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行业动态

汽车行业的电子制造服务: 不再只是组装

2015/12/23

随着在汽车中用到月越多的电子技术,汽车中纯粹的机械设备变得越来越少,汽车中的机械设备很多都包含一些电子元器件,由电脑控制运转的机械设备变得更多。

在使用传统内燃机的汽车中,最先进的汽车中电子部分所占价值的份额已达到40%,在电动汽车或混合动力汽车中,电子部分的份额可能会达到75%。在未来几年内,先进汽车中电子部分的百分比无疑将继续上升。

2014年,汽车电子产品增长了7.3%,达到2050亿美元,它将以相同的增长率继续增长,到2020年将接近于3150亿美元的规模,具体请参见Research andMairkets公司的报告。

根据IndustryARC公司的预测,先进的驾驶辅助系统(ADAS)市场预计将以14.9%的复合年增长率(CAGR)增长,预计到2020年,市场规模将从2015年的390亿美元提高到782亿美元。

根据“New Venture Research'’报告,2014年全球汽车电子组件的产值是912亿美元,其中OEM生产的占86%ODM生产的占1%;通过EMS供应商生产的占13%。

随着从传统机械领域稳步迈向电子领域,EMS供应商的市场在快速增长,带动汽车行业的持续高速增长。在2014年,汽车EMS总产值是121亿美元,对汽车行业产值的增长做出了主要贡献。伟创力国际、鸿海精密工业有限公司(富士康科技集团)、捷普电路公司、Zollner Electronik AG公司和集成微电子有限公司(IntegratedMicro-Electronics Inc)等都是:EMS供应商。

在今天的汽车领域,那些只是单纯组装电路板的供应商无法成为汽车领域的EMS供应商。汽车领域的EMS供应商已经不再仅局限于单纯的电路板组装。汽车领域的EMS供应商是提供“端到端”方案的供应商,他们要协助汽车电子产品制造商或汽车制造商实现他们的产品。汽车领域的EMS供应商致力于设计和产品开发、先进的制造工程化、测试和开发测试系统。他们的制造专长包括PcBFPCB组件的组装服务,模块组装.以及盒式结构组装。他们能够提供大批量的制造和小生量的高混合制造。

有些EMS公司能够对产品进行可靠性号斫和故障分析、校准,并提供产品维修服务。

此外,通常一级EMS供应商都具有注塑能力,但是有些中级。EMS供应商也能提供注塑服务。

因此,我们可以说.汽车行业的EMS供应商在通过垂直整合和合资企业进入非电子产品制造领域,并且在逐

步扩大了自身的影响力。

制造技术

汽车行业中服务外包的趋势在不断升温,汽车制造商寻求利用EMS供应商的技术专长和成本效益。合同组装正是这些EMS公司的核心竞争力。

制造技术面临的挑战:保持产品的高质量和高可靠性,这些产品是专门针对于汽车制造的,必须保证他们的安全性,这是制造汽车电子产品将要面临的主要挑战之一。EMS供应商的客户希望这些产品达到零缺陷率。客户的目标是消除风险,因为有缺陷产品带来的风险可能会危及汽车里的驾驶员或乘客的生命。这类产品的整个供应链,从设计到制造,都应该以零缺陷为目标。

一级汽车供应商与他们的二级供应商,严格遵循像先进产品质量计划(APQP)这样的汽车产业的产品开发框架,确保在生产线开动进行大规模生产之前进行正确的规划与制造流程设计。APQP提出产品开发计划来满足用户的要求。这个计划也有助于人们在制造服务后采用正确的汽车理念——他们应该能够预测潜在的问题,根据现状立即采取行动,并且不断寻找持续改进的方法使工作更有成效。

另一个挑战是来自一级供应商的一年一次的降价压力。各种精益制造技术,像价值流程图(value Stream MappingVSM)JlT库存策略,是汽车EMS供应商用来识别改进工艺和降低生产成本的机会的一些

工具。

价值流程图(VSM):在所有汽车EMS工艺中,在精益制造技术中使用VSM来记录、分析和改善信息的流动或材料的流动,这既是在生产产品时必需的工具,也可以在服务中使用。一旦开始大规模生产,它就是整个工艺开发活动的另一部分。VSM通过完整的价值创造过程,从产品设计(概念以满足用户需求)、制造(从下单到交付)和维护l在整个主命周期中的使用服务)向客户提供最佳值,把浪费降到最低。通过VSM,用户对所有改进活动有清晰的认识和计划,从而最大限度地实现客户的收益。VSM的作甩就是识别和消除各种浪费。

为了进一步帮助一级供鱼商降低产品成本,EMS供应商可能会提供独特的工艺,在设计产品时,这种工艺可以实现成本的优化。其中一种工艺是板上芯片(COB)工艺。这个工艺允许设计工程师采用裸芯片半导体来取代封装半导体。从实际的采购价格看.裸芯片和封装芯片之间的成本差距可能在25美元到l美元之问。汽车的摄像机就是通过这个能力获益的产品之一:摄像机模块使用裸芯片成像传感器有很多好处;除了成本上的差别之外,使用裸芯片成像传感器的摄相机模块的光学性能比使用封装芯片的成像传感器的光学性能要好。

设计和开发

所有新的汽车电子产品的寿命是从设计和开发(D&D)开始计算。一个好的设计和开发工艺采用产品开发生命周期(PDLC),详细说明设计硬件、软件和机械的各种工艺。

产品开发生命周期(PDLC):最有代表性的PDLC要尽可能采集所有客户的要求并制作出产品说明书。它指出产品的计划要求并概述在执行设计时使用的方法。它还详细说明将如何验证这个产品的性能。它包含通用更新以符合最新版本的质量标准,简化工艺以符合产品说明书和技术计划定义的模板、风险评估和追溯能力。

在设计汽车使用的传感器时,设计故障模式和影响分析(DFMEA)是非常重要的。在这里,设计团队要尽可能地识别出在设计中所有可能出现的故障模式。然后根据严重性和可能性进行分类,并且识别出适当的缓解动作。

例如,IMI公司设计和生产的主要汽车专用的电子产品是汽车摄像机。在未来,汽车将带有多个摄像机来发现和观察各种应用。汽车在倒车时已广泛使用观察摄像机来避免碰到障碍物。将来还会用摄像机来取代侧视镜。车道偏离警告、避免碰撞和夜视也都是可以使用传感摄相机来实现。传感摄相机也可用于乘客监控和观察周围的情况。

对于汽车摄像机,最关键的是使镜头精确对准图像传感器。IMI公司使用自主开发的六轴对准装置实现主动对准。使用主动对准技术来保证光学镜头处于相对于图像传感器的最合适位置,从而在整个图像区域产生最佳的聚焦质量。采用六轴主动对准技术大幅度提高先进的驾驶员辅助系统使用的算法的精确性,与单轴对准技术相比,精确度更高。

设计与开发(D&D)将面临的挑战:设计与开发面临的一个挑战就是需要针对汽车开发而建立复杂的标准。在规划阶段,只有在产品的架构已经完全确定并且该架构已经被划分成相应的模块后,才可以开始着手完成设计。在考虑各种可能的选择时,还需要进行可行性研究。DFMEA必须进行风险评估,设置适当的风险缓解措施,这些都必须定期更新。

需要把可追溯性纳入设计过程的各个方面。每个设计特性都必须要在产品技术规范中有据可查,这反过来又可以回溯到客户的要求。用户所有的要求都必须满足,这是最重要的。检验也要能追溯到产品的技术规范。必须定期进行设计审查,任何决定和妥协都必须记录在案。

在功能的安全性方面,对设计的要求非常复杂,这是EMS供应商必须解决的挑战之一。正是这个缘故,必须做到组件级故障仿真。

设计审查:为应对这些挑战,:EMS公司必须不断审查和简化工艺。为了保证设计质量和确保严格遵循已建立的工艺,IMI公司的设计和开发部门要定期审查和提供持续的培训计划。

测试与系统开发

在汽车电子产品中,具有领先优势的产品集成有更多的功能,这些功能对产品测试和定制测试仪器的开发带来新的挑战。测试和系统开发(TsD)工艺和在研发这些新产品过程中所使用的先进产品质量计划(APQP),有机地连接在一起。

先进产品质量计划(APAQ)框架:正如前面所讨论的,使用APQPEMS供应商用来制定设计和生产流程的详细计划的方法,以满足客户的需求并且在问题发生之前采取行动。对于每一个先进的制造工程化阶段,使用的先进产品质量计划是质量计划流程,必须在产品制造出来和发运给客户之前进行。

开发新的测试方案:开发一个全新的测试方案主要包含五个阶段:项目计划,设计测试系统,构建系统,采购系统,终止项目或批准项目。所有这些阶段都使用“闸门检查点(gate check points)”规则进行管理,保证质量符合质量标准和客户的要求。在这些阶段中,测试系统的设计和系统的构建最具挑战性。

对于汽车应用而言,新产品的测试涉及多种技术和科学应用。在汽车摄相机的测试中,针对摄相机对焦和对准的典型的摄相机测试方案,不仅需要电子电路设计和测量,还需要光学测量,以及机器手的精度处理。在设计测试系统时,必须把所有这些技术和工艺集成在一个平台中,才能满足客户产品的独特的功能和测试要求,这是测试系统设计一直要面对的主要挑战。

多学科的技术团队:对于许多EMS公司来说,当遇到TSD的技术难题时,需要通过具有不同专长的许多工程师协同工作来解决问题,包括光学或应用物理学,电子工程,材料科学和机械设计。这个技术团队还吸收了在技术车间中的客户工程师,来保证最终的测试方案是独特且

具有创造性的方案。

增值方案:不存在可以满足所有用户测试要求的基本方案。EMS工程师决定创新的测试来满足所有客户的需求。例如,向客户提交的汽车旋转位置传感器产品测试方案,超越简单测量转子定位传感器(RPS)的产品参数。把内嵌墨水系统或激光标记系统的并行测试系统与测试平台整合起来的方案可以提高生产量和效率。

对于压力传感器来说,手工处理几乎很少,从而最大限度降低了人工成本。对于TSD来说,可以进一步提高产品组装的可靠性。

快速开发和成本竞争力:根据概念来实现测试方案同样具有挑战性。例如,当IMI公司提供整套测试方案时,采购零部件的标准材料和定制材料在开发工艺中至关重要。IMI TsD集团公司凭借其由IMI全球材料团队管理的供应链网络采购标准零部件和很难找到的材料。这有助于测试开发——它能够加快地测试仪器的开发时间,并使测试方案的成本具有竞争力,吸引客户。

集成技术:把越来越多不同的新技术集成到一个单一平台中,这样的方案是TSD未来的发展方向。来自用户的创新型产品在他们的测试要求中需要更多的专业化工艺和测量。现在,这些新产品开始整合像微电子机械系统(MEMS)这样的许多新技术,MEMS最常见的形式也被称为微型机械组件和机械电子组件,它们是采用微加工技术进行制造的。它可以把计算机与很微小的机械器件结合,比如传感器、阀门、齿轮、镜子和嵌入半导体芯片中的执行器。在TSD中,测试产品中的MEMS器件或它们的功能将带来新的挑战。

供应链的组成部分

目前,只有高端汽车品牌正在快速转向智能汽车或联网汽车。在目前的情况下。预计其他的汽车品牌也会很快发布自己的未来汽车。EMS公司的组装服务和增值服务,比如产品设计和测试系统开发.将配合汽车的发展趋势。在这个领域,所有的EMS公司都必须想方设法证明自己是汽车供应链中不可或缺的部分。

 

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