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Techniques

Comment le Jumeau Numérique de la carte électronique améliore le processus NPI

Publication: 5 novembre

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Le Jumeau Numérique de la carte électronique est capable d’améliorer et d’accélérer considérablement le processus d’introduction de nouveaux produits (NPI)...
 

Le Jumeau Numérique (« Digital Twin ») consiste en la création numérique, d’un modèle complet du processus d’introduction de nouveaux produits, dans lequel chaque aspect du processus est simulé.

Bénéficier d’un modèle numérique permet de réduire significativement les erreurs et de pouvoir les détecter et les modifier le plus tôt possible. Cela permet également de réduire les itérations, de capitaliser d’un design à un autre et enfin d’appliquer rapidement les configurations d’un produit donné à un autre et d’une ligne à une autre.

C’est ce que fait un outil comme Valor Process Preparation, de Siemens : la mise en oeuvre du jumeau numérique à tous les éléments du processus. Valor Process Preparation est une solution complète pour l’ingénierie de l’assemblage et le test de circuits imprimés comprenant :

- L’analyse DFA (Design For Assembly),

- La validation de la nomenclature,

- Stencil design,

- La programmation

- L’équilibrage de charge entre ligne CMS,

- L’ingénierie d’essais et d’inspection,

- Documentation des instructions et de workflow,

- La gestion des opérations d’assemblage manuel.

Digitaliser toutes ces opérations permet de raccourcir considérablement le temps nécessaire pour passer du projet fini au démarrage de la production (« Design-to- Machine »). C’est un exemple illustrant parfaitement les termes de Digital Manufacturing ou encore Industrie 4.0.

Des lots toujours plus petits et variés

L’introduction de nouveaux produits est aujourd’hui le plus grand défi auquel sont confrontées les entreprises qui assemblent des cartes électroniques (PCBA). La consommation étant orientée vers une diversification toujours plus grande et une demande continue d’innovation, le fabricant doit être en mesure de produire des lots de produits de plus en plus petits avec de nombreuses variantes. D’où la nécessité d’accélérer le processus NPI et de le rendre sans erreur.

Ce scénario affecte différents types de fabricants : les OEM et les EMS.

- Les OMS (Original Equipment Manufacturer) sont des entreprises qui conçoivent et produisent leurs propres produits en interne, conservant toutes les informations sur la propriété intellectuelle (PI). Leur souci est d’accélérer la mise sur le marché et de s’assurer que le processus de production est sous contrôle.

- Les EMS (Electronic Manufacturing Services), c’est-àdire des entreprises qui conçoivent, assemblent et testent des cartes électroniques en sous-traitance. Ces entreprises font tout ce qu’elles peuvent pour améliorer leurs marges. C’est pourquoi elles sont constamment à la recherche de solutions qui leur permettent de répondre aux besoins de leurs clients en termes de délais de livraison et de qualité des produits et également d’améliorer leur retour sur investissement.

Pour répondre à ces besoins, Valor Process Preparation exploite le concept de Jumeau Numérique pour intervenir dans trois domaines :

1. Accélérer l’introduction de nouveaux produits,

2. Augmenter le taux d’utilisation des lignes,

3. Déplacer facilement les productions d’un site à une autre, d’une ligne à une autre.

Un processus NPI plus rapide

L’accélération du processus NPI est l’un des besoins les plus ressentis chez les producteurs. L’un des points clés concerne la documentation du processus. Valor Process Preparation simplifie considérablement la création de la documentation, en utilisant un modèle pour réaliser un processus de documentation simple et efficace. L’intégration étroite avec la nomenclature garantit que toutes les modifications de conception sont automatiquement mises à jour dans le document, évitant ainsi les problèmes de cohérence. Le directeur de l’ingénierie de production a à disposition des modèles intégrés et personnalisés disponibles pour la documentation statique et interactive, pouvant inclure n’importe quel projet, modèle de produit, CMS, test ou autres informations de production. Il est également possible d’incorporer des images et des fichiers dans les dossiers, garantissant que toutes les informations soient claires et bien conservées. C’est ainsi que l’on obtient le Jumeau Numérique du projet.

Un autre point est celui de la diversité des fournisseurs des machines qui composent les lignes d’assemblage de PCB actuelles, y compris les stations d’inspection et de test. En général, plusieurs applications sont nécessaires pour préparer les données CAO et FAO des machines respectives, ce qui augmente le temps et les coûts du processus de fabrication.

Avec Valor Process Preparation, l’inspection et les tests sont gérés de manière centralisée. La sélection et le placement automatisés des sondes de test sont basés sur l’accessibilité de chaque noeud électrique, ainsi que sur le rapport complet des placements, y compris les surfaces inaccessibles. Les programmes prennent en compte la position des machines AOI/AXI sur la ligne et les composants qui doivent être positionnés jusque-là. Le DFT (Design For Testing) bénéficie également de cette approche. On peut utiliser rapidement les informations de la bibliothèque sur les composants, la carte, les matériaux, etc., pour créer une sortie à utiliser pour les tests électriques. L’analyse DFT dans Valor Process Preparation comprend l’identification des zones à haut risque et fournit des informations sur les points inaccessibles, évitant ainsi les problèmes qui pourraient survenir plus tard dans le processus. Les plans de test permettent l’acquisition de directives DFT pour d’éventuelles utilisations futures.

Valor Process Preparation permet également d’importer des fichiers schématiques et d’effectuer des comparaisons croisées entre le schéma, la topologie, et la nomenclature. Cela peut être extrêmement utile lors de l’exécution d’un test électrique, par exemple, lorsque l’on essaye d’identifier des réseaux spécifiques.

Un meilleur taux d’utilisation des lignes de production

Le jumeau numérique mis en oeuvre par Valor Process Preparation permet une gestion unique et centralisée de la production. Cela permet de créer une base de données unifiée comprenant toutes les définitions des processus de fabrication (MPD) et des données d’ingénierie, en utilisant le format ODB ++ et les fichiers de nomenclature (BOM). L’application client-serveur réduit le work in process (WIP), augmente l’efficacité globale de la production (OEE) et garantit la possibilité d’obtenir un flux simplifié dans le processus de production. Pour obtenir un maximum d’avantages, tous les éléments du processus sont pris en charge : CMS, Technologie THT (Through Hole Technology), stencil design, travail manuel, « box-build », test électrique et inspections, à la fois optiques et à rayons X.

Tout cela peut être facilement configuré pour le flux de travail spécifique à l’entreprise, dans une solution unique, uniforme et cohérente, qui comprend la préparation des données, l’analyse DFA, la documentation, la programmation CMS, l’ingénierie de test et inspection et le stencil design. Cette méthode aboutit à un processus de fabrication sans erreur et offre également la flexibilité de se déplacer entre différents fournisseurs de machines et entre différents sites de production, en optimisant les programmes CMS.

Les erreurs de production sont minimisées, car les modifications apportées au cours des différentes phases sont mises à jour à partir d’un emplacement centralisé, garantissant des données constamment mises à jour. Il s’agit d’une approche qui évite les mises à jour manuelles, sujettes à des erreurs et pouvant entraîner des problèmes de cohérence et de fiabilité durant le processus de production.

Un modèle de données unique couvrant plusieurs processus et plates-formes de fournisseurs avec vérification des erreurs intégrée, bibliothèque d’apprentissage et profils pour chaque centre de conception - permettent de créer rapidement et avec précision le Jumeau Numérique complet de l’assemblage de PCB, entièrement optimisé pour la production.

Différentes personnes peuvent partager des projets et suivre leurs statuts. Tous les numéros de pièce et tous les attributs sont placés dans une bibliothèque de composants principale centralisée, prenant en charge tous les processus de fabrication, de test et d’inspection, permettant un succès dès le premier essai.

Une pleine portabilité du produit

Avoir la flexibilité de déplacer des produits entre différentes lignes, voire entre différentes usines, est une exigence fondamentale pour un fabricant de PCB multisite. Techniquement, cela peut être accompli par n’importe quel fabricant, mais le défi consiste à déplacer ce produit efficacement et à travers un processus sans erreur, car les configurations de ligne sont rarement identiques. Le résultat est que la plupart des fabricants de PCB relancent le processus NPI depuis le début, augmentant les délais de mise sur le marché et les coûts de configuration.

Un fichier au format PPF intelligent permet de partager toutes les données du modèle du produit, y compris les données du PCB et toutes les données de composants et d’emballage, pour une transition rapide du produit d’un emplacement à un autre. Une fois qu’un produit a été déplacé vers un autre emplacement, les données peuvent être importées immédiatement par l’équipe du processus NPI du site cible pour générer de nouveaux programmes et documentation pour le nouvel environnement de production. Chaque site conserve les données de processus, les directives pour les pochoirs, les machines d’assemblage, les machines d’inspection, les équipements de test et les instructions de travail.

Un avantage supplémentaire est celui de conserver les données de manière efficace et sans erreur pour l’avenir. Valor Process Preparation permet d’acquérir des connaissances sur les processus de production afin d’en maximiser l’efficacité. Le logiciel utilise un mécanisme de génération automatique pour acquérir les données des composants et des packages, pour maintenir les connaissances au profit d’autres personnes ou pour raccourcir les processus futurs en modifiant les paramètres de production.

Une unique ressource de programmation centralisée, associée à une bibliothèque de composants elle aussi centralisée pour toutes les machines CMS, permet d’éviter une bibliothèque spécifique à chaque machine, qui limite la flexibilité et l’efficacité du travail du fabricant. Des bibliothèques de composants peuvent être créées pour chaque machine directement à partir de la bibliothèque de composants principale et des paramètres personnalisés peuvent être créés ou modifiés pour améliorer les données de composants et de formes.

Même les programmes machine natifs peuvent être rapidement importés et convertis en formats machine alternatifs, optimisés avec Valor Process Preparation pour migrer rapidement la production entre les fournisseurs. Un critère qui permet une approche unifiée des processus de production est de créer des formes de machine neutres. La gestion de la bibliothèque d’une machine spécifique à partir d’un seul fournisseur oblige le fabricant à utiliser l’équipement de ce fournisseur. La gestion neutre des données des composants permet de convertir les données entre les fournisseurs, en fonction de différents formats et besoins cibles. Cela offre une plus grande flexibilité au fabricant, permettant de sélectionner l’équipement le plus approprié en fonction de l’emplacement et des besoins.

Les informations et méthodes développées par des spécialistes à une occasion précise peuvent être utilisées par la suite par n’importe quel employé. Ceci constitue un énorme avantage supplémentaire pour la gestion optimale des ressources au sein de l’entreprise. Ceci est l’usine digitalisée du XXIe siècle.

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