ale także ryzykiem uszczerbku na zdrowiu od wysokiej temperatury, zapłonu, substancji szkodliwych, w tym wydzielanych podczas palenia się, a także ryzyka wynikającego z zasilania z baterii (np. eksplozji).
Dla urządzeń zasilanych z sieci EN62368- 1 definiuje wymagania co do jakości izolacji, odstępów po powierzchni, napięcia dotykowego. Precyzuje, co mierzyć, w jakim układzie testowym i podaje graniczne wartości dla prawidłowego działania oraz warunków nienormalnych, a więc takich, gdy urządzenie ulegnie awarii. W takiej sytuacji, a więc gdy na przykład zasilacz ulegnie uszkodzeniu podczas burzy, norma wymaga, aby nie stał się zagrożeniem dla człowieka w chwili awarii i po niej.
Każda z tych norm w wielu miejscach powołuje się na kilkadziesiąt innych regulacji, w których opisano procedury badań, wymagania szczególne związane z jakimiś parametrami, normy definiujące ocenę powiązanych subkomponentów. W ten sposób ocena bezpieczeństwa przykładowej ładowarki prowadzona wg EN62368 odwołuje się do innych norm nt. wymagań jakościowych dla wtyczki sieciowej, przewodu AC, w celu określenia stopnia IP, oceny optoizolatora, odporności na przebicie izolacji drutu nawojowego w transformatorze, odporności termicznej tworzywa obudowy, skuteczności działania warystora i wielu innych.
Najważniejsze czynniki o charakterze negatywnym dla rynku
Najważniejszym czynnikiem negatywnie oddziałującym na rynek laboratoryjnej aparatury pomiarowej, w tym oczywiście także tej do badań precompliance, jest tania aparatura azjatycka. Podstawowe przyrządy pomiarowe, takie jak oscyloskopy, analizatory widma, testery i generatory zaburzeń, są produkowane przez wiele firm azjatyckich i sprzedawane po bardzo konkurencyjnych cenach. To samo dotyczy sztucznych sieci, namiotów ekranujących, sond i akcesoriów, które stały się ich specjalnością. Do badań w dolnych zakresach pasm (tj. do 1 GHz, zaburzeń przewodzonych) oferta ta dyktuje warunki w dystrybucji. Drugim istotnym czynnikiem negatywnym jest cały czas mała świadomość rynku w zakresie potrzeby badań urządzeń i pomiarów cząstkowych. Pośrodku zestawienia uplasowało się kryterium związane z kosztem zakupu przyrządów pomiarowych.ź
Dobrą wiadomością jest to, że w dokumentach są opisane procedury pomiarowe, graniczne wartości parametrów, są rysunki, jak powinno wyglądać stanowisko pomiarowe. Na bazie tych informacji można w firmie badać swoje urządzenia w oparciu o aparaturę kupioną lub nawet zbudowaną we własnym zakresie.
Badania bezpieczeństwa zaliczają się do tych łatwiejszych w realizacji, gdyż sprzęt pomiarowy jest tańszy, zjawiska fizyczne podlegające weryfikacji są relatywnie proste do objęcia umysłem. Na dodatek podczas prac projektowych można zapewnić duże marginesy konstrukcyjne, aby ryzyko niespełnienia wymagań stało się pomijalnie małe.
Zresztą wiele urządzeń zasilanych z sieci dostępnych na rynku z dużym zapasem spełnia wymagania przywołanych norm, np. w zakresie prądu upływu lub wytrzymałości izolacji. Być może jest to efekt dużego marginesu konstrukcyjnego.
EMC
Dyrektywa EMC określa wymagania formalne związane z kompatybilnością elektromagnetyczną. Dzieli się ona na dwie części. Pierwsza jest związana z emisją, a więc zaburzeniami wytwarzanymi przez urządzenie elektroniczne, na które narzucane są limity po to, aby nie stało się ono źródłem zakłóceń działania innego sprzętu. Wymagania w tym zakresie opisano w normach EN55032 i EN55015.
Własne badania w zakresie EMC są już niewątpliwie trudniejsze od LVD. Procedura badań polega w przybliżeniu na tym, aby badane urządzenie umieścić w ekranowanej komorze pomiarowej, a następnie za pomocą anteny kierunkowej połączonej z analizatorem widma z każdej strony zbadać poziom emitowanych zaburzeń z odległości 3 m.
Druga część badań emisji dotyczy zaburzeń elektromagnetycznych przewodzonych. Pod tą nazwą kryją się sygnały emitowane do sieci energetycznej przez kabel zasilający (wprowadzane do sieci). Ta część jest prostsza w realizacji, bo nie są potrzebne komora i antena. Pomiary przewodzone wykonuje się w paśmie do 30 MHz, zaś emisję do minimum 1 GHz, stąd też koszt analizatora (w branży nazywa się go "odbiornikiem") jest bardziej przystępny.
Po przebadaniu emisji, czas na testowanie odporności, gdzie mamy normę EN61000. Tutaj chodzi o sprawdzenie, czy urządzenie będzie działać poprawnie w warunkach nieidealnych, a więc przy ekspozycji na różne zaburzenia. Celem jest doprowadzenie do takiej sytuacji, aby środowisko elektromagnetyczne, w którym mamy wiele źródeł promieniowania, nie doprowadziło do zakłócenia i nieprawidłowego działania badanego sprzętu.
W przypadku badań odporności także nie realizuje się jednego testu, ale cały zestaw wyrafinowanych pomiarów. Badana jest wrażliwość na promieniowanie radiowe o dużym natężeniu płynące z anteny, na wyładowania elektrostatyczne ze specjalnego pistoletu przypominającego zapalniczkę piezo do gazu, na przepięcia w sieci, zarówno jednorazowe, jak i całe serie (bursty), na silne pola magnetyczne itd.
Badania (oczywiście mówiąc w dużym przybliżeniu) polegają na odtworzeniu jednakowych warunków testu podanych w normie w kontekście budowy stanowiska pomiarowego, obwodów separująco- testowych pozwalających na wstrzyknięcie zaburzenia do działającego sprzętu oraz generatora tworzącego źródło zaburzenia. Konkretne badane zagadnienia opisują liczby wymienione po członie "61000", np. w 61000-2 chodzi o odporność na ESD.
Najtańsze do realizacji jest badanie zaburzeń przewodzonych. Wystarczy analizator widma i sztuczna sieć. Do badań odporności trzeba kupić generator zaburzeń lub kilka generatorów stosownie do potrzeb. Z kolei badania emisji wymagają posiadania komory bezechowej, np. GTEM, która kosztuje mniej więcej tyle, ile przeciętny samochód osobowy. Do większości testów wymagane jest jeszcze oprogramowanie, za pomocą którego wywołuje się scenariusze pomiarowe, zbiera wyniki i tworzy raporty. Takie oprogramowanie kupuje się razem z aparaturą jako zestaw lub w postaci dodatkowej licencji.
Jarosław Kwiatkowski
Wave-Test
W urządzeniach elektronicznych badamy bezpieczeństwo, emisję, odporność. A jakie miejsce zajmują pomiary pól EM?
Wave-Test obsługuje dość specyficzną domenę rynkową – urządzenia do pomiarów pól elektromagnetycznych pod względem bezpieczeństwa ludzi w środowisku ogólnym i na stanowiskach pracy. Obiekty najczęściej mierzone naszymi miernikami to stacje bazowe telefonii komórkowej, a więc urządzenia stricte elektroniczne. Źródłem niebezpiecznego pola magnetycznego mogą być również duże maszyny elektryczne (silniki, prądnice, przetwornice). Z kolei źródłem niebezpiecznego pola elektrycznego są np. linie energetyczne wysokiego napięcia lub linie trakcji kolejowej. Główny czynnik napędzający aktualnie naszą branżę to wciąż trwająca rozbudowa sieci telefonii komórkowej do standardu 5G. Każda dodana antena, każda zmiana ustawienia sektorów stacji BTS to konieczność wykonania pomiarów sprawdzających. Coraz ciekawszy z naszego punktu widzenia sektor produkcji to "automotive". Nie wiemy do końca, na ile obecni w Polsce producenci podzespołów samochodowych działają na zamówienie producentów samochodów elektrycznych. Odnotowujemy jednak z ich strony zwiększone zainteresowanie miernikami pól magnetycznych. Tu warto wspomnieć, że samochód elektryczny jest potencjalnym źródłem pola magnetycznego o wysokim natężeniu z uwagi na wysokie wartości prądów płynące w obwodach zasilania silników elektrycznych. Wciąż aktualne pozostaje pytanie "Czy kierowca z rozrusznikiem serca może bez obaw wcisnąć do oporu pedał akceleratora w samochodzie elektrycznym"?
Red, ekoprojekt i inne
Na koniec trzeba wspomnieć o dyrektywie radiowej RED, która dotyczy urządzeń wykorzystujących komunikację radiową. Bezsprzecznie od strony skomplikowania i kosztów aparatury jest to najdroższa część pod względem infrastruktury, stąd zapewne też najrzadziej pojawiająca się w zakresie możliwości przedsiębiorstw.
Z kolei wymagania związane z Ekoprojektem, a więc m.in. minimalna sprawność zasilaczy, moc pobierana bez obciążenia, migotanie światła, raczej nie wiążą się z badaniami compliance. Uzyskanie zgodności w dużej części opiera się w tych obszarach na poprawnym projekcie, użytych komponentach takich jak kontroler PWM i nie ma potrzeby kontroli parametrów w czasie projektowania. Inna rzecz, że w porównaniu do większości sprzętu wymaganego do oceny pod kątem bezpieczeństwa, a zwłaszcza EMC, koszt watomierza jest pomijalny.
Najważniejsze zjawiska pozytywne dla rynku
Najważniejszym czynnikiem sprzyjającym rozwojowi rynku aparatury pomiarowej jest postęp techniczny i wzrost zaawansowania w technice, gdyż wymusza on potrzebę kontroli większej liczby parametrów, poszerza zakresy i zmusza do wymiany starej aparatury na nowszą. Drugie kryterium związane z rosnącymi wymaganiami klientów jest powiązane z tym pierwszym, niemniej obejmuje jeszcze coraz większą świadomość bycia zgodnym z wymaganiami dyrektyw i norm. Reszta pól na wykresie jest już typowa dla większości sektorów omawianych przez nas w tym miejscu: coraz większa elektronizacja w technice, presja na jakość tworzą nowe miejsca, gdzie pojawia się aparatura. Zaskakujące jest, że zagrożenie karą za wprowadzanie na rynek sprzętu niezgodnego z wymaganiami oceniono za najmniej istotne.
Cena jest najważniejszym kryterium selekcji
Sprzęt pomiarowy do badań urządzeń elektronicznych jest kosztowny, bo jest to skomplikowana i zaawansowana, specjalistyczna aparatura. Najbardziej złożone pod tym względem są badania kompatybilności elektromagnetycznej, bo wymaganych urządzeń do realizacji kompletu badań jest dużo, a dodatkowo do ich działania trzeba stworzyć odpowiednie stanowiska pomiarowe, np. mieć pomieszczenie ze ścianami wyłożonymi blachą ekranującą, specjalnie przygotowaną siecią zasilającą, a nawet specjalną komorę bezechową.
Z tych przyczyn wielu producentów elektroniki mozolnie rozwija swój potencjał aparaturowy, ograniczając się początkowo do kupna aparatury do badania zaburzeń przewodzonych. Z czasem infrastruktura rozszerza się na pomiary emisji i kolejne obszary badań. W ten sposób wysoki koszt inwestycji można trochę zniwelować.
Najtrudniejszą częścią badań, patrząc przez pryzmat kosztu aparatury i jej skomplikowania, są badania kompatybilności urządzeń radiowych, a dokładniej elementów interfejsu radiowego, czyli transceivera i systemu antenowego z układem dopasowującym. Wykonanie badań nowoczesnych rozwiązań pracujących w zakresie gigahercowym oraz bliskim mikrofal wymaga posiadania specjalistycznego środowiska pomiarowego. Stąd w tym obszarze albo się nie bada urządzeń wcale, albo zleca pomiary precompliance do zewnętrznego laboratorium lub korzysta z pomocy producenta używanego modułu radiowego.
