Urządzenia technologiczne do produkcji elektroniki
Od ponad dekady można obserwować w Polsce szybki wzrost możliwości technologicznych zapewnianych przez krajowe przedsiębiorstwa w zakresie produkcji elektroniki. Dotyczy on dwóch ścieżek, pierwsza obejmuje usługi produkcji kontraktowej elektroniki (EMS), które dla klientów z kraju i zagranicy świadczy około setki firm. Drugą ścieżkę tworzą producenci urządzeń elektronicznych, którzy również inwestują w rozbudowę potencjału produkcyjnego i zdolności wytwórczych w swoich zakładach.
Koniunktura w ostatniej dekadzie sprzyjała całej branży elektronicznej, a kryzysy raczej ją wspierały, zamiast osłabić. To dlatego, że kłopoty gospodarcze powodowały napływ do Polski zleceń montażowych z Europy Zachodniej i Skandynawii, bo nasze firmy EMS są tańsze i jednocześnie mają kompetencje techniczne nieodbiegające od konkurencji na tamtejszych rynkach. Z kolei producenci elektroniki dostrzegli możliwości kryjące się w wielu niszach rynkowych i branżach specjalistycznych, na które jest spore zapotrzebowanie nie tylko rynku krajowego, ale i innych krajów w UE. Elektronizacja jest też metodą na obniżenie kosztów lub zyskanie przewagi konkurencyjnej, stąd gdy na rynku działo się nienajlepiej, elektronicy z reguły nie narzekali na brak pracy, inwestycji oraz szczególnie nie zmagali się z koniecznością oszczędności. Teraz ta reguła tymczasowo została wygaszona, bo cały rynek doświadcza zadyszki, ale na szczęście perspektywy są cały czas dobre, bo od elektronizacji nie ma odwrotu.
Główne cechy ofert brane pod uwagę przy kupowaniu urządzeń do produkcji elektroniki
W przypadku omawianego sprzętu w selekcji dostawców istotne są kryteria charakteryzujące dojrzałe rynki, a więc jakość i parametry, serwis techniczny i kompetencje techniczne dostawcy. Cena w tym zestawieniu pojawia się na drugim miejscu, tj. dość wysoko w porównaniu do naszych poprzednich badań ankietowych. Dwa lata temu cena uplasowała się dopiero na siódmej pozycji od góry, natomiast termin dostawy był na pozycji czwartej. Teraz sytuacja „wróciła do normy”, tj. mniej więcej do średniej z ostatnich lat. Oczywiście w praktyce liczy się nie pojedyncze kryterium, ale najlepsze połączenie tych najważniejszych w całość oferty handlowej.
Zwiększające się zaawansowanie technologii wymusza inwestycje
Nowe inwestycje w zakresie urządzeń do produkcji elektroniki często wiążą się z poprawą szeroko rozumianej jakości. Firmy EMS i OEM inwestują znaczną część wypracowanych zysków i przykładają dużą wagę do rozwoju posiadanej technologii produkcji w stronę jej większego zaawansowania, powtarzalności, dokładności i precyzji, a także do minimalizacji braków i problemów technicznych powstających przy produkcji, jednym słowem "w jakość". Takie są wymagania klientów krajowych i zagranicznych. Bez dobrej jakości nie da się też uzyskać niskich cen z uwagi na straty w materiałach.
Im bardziej zaawansowana elektronika, mniejsze komponenty, bardziej upakowane ścieżki na płytce, tym zapewnienie jakości staje się trudniejsze, bo proces zaczyna się ocierać o możliwości technologiczne maszyn i parametry graniczne materiałów lub też przestaje zapewniać wystarczającą wydajność. W efekcie konieczne stają się inwestycje w nowszy i tym samym bardziej zaawansowany sprzęt lub staje się niezbędna rozbudowa o kolejną linię technologiczną lub jakiś element z nią związany.
Potencjał biznesowy urządzeń
W ostatnich latach liderem zestawienia, w którym pytaliśmy o potencjał biznesowy urządzeń, były roboty. Zaskakująco w tym roku spadły one na trzecią pozycję, a pierwsza przypadła automatom montażowym. Druga pozycja dla urządzeń do kontroli pakietów i testowania jakości, takich jak AOI, SPI, X-ray, nie jest zaskakująca, gdyż w świetle przedstawionych w artykule rozważań to co sprzyja poprawie jakości produkcji, jest dla omawianego sektora istotne. Gorsze wskazania dla robotów mogą być efektem słabszej dostępności, płytkości rynku, a także tego, że roboty to "duża" inwestycja i w czasie dołka mogły wypaść z listy wydatków.
Kontrola jakości musi być realizowana za pomocą urządzeń AOI, SPI i testów ICT/ FCT. Walka o jakość to także traceability. Pod tym pojęciem kryje się możliwość prześledzenia krok po kroku poszczególnych etapów procesu technologicznego. Taki zapis czynności, w połączeniu z parametrami procesu, obsługą, materiałami wykorzystanymi w produkcji (numery partii i produktu) jest podstawowym źródłem danych dla zakładowego systemu kontroli jakości, pozwalając w kolejnym kroku na doskonalenie procesu. Elementem jakości jest też zwiększająca się popularność lakierowania płytek dla poprawy odporności środowiskowej, w tym tworzenia pokryć selektywnych oraz urządzeń do przechowywania podzespołów w kontrolowanej atmosferze. Standardem jest przestrzeganie norm i stosowanie się do standardów IPC. To wszystko są atrybuty zaawansowania technologicznego i jakości w produkcji, które dopiero wdrożone razem są w stanie przynieść pożądany efekt.
Dla rynku urządzeń produkcyjnych zapewnienie jakości to wielowymiarowy aspekt, niemniej można czasem odnieść wrażenie, że inwestycje mają charakter fal, np. w AOI, w magazyny elementów z kontrolowaną atmosferą, sprzęt do prototypowania i produkcji małoseryjnej, a w ostatnim okresie w automatyzację montażu ręcznego i roboty.
Automatyzacja produkcji postępuje
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 i małe koszty, a także znakomitą jakość. Przez wiele lat wydawało się, że uda się osiągnąć stan, kiedy na płytce drukowanej będą tylko elementy SMD i producentom uda się stworzyć takie odpowiedniki powierzchniowe dla wielu komponentów przewlekanych takich jak złącza, transformatory, ekrany. Takich rozwiązań na rynku jest wiele, ale mimo to problem z zapewnieniem automatycznego montażu całego PCBA jest daleki od opanowania. Elementy indukcyjne, moduły, konektory oraz elementy montażowe i podobne części są za duże lub za ciężkie, aby można było je montować w procesie SMT. Nawet gdyby montaż był możliwy, bo automaty dokonują dzisiaj cudów, to i tak z punktu widzenia trwałości montaż powierzchniowy jest za delikatny. Stąd każdy producent musi montować i utrzymywać stanowiska pracy ręcznej.
Szans na pozbycie się takich elementów z płytek drukowanych nie widać. Z jeden strony przyczyną jest szybki rozwój elektroniki, a więc to, że elektronizacja dotyczy dzisiaj także specjalistycznych dziedzin, związanych z dużą mocą (energia odnawialna, energoelektronika), sterowaniem silnikami, motoryzacją i podobnych obszarów, gdzie wykorzystuje się wiele mało typowych elementów. Są to też dziedziny, w których czas życia produktów jest relatywnie długi, konieczne jest zapewnienie możliwości serwisu poprzez naprawę, a niekoniecznie tylko przez wymianę całej płytki i tak dalej. Wiele takich i podobnych czynników przekłada się na to, że na płytkach drukowanych cały czas są elementy THT, które trzeba jakoś zamontować.
Istotne zjawiska pozytywne dla rozwoju rynku urządzeń technologicznych
Za zjawiska korzystne dla rozwoju rynku uznano coraz większe znaczenie elektroniki we współczesnej technice oraz intensywną elektronizację branż i produktów, które do niedawna potrafiły się bez niej obyć. Popyt napędzają też rosnące wymagania klientów, którzy przesuwają poprzeczkę wyżej dla dostawców w ślad za kolejnymi zleceniami od klientów, nowymi generacjami produktów i technologią komponentów. Pozytywne znaczenie ma ponadto stały trend poprawy jakości produkcji urządzeń elektronicznych. W warunkach krajowych dla rynku urządzeń technologicznych istotna jest ponadto silna branża EMS, która tworzy główny segment klientów.
Montaż THT to proces w dużej mierze ręczny, a więc mało wydajny, podatny na błędy i coraz bardziej kosztowny. Większość płytek zawiera elementy różnego typu, a więc SMD i THT, w dowolnych kombinacjach stron, na skutek czego lutowanie automatyczne wymaga też odpowiedniej organizacji procesu. Praca ręczna dotyczy też mechaniki, a więc montażu płytki w obudowie, przykręcenia wyświetlacza lub montażu okablowania, a w kolejnym etapie także zapakowania produktu. Efekt jest taki, że czynności wykonywanych przez personel jest cały czas dużo.
Ten problem próbuje się rozwiązywać za pomocą robotów. Urządzenia te w działaniu przypominają człowieka z jedną ręką, którą trzyma lutownicę, wkrętak lub chwytak. Różnica jest taka, że robot jest bardzo sprawny, niesamowicie dokładny i nigdy się nie męczy. Nowe konstrukcje robotów, tzw. współpracujące (coboty), nie wymagają tworzenia specjalnych stref bezpieczeństwa oddzielających ich od ludzi. Są to małe urządzenia, które można postawić na stole, dzięki temu są bardzo wygodne. W ostatnich latach takich robotów pojawiło się na rynku bardzo dużo, na skutek konkurencji i rosnącego rynku ceny przestały być szokująco wysokie. Integrację w procesie ułatwia też oprogramowanie, które nie wymaga ani szczególnych umiejętności, ani też poświęcenia wiele czasu. Jak wynika z naszego badania ankietowego i danych pokazanych na wykresie, branża produkcji elektroniki traktuje roboty jako atrakcyjną propozycję rozwoju technologicznego.
Miniaturyzacja stymuluje postęp
Szybki i wielotorowy rozwój branży elektroniki jest jednym z czołowych czynników prorozwojowych dla branży produkcji urządzeń elektronicznych (obojętnie czy dla firm EMS lub firm, z produkcją własną) i tezę tę potwierdzają również nasze badania ankietowe. Bez względu na to czy chodzi o sprzęt przemysłowy, medyczny, wojskowy czy też elektronikę konsumencką, w tym sprzęt mobilny, na rynku jest coraz więcej urządzeń relatywnie małych i jednocześnie bardzo skomplikowanych. Można powiedzieć, że poziom złożoności wszystkich produktów z roku na rok się powiększa. Na płytkach drukowanych jest coraz ciaśniej, elementy są coraz mniejsze, ścieżki cieńsze, a połączeń jest coraz więcej. Wiele elementów elektronicznych jest obecnie tak małych, że wielkością przypominają ziarenka maku. Nie ma od tego odwrotu, gdyż nowoczesne aplikacje IoT, układy czujnikowe lub pomiarowe muszą być małe, aby ich aplikacja miała sens.
Takie procesy silnie oddziałują na branżę produkcji elektroniki, gdyż firmy muszą brać pod uwagę przy planowaniu działalności takie zjawiska jak wzrost miniaturyzacji. W przypadku własnej produkcji pole manewru jest teoretycznie szersze, gdyż decyzje w zakresie obsługiwanej technologii firma podejmuje sama, kupując dane podzespoły, wybierając obudowy. Producent EMS musi brać pod uwagę, że nastąpi moment, gdy zlecenie będzie zawierało podzespoły w obudowach 0201, 10005 lub w dowolny inny sposób wykraczało poza to, z czym radzą sobie jego maszyny. I musi być do tego przygotowany.
Wydarzenia ostatnich dwóch lat związane z niedostępnością podzespołów uwypukliły znaczenie tych zjawisk, bo wiele starszych typów elementów elektronicznych wycofano z użycia po to, aby zwolnić moce produkcyjne na nowe. Ograniczono też liczbę wariantów dostępnych obudów, preferując te mniejsze, a więc tańsze i bardziej przyszłościowe, a rezygnując z większych, kosztowniejszych, mniej perspektywicznych. W ten sposób rynek przyspieszył z miniaturyzacją jeszcze bardziej.
Główne czynniki negatywne dla rynku
Za najbardziej znaczący czynnik negatywny dla rozwoju rynku uznano dużą konkurencję i działających równolegle obok siebie wielu dostawców urządzeń o nierzadko podobnej funkcjonalności. Nowoczesny sprzęt jest też kosztowny, przez co inwestycje wymagają zdobycia finansowania, wymagają przygotowania biznesplanu, na skutek czego nierzadko rozciągają się mocno w czasie. Z tej przyczyny zapewne brak funduszy rozwojowych UE, w tym KPO został oceniony bardzo wysoko. Aktualnie przeszkadza też kiepska sytuacja na rynku, z rosnącymi kosztami produktów i materiałów oraz zatrudnienia przy jednoczesnym spadku popytu.
Brak wiedzy u klientów na tematy produkcyjne, technologiczne, znajomość cech urządzeń, to kryterium, które od wielu lat pojawia się zawsze w takich negatywnych rankingach, przekonując, że edukacja i transfer wiedzy to procesy, które nigdy się nie kończą.
Kompetencje zawsze są w cenie
Wsparcie techniczne i pomoc ze strony dostawcy jest coraz ważniejsza, gdyż orientacja na rynku, w którym jest wiele marek produktów, mnóstwo rozwiązań technicznych, technologii oraz metod rozwiązywania problemów z procesem produkcji, nie jest łatwa. Z reguły firmy potrafią wskazać problem do rozwiązania, np. wąskie gardło w produkcji lub brak powtarzalności. Na podstawie tego dostawcy przedstawiają koncepcję rozwiązania w oparciu o swoje doświadczenie i wiedzę oraz ew. po wsparciu się kompetencjami producenta, którego reprezentują.
Wskazuje to, że znaczenie wyboru dostawcy i tego, jaki poziom merytoryczny on reprezentuje, jest w tytułowym obszarze techniki czynnikiem pierwszorzędnym. Jednocześnie dobór produktu to skomplikowane wielowariantowe zagadnienie, w którym trzeba rozważyć wiele czynników nie tylko związanych z daną maszyną, ale całym środowiskiem produkcyjnym, obecnym stanem posiadania oraz możliwościami finansowymi inwestora. Do tego dochodzą zagadnienia przyszłego wykorzystania, możliwości rozbudowy, dopasowania do innych zadań, a także kwestie utrzymania maszyn w ruchu (a więc koszty serwisu i dostępność części zamiennych). Takich problemów jest bardzo dużo, stąd w praktyce dobór maszyny bazuje na wiedzy, kompetencjach i rzetelności dostawcy. Z tych przyczyn nie jest to działalność dla przypadkowych osób i firm, bo do sukcesu firmy te dochodzą latami. Z tego też powodu zmiany w krajobrazie firm są bardzo niewielkie, żeby nie powiedzieć, że w praktyce żadne.
