В настоящее время спрос на надежные мобильные вычислительные устройства резко возрос, поскольку отрасли промышленности переходят на цифровые технологии. Промышленные планшетные ПК теперь служат основой для «умных» складов и автоматизированных заводов. Эти устройства должны работать там, где стандартная бытовая электроника выходит из строя. Специалисты прилагают все усилия, чтобы гарантировать, что эти планшеты выдерживают экстремальную вибрацию, пыль и влагу, одновременно обеспечивая стабильную цепочку поставок для долгосрочного использования.
Промышленные планшеты, средний срок службы которых составляет от пяти до семи лет, требуют аппаратной основы, в которой приоритет отдается долговечности, а не модному внешнему виду. Предприятия надеются, что такие надежные системы сократят время простоя и снизят общую стоимость владения.
Wonderful PCB предоставляет специализированные инженерные решения, необходимые для преодоления разрыва между сложной конструкцией платы и ее пригодностью для эксплуатации в полевых условиях.
ПРОБЛЕМЫ КЛИЕНТОВ
Во-первых, при разработке своего новейшего защищенного планшета клиент столкнулся со значительными трудностями. Большинство готовых решений не обладали необходимой плотностью интерфейсов для современной автоматизации. Во-первых, конечно же, устройство должно было работать в широком диапазоне температур без потери производительности. Стандартные печатные платы часто расслояются или подвергаются усталости паяных соединений при многократных термических циклах.
Плотность интерфейсов и совместимость с автоматизацией
Затем у клиента возникли проблемы с электромагнитной совместимостью. В промышленных условиях от тяжелой техники генерируется высокий уровень электрических помех. Без надлежащей защиты и правильной компоновки коммуникационные модули планшета подвергались бы воздействию помех.
Кроме того, физические ограничения тонкого корпуса планшета привели к тому, что энергопотребление и теплоотвод стали критическими узкими местами. Первоначально клиент пытался использовать стандартную конструкцию, но часто сталкивался с ограничениями из-за высокого уровня отказов во время первоначальных вибрационных испытаний.
ЗАМЕЧАТЕЛЬНОЕ РЕШЕНИЕ ОТ WONDERFUL PCB
Итак, учитывая все вышесказанное, Wonderful PCB Мы взялись за переработку аппаратной архитектуры. Мы сосредоточились на целостном подходе к проектированию, рассматривая печатную плату как механический компонент в той же мере, как и электрический.
Разработка аппаратного обеспечения и печатных плат
Планирование целостности сигнала
Во-первых, необходимо разработать надежный план обеспечения целостности сигналов. Наши инженеры использовали 8-слойную высокоплотную межсоединительную структуру для управления высокоскоростными сигналами для процессора и памяти.
8-слойное представление структуры HDI
Затем следует оптимизировать сеть распределения питания, чтобы обеспечить стабильную подачу напряжения при пиковых нагрузках. Мы внедрили специальные заземляющие плоскости для снижения электромагнитных помех и улучшили трассировку интерфейсов, таких как USB 3.0 и HDMI.
Снижение электромагнитных помех и маршрутизация интерфейсов
Выбор компонентов и оптимизация спецификации материалов
Создание и оптимизация спецификации материалов
Далее мы заменили конденсаторы и резисторы потребительского класса на аналоги промышленного класса. Кроме того, мы разработали стратегию с длительным сроком службы. Поскольку последнее, чего бы хотелось, — это перепроектировать плату через шесть месяцев из-за снятия с производства микросхемы, мы выбрали компоненты с гарантированной доступностью.
Зачастую это сводится к более глубокому анализу цепочки поставок для поиска наиболее надежных поставщиков кремниевых компонентов.
Производство и сборка печатных плат
После этого наше предприятие перевело разработку на производственную линию. Мы использовали смешанный процесс сборки SMT и THT. В частности, для повышения механической прочности соединений мы использовали бессвинцовую высоконадежную паяльную пасту.
Наконец, обязательно внедрите автоматизированную оптическую инспекцию, чтобы обнаружить любые перемычки или пустоты до того, как плата перейдет к функциональному тестированию.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОМЫШЛЕННОГО ПЛАНШЕТА
С точки зрения технических характеристик, готовая печатная плата соответствует следующим критериям:
| Характеристика | Характеристики |
| Количество слоев | 8-слойный HDI |
| Рабочая температура | -20 ° C до + 70 ° C |
| Потребляемая мощность | 9–36 В постоянного тока (широкий диапазон напряжений) |
| Интерфейсы | Двойной порт LAN, шина CAN, RS485, USB 3.0 |
| Поддержка памяти | Высокоскоростная маршрутизация LPDDR4x |
| Соответствие требованиям | CE / FCC / RoHS |
НАДЕЖНОСТЬ И ИСПЫТАНИЯ
Сначала мы подвергаем каждую партию внутрисхемному тестированию. Это гарантирует, что каждая дорожка и компонент работают в точном соответствии с проектными спецификациями. Затем мы проводим испытание на старение при включении питания в термокамере. Через некоторое время этот процесс выявляет любые скрытые дефекты, которые могут возникнуть после того, как продукт попадет к конечному пользователю.
Тем временем мы проводим испытания на вибрацию и удары. Вам необходимо убедиться, что плата не деформируется и не треснет при падении планшета или установке его на движущееся транспортное средство. Таким образом, помимо электрических проверок, мы оцениваем структурную целостность всей печатной платы.
РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТА
С тех пор клиент успешно установил более 10 000 устройств в европейских логистических центрах. Помимо практически нулевого количества отказов в полевых условиях, связанных с печатной платой, клиент сообщил о сокращении времени сборки на 25% благодаря оптимизированной компоновке платы.
В результате они перешли от этапа прототипирования к серийному производству на два месяца раньше запланированного срока. Это произойдет, когда на этапе проектирования с самого начала будут учитываться производственные реалии.
Почему замечательная печатная плата?
Вы должны иметь возможность полагаться на своего партнера не только в предоставлении голой доски. Wonderful PCB Мы предоставляем комплексные услуги, охватывающие проектирование, изготовление и сборку. Кроме того, мы предлагаем:
Комплексное комплексное обслуживание
Во-первых, конечно же, мы предлагаем комплексное решение «под ключ», включающее проектирование печатных плат, их производство и полную сборку печатных плат. Это часто устраняет пробелы в коммуникации, возникающие при работе с несколькими поставщиками.
Вместо этого вы получаете полностью интегрированный рабочий процесс, в котором команда дизайнеров и производственный цех работают в полной синхронизации. Таким образом, вы можете использовать свои внутренние ресурсы для сосредоточения на разработке программного обеспечения и маркетинге, а мы займемся сложными вопросами аппаратной части.
Обширный опыт в области промышленной электроники.
Во-первых, наша команда обладает многолетним специализированным опытом в нише промышленной электроники. Мы понимаем, что промышленные планшеты — это не потребительские игрушки; это инструменты, которые должны функционировать в условиях воздействия масла, пыли и электрических помех.
Далее мы применяем эти знания в каждом проекте, гарантируя, что ваши платы будут включать необходимую защиту от скачков напряжения и теплового воздействия. Поскольку последнее, чего вы хотите, — это выпустить продукт, который выйдет из строя всего через шесть месяцев эксплуатации, мы закладываем прочность в основу платы.
Собственное производство и контролируемые производственные линии
Кроме того, мы владеем и управляем собственным заводом и передовыми производственными линиями. Это означает, что мы осуществляем прямой контроль над всем процессом управления качеством. Вам предпочтительнее иметь партнера, который контролирует продукт на каждом этапе, чем брокера, который передает работу неизвестным третьим сторонам. Также наши внутренние возможности позволяют быстрее вносить коррективы и оперативно адаптироваться к изменениям ваших проектных требований в процессе производства.
Экспертная инженерная поддержка на этапе разработки.
Изначально многие клиенты обращаются к нам с концепцией, которую необходимо доработать для массового производства. Поэтому, помимо базового изготовления, мы предоставляем специализированную инженерную поддержку на критически важных этапах разработки.
Во-первых, необходимо убедиться, что плата оптимизирована для производства (DFM) и тестирования (DFT). Затем наши инженеры, в свою очередь, предлагают альтернативные компоненты, которые улучшают производительность или сокращают сроки поставки. В результате такого совместного подхода получается более надежный продукт и значительно снижается частота отказов.
Гибкая поддержка для малых и средних объемов.
Наконец, обратите внимание на нашу гибкость в отношении размеров заказов. Большинство крупных производителей игнорируют промышленные проекты малого и среднего объема, поскольку часто чувствуют себя ограниченными собственной жесткой структурой. С другой стороны, Wonderful PCB приветствует эти проекты.
Далее, мы уделяем одинаковое внимание как 500 планшетам, так и 50 000, уделяя одинаково высокий уровень инженерной подготовки. Просто убедитесь, что вы выбираете партнера, который растет вместе с вами, предлагая необходимую масштабируемость по мере расширения вашей доли рынка.
СЦЕНАРИИ ПРИМЕНЕНИЯ
Интеллектуальное производство и автоматизация заводов
На современном заводе эти планшеты служат основным человеко-машинным интерфейсом для сложных производственных линий. Операторы используют их для мониторинга данных в реальном времени с станков с ЧПУ и роботизированных манипуляторов. Поскольку последнее, чего вы хотите, — это остановить производственную линию из-за сбоя интерфейса, наши платы обладают высокой устойчивостью к электромагнитным помехам.
Это гарантирует, что планшет останется подключенным даже при размещении рядом с высоковольтными двигателями. В свою очередь, поддержка дисплея высокого разрешения позволяет инженерам просматривать подробные схемы непосредственно на месте установки оборудования.
Логистика и управление складом
Далее рассмотрим динамичный мир логистики. Планшеты в этом секторе часто подвергаются вибрации при установке на погрузчики. Вначале мы разработали схему печатной платы таким образом, чтобы усилить тяжелые компоненты и предотвратить их расшатывание со временем.
Спустя некоторое время такая механическая стабильность окупается, предотвращая периодические потери сигнала во время сканирования товаров. Кроме того, широкий диапазон входного напряжения позволяет устройству работать напрямую от аккумулятора погрузчика, напряжение которого часто колеблется при запуске или остановке транспортного средства.
Промышленная инспекция на открытом воздухе и энергоснабжение
С другой стороны, для применения на открытом воздухе, например, при инспекции нефтегазовых объектов, требуется иной уровень устойчивости. На начальном этапе планшет должен выдерживать прямые солнечные лучи и низкие температуры. До этого момента стандартные платы могут треснуть, но использование нами ламинатов промышленного класса предотвращает проблемы, связанные с тепловым расширением.
Кроме того, эти планшеты часто оснащены коммуникационными модулями для GPS и 5G. Эти функции позволяют передавать данные с удаленных трубопроводов обратно в центральный офис без задержек.
Интеллектуальные транспортные системы и управление автопарком
В-третьих, установленные в транспортных средствах планшеты выступают в роли «мозга» для систем управления автопарком. В частности, они обрабатывают все, от оптимизации маршрутов до мониторинга поведения водителей. Вам потребуется плата, поддерживающая несколько интерфейсов, например, таких, как в системах CAN Bus, для связи с внутренним компьютером автомобиля.
Кроме того, низкое энергопотребление гарантирует, что планшет не будет разряжать аккумулятор автомобиля во время работы двигателя на холостом ходу. Зачастую именно это отличает надежный автопарк от автопарка, страдающего от проблем с техническим обслуживанием.
Заключение
Для создания надежного промышленного планшета необходим партнер, понимающий все сложности этой отрасли. Лучший способ добиться этого — обеспечить качество на каждом этапе жизненного цикла печатной платы. Важно понимать, что партнер по аппаратному обеспечению всегда должен ценить стабильность выше компромиссов.
Контакты Wonderful PCB для вашего проекта в области промышленной электроники.
