Identyfikowalność w produkcji elektroniki

Takie sytuacje są poważnym ciosem dla wizerunku i wiarygodności firmy, nieważne, czy dotyczą wadliwej partii towaru, która nie wyjedzie na czas do klienta, czy w najgorszym wypadku wady odkrytej u użytkownika końcowego. To wtedy przedsiębiorstwa odczuwają korzyści z utrzymywania systemu identyfikowalności lub zaczynają poważnie zastanawiać się nad jego wdrożeniem. Zaległości na tym polu mogą wynikać z zaniechania, jednak w wielu przypadkach są efektem mitów o skomplikowaniu tego typu rozwiązań. Tymczasem podstawowe mechanizmy identyfikowalności nie wymagają dużych nakładów finansowych i organizacyjnych.

Czym jest identyfikowalność?

Identyfikowalność (z ang. traceability) zakłada rejestrowanie i gromadzenie danych o przepływie materiałów i procesach na każdym etapie łańcucha dostaw. To nie tylko śledzenie komponentów, ale także gromadzenie danych dotyczących historii produkcji urządzenia elektronicznego. Uwzględnia więc procesy technologiczne i konkretne maszyny użyte przy jego wytworzeniu, parametry procesu i warunki środowiskowe. Celem jest zapewnienie jakości i bezpieczeństwa dostarczanych na rynek urządzeń. Obligatoryjne śledzenie produktów w całym łańcuchu procesów produkcyjnych oraz dystrybucji dotyczy przede wszystkim takich branż, jak spożywcza i farmaceutyczna, jednak coraz częściej wymagania takie pojawiają się przy produkcji elektroniki. Są sektory, w których to nie jest kwestia wyboru, ale konkretne wymogi prawne i de facto standard na rynku. Przede wszystkim dotyczy to aplikacji, których poprawne działanie może mieć wpływ na zdrowie i życie użytkownika, czyli branż motoryzacyjnej, medycznej czy przemysłowej. Zagadnienie identyfikowalności nabiera znaczenia wraz ze wzrostem złożoności łańcucha dostaw w branży elektronicznej. System pozwala zapewnić identyfikację wszystkich elementów finalnego produktu i stanowi dowód dla odbiorcy, że wykonany został zgodnie z wymogami jakości.

Jedną z głównych wartości dodanych jest umożliwienie szybkiego i precyzyjnego wycofania z rynku produktów w przypadku wystąpienia wady krytycznej i wsparcie w szybkim znalezieniu jego źródła. W sytuacji kryzysowej nie tylko pozwala to zagwarantować bezpieczeństwo konsumenta, ale również uratować dobre imię producenta. Redukuje to możliwe straty finansowe, ale przede wszystkim daje szansę zachować zaufanie klientów.

Norma IPC wskazuje drogę

Skoro znane są korzyści ze stosowania identyfikowalności, jak można zacząć stosować taki system we własnym przedsiębiorstwie? Żeby ułatwić ten proces, norma IPC-1782 wprowadza cztery poziomy zapewnienia identyfikowalności, różniące się wymogami co do kontroli przepływu materiałów, procesów oraz sposobu gromadzenia i przetrzymywania danych. Norma mówi, że przedsiębiorstwa powinny utworzyć systemy i procedury zapewnienia identyfikowalności, ale skale tych działań można dostosować indywidualnie do potrzeb. Pozwala to na większą elastyczność pod kątem wyboru środków do realizacji tego zadania, uwzględniając skale działalności i rodzaj produkowanych urządzań. Co więcej, możliwe jest dostosowanie systemu do poszczególnych serii produkcyjnych, tak więc np. producent kontraktowy EMS może z każdym klientem osobno ustalić wymagania w tym zakresie.

Pierwszy poziom, tzw. Basic, określa minimalne wymagania w zakresie systemu identyfikowalności i żeby zacząć stosować wytyczne w nim zawarte, nie potrzeba kosztownych, wyspecjalizowanych narzędzi lub znaczących zmian w funkcjonowaniu firmy. Na tym etapie wystarczą papierowe karty kontrolne i arkusz Excela. Producent zobowiązany jest do śledzenia przepływu materiałów na poziomie serii, oznaczenia produktu lub grupy produktów, ale nie musi rejestrować indywidualnych numerów serii płytek PCB lub komponentów.

Stanowi to poziom wejściowy, dzięki któremu producent może niskim nakładem kosztów i pracy wdrożyć narzędzia identyfikowalności. Na tym etapie nie potrzeba więc specjalnego systemu rejestracji danych czy skomplikowanych procedur, najważniejsze, żeby gromadzone informacje były dostępne na żądanie, mniej ważne, w jakiej formie. Rejestracja danych może odbywać się w większości w sposób manualny, co wyklucza konieczność inwestycji w skomplikowane systemy IT, choć oczywiście naraża system na błędy i luki w danych. Wymogiem jest, żeby kluczowe dane były dostępne w ciągu 48 godzin i przetrzymywane przez przynajmniej rok dłużej niż wynosi całkowity cykl życia produktu.

Prosta i szybka implementacja to zalety tego rozwiązania, ale jakość i użyteczność uzyskanych danych jest ograniczona. Przechowywanie danych w oddzielnych plikach i dokumentach sprawia, że znalezienie zależności pomiędzy różnymi przypadkami wystąpienia wady jest trudne i czasochłonne. W momencie wystąpienia problemów stanowią one więc niskie zabezpieczenie, jeśli trzeba reagować szybko i prezencyjnie.

Poziom 2 "Podstawowy" – stanowi rozszerzenie poziomu Basic o unikalną identyfikację materiałów i urządzeń. Firma uzyskuje precyzyjny rejestr użytych w produkcji materiałów, a w związku z tym dokładną kontrolę nad ich wpływem na jakość końcową produktu. Szybko można sprawdzić, że np. początek występowania danej wady urządzenia pokrywa się z użyciem w procesie nowej serii określonego komponentu. Usterki nie zawsze wynikają z niskiej jakości użytych komponentów, ale mogą być również wynikiem niesprawnych maszyn. Dlatego na tym poziomie raporty uwzględniają też konkretne maszyny użyte w produkcji.

Szczegółowa kontrola łańcucha dostaw może pomóc uniknąć sytuacji kryzysowej, a kiedy do niej dojdzie, skuteczniej rozwiązać problem, natomiast bezpieczeństwo ma swoją cenę. Dokumentowanie danych dotyczących procesu i materiałów na tym poziomie musi odbywać się w sposób dużo bardziej zautomatyzowany, jako że wymogi dotyczące ich szczegółowości i poprawności są też wyższe. Przyjmuje się, że już 70% informacji pozyskiwanych powinno być bez udziału człowieka. Dane powinny być dostępne w ciągu 24 godzin, a przetrzymywane przez cały cykl życia produktu i dodatkowo 3 lata.

Poziom 3 zwiększa wymagania poziomu szczegółowości do pojedynczej płytki PCB, natomiast poziom 4 już do pojedynczego elementu elektronicznego. Przy okazji rosną wymogi co do poprawności danych, ich dostępności i czasu przetrzymywania. Na najwyższym poziomie dane są dostępne praktycznie w czasie rzeczywistym. Poziom 4 jest skierowany tylko do przedsiębiorstw działających w sektorach, gdzie zapewnienie bezawaryjności jest krytyczne.

Decydując się na wdrożenie, przedsiębiorstwo w pierwszym kroku powinno przeprowadzić analizę ryzyka w celu wyznaczenia docelowego poziomu normy pasującego do profilu firmy. Ten etap da odpowiedź na pytanie, jakie ilości danych będą rejestrowane, na jakim poziomie szczegółowości i jak długo muszą być przechowywane. Następnie należy dokonać porównania stanu obecnego z wymogami normy. Może się zdarzyć, że działające w firmie systemy zarządzania produkcją umożliwiają zdobycie potrzebnych danych, dzięki czemu jedynym działaniem będzie opracowanie metody ich gromadzenia w formie wymaganej przez normę.

Co powinna zawierać dokumentacja?

W dużym skrócie, poprawny system gromadzenia danych powinien dawać odpowiedź na pytania: co, kto, gdzie i kiedy. Uwzględnia to gromadzenie i przechowywanie parametrów identyfikujących produkt, historię jego produkcji i możliwość lokalizacji. Norma IPC-1782 zawiera wytyczne co do rejestracji i śledzenia materiałów i procesów. Każdy element łańcucha dostaw powinien mieć możliwość wglądu do danych z poprzedniego etapu i jednocześnie przekazywać dane do następnego. W zależności od poziomu normy, może to być realizowane na poziomie przedsiębiorstwa lub nawet pojedynczych maszyn.

Do danych dotyczących materiałów można zaliczyć unikalny numer identyfikacyjny, numer seryjny lub partii produkcyjnej, dostawcę czy spis materiałów. Śledzenie przebiegu procesów może zawierać cykl produkcji z uwzględnieniem kontroli czasu i sprzętu, włączając w to też czynności manualne i materiały użyte w procesie SMT. Na wyższych poziomach systemu identyfikowalności wymagana jest też rejestracja parametrów procesu mających wpływ na jakość produkcji. Dane niezwiązane bezpośrednio z produktem to np. harmonogram przeglądu i kalibracji maszyn.

Narzędzia użyte w systemie identyfikowalności powinny być dobrane odpowiednio i właściwie do procesu produkcyjnego. Wraz ze wzrostem jego złożoności rośnie też potrzeba automatyzacji procesu rejestracji danych. W podstawowym zakresie czynności te mogą być realizowane manualnie, z niewielkim tylko wsparciem narzędzi IT. Jednak firmy z aspiracjami wdrożenia wymogów normy w stopniu 2 lub wyższym muszą zainwestować w odpowiednie rozwiązania IT. Celem jest nie tylko poprawa wydajności tego procesu, ale równie ważne jest zapewnienie wiarygodności i dokładności danych. W prostych systemach do często spotykanych nieprawidłowości należą przede wszystkim błędy lub braki w zapisach ręcznych i niezgodności w aktualizacji danych w systemach komputerowych. Na wyższych poziomach wyzwaniem jest efektywne wykorzystanie strumienia danych i zrozumienie ich wzajemnych zależności.

Coraz większa automatyzacja fabryk i magazynów wraz z rozwojem narzędzi informatycznych do sterowania i kontroli procesów produkcyjnych i logistycznych sprawiają, że ilość dostępnych danych jest ogromna i często wyzwaniem dla organizacji jest ich efektywne wykorzystanie. Automatyzacja zadań związanych z identyfikowalnością oferuje szanCoraz większa automatyzacja fabryk i magazynów wraz z rozwojem narzędzi informatycznych do sterowania i kontroli procesów produkcyjnych i logistycznych sprawiają, że ilość dostępnych danych jest ogromna i często wyzwaniem dla organizacji jest ich efektywne wykorzystanie. Automatyzacja zadań związanych z identyfikowalnością oferuje szansę na zmniejszenie kosztów obsługi tego procesu, ale mnogość formatów i źródeł danych, często nadal rejestrowanych ręcznie, stanowi wyzwanie.

Zabezpieczenie przed podróbkami

Dodatkową wartością z systemu identyfikowalności jest mniejsze ryzyko sfałszowania produktu lub wykorzystania w produkcji podrabianych elementów, co nabrało szczególnego znaczenia w ostatnich latach. Zabezpieczenie przed użyciem gorszych jakościowo podróbek to kwestia ochrony wiarygodności firmy, bo można się narazić na ewentualne kłopoty z tego wynikające, nawet dochowując wszelkiej staranności podczas produkcji. A metody stosowane przez piratów są coraz bardziej wyszukane. Czynniki, które działają na korzyść nieuczciwych dostawców, to słabo udokumentowana kontrola jakości, zarządzanie magazynem i polityka zakupowa wielu firm. Dostępność danych do identyfikacji produktu w całym zakresie łańcucha dostaw stanowi zapewnienie, że pochodzi on z legalnego źródła i spełnia wymogi jakościowe.

Już pierwszy poziom normy IPC-1782 wprowadza kontrolę partii produkcyjnej urządzenia, więc wykrycie w jednym egzemplarzu podrobionego komponentu może zawęzić konieczność wymiany tylko do danej serii. Bardziej zaawansowane systemy identyfikowalności gromadzą zapisy z użytych materiałów i ich kontrola jest stosowana w całym zakresie łańcucha dostaw.

Podsumowanie

Często niedocenianą funkcją systemu identyfikowalności jest zapewnienie bieżącej jakości produkcji. Zgodnie z zasadą efektywnego zarządzania jakością, że lepiej zapobiegać wadom, zanim one powstaną, niż usuwać ich skutki, identyfikowalność może być wykorzystana jako efektywne narzędzie wspierające procesy produkcyjne. Współczesna produkcja przemysłowa generuje coraz więcej surowych danych, co oferuje dużo możliwości, ale też zmusza producentów do szukania skutecznych metod ich wykorzystania. Dostępne są rozwiązania pod klucz, które w oparciu o metody statystyczne wspierają kontrole procesów w przedsiębiorstwie a przy okazji realizują funkcje identyfikowalności.

Dostępność tych informacji w przypadku wykrycia wady podczas kontroli produkcji gotowej pozwoli na szybką i precyzyjną reakcję. Przykładowo, podczas testu funkcjonalnego na próbie z partii urządzenia stwierdzono wadę montażu SMT, która nie została wykryta podczas testów ICT. Mimo że była ona łatwa do naprawy, kluczowym zagadnieniem jest, czy problem dotyczy też pozostałych sztuk z tej partii. Zakładając najgorsze, konieczne by było przetestowanie lub naprawa dużej liczby produktów, co odbije się na kosztach i czasie realizacji zlecenia. Jednak posiadając dane na temat historii produkcji tej serii, można znaleźć czynnik wspólny dla znalezionych wad i znacząco zmniejszyć zakres potencjalnie wadliwej serii. Może to dotyczyć np. zmiany w materiałach, użycia konkretnych maszyn lub innych wydarzeń występujących w procesie, takich jak obsługa serwisowa lub kalibracja maszyn.

Wraz z rosnącą złożonością procesów produkcji elektroniki, bez zaawansowanych narzędzi analitycznych, droga do zera defektów jest trudniejsza.

Jacek Dębowski