Aktuelle Test- und Messtechnik-News

Details

Hintergrund: Teststandardisierung ermöglicht Wachstum

Wenn Sie bei einem Rauchmelder an eine weiße Kunststoffbox mit einer Taste in der Mitte und einer 9V-Batterie denken, liegen Sie richtig – das ist das beliebteste historische Produkt von Ei Electronics in den USA, von dem derzeit fast 100 Mio. Stück auf dem Markt sind. Eingeführt wurde das Produkt vor etwa 30 Jahren. Moderne Produkte zur Gefahrenerkennung verfügen heute nicht nur über präzise kalibrierte Sensoren, sondern auch über Embedded-Software, Mesh-Netzwerk-Kommunikation und funkunterstützte Störungserkennung.

Um die Qualität intelligenter, vernetzter Produkte sicherzustellen, müssen Software, elektrische Schaltkreise, Batterien, Funkbaugruppen, Sensoren und die Benutzerschnittstellen auf ihre Funktionstüchtigkeit geprüft werden. Hinzu kommt, dass sich die Sicherheitsvorschriften ständig weiterentwickeln, so dass mit jeder Überarbeitung eines Produkts auch der Testumfang zunimmt.

Die Herausforderung

Neue Vorschriften und Marktveränderungen haben Wachstumsmöglichkeiten geschaffen, auf die Ei Electronics mit Investitionen in Technologie und Prozesse reagiert hat – einschließlich der Test- und Prüfabläufe.

Die Funktionalität der Produkte von Ei Electronics nimmt ständig zu, da sich Rauchmelder bzw. Gaswarngeräte von bauteilbasierten Designs zu intelligenten Systemen entwickelt haben, was die Anforderungen an Design und Test drastisch verändert. Jedes Produkt verfügt über neue Funktionen wie Ausgangssignale, Feuchtigkeitssensoren und Funkprotokolle.

Ein durchschnittliches Produkt von Ei Electronics ist etwa 10 Jahre auf dem Markt, und einige Rauch-/Gasmelder aus den 1990er Jahren sind immer noch im Einsatz. Dies setzt die Testteams, die jedes auf dem Markt befindliche Produkt prüfen müssen, unter erheblichen Druck.

Produktqualität und Zuverlässigkeit sind nicht verhandelbar, denn Rauch-/Gasmelder sind lebensrettend. Und die Kosten einer verspäteten Markteinführung sind beträchtlich, da Ei Electronics langfristige, vertrauensvolle Beziehungen zu seinen Kunden aufgebaut hat. Auf den Tests lastet ein zusätzlicher Druck, da jeder Terminverzug die verfügbare Testzeit verkürzt. All diese Faktoren machten die bestehende Teststrategie von Ei Electronics unübersichtlich und teuer.

Automatisierung sorgt für Qualität und Zeitersparnis

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, hat Ei Electronics die Automatisierung und Standardisierung erhöht und die Vorteile von Software-Tools ausgeschöpft.

Um höchste Qualitätsstandards zu erreichen, muss jeder Aspekt des Produkts sorgfältig geprüft werden: zunächst in Tests, die in Zusammenarbeit mit den Entwicklern durchgeführt werden. Hier überprüft Ei Electronics jedes Code-Element mehrfach und testet jeden Schaltkreis und jede Komponente. Anschließend führt Ei „Black-Box“-Tests durch, bei denen eine unabhängige Gruppe von Entwicklern alle Funktionen in allen möglichen Situationen testet. Dieser intensive zweistufige Prozess zeichnet die Produkte des Unternehmens aus.

Bei der Validierung steht für Ei Electronics die Genauigkeit im Vordergrund. In Stufe eins kommt es auf die Qualität der Instrumente an. Stufe zwei gewährleistet dann die volle Kontrolle über diese Instrumente mit vollem Zugriff auf die Low-Level-Treiber. Von Desktop-PXI-Instrumenten bis hin zu großen reflexionsarmen (schalltoten) Kammern setzt Ei auf offene Architekturen, die genauen Einblick in die Art und Weise schaffen, wie Messungen durchgeführt und Anpassungen durchgeführt werden.

Da Ei Electronics mehrere Millionen Produkte pro Jahr herstellt, ist die Prozesseffizienz und -geschwindigkeit entscheidend, die bei Tests durch eine Kombination aus Parallelität, optimierten Zykluszeiten und minimalen Ausfallzeiten erzielt wird. Mit herkömmlichen Benchtop-Instrumenten konnte Ei täglich Dutzende von Tests für einen Prüfling (DUT; Device Under Test) durchführen. Mit PXI-Instrumenten sind dagegen Hunderte von Tests über Nacht möglich. Dies erhöht die Testabdeckung (die mit der Produktqualität einhergeht) und ermöglicht eine bessere Auslastung der Entwicklungszeit.

Einmal konfiguriert, sind automatisierte Tests wiedereinsetzbar und beschleunigen die Entwicklung. Ei Electronics hat eine LabVIEW-Bibliothek erstellt, die 40% der Validierungstests für neue Produkte abdeckt. Durch die Automatisierung von Validierungstests mit PXI und LabVIEW ließ sich im Vergleich zur vorherigen Strategie mehr als 50% der Zeit einsparen. Ei nutzt diese Zeitersparnis, um die Testabdeckung und die Produktqualität zu verbessern.

Eine weitere Möglichkeit zur Qualitätssicherung ist die ganzheitliche Betrachtung des Validierungsprozesses. Jedem Produktprototyp wird eine digitale Akte zugewiesen, die alle Testdaten und Informationen über alle ungewöhnlichen Ereignisse enthält, die das Verhalten des Produkts beeinflussen könnten.

Die Standardisierung von Prozessen, Systemen und Daten im gesamten Labor rationalisiert die Entwicklung, erhöht die Testabdeckung und verbessert letztendlich die Produktqualität.

Funktionsübergreifende Zusammenarbeit im Test

Mit zunehmend komplexeren Produkten steigen auch die Anforderungen an die Testabdeckung. Verzögerungen in früheren Phasen der Produktentwicklung verkürzen den Zeitplan für die Fertigungsentwicklung, so dass es schwieriger ein vorab festgelegtes Freigabedatum einzuhalten. Ziel der abteilungsübergreifenden Zusammenarbeit ist es, die Produktqualitätsstandards zu gewährleisten und die Risiken einer verspäteten Produkteinführung zu beseitigen.

Das gesamte Entwicklungsteam von Ei ist an einem Standort gebündelt. Design-, Validierungs- und Fertigungsteams arbeiten nur wenige Meter voneinander entfernt, und Initiativen zur Förderung der Interaktion haben sich deutlich ausgezahlt.

Die Teams tauschen Informationen zum Produktdesign und Test-Code stetig aus. Die Konzentration auf funktionsübergreifende Zusammenarbeit und Standardisierung senkt das Terminrisiko bei der Einführung neuer Produkte, so dass 95% der Projekte planmäßig oder vorzeitig freigegeben werden. Die 5%, die nicht freigegeben werden, haben eine niedrige Priorität und werden oft bewusst vernachlässigt: wichtige Projekte werden immer pünktlich geliefert!

Durch den offenen Zugriff auf Produktionstestdaten können F&E-Ingenieure große Datensätze abrufen, um Fehlertrends zu erkennen. Dies hilft, mögliche Produktprobleme aufzuspüren, bevor sie die Prototyp-Validierung erreichen, wobei Daten von Millionen von Fertigungseinrichtungen verwendet werden.

Fertigungsstrategie: Standardisierung

Bisher nutze Ei Electronics für jedes Produkt eine andere, anwendungsspezifische Testeinrichtung – individuell erstellt von dem Ingenieur, der das Produkt entwickelt hat. Dies wurde im Laufe der Zeit unüberschaubar. Die Produktkomplexität nahm zu, wodurch die Zeitpläne für die Entwicklung der Testeinrichtungen länger und weniger vorhersehbar wurden und der Druck auf alle zunahm, die mit der Wartung betraut waren. Die Strategie musste daher geändert werden.

Ei Electronics entwickelte eine Standardisierungsstrategie für die Bereiche Design, Validierung und Fertigung. Jetzt strebt das Unternehmen nach Gemeinsamkeiten im Produktdesign, um die Testabdeckung zu einem früheren Zeitpunkt im Prozess zu festigen.

Um die Wiederverwendung von Tests zu maximieren, erfolgen die Standardtests mit einer Reihe von PXI-Instrumenten, die alles abdecken, außer ungewöhnliche Sonderfälle. Ei Electronics konnte die Zykluszeit durch eine standardisierte Testplattform mit PXI, LabVIEW und TestStand um die Hälfte verkürzen. Dadurch entfällt der Bedarf doppelter Testeinrichtungen innerhalb einer Fertigungszelle, was die Testkosten und die Redundanz der Testgeräte erheblich reduziert.

Die Standardisierung auf modulare PXI-Hardware hat auch die Beschaffung vereinfacht. Ei Electronics kann die Hardware in Chargen bestellen, was einfacher und schneller ist. Die Testkomponenten einer Fertigungszelle sind nun so standardisiert, dass bei einer Erhöhung des Fertigungsvolumens für die Skalierung der Testsystem-Replikate nur noch ein Minimum an Aufwand erforderlich ist.

Nachdem Ei Electronics eine einheitliche Hardware entwickelt hatte, wurde die Entwicklung der Prüfsoftware auf LabVIEW und TestStand standardisiert. Zuvor wurden u. a. Python, C# und LabVIEW verwendet. Jedes neue Projekt beginnt bei Ei mit einem „LabVIEW-Kit“, das die Softwarearchitektur, empfohlene Hardware und Ressourcen in einem zentralisierten Code-Repository enthält. Der Entwicklungszyklus wird damit schneller und vorhersehbarer.

Die Standardisierung nahm ihre Zeit in Anspruch. Ei Electronics definierte eine Arbeitspipeline und nahm täglich kleine Änderungen vor. Jetzt, zwei Jahre später, ist jeder im Team an Bord.

Im Rahmen dieser Änderung hat das Unternehmen auch die Rolle der Test- und Betriebsdaten bei der Entwicklung neuer Produkte aufgewertet. Diese Standardisierungsinitiative mit PXI und LabVIEW verkürzte die Entwicklung neuer Systemdesigns von vielen Monaten auf nur wenige Wochen. Die Vorhersehbarkeit standardisierter Testentwicklungsprozesse hat in der Folge Vertrauen zu anderen Funktionen im gesamten Unternehmen aufgebaut.

Fazit: Messbarer Erfolg

Ei Electronics hat mit PXI, LabVIEW und TestStand in die Standardisierung von Prozessen, Systemen und Daten seiner Validierungs- und Fertigungsteams investiert. Dies hat zu deutlich messbaren Ergebnissen geführt: Bei der Validierung konnte die Abdeckungsrate um das 10-fache erhöht und eine Zeitersparnis von 50% erzielt werden. In der Fertigung konnte die Ausbeute um 17% gesteigert und die Zykluszeit um 50% reduziert werden.

Die Änderungen ermöglichten eine Reduzierung des Wartungspersonals um ein Drittel, und der für die Wartung der Systeme erforderliche Schulungsaufwand der Mitarbeiter konnte ebenfalls verringert werden – bei gleichzeitiger Steigerung der Produktionsausbeute von 80 auf 97%, inklusive verbesserter Fertigungsprognose.

Durch diese Verbesserungen kann Ei Electronics neue intelligente Produkte schneller auf den Markt bringen und gleichzeitig die Qualität aufrechterhalten, was sonst nicht möglich gewesen wäre. Durch ein höheres Fertigungsvolumen bei gleichzeitiger Gewährleistung des hohen Qualitätsstandards konnte Ei Electronics ein nachhaltiges, exponentielles Wachstum erzielen.

(Nach Unterlagen von NI)

www.ni.com/