Российское производство электроники качественнее и доступнее, чем в Китае: миф или реальность?

24 April
Электронное производство НПО СтарЛайн. Изготовление  серверной материнской планы
Электронное производство НПО СтарЛайн. Изготовление серверной материнской планы

Среди представителей ряда российских компаний, занимающихся разработками в области радиоэлектроники, бытует стереотип, что проще и дешевле производить готовую продукцию в Китае. Что в России нет конкурентоспособных производств с современным оборудованием, а если и есть, то цены там гораздо выше. Но так ли это на самом деле?

Действительно, в Китае производятся комплектующие для радиоэлектронных изделий (поскольку здесь добывают основной мировой запас редкоземельных элементов), разные заводы расположены поблизости, что упрощает логистику между ними, но... В последние годы мы видим, что ситуация на рынке меняется. Многие российские предприниматели, которым доводилось заказывать у китайских партнеров изготовление электронной продукции, отмечают, что качественный «китай» в последнее время ощутимо дорожает. Существуют языковой и культурный барьеры: если у вас сложное электронное устройство, нужно очень постараться, чтобы объяснить китайским партнерам, какого конкретно результата вы от них ждете. Причиной понервничать для заказчика также становится географическая удаленность иностранных заводов. Добавим к этому ежегодно растущие расходы за логистику и недавние события в мировой экономике, которые привели к снижению стоимости рубля... Так где же она, выгода?

Тем временем как в последние годы на российском рынке радиоэлектронных изделий наблюдается масса положительных тенденций, главная из которых – внедрение новых инструментов автоматизации, повышающих скорость производственных процессов, уровень качества изделий и снижающих их конечную стоимость. Добавим, в соответствии с Постановлением Правительства РФ от 10.07.2019 №878, государством взят вектор на использование именно российской радиоэлектронной продукции. Есть о чем задуматься, правда?

Уже сегодня в нашей стране есть цифровые предприятия, которые вполне способны составить конкуренцию Китаю по уровню качества, скорости изготовления и доступной стоимости радиоэлектронных изделий. И в нашей статье мы бы хотели показать один из таких ярких примеров – Научно-производственное объединение "СтарЛайн", входящее в ТОП-5 крупнейших российских контрактных производителей электроники, цифровизация которого превышает 90%. За последние годы компания существенно нарастила мощности в направлении контрактного производства радиоэлектронных изделий, гарантируя при этом 100% контроль качества, быстрые сроки изготовления и доступную стоимость крупных партий электронных изделий.

Готовое изделие «под ключ», или «бонусы» комплексного производства

НПО СтарЛайн с 1988 года разрабатывает и производит автомобильное охранно-телематическое оборудование. Уникальные и сложные инженерные решения, которые в нем реализуются, должны надежно защищать транспорт от угона. А это значит, такое оборудование должно быть высокого качества. В связи с этим, с 2014 года компания запустила собственное производство радиоэлектронных изделий, затем открылось производство изделий из пластмасс, а потом и кабельной продукции. Все эти производства в первую очередь должны были решать именно задачи радиоэлектронной отрасли, поэтому, и пластики здесь изготавливают по собственной рецептуре. Например, с ESD-свойствами. Производство осуществляется на автоматизированных и роботизированных линиях ведущих промышленных брендов США, Австрии, Германии, Японии и других стран. Аналогов ряду моделей такого оборудования сегодня нет в России.

Производство НПО СтарЛайн расположено в Ленинградской области. Его площадь составляет 75 000 м². Большинство производственных процессов осуществляется в полностью автоматическом режиме. Участие человека при серийном выпуске продукции –минимальное: настроить, отладить, откалибровать параметры работы оборудования. Максимальная автоматизация и применение новейших технологий обеспечивают 100% контроль качества изделий на каждом этапе их изготовления и высокий уровень производительности. Что позволяет компании как осуществлять выпуск собственной продукции, так и выполнять контрактные заказы для других предприятий.

Линия селективной пайки выводных электронных компонентов НПО СтарЛайн
Линия селективной пайки выводных электронных компонентов НПО СтарЛайн

Говоря о контрактном производстве изделий, следует отметить еще одну уникальную и выгодную для заказчика особенность производства НПО СтарЛайн – его комплексность. Например, нужно произвести готовое изделие. Обычно за изготовлением электроники заказчик обращается в одну организацию, пластикового корпуса – в другую, провода и кабели приобретает у третьего поставщика, а упаковку для готового продукта – у четвертого. Затем изделие нужно собрать, протестировать. Если хотя бы у одного поставщика высокий уровень загрузки, заказ может достаточно долго ожидать своей очереди. Следовательно, из-за одной детали выпуск целого изделия затягивается. В НПО СтарЛайн все этапы – от идеи до готового продукта – осуществляются в одном месте. То есть, можно сразу заказать и радиоэлектронную «начинку», и пластиковый корпус, и набор кабелей для изделия, а также тестирование и упаковку готового продукта.

Работа с заказчиком осуществляется по принципу «одного окна» — все взаимодействие осуществляется через закрепленного персонального менеджера, что экономит время и снимает вопросы сложности коммуникации при разработке сложного многосоставного продукта. Координатор проекта прорабатывает весь заказ: редизайн печатной платы, подбор компонентов и полимерных материалов, изготовление прототипа, подготовку к серийному производству и само производство, а также разработку упаковки и сборку готовой продукции. Комплексность производства и всех ему сопутствующих организационных процессов помогает экономить время заказчика, обеспечивать высокий уровень качества продукции, сокращать затраты на ее хранение и логистику.

Сегодня заказчиками комплексного контрактного производства НПО СтарЛайн являются ведущие мировые автопроизводители, авиа- и судостроительные предприятия, а также производства вычислительной техники, средств связи, серверов, компьютеров, робототехнических устройств, приборов для электроэнергетической отрасли и многие другие предприятия. В числе таких заказчиков известные разработчики робототехнических конструкторов «Роббо» и ТРИК. А летом 2019 года на 80-летии московского ВДНХ состоялось шоу дронов компании «Геоскан», комплектующие для которых были изготовлены в НПО СтарЛайн.

Робототехнический конструктор РОББО
Робототехнический конструктор РОББО

Мощности радиоэлектронного производства НПО СтарЛайн позволяют осуществлять выпуск высококачественных электронных устройств любой степени сложности без ограничений по современной компонентной базе. То есть, здесь могут реализовать даже очень сложные проекты. Например, сейчас для одного из российских предприятий здесь изготавливаются серверные материнские платы, каждая из которых состоит из свыше 5000 компонентов. Изготовление таких изделий требует множество дополнительных операций, функционального ICT-тестирования, рентген-контроля, 100% функционального тестирования и так далее.

Надеваем бахилы и заходим в стерильный цех

Но, как говорится, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Поэтому, наш корреспондент решает лично посетить производство компании и посмотреть, так ли здесь все здорово, как описывается. Кстати, для гостей извне производство компании открыто. Здесь регулярно проводят экскурсии для партнеров, школьников, студентов и всех, кто заинтересован передовыми технологиями. Заказчики могут посещать производство НПО СтарЛайн и с целью аудита, чтобы лично увидеть процесс изготовления изделий. Философия компании – полная открытость для своих партнеров.

Экскурсию по радиоэлектронному производству для нашего корреспондента проводит ведущий специалист НПО СтарЛайн Владимир Лаптевский. Вместе с ним мы отправляемся в так называемую «прихожую» – примыкающее к производству помещение, похожее на предоперационную. Здесь нам выдают гостевые антистатические халаты и бахилы. Антистатическая одежда и обувь на таких производствах просто необходима, чтобы не повредить дорогостоящую электронную продукцию от случайного статического заряда. Итак, все необходимые меры безопасности соблюдены. Заходим внутрь производственного цеха…

Цеха ли? Назвать стерильное, как в операционной, помещение словом «цех» язык не поворачивается. Чисто, светло. Климатическая система производственного помещения поддерживает оптимальные для электронного производства температуру 22-24°C и влажность воздуха 40 – 60%. «Такие условия позволяют сохранять свойства паяльной пасты, обеспечивая 100% качество процесса пайки», – объясняют сотрудники производства.

Даже воздух здесь стерилен. Каждый час он меняется 12 раз. Причем, приточный и удаляемый воздух проходит систему тройной очистки, а движение его производится сверху вниз, как в операционных больниц. Такое решение обеспечивает циркуляцию воздуха, удаление частиц пыли и мельчайших загрязнений размером 5 мкм. Идеальные санитарные условия и для машин, и для контролирующих их работу людей.

Производственные линии, тележки, места хранения изделий, рабочие места сотрудников – все имеет строгую организацию и порядок по системе 5S. Наш экскурсовод объясняет, что производство НПО СтарЛайн сертифицировано международным сертификатом E1 (TUV SUD, Германия), технологические процессы соответствуют стандарту ISO 9001:2015 и ГОСТ Р ИСО 9001:2015.

Все под 3D-контролем

Основой радиоэлектронного производства НПО СтарЛайн являются четыре автоматизированные и роботизированные линии по установке поверхностных электронных компонентов на печатные платы, а также три линии селективной пайки выводных электронных компонентов.

«Кто-то подумает: всего четыре и три? Но нужно понимать, что на этих линиях осуществляется полный производственный цикл. Одна такая линия – как три среднесерийных на ряде других производств. У вас может быть 10 велосипедов или один гоночный автомобиль. У кого мощности будут выше? Наше оборудование позволяет устанавливать до 30 000 000 электронных компонентов в сутки», – отмечает Владимир Лаптевский.

Подходим к линии поверхностного монтажа.

«Прямо сейчас вы видите, как изготавливаются электронные изделия для системы пожарного оповещения, – говорит наш экскурсовод. – Заказчик разработал схему, наши технологи подготовили печатную плату для серийного производства. Теперь на автоматизированных и роботизированных линиях НПО СтарЛайн осуществляется поверхностный монтаж электронных компонентов на эти платы».

Мы наблюдаем, как платы помещаются в загрузчик и отправляются дальше по конвейеру.

Нанесение QR-кода на плату. НПО СтарЛайн
Нанесение QR-кода на плату. НПО СтарЛайн

Следующая «станция» – лазерная маркировка. Здесь на каждую плату наносится QR-код. Зачем? Для полной прослеживаемости изделия на каждом этапе производства. Каждой плате присваивается индивидуальное «имя». С этого момента все операции, которые будут с ней происходить, а в последующем и с изделием, будут записываться на сервер в специальной программе. Более того, все электронные компоненты, которые поступают на склад от поставщиков НПО СтарЛайн, также маркируются, проходят входной контроль и попадают в базы данных SAP. Поэтому, если обнаружится дефектная партия, ее будет легко найти и изъять с производства.

Тем временем наше будущее изделие уже отправилось по конвейеру дальше, ведь все процессы на линии занимают какие-то секунды, а то и доли секунд. Следующий этап – очистка платы от мельчайших, размером в 5 мкм, загрязнений при помощи адгезивной системы Teknek. После этого трафаретным принтером Panasonic с точностью 20 мкм на плату наносится паяльная паста. Ее состав может быть разных типов, в зависимости от требуемой технологии. Трафарет для каждого изделия тоже индивидуальный. Он заказывается и изготавливается заранее.

После того как этот процесс завершен, при помощи 3D-инспекции SPI KohYoung на каждой плате проверяется контактная площадка с нанесенной паяльной пастой. Только плата, прошедшая 100% контроль качества, отправляется далее по конвейеру.

«Когда мы шесть лет назад запускали производство, таких машин в России не было, да и сейчас немногие их используют, поскольку считают, что такое оборудование – это лишние затраты, не увеличивающие производительность. Но при этом очень значительно увеличивается качество изготавливаемых изделий. Каким образом? Если на данном этапе инспекция показала, что паста плохо нанесена, то плата задерживается, попадает на автоматическую отмывку, затем сушится и снова отправляется на линию. Это очень недорогой ремонт с минимальными трудозатратами. Если же такой инспекции не будет, и паста плохо нанесется, то о дефектах мы узнаем лишь после полной сборки на производственной линии. Перепаивать электронные компоненты, возможные замыкания на микросхемах и другие дефекты придется вручную, а это дорогостоящий ремонт. За счет того, что есть полная прослеживаемость, и все операции попадают в базу данных, мы быстро и с минимальными финансовыми потерями устраняем брак», – объясняет Владимир Лаптевский.

Кстати, если платы планируется использовать в агрессивной среде, их дополнительно покрывают специальным защитным покрытием. Например, такое покрытие наносится на платы охранного оборудования StarLine, которому предстоит выдерживать в подкапотном пространстве автомобиля перепады температур, конденсат и влажность.

Электронное производство НПО СтарЛайн
Электронное производство НПО СтарЛайн

Поверхностный монтаж с глубоким подходом

Успешно пройдя 3D-инспекцию качества нанесения паяльной пасты, наше изделие попадает в «сердце» производственной линии, где осуществляется поверхностный монтаж SMD-компонентов.

SMD-компоненты (Surface Mounted Devices) – это компоненты электронной схемы, нанесенные на печатную плату с использованием технологии монтирования на поверхность. Все компоненты приходят в специальных катушках. Им присваивают уникальный код, а затем заносят в электронную базу SAP, что позволяет отслеживать, в каком изделии и какой элемент находится. У каждого оператора линии есть портативный компьютер, с помощью которого сканируется код на катушке и код на питателе. Автомат видит, какой компонент здесь стоит. Если компонент не тот, он сообщает об ошибке. Так что человеческий фактор максимально исключен.

SMD-компоненты захватывают и устанавливают на печатную плату высокопроизводительные автоматы Panasonic NPM-W. Поверхностный монтаж осуществляется с точностью 20 микрон. Притом, что размер таких компонентов может быть от 0,4 мм × 0,2 мм до 120 мм × 120 мм.

«В каждой линии поверхностного монтажа установлены три автомата Panasonic NPM-W. Два из них – «чип-шутеры», которые устанавливают маленькие, легкие чип-компоненты: резисторы, конденсаторы и другие. Чип-компонентов на плате всегда больше, поэтому и автоматов для них тоже используется больше. У каждого автомата 2 «головы» по 16 насадок для захвата компонентов. Третий автомат многофункциональный, у него тоже две «головы», но на одной 3 насадки, а на другой 8 – для установки микросхем и больших тяжелых компонентов. Чтобы линия не простаивала, автоматы программируются дистанционно (вне линии). Специальное программное обеспечение позволяет оптимизировать процесс сборки таким образом, чтобы все автоматы работали одинаковое время. За счет этого производительность каждой линии поверхностного монтажа увеличивается до 280 000 компонентов в час», – говорит Владимир Лаптевский.

Электронные компоненты в катушках. НПО СтарЛайн
Электронные компоненты в катушках. НПО СтарЛайн

Первая собранная плата движется по линии дальше и попадает на рабочую станцию, где ее проверяет контролер ОТК. Происходит 100% визуальный контроль и только после разрешения контролера ОТК плата попадает в конвекционную печь, где происходит процесс оплавления паяльной пасты, и SMD-компоненты припаиваются к печатной плате.

Селективная пайка в атмосфере азота и летающие пробники

Автоматизированные линии монтажа штыревых и сквозных компонентов позволяют установить штыревые компоненты, такие как разъемы и реле, с последующей селективной пайкой в атмосфере азота.

Бездефектную пайку обеспечивают роботизированные линии селективной (выборочной) пайки компонентов сквозного монтажа SEHO SelectLine. Каждый автомат включает четыре роботизированных наконечника с припоем. Для сравнения: производительность одной линии селективной пайки равна совокупной работе 60 монтажников РЭА. Сбор данных о важнейших параметрах процесса пайки происходит автоматически и проецируется на монитор оператора. Здесь также установлена автоматическая оптическая инспекция, которая проверяет смонтированную плату с двух сторон. Сверху инспектируется, правильные ли установлены компоненты, а снизу – качество паяльных соединений.

Производство оснащено рентгеном, с помощью которого проверяется качество паяных соединений. А проверку электрических цепей платы и параметров компонентов до подачи питания на схему проводит система внутрисхемного тестирования Takaya APT1400FA, работающая по технологии «летающих пробников».

 IСT-тестер. Электронное производство НПО СтарЛайн
IСT-тестер. Электронное производство НПО СтарЛайн

«К примеру сейчас IСT-тестер мы используем для проверки серверных плат. Серверная плата, на которой более 5000 компонентов, – это очень дорогостоящее изделие. Тестер позволяет выявить, нет ли замыканий на печатной плате, все ли компоненты соответствуют заявленным характеристикам. С его помощью проверяются компоненты находящиеся в электрической цепи. Таким образом, все изделие безопасно проверяется до момента включения. Если что-то не в порядке, выясняются причины и устраняются без вреда для всего изделия», – уточняет Владимир Лаптевский.

На участке функционального тестирования изделия проходят 100% функциональный контроль качества. На специальном стенде размещается плата, «заливается» тестовое программное обеспечение, а затем ведется проверка ее работы. Этот процесс реализуется сотрудниками производства также в полуавтоматическом режиме. За раз можно протестировать сразу несколько изделий.

И, наконец, отдел технического контроля. Здесь изделия еще раз визуально проверяют сотрудники производства НПО СтарЛайн: сканируется QR-код изделия, уточняется, были ли в ходе производства дефекты и, в тех немногих случаях, когда да, специалисты просматривают, все ли они устранены. Только после этого изделия попадают на склад.

А еще на производстве НПО СтарЛайн есть уникальный автоматизированный комплекс на основе двух роботов от мирового лидера – компании ABB. На нем выполняется тонкая работа, которую сложно выполнить руками. Например, прямо сейчас здесь паяются шлейфы брелоков для автомобильных охранных комплексов StarLine. Оператор загружает в автомат треи с печатными узлами и дисплеями брелоков. Дальше умные роботы без дальнейшего участия человека производят корректное позиционирование шлейфа брелока и печатного узла, спаивают их вместе. Оператору остается только передать заполненный трек на операцию тестирования брелоков. Один такой роботизированный комплекс равен производительности 60 сотрудников монтажа. Программу роботов можно перенастроить на выполнение любого другого задания в рамках контрактного производства для партнеров.

Антропоморфные роботы ABB. Производство НПО СтарЛайн
Антропоморфные роботы ABB. Производство НПО СтарЛайн

Регулирует все автоматизированные процессы система учета и контроля производства FactoryLogix с использованием программного обеспечения PanaCIM. НПО СтарЛайн стало первым предприятием в России, которое начало ее применять. Система позволила исключить так называемый человеческий фактор и перевести весь бумажный документооборот в электронный. Она отвечает всем требованиям современного производства: полная прослеживаемость, принудительная маршрутизация, автоматизированный процесс инженерной подготовки производства, комплектование и автоматизированный учет расхода материалов. Многоступенчатый контроль и тестирование в сочетании с принудительной маршрутизацией FactoryLogix гарантируют, что только продукция, удовлетворяющая требованиям качества и прошедшая все стадии контроля, может покинуть электронное производство и переместиться на участок корпусирования, или подготовиться к отгрузке заказчику.

Добавим, все оборудование на производстве НПО СтарЛайн энергоэкономично, что также позволяет снижать стоимость конечного продукта. А если произойдет отключение электроэнергии, то работа продолжится – все линии подключены к источникам бесперебойного питания (ИБП) и электрогенераторам. ИБП берут на себя всю нагрузку до момента подключения оборудования к собственным дизель-генераторам. Общая емкость ИБП, обслуживающих все линии, – порядка 350 kVa.

Симбиоз людей и роботов

Сегодня мы часто слышим скептические высказывания о том, что цифровизация ведет к росту безработицы. Однако на производстве НПО СтарЛайн мы видим, что люди – один из важнейших ресурсов компании. Просто с появлением новых технологий специалисты переквалифицируются, приобретают новые знания и компетенции.

«Зайдите на популярный в Санкт-Петербурге сайт вакансий и обязательно увидите, что на наше производство регулярно требуются сотрудники. Мы растем, расширяемся, в ближайшее время запланирован переход на круглосуточный режим работы. За каждой умной машиной стоит компетентный, ответственный сотрудник. Обучаем мы таких специалистов сами, потому что производство уникальное», – заключает Владимир Лаптевский.

Казалось бы, цифровизация производства требует существенных капиталовложений и наращивания компетенций со стороны компании-производителя. Стоит ли все это таких затрат?

Эксперты НПО СтарЛайн развенчивают и это предубеждение: еще как. На цифровом предприятии процесс изготовления продукции становится полностью управляемым и прозрачным на всех этапах, создается единое информационное пространство, в котором высокотехнологичное оборудование, аналитические и управленческие IT-системы постоянно обмениваются данными. Это позволяет нарастить объемы выпускаемых изделий, поэтапно контролировать качество их производства, а также влиять на цепочку формирования их конечной стоимости. По сути, решаются две важные для бизнеса задачи: максимально снизить себестоимость выпускаемой продукции и поддерживать высокое качество изготавливаемых изделий. В результате покупатель получает в ожидаемый срок качественный и доступный по цене продукт, а владелец бизнеса – лояльного постоянного партнера и высокий доход. Так, цифровизация производства позволяет формировать конкурентное преимущество предприятия за счет масштабирования производства.

Именно благодаря всем этим факторам концепция четвертой промышленной революции («Индустрии 4.0») становится с каждым годом все популярнее в ведущих странах мира. В том числе и предприятия Китая сейчас работают над цифровизацией своих производств. Между тем, у наших производителей сегодня уже есть и технологии, и ресурсы, и компетенции, которые позволяют с гордостью сказать: «Сделано в России».