eng
Выпуск #4/2024
Ю. Ковалевский
КАК СОЗДАЮТСЯ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ СВЧ-ЭЛЕКТРОНИКИ: КАЧЕСТВО, ТОЧНОСТЬ И… ЭКОНОМИЧНОСТЬ. ВИЗИТ НА ПРОИЗВОДСТВО ООО «ПЛАНАР»
КАК СОЗДАЮТСЯ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ СВЧ-ЭЛЕКТРОНИКИ: КАЧЕСТВО, ТОЧНОСТЬ И… ЭКОНОМИЧНОСТЬ. ВИЗИТ НА ПРОИЗВОДСТВО ООО «ПЛАНАР»
Просмотры: 542
DOI: 10.22184/1992-4178.2024.235.4.36.47
Как создаются контрольно-измерительные приборы для СВЧ-электроники: качество, точность и… экономичность
Визит на производство ООО «ПЛАНАР»
Ю. Ковалевский
Челябинское предприятие «ПЛАНАР» хорошо известно среди разработчиков СВЧ-электроники – российских и не только. Пожалуй, основной продукцией компании являются векторные анализаторы цепей ‒ сложные и очень востребованные контрольно-измерительные приборы. Особенностью СВЧ-электроники является то, что практически любая металлическая часть устройства является, по сути, частью его электрической схемы, и точность ее геометрии оказывает непосредственное влияние на характеристики готового изделия. Как следствие, в этой области предъявляются особые требования к точности и повторяемости технологических процессов не только в отношении таких «традиционных»
для электроники изделий, как печатные платы и компоненты, но и при изготовлении корпусных деталей, металлообработке и т. п.
Как известно, средства контроля должны быть еще точнее того, что они контролируют, а значит требования к производству контрольно-измерительного оборудования для СВЧ-применений особенно высоки. Поэтому нам, конечно, было крайне интересно посмотреть, как организовано такое производство, и такую возможность нам предоставили представители компании «ПЛАНАР».
Приоритеты компании «ПЛАНАР»
в области производства
Встречая нас на предприятии, его директор Сергей Заостровных рассказал нам, что компания была основана в 1992 году, а данная ее площадка существует с 2006 года. Здесь реализованы основные техпроцессы, применяемые при изготовлении продукции
ООО «ПЛАНАР», – от металлообработки и сборки печатных узлов до 3D-печати и маркировки.
«Мы 30 лет создаем в России современную электронику мирового уровня, постоянно разрабатываем новые приборы, расширяем их функциональность. Сейчас мы производим векторные анализаторы цепей с полосой до 54 ГГц, а недавно совместно с компанией „МВЭЙВ“ представили рынку конвертеры для работы с частотами до 178 ГГц, – отметил руководитель предприятия. – Но мы понимаем, что основа успеха на рынке
и реализации наших идей – это, конечно, готовые, реально работающие, приборы. Поэтому мы уделяем значительное внимание производству и, учитывая нашу номенклатуру и серийность, стремимся поддерживать на высоком уровне и количество, и качество изготавливаемой продукции».
Производство компании многономенклатурное, что обусловлено не только контрольно-измерительным оборудованием, но и другими изделиями. Так, предприятие продолжает производить устройства для кабельного телевидения, которые некогда были основной его продукцией, но со временем их потеснили анализаторы цепей. Как нам рассказали на предприятии, каталог компании сейчас насчитывает в общей сложности тысячу наименований изделий, а контрольно-измерительные приборы составляют чуть более полусотни. Ассортимент продукции ООО «ПЛАНАР» продолжает расти: ряд новых приборов приближаются к последним этапам разработки.
При этом растет и объем производства компании. Как рассказал нам Сергей Заостровных, количество изготавливаемых единиц продукции за последние два года выросло примерно на 30%: в 2022 году было выпущено порядка 1,5 тыс. приборов, а в 2023 году эта цифра составила более 2 тыс. Ожидается, что в текущем году будет произведено уже около 3 тыс. данных изделий.
«Наше развитие сейчас во многом направлено на обеспечение гибкости и экономичности производства и повышение производительности труда, – сказал директор компании. – То, что нам это удается, подтверждается тем фактом, что за прошлые два года объем производства у нас существенно вырос, а численность сотрудников осталась почти неизменной».
В то же время значительно возросла доля сложных приборов в общем объеме выпуска, поэтому продажи в денежном выражении увеличились в четыре раза. Однако такие приборы на то и сложные, что для их изготовления необходимо выполнение большего числа операций, в том числе и требующих повышенной точности.
Кроме того, в сложившихся обстоятельствах компания стала производить больше компонентов для своих приборов. «Некоторые компоненты мы всегда делали сами, например разъемы метрологического уровня, потому что покупать их всегда было слишком дорого. Но часть компонентов раньше производить у себя было нерентабельно, было проще и дешевле их приобрести за границей. Сейчас же ситуация изменилась, и мы освоили производство ряда компонентов, например конических катушек», – рассказал Сергей Заостровных.
Курс на гибкое и экономичное производство высококачественной продукции был взят компанией уже давно. На это направлены применяемые на производстве технологии. В частности, еще в 2000 году было начато освоение лазерных технологий резки и сварки металлических изделий. За последнее время были внедрены такие решения, как 3D-печать, литье в силиконовые формы, на определенных операциях применяются роботы.
Но основным приоритетом на текущий момент директор предприятия назвал необходимость удовлетворения возросшего спроса на российском рынке. «Раньше у нас на складе всегда была продукция, готовая к поставке заказчикам. Сейчас наши склады готовой продукции практически пусты: мы отправляем изделия потребителям сразу с производства. В этом году мы планируем вернуться к привычной схеме отгрузки со склада, чтобы обеспечить более короткие сроки поставки, – сказал он. – Уже сейчас на таких условиях мы поставляем векторные анализаторы цепей серии „Компакт“».
Цифровизация как инструмент повышения качества продукции и экономической эффективности производства
В качестве одного из подходов, помогающих в решении задачи повышения качества продукции при сохранении низкой себестоимости ее изготовления, Сергей Заостровных
обозначил использование цифровых инструментов.
На производстве ООО «ПЛАНАР» внедрена система ERP собственной разработки, которая помогает в планировании, обеспечивает прослеживаемость производственных процессов и в сочетании с различными контрольными операциями, включая визуальный осмотр, автоматическую оптическую инспекцию (АОИ) и рентгеновский контроль, составляет важную часть системы менеджмента качества предприятия. На данный момент ERP-система охватывает комплектацию и сборку печатных узлов, но в дальнейшем планируется внедрить аналогичные решения и для металлообработки.
Система постоянно развивается. По словам Сергея Заостровных, она успешно справилась с достаточно сложной с точки зрения организации производства ситуацией, возникшей в прошлом году, когда существенно увеличилось количество заказов на измерительные стенды, в состав которых входит достаточно разнородное оборудование.
Производство средств производства
Как уже говорилось, в ООО «ПЛАНАР» постоянно разрабатываются новые изделия. Но поскольку основной целью нашего визита в компанию было знакомство с ее производством и применяемыми на нем решениями, отдельно стоит упомянуть такую разработку предприятия, как машина для гибки полужестких радиочастотных кабелей. «В нашем контрольно-измерительном оборудовании, как в любых сложных СВЧ-приборах, применяется множество высококачественных полужестких коаксиальных кабелей, которые изгибаются в различных конфигурациях. Чтобы не создавать участок с большим количеством работников, которые были бы заняты их гибкой, мы разработали собственный станок. А затем мы сделали это предметом бизнеса: стали продавать такие машины на рынке. То есть теперь мы выпускаем, фактически, средства производства. И при этом получаем положительные отзывы от заказчиков, потому что проверили данное оборудование на себе», – рассказал Сергей Заостровных.
Применение данного станка обеспечивает также высокую точность и повторяемость гибки кабелей, что очень важно, когда речь идет об СВЧ-оборудовании.
В последние годы компания продает порядка десяти таких машин в год. Увидеть станок в работе мы смогли позже – во время экскурсии по производству, которую для нас провели Сергей Заостровных и Николай Надайчик, заместитель директора по производству ООО «ПЛАНАР».
Начало экскурсии: изготовление корпусов аппаратуры
Первым цехом, который мы увидели на производстве ООО «ПЛАНАР», был цех раскроя металлических листов, где установлено несколько лазерных станков, каждый из которых настроен на определенную толщину материала с тем, чтобы не тратить время на перенастройку оборудования и тем самым повышать производительность труда. В основном применяются станки китайского производства, но здесь работает и один станок, выпущенный еще в Советском Союзе.
На данном участке производится резка стальных листов толщиной до 3 мм, а в некоторых случаях – до 8 мм, а также листов из алюминия – до 4 мм, и нержавеющей стали – от 0,5 до 1 мм. Как нам объяснили представители предприятия, резать сталь лазером проще. Более того, не все станки способны выполнять резку алюминия. Толстые стальные листы применяются для оснований некоторых приборов. Особую сложность представляет резка листов из нержавеющей стали: при этом необходима очень точная настройка оборудования, чтобы избежать излишнего обжига по периметру вырезаемой детали.
После лазерной резки детали обрабатываются по контуру, чтобы обеспечить гладкие кромки. Затем выполняется зенковка отверстий под винты и буксы, а далее – гибка деталей, которые впоследствии образуют корпус. При этом от оператора требуется только устанавливать заготовку в машину, ориентируя ее в соответствии с изображением на дисплее на каждом шаге программы.
Программирование установки достаточно простое, что нам продемонстрировал ее оператор: указываются применяемые матрицы и пуансоны, материал и толщина листа, а места и углы сгиба задаются в графическом режиме. Однако часто перепрограммировать станок не приходится: в основном изготовление изделий выполняется сериями. Как отметил Николай Надайчик, данная установка обеспечивает высокую повторяемость при серийном производстве.
Это оборудование также позволяет работать как со стальными (толщиной до 2 мм), так и с алюминиевыми (до 3 мм) заготовками. В результате за один подход можно из плоской заготовки получить, например, готовое основание или крышку корпуса прибора.
После гибки детали корпусов поступают на участок порошковой окраски. Эта операция выполняется вручную в специальных камерах, в которых порошок, не попавший на заготовку, собирается для повторного использования, что позволяет экономить материал. На этом же участке расположены две печи для сушки окрашенных изделий, отличающиеся размерами. В большой печи могут обрабатываться крупные детали, а также большое количество деталей меньшего размера. Малая печь используется в том числе в тех случаях, когда необходимо высушить небольшую партию изделий. Ее использование для партий малого объема позволяет ускорить процесс и сэкономить электроэнергию.
Обработка деталей СВЧ-приборов
Хотя корпуса приборов на производстве ООО «ПЛАНАР» изготавливаются с высокой точностью и повторяемостью, требования к обработке ряда других деталей
в СВЧ-аппаратуре несравненно выше. От точности изготовления металлических корпусов СВЧ-модулей, таких как, например, направленные ответвители, напрямую зависят их качество экранирования и функциональные характеристики. Как рассказал нам заместитель директора по производству компании, из-за очень высоких требований к точности за смену на одном станке изготавливается лишь семь корпусов направленных ответвителей. Но отчасти длительность прецизионной обработки компенсируется более быстрой настройкой модулей, когда геометрические параметры деталей выдержаны
в пределах допуска. Даже шероховатость поверхностей в этом играет ощутимую роль.
Крышки и основания, экранирующие СВЧ-сборки на печатных платах, также должны обладать высокой геометрической точностью, поскольку они стягиваются винтами, и при перекосе или деформации возможно не только ухудшение экранирующих свойств,
но и механическое повреждение компонентов или их соединений.
На следующем участке представители предприятия показали нам многокоординатные обрабатывающие центры, на которых путем фрезерования изготавливаются основания и крышки СВЧ-модулей, а также токарное оборудование, применяемое для получения миниатюрных прецизионных втулок и не только.
Сами станки высокоточные, и тем не менее после обработки каждая деталь проходит тщательный контроль. Измерительное оборудование расположено на этом же участке.
Периодически выполняется и более серьезный контроль для проверки точности оборудования. «Буквально на прошлой неделе технолог проводил проверку одного из фрезерных обрабатывающих центров. Для этого был взят изготовленный корпус направленного ответвителя и выполнена проверка его параметров по 147 пунктам», –рассказал Николай Надайчик.
Еще одна установка, работающая на данном участке, – электроэрозионная. На ней выполняется особо точная резка. Во время нашего посещения предприятия на этом станке изготавливались линии передачи направленных ответвителей – изделий сложной формы из листа меди толщиной 1 мм. Эрозионная обработка – медленная, но очень точная технология. Для резки используется тонкая постоянно движущаяся проволока: на смену отработанной части проволоки поступает свежая. Таким образом обеспечивается стабильность процесса, поскольку износ самой проволоки (уменьшение ее толщины) приводит к изменению геометрии получаемой детали. Отработанная проволока затем утилизируется.
Сборка направленных
ответвителей
Монтаж линии направленного ответвителя – тоже прецизионная операция, и она выполняется вручную под микроскопом. Линии с заранее вклеенными штифтами приклеиваются за данные штифты к основанию корпуса. Тем самым обеспечивается «вывешивание» линий. Для получения требуемых характеристик ответвителя крайне важно выдержать расстояние от линии до внутреннего основания корпуса.
Расстояние между двумя входящими в состав ответвителя линиями также нормируется. Для того чтобы его выдержать, при установке линий используются специальные высокоточные шаблоны.
После того как линии приклеены, изделие подвергается термоудару для проверки прочности клееного соединения, а когда ответвитель готов и настроен, выполняется еще по одному термоудару при температурах +50, –40 и вновь +50 °C. Только если параметры устройства остаются в допустимых пределах после такого воздействия, оно считается пригодным для установки в прибор.
Еще одна интересная операция при изготовлении направленных ответвителей заключается в том, что на центральный контакт разъема припаивается разъем-контакт, соответствующий расстоянию от центрального контакта до торца линии. Разъем-контакт эластичный, но его степень сжатия не должна превышать 30% для обеспечения лучшего контакта, поэтому сначала производится точное измерение данного расстояния и подбирается разъем-контакт нужного размера. Пайка разъем-контакта, размеры которого составляют около 700 мкм в диаметре и 450 мкм по высоте, выполняется вручную на специальном приспособлении.
Сборка печатных узлов
Далее мы посетили цех, где выполняется сборка печатных узлов. На производстве используется автоматическое оборудование – принтер, установщики компонентов (два универсальных, производительностью более 20 тыс. комп. / ч, и один чип-шутер), две печи оплавления – инфракрасная и парофазная. Данное оборудование отдельностоящее. Как объяснил Сергей Заостровных, при большой номенклатуре, которой характеризуется производство компании, объединение оборудования в линию большого преимущества не дает, при этом работа установок вне линии повышает гибкость как с точки зрения выполнения различных маршрутов, так и в отношении межоперационного контроля. После каждой операции плата может быть проверена в том числе с помощью автоматической инспекции. И эта возможность активно используется на производстве ООО «ПЛАНАР». В частности, оптический контроль выполняется после нанесения паяльной пасты до установки компонентов, причем если плата сложная, то эта проверка выполняется для 100% изделий. Также все изделия проходят контроль качества по завершении сборки.
Пайка на предприятии выполняется по бессвинцовой технологии – как на обычных основаниях, так и на основаниях из СВЧ-материалов. По словам представителей компании, в целом проблем с пайкой таких изделий не возникает, хотя возникновение дефектов сильно зависит от качества изготовления самих многослойных плат. Если слои спрессованы неправильно, это может привести к расслоению или короблению оснований.
Есть в сборочном цехе и ручное оборудование, которое применяется для изготовления небольших партий и опытных образцов новых устройств, что, по словам представителей компании, очень помогает в текущих условиях, когда контрактные производители очень загружены и практически не берутся за изготовление партий малого объема, а если и берутся, сроки выполнения таких заказов оказываются слишком большими.
Также вручную выполняется монтаж компонентов в отверстия. Таких компонентов на платах не очень много, в основном это разъемы. Однако монтаж СВЧ-разъемов также требует особой точности: даже небольшое их смещение может негативно сказаться на параметрах устройства. Поэтому на рабочих местах монтажников стоят микроскопы, с помощью которых они контролируют точность расположения смонтированных компонентов.
Как упомянул Сергей Заостровных в начале нашего визита на предприятие, сборочное производство компании охвачено системой ERP. Это касается и рабочих мест монтажников.
Подробнее о том, как работает эта система в приложении к ручным операциям, нам рассказал Николай Надайчик: «Комплект для монтажа печатного узла выдается монтажнику кладовщиком вместе с документом, в котором указан номер маршрута.
Монтажник подходит к терминалу, набирает номер маршрута, и на терминале высвечивается список операций. Монтажник сверяет его со списком в полученном документе и отмечается с помощью ключа. При этом в систему заносится фамилия монтажника и время начала работы. Далее монтажник отмечает на терминале операции по мере их выполнения. Таким образом собирается информация о времени, которое было потрачено на изготовление продукции. При этом система не позволяет пропустить операцию: перейти к следующей операции, не выполнив предыдущую, невозможно».
После сборки печатные узлы отмываются, что выполняется на отдельном участке. Сергей Заостровных отметил, что система водоподготовки была построена в компании своими силами много лет назад и до сих пор обеспечивает высокое качество деионизации воды.
Отмывка в зависимости от задачи выполняется в ультразвуковой системе или в струйных установках с загрузкой в корзинах. При пайке печатных узлов используется безотмывочная паяльная паста, остатки которой удаляются с помощью полуводного процесса – технология, которая, судя по всему, является самой распространенной на российских производствах.
Финальный контроль электронных сборок осуществляется на отдельном участке, где установлены не только системы АОИ, но и рентгеновские установки. Одна из них приобретена сравнительно недавно. Это отечественная система «ПРОДИС.Электро» компании «ПРОДИС.НДТ». «Очень удачная конструкция. Можем рекомендовать другим», – сказал про данную установку Сергей Заостровных. «Без рентгеновских установок правильно наладить производство поверхностного монтажа очень сложно, если, конечно, плата не совсем простая», – добавил он.
Нанесение проводящей пасты,
или «участок паяльных роботов»
При установке СВЧ-платы в корпус на сочленяемые поверхности наносится проводящая паста, которая обеспечивает контакт между корпусом и общей шиной платы, тем самым формируя замкнутый экранирующий контур с высокой стабильностью параметров. «Мы эту технологию придумали сами. Но сейчас видим, что и другие компании в России начинают использовать пасту для улучшения экранирования», – отметил Сергей Заостровных.
Николай Надайчик добавил: «Одно из преимуществ данной технологии заключается в том, что она позволяет обеспечить высокий уровень экранирования даже при небольшом моменте стягивания крышки и основания. А это значит, что мы можем использовать винты меньшего диаметра, применять более тонкие крышки и основания, экранировать платы меньших размеров. Всё это улучшает массогабаритные характеристики конечных изделий».
Как было сказано ранее, корпуса изготавливаются с высокой точностью, в том числе в отношении плоскостности их поверхностей. Тем не менее, определенные отклонения возможны, и чтобы их скомпенсировать, выполняется сканирование сопрягаемых поверхностей, результаты которого учитываются при нанесении пасты.
Про участок, где выполняется данная операция, директор компании сказал, что изначально он задумывался как «участок паяльных роботов». «Когда мы собирали большое количество плат с компонентами, монтируемыми в отверстия, мы закупили несколько роботов для пайки, чтобы повысить качество и производительность, – рассказал он. – Но со временем объем штыревого монтажа снизился, и мы переделали эти роботы под другие операции, в том числе под нанесение проводящей пасты. Один из роботов был сделан полностью нами – подразделением, занимающимся мехатроникой».
После нанесения пасты ее высота также проверяется, и только потом осуществляется сборка.
Финальные операции:
сборка, настройка и прогон приборов
После того как все детали и модули готовы, выполняется, собственно, финальная сборка приборов, их контроль и настройка, а затем изделия поступают на участок прогона, где они работают под нагрузкой и при заданной повышенной температуре в течение определенного времени.
«На участке есть стенды для прогона изделий, которые подключены к компьютеру ведущего инженера, и он может наблюдать параметры приборов в процессе их работы в реальном времени. Обычно прогон длится несколько суток, и приборы многократно включаются и отключаются автоматикой по заданной программе. Таким образом проверяется надежность изделий, – рассказал Николай Надайчик. – По окончании прогона снова выполняется контроль параметров всех приборов, чтобы убедиться, что они соответствуют заданным значениям».
Приборы, успешно прошедшие контроль, передаются на склад готовой продукции.
Собственно, на этом процесс производства приборов заканчивается. Но наша экскурсия по предприятию продолжилась: его представители показали нам еще несколько подразделений.
Подразделение метрологии
и отделы разработки
В метрологическое подразделение мы не заходили, наблюдали его из коридора через стекло. Такое обычно бывает, когда мы посещаем чистые помещения микроэлектронных производств. В данном случае причина была не в требованиях к чистоте воздуха, а в том, что в данном помещении поддерживаются очень точные климатические параметры. В частности, температура поддерживается с точностью ±1 °C. Именно здесь содержатся эталоны и выполняется поверка приборов. Сергей Заостровных отметил, что результаты поверки, выполняемой здесь, неоднократно подтверждались зарубежными лабораториями.
Также мы зашли в отделы схемотехнического проектирования, разработки программного обеспечения и конструкторский отдел, расположенные на этой же площадке предприятия.
«Сейчас в наших подразделениях, занимающихся разработкой, суммарно работает порядка 150 человек, что весьма немало, – рассказал директор предприятия. –
Постоянно ведется работа над добавлением новых функций приборов, таких как, например, программно-аппаратное решение для измерения коэффициента шума. Вообще, программная составляющая в современных приборах играет очень важную роль, поэтому, помимо высококлассных специалистов по цифровой и СВЧ-схемотехнике и конструкторов, в нашем штате достаточно много квалифицированных программистов».
Также он отметил, что в настоящее время разработчики в значительной степени загружены задачами по адаптации решений под требования российских потребителей, однако заказчики сейчас стали более открытыми по отношению к отечественным производителям. Предприятие получает от них оперативную обратную связь, что очень помогает в том, чтобы предоставлять им решения, которые нужны для их конкретных задач, а также создавать уникальные для российского рынка приборы, опции, реализовывать новые методы измерений.
В завершение нашего посещения ООО «ПЛАНАР» Сергей Заостровных показал нам несколько исторических разработок компании, в частности особо компактный анализатор цепей 2014 года производства, который, по словам руководителя предприятия, обладает достаточно высокой точностью, несмотря на свои размеры и малый вес.
Визит на производство ООО «ПЛАНАР»
Ю. Ковалевский
Челябинское предприятие «ПЛАНАР» хорошо известно среди разработчиков СВЧ-электроники – российских и не только. Пожалуй, основной продукцией компании являются векторные анализаторы цепей ‒ сложные и очень востребованные контрольно-измерительные приборы. Особенностью СВЧ-электроники является то, что практически любая металлическая часть устройства является, по сути, частью его электрической схемы, и точность ее геометрии оказывает непосредственное влияние на характеристики готового изделия. Как следствие, в этой области предъявляются особые требования к точности и повторяемости технологических процессов не только в отношении таких «традиционных»
для электроники изделий, как печатные платы и компоненты, но и при изготовлении корпусных деталей, металлообработке и т. п.
Как известно, средства контроля должны быть еще точнее того, что они контролируют, а значит требования к производству контрольно-измерительного оборудования для СВЧ-применений особенно высоки. Поэтому нам, конечно, было крайне интересно посмотреть, как организовано такое производство, и такую возможность нам предоставили представители компании «ПЛАНАР».
Приоритеты компании «ПЛАНАР»
в области производства
Встречая нас на предприятии, его директор Сергей Заостровных рассказал нам, что компания была основана в 1992 году, а данная ее площадка существует с 2006 года. Здесь реализованы основные техпроцессы, применяемые при изготовлении продукции
ООО «ПЛАНАР», – от металлообработки и сборки печатных узлов до 3D-печати и маркировки.
«Мы 30 лет создаем в России современную электронику мирового уровня, постоянно разрабатываем новые приборы, расширяем их функциональность. Сейчас мы производим векторные анализаторы цепей с полосой до 54 ГГц, а недавно совместно с компанией „МВЭЙВ“ представили рынку конвертеры для работы с частотами до 178 ГГц, – отметил руководитель предприятия. – Но мы понимаем, что основа успеха на рынке
и реализации наших идей – это, конечно, готовые, реально работающие, приборы. Поэтому мы уделяем значительное внимание производству и, учитывая нашу номенклатуру и серийность, стремимся поддерживать на высоком уровне и количество, и качество изготавливаемой продукции».
Производство компании многономенклатурное, что обусловлено не только контрольно-измерительным оборудованием, но и другими изделиями. Так, предприятие продолжает производить устройства для кабельного телевидения, которые некогда были основной его продукцией, но со временем их потеснили анализаторы цепей. Как нам рассказали на предприятии, каталог компании сейчас насчитывает в общей сложности тысячу наименований изделий, а контрольно-измерительные приборы составляют чуть более полусотни. Ассортимент продукции ООО «ПЛАНАР» продолжает расти: ряд новых приборов приближаются к последним этапам разработки.
При этом растет и объем производства компании. Как рассказал нам Сергей Заостровных, количество изготавливаемых единиц продукции за последние два года выросло примерно на 30%: в 2022 году было выпущено порядка 1,5 тыс. приборов, а в 2023 году эта цифра составила более 2 тыс. Ожидается, что в текущем году будет произведено уже около 3 тыс. данных изделий.
«Наше развитие сейчас во многом направлено на обеспечение гибкости и экономичности производства и повышение производительности труда, – сказал директор компании. – То, что нам это удается, подтверждается тем фактом, что за прошлые два года объем производства у нас существенно вырос, а численность сотрудников осталась почти неизменной».
В то же время значительно возросла доля сложных приборов в общем объеме выпуска, поэтому продажи в денежном выражении увеличились в четыре раза. Однако такие приборы на то и сложные, что для их изготовления необходимо выполнение большего числа операций, в том числе и требующих повышенной точности.
Кроме того, в сложившихся обстоятельствах компания стала производить больше компонентов для своих приборов. «Некоторые компоненты мы всегда делали сами, например разъемы метрологического уровня, потому что покупать их всегда было слишком дорого. Но часть компонентов раньше производить у себя было нерентабельно, было проще и дешевле их приобрести за границей. Сейчас же ситуация изменилась, и мы освоили производство ряда компонентов, например конических катушек», – рассказал Сергей Заостровных.
Курс на гибкое и экономичное производство высококачественной продукции был взят компанией уже давно. На это направлены применяемые на производстве технологии. В частности, еще в 2000 году было начато освоение лазерных технологий резки и сварки металлических изделий. За последнее время были внедрены такие решения, как 3D-печать, литье в силиконовые формы, на определенных операциях применяются роботы.
Но основным приоритетом на текущий момент директор предприятия назвал необходимость удовлетворения возросшего спроса на российском рынке. «Раньше у нас на складе всегда была продукция, готовая к поставке заказчикам. Сейчас наши склады готовой продукции практически пусты: мы отправляем изделия потребителям сразу с производства. В этом году мы планируем вернуться к привычной схеме отгрузки со склада, чтобы обеспечить более короткие сроки поставки, – сказал он. – Уже сейчас на таких условиях мы поставляем векторные анализаторы цепей серии „Компакт“».
Цифровизация как инструмент повышения качества продукции и экономической эффективности производства
В качестве одного из подходов, помогающих в решении задачи повышения качества продукции при сохранении низкой себестоимости ее изготовления, Сергей Заостровных
обозначил использование цифровых инструментов.
На производстве ООО «ПЛАНАР» внедрена система ERP собственной разработки, которая помогает в планировании, обеспечивает прослеживаемость производственных процессов и в сочетании с различными контрольными операциями, включая визуальный осмотр, автоматическую оптическую инспекцию (АОИ) и рентгеновский контроль, составляет важную часть системы менеджмента качества предприятия. На данный момент ERP-система охватывает комплектацию и сборку печатных узлов, но в дальнейшем планируется внедрить аналогичные решения и для металлообработки.
Система постоянно развивается. По словам Сергея Заостровных, она успешно справилась с достаточно сложной с точки зрения организации производства ситуацией, возникшей в прошлом году, когда существенно увеличилось количество заказов на измерительные стенды, в состав которых входит достаточно разнородное оборудование.
Производство средств производства
Как уже говорилось, в ООО «ПЛАНАР» постоянно разрабатываются новые изделия. Но поскольку основной целью нашего визита в компанию было знакомство с ее производством и применяемыми на нем решениями, отдельно стоит упомянуть такую разработку предприятия, как машина для гибки полужестких радиочастотных кабелей. «В нашем контрольно-измерительном оборудовании, как в любых сложных СВЧ-приборах, применяется множество высококачественных полужестких коаксиальных кабелей, которые изгибаются в различных конфигурациях. Чтобы не создавать участок с большим количеством работников, которые были бы заняты их гибкой, мы разработали собственный станок. А затем мы сделали это предметом бизнеса: стали продавать такие машины на рынке. То есть теперь мы выпускаем, фактически, средства производства. И при этом получаем положительные отзывы от заказчиков, потому что проверили данное оборудование на себе», – рассказал Сергей Заостровных.
Применение данного станка обеспечивает также высокую точность и повторяемость гибки кабелей, что очень важно, когда речь идет об СВЧ-оборудовании.
В последние годы компания продает порядка десяти таких машин в год. Увидеть станок в работе мы смогли позже – во время экскурсии по производству, которую для нас провели Сергей Заостровных и Николай Надайчик, заместитель директора по производству ООО «ПЛАНАР».
Начало экскурсии: изготовление корпусов аппаратуры
Первым цехом, который мы увидели на производстве ООО «ПЛАНАР», был цех раскроя металлических листов, где установлено несколько лазерных станков, каждый из которых настроен на определенную толщину материала с тем, чтобы не тратить время на перенастройку оборудования и тем самым повышать производительность труда. В основном применяются станки китайского производства, но здесь работает и один станок, выпущенный еще в Советском Союзе.
На данном участке производится резка стальных листов толщиной до 3 мм, а в некоторых случаях – до 8 мм, а также листов из алюминия – до 4 мм, и нержавеющей стали – от 0,5 до 1 мм. Как нам объяснили представители предприятия, резать сталь лазером проще. Более того, не все станки способны выполнять резку алюминия. Толстые стальные листы применяются для оснований некоторых приборов. Особую сложность представляет резка листов из нержавеющей стали: при этом необходима очень точная настройка оборудования, чтобы избежать излишнего обжига по периметру вырезаемой детали.
После лазерной резки детали обрабатываются по контуру, чтобы обеспечить гладкие кромки. Затем выполняется зенковка отверстий под винты и буксы, а далее – гибка деталей, которые впоследствии образуют корпус. При этом от оператора требуется только устанавливать заготовку в машину, ориентируя ее в соответствии с изображением на дисплее на каждом шаге программы.
Программирование установки достаточно простое, что нам продемонстрировал ее оператор: указываются применяемые матрицы и пуансоны, материал и толщина листа, а места и углы сгиба задаются в графическом режиме. Однако часто перепрограммировать станок не приходится: в основном изготовление изделий выполняется сериями. Как отметил Николай Надайчик, данная установка обеспечивает высокую повторяемость при серийном производстве.
Это оборудование также позволяет работать как со стальными (толщиной до 2 мм), так и с алюминиевыми (до 3 мм) заготовками. В результате за один подход можно из плоской заготовки получить, например, готовое основание или крышку корпуса прибора.
После гибки детали корпусов поступают на участок порошковой окраски. Эта операция выполняется вручную в специальных камерах, в которых порошок, не попавший на заготовку, собирается для повторного использования, что позволяет экономить материал. На этом же участке расположены две печи для сушки окрашенных изделий, отличающиеся размерами. В большой печи могут обрабатываться крупные детали, а также большое количество деталей меньшего размера. Малая печь используется в том числе в тех случаях, когда необходимо высушить небольшую партию изделий. Ее использование для партий малого объема позволяет ускорить процесс и сэкономить электроэнергию.
Обработка деталей СВЧ-приборов
Хотя корпуса приборов на производстве ООО «ПЛАНАР» изготавливаются с высокой точностью и повторяемостью, требования к обработке ряда других деталей
в СВЧ-аппаратуре несравненно выше. От точности изготовления металлических корпусов СВЧ-модулей, таких как, например, направленные ответвители, напрямую зависят их качество экранирования и функциональные характеристики. Как рассказал нам заместитель директора по производству компании, из-за очень высоких требований к точности за смену на одном станке изготавливается лишь семь корпусов направленных ответвителей. Но отчасти длительность прецизионной обработки компенсируется более быстрой настройкой модулей, когда геометрические параметры деталей выдержаны
в пределах допуска. Даже шероховатость поверхностей в этом играет ощутимую роль.
Крышки и основания, экранирующие СВЧ-сборки на печатных платах, также должны обладать высокой геометрической точностью, поскольку они стягиваются винтами, и при перекосе или деформации возможно не только ухудшение экранирующих свойств,
но и механическое повреждение компонентов или их соединений.
На следующем участке представители предприятия показали нам многокоординатные обрабатывающие центры, на которых путем фрезерования изготавливаются основания и крышки СВЧ-модулей, а также токарное оборудование, применяемое для получения миниатюрных прецизионных втулок и не только.
Сами станки высокоточные, и тем не менее после обработки каждая деталь проходит тщательный контроль. Измерительное оборудование расположено на этом же участке.
Периодически выполняется и более серьезный контроль для проверки точности оборудования. «Буквально на прошлой неделе технолог проводил проверку одного из фрезерных обрабатывающих центров. Для этого был взят изготовленный корпус направленного ответвителя и выполнена проверка его параметров по 147 пунктам», –рассказал Николай Надайчик.
Еще одна установка, работающая на данном участке, – электроэрозионная. На ней выполняется особо точная резка. Во время нашего посещения предприятия на этом станке изготавливались линии передачи направленных ответвителей – изделий сложной формы из листа меди толщиной 1 мм. Эрозионная обработка – медленная, но очень точная технология. Для резки используется тонкая постоянно движущаяся проволока: на смену отработанной части проволоки поступает свежая. Таким образом обеспечивается стабильность процесса, поскольку износ самой проволоки (уменьшение ее толщины) приводит к изменению геометрии получаемой детали. Отработанная проволока затем утилизируется.
Сборка направленных
ответвителей
Монтаж линии направленного ответвителя – тоже прецизионная операция, и она выполняется вручную под микроскопом. Линии с заранее вклеенными штифтами приклеиваются за данные штифты к основанию корпуса. Тем самым обеспечивается «вывешивание» линий. Для получения требуемых характеристик ответвителя крайне важно выдержать расстояние от линии до внутреннего основания корпуса.
Расстояние между двумя входящими в состав ответвителя линиями также нормируется. Для того чтобы его выдержать, при установке линий используются специальные высокоточные шаблоны.
После того как линии приклеены, изделие подвергается термоудару для проверки прочности клееного соединения, а когда ответвитель готов и настроен, выполняется еще по одному термоудару при температурах +50, –40 и вновь +50 °C. Только если параметры устройства остаются в допустимых пределах после такого воздействия, оно считается пригодным для установки в прибор.
Еще одна интересная операция при изготовлении направленных ответвителей заключается в том, что на центральный контакт разъема припаивается разъем-контакт, соответствующий расстоянию от центрального контакта до торца линии. Разъем-контакт эластичный, но его степень сжатия не должна превышать 30% для обеспечения лучшего контакта, поэтому сначала производится точное измерение данного расстояния и подбирается разъем-контакт нужного размера. Пайка разъем-контакта, размеры которого составляют около 700 мкм в диаметре и 450 мкм по высоте, выполняется вручную на специальном приспособлении.
Сборка печатных узлов
Далее мы посетили цех, где выполняется сборка печатных узлов. На производстве используется автоматическое оборудование – принтер, установщики компонентов (два универсальных, производительностью более 20 тыс. комп. / ч, и один чип-шутер), две печи оплавления – инфракрасная и парофазная. Данное оборудование отдельностоящее. Как объяснил Сергей Заостровных, при большой номенклатуре, которой характеризуется производство компании, объединение оборудования в линию большого преимущества не дает, при этом работа установок вне линии повышает гибкость как с точки зрения выполнения различных маршрутов, так и в отношении межоперационного контроля. После каждой операции плата может быть проверена в том числе с помощью автоматической инспекции. И эта возможность активно используется на производстве ООО «ПЛАНАР». В частности, оптический контроль выполняется после нанесения паяльной пасты до установки компонентов, причем если плата сложная, то эта проверка выполняется для 100% изделий. Также все изделия проходят контроль качества по завершении сборки.
Пайка на предприятии выполняется по бессвинцовой технологии – как на обычных основаниях, так и на основаниях из СВЧ-материалов. По словам представителей компании, в целом проблем с пайкой таких изделий не возникает, хотя возникновение дефектов сильно зависит от качества изготовления самих многослойных плат. Если слои спрессованы неправильно, это может привести к расслоению или короблению оснований.
Есть в сборочном цехе и ручное оборудование, которое применяется для изготовления небольших партий и опытных образцов новых устройств, что, по словам представителей компании, очень помогает в текущих условиях, когда контрактные производители очень загружены и практически не берутся за изготовление партий малого объема, а если и берутся, сроки выполнения таких заказов оказываются слишком большими.
Также вручную выполняется монтаж компонентов в отверстия. Таких компонентов на платах не очень много, в основном это разъемы. Однако монтаж СВЧ-разъемов также требует особой точности: даже небольшое их смещение может негативно сказаться на параметрах устройства. Поэтому на рабочих местах монтажников стоят микроскопы, с помощью которых они контролируют точность расположения смонтированных компонентов.
Как упомянул Сергей Заостровных в начале нашего визита на предприятие, сборочное производство компании охвачено системой ERP. Это касается и рабочих мест монтажников.
Подробнее о том, как работает эта система в приложении к ручным операциям, нам рассказал Николай Надайчик: «Комплект для монтажа печатного узла выдается монтажнику кладовщиком вместе с документом, в котором указан номер маршрута.
Монтажник подходит к терминалу, набирает номер маршрута, и на терминале высвечивается список операций. Монтажник сверяет его со списком в полученном документе и отмечается с помощью ключа. При этом в систему заносится фамилия монтажника и время начала работы. Далее монтажник отмечает на терминале операции по мере их выполнения. Таким образом собирается информация о времени, которое было потрачено на изготовление продукции. При этом система не позволяет пропустить операцию: перейти к следующей операции, не выполнив предыдущую, невозможно».
После сборки печатные узлы отмываются, что выполняется на отдельном участке. Сергей Заостровных отметил, что система водоподготовки была построена в компании своими силами много лет назад и до сих пор обеспечивает высокое качество деионизации воды.
Отмывка в зависимости от задачи выполняется в ультразвуковой системе или в струйных установках с загрузкой в корзинах. При пайке печатных узлов используется безотмывочная паяльная паста, остатки которой удаляются с помощью полуводного процесса – технология, которая, судя по всему, является самой распространенной на российских производствах.
Финальный контроль электронных сборок осуществляется на отдельном участке, где установлены не только системы АОИ, но и рентгеновские установки. Одна из них приобретена сравнительно недавно. Это отечественная система «ПРОДИС.Электро» компании «ПРОДИС.НДТ». «Очень удачная конструкция. Можем рекомендовать другим», – сказал про данную установку Сергей Заостровных. «Без рентгеновских установок правильно наладить производство поверхностного монтажа очень сложно, если, конечно, плата не совсем простая», – добавил он.
Нанесение проводящей пасты,
или «участок паяльных роботов»
При установке СВЧ-платы в корпус на сочленяемые поверхности наносится проводящая паста, которая обеспечивает контакт между корпусом и общей шиной платы, тем самым формируя замкнутый экранирующий контур с высокой стабильностью параметров. «Мы эту технологию придумали сами. Но сейчас видим, что и другие компании в России начинают использовать пасту для улучшения экранирования», – отметил Сергей Заостровных.
Николай Надайчик добавил: «Одно из преимуществ данной технологии заключается в том, что она позволяет обеспечить высокий уровень экранирования даже при небольшом моменте стягивания крышки и основания. А это значит, что мы можем использовать винты меньшего диаметра, применять более тонкие крышки и основания, экранировать платы меньших размеров. Всё это улучшает массогабаритные характеристики конечных изделий».
Как было сказано ранее, корпуса изготавливаются с высокой точностью, в том числе в отношении плоскостности их поверхностей. Тем не менее, определенные отклонения возможны, и чтобы их скомпенсировать, выполняется сканирование сопрягаемых поверхностей, результаты которого учитываются при нанесении пасты.
Про участок, где выполняется данная операция, директор компании сказал, что изначально он задумывался как «участок паяльных роботов». «Когда мы собирали большое количество плат с компонентами, монтируемыми в отверстия, мы закупили несколько роботов для пайки, чтобы повысить качество и производительность, – рассказал он. – Но со временем объем штыревого монтажа снизился, и мы переделали эти роботы под другие операции, в том числе под нанесение проводящей пасты. Один из роботов был сделан полностью нами – подразделением, занимающимся мехатроникой».
После нанесения пасты ее высота также проверяется, и только потом осуществляется сборка.
Финальные операции:
сборка, настройка и прогон приборов
После того как все детали и модули готовы, выполняется, собственно, финальная сборка приборов, их контроль и настройка, а затем изделия поступают на участок прогона, где они работают под нагрузкой и при заданной повышенной температуре в течение определенного времени.
«На участке есть стенды для прогона изделий, которые подключены к компьютеру ведущего инженера, и он может наблюдать параметры приборов в процессе их работы в реальном времени. Обычно прогон длится несколько суток, и приборы многократно включаются и отключаются автоматикой по заданной программе. Таким образом проверяется надежность изделий, – рассказал Николай Надайчик. – По окончании прогона снова выполняется контроль параметров всех приборов, чтобы убедиться, что они соответствуют заданным значениям».
Приборы, успешно прошедшие контроль, передаются на склад готовой продукции.
Собственно, на этом процесс производства приборов заканчивается. Но наша экскурсия по предприятию продолжилась: его представители показали нам еще несколько подразделений.
Подразделение метрологии
и отделы разработки
В метрологическое подразделение мы не заходили, наблюдали его из коридора через стекло. Такое обычно бывает, когда мы посещаем чистые помещения микроэлектронных производств. В данном случае причина была не в требованиях к чистоте воздуха, а в том, что в данном помещении поддерживаются очень точные климатические параметры. В частности, температура поддерживается с точностью ±1 °C. Именно здесь содержатся эталоны и выполняется поверка приборов. Сергей Заостровных отметил, что результаты поверки, выполняемой здесь, неоднократно подтверждались зарубежными лабораториями.
Также мы зашли в отделы схемотехнического проектирования, разработки программного обеспечения и конструкторский отдел, расположенные на этой же площадке предприятия.
«Сейчас в наших подразделениях, занимающихся разработкой, суммарно работает порядка 150 человек, что весьма немало, – рассказал директор предприятия. –
Постоянно ведется работа над добавлением новых функций приборов, таких как, например, программно-аппаратное решение для измерения коэффициента шума. Вообще, программная составляющая в современных приборах играет очень важную роль, поэтому, помимо высококлассных специалистов по цифровой и СВЧ-схемотехнике и конструкторов, в нашем штате достаточно много квалифицированных программистов».
Также он отметил, что в настоящее время разработчики в значительной степени загружены задачами по адаптации решений под требования российских потребителей, однако заказчики сейчас стали более открытыми по отношению к отечественным производителям. Предприятие получает от них оперативную обратную связь, что очень помогает в том, чтобы предоставлять им решения, которые нужны для их конкретных задач, а также создавать уникальные для российского рынка приборы, опции, реализовывать новые методы измерений.
В завершение нашего посещения ООО «ПЛАНАР» Сергей Заостровных показал нам несколько исторических разработок компании, в частности особо компактный анализатор цепей 2014 года производства, который, по словам руководителя предприятия, обладает достаточно высокой точностью, несмотря на свои размеры и малый вес.
Отзывы читателей
