Как разработать устройство и не разориться, или что такое BOM

Георгий Гургенидзе, старший менеджер проектов дизайн-хауса notAnotherOne, рассказывает, что такое BOM для потребительской электроники, как оптимизировать стоимость производства и избежать некачественных компонентов.

BOM (Bill Of Materials) — список материалов изделия и ключевой документ при разработке и производстве электроники. BOM включает не только перечень электронных компонентов, но и все составные части корпуса, прилагаемых аксессуаров и набор упаковочных материалов.

Практически все разработчики вне зависимости от именитости бренда хотят снизить себестоимость продукта. И чем сложнее продукт, тем сложнее уследить за всеми составными частями и соответствовать реалиям рынка.

Согласно оценкам, стоимость всех компонентов iPhone 11 Pro Max не превышает 45% от его розничной стоимости. Щепетильная работа продакт-менеджеров и закупщиков явно внесла свой вклад в финансирование разработки софта, R&D, маркетинговых активностей и, конечно же, увеличила маржу для компании. Оптимизировать BOM важно и нужно.

В этой статье мы рассмотрим основные методы управления и оптимизации BOM. Надеемся, что материал будет полезен людям, занимающихся финансами, закупками и разработкой устройств.

Выделяется несколько типов BOM, и наиболее распространенные из них представлены ниже:

• EBOM — engineering bill of materials, «инженерный» список материалов и компонентов, включающий в себя все компоненты и модули, необходимые для сборки самого устройства. Упаковка, аксессуары и т. п. исключены;
• MBOM — manufacturing bill of materials, «производственный» список материалов, включающий упаковку и все материалы, используемые при сборке, вплоть до наклеек, и аксессуары, входящие в комплект. Чаще всего в данном документе указывается конкретный SKU продукции. Данный документ зачастую имеет четко обозначенный срок действия документа, прежде всего для контроля стоимости и помимо этого для контроля и отслеживания изменений;
• MEBOM — mechanical engineering BOM чаще всего является подразделом EBOM, где упор делается на механические элементы устройства;
• SBOM — sales BOM, документ с наименьшим количеством технических подробностей и уровнем детализации. Чаще всего sales-команда оперирует уже FOB (free on board) ценником и доступа к BOM не имеет. Исключение — большие корпорации и компании, где sales-подразделения отвечают и за оптимизацию расходов. Никоим образом, не хотим обидеть коллег из отдела продаж, но практика показывает, что чем меньше BOM-данных отражается в sales BOM, тем меньше шансов возможной утечки данных изнутри.

Цель разных BOM — дать тем или иным подразделениям минимально-достаточный для их деятельности набор информации, при этом максимально обезопаситься от утечки всего набора данных.

Эта статья описывает EBOM (инженерный BOM) с фокусом на электронные компоненты.

Несмотря на то, что шаги по оптимизации MEBOM (механического BOM), который включает в себя все от винтиков до корпуса, схожи с EBOM, эта тема слишком объемна и заслуживает отдельной статьи. Добавляем ее в список будущих тем.

Пока лишь отметим, что количество внутренних механических элементов зависит от дизайна, материалов, прочности, акустики, электромагнитной совместимости и еще десятка вопросов. Оптимизируя механику устройства, разработчики стараются выдержать баланс между экономией и сохранением изначальной концепции устройства и его дизайна.

BOM — это информация, а большие объемы информации, которой пользуется большое количество людей, требует информационной системы. Ведь информация BOM используется не только разработчиком, но и специалистами из отделов закупок, логистики, производства, а также представителями сертификационных подразделений и финансовых служб.

Здесь представлены информационные системы от дорогих со стоимостью около $1000 в месяц за рабочее место до бесплатных. Стоимость зависит от функционала и интеграции в более крупные системы.

• OpenBOM
• Siemens PLM Automation
• PTC
• ArenaSolutions
• Odoo

Возьмём для примера электрочайник. Средний BOM не очень «умного» чайника превышает 30 компонентов. Для каждого компонента мировая практика предлагает отслеживать не менее 20 ключевых параметров, помимо цены.

Ключевыми являются:

• Бренд
• Производитель
• Уникальный номер компонента
• Кратность упаковки
• Вид упаковки для электронных компонентов
• Дата релиза
• Дата окончания производства
• И набор технических характеристик

Ниже в качестве примера приведена таблица — очень упрощенный BOM на основе разбора устройства аналитиками-консультантами.

Теперь, ориентируясь на все параметры, необходимо оптимизировать полученный список компонентов, чтобы снизить себестоимость изделия.

Начнем с сокращения списка компонентов до рабочего функционального минимума.

Специалисты используют профессиональный термин «унификация». Унификация в данном случае — сокращение уникальных компонентов изделия (SKU, stock keeping unit).

При сокращении числа уникальных компонентов может возрастать их суммарное количество. При этом цель «сокращение списка» будет достигнута, так как мы убираем из статьи расходов приобретение новых компонентов. Также при сокращении SKU снижаются требования по числу фидеров Pick&Place-машины или их количеству на линии, что может повлиять на стоимость производства.

Иногда пересматривают характеристики продукта для достижения желаемого результата. Грубо говоря, чайнику не обязательно иметь дисплей или Bluetooth.

Например:

Далее наступает время подбора более дешевых аналогов:

• Сначала выделите действительно важные характеристики, влияющие на качество производства и работоспособность изделия.
• Поищите компоненты, удовлетворяющие вашим требованиям, но дешевле.

Например, металлические элементы корпуса в некоторых случаях можно заменить на пластик с последующей обработкой. Увеличение или сокращение массы изделия так же решается применением альтернативных материалов. Кстати, этот момент может быть важен для логистики.

Когда будет достигнут баланс «цена — качество», можно переходить к управлению условиями поставки.

Цена, предоплата, постоплата, отгрузка на регулярной основе, условия по скидкам от покупаемого объема — все это относится к условиям поставки.

На конечную цену детали влияет закупаемый объем.

Как мы уже отметили ранее, сокращая число уникальных компонентов, мы можем увеличить общее количество компонентов на изделие. Наверняка, в год вы поставите несколько заказов, и такая операция приведет к увеличению общего объема годовой закупки.

Предположим, что у нас есть четыре компонента (Part 1-4), и нам как закупщикам необходимо договориться о более благоприятных условиях поставки.

Если цена Part 4 высокая, нужно попробовать получить лучшие условия, объединив заказ на Part 4 с Part 1 и 2 и увеличив общую сумму заказа.

Второй вариант — объединить три позиции для покупки у Supplier 3, а одну Part 4 взять у уникального Supplier 2. Таким образом, мы сможем договориться о скидке с Supplier 3 за счет крупного заказа. А заказ на уникальный компонент Part 4 разместить именно у того поставщика, который предлагает лучшие качественные характеристики на данный компонент по сравнению с другими.

Кроме объема закупки важное значение имеют канал дистрибуции компонентов и стабильность заказов. Соответственно, следующий шаг — определение максимального годового объема потребления по каждой позиции.

Принято рассчитывать годовой объем относительно готовых продуктов, а годовой объем закупки каждой позиции обновлять в соответствии с внесенными изменениями.

При работе с крупным поставщиком сразу по нескольким позициям можно обсуждать скидку от общего объёма, а не цену отдельной позиции и поставки — вот когда пригодится произведенная на первом шаге унификация. Размер скидки варьируется.

Теперь перейдем к более сложному устройству, например, смартфон.

BOM такого устройства насчитывает несколько сотен компонентов различной степени значимости и стоимости.

Формирование BOM начинается с анализа BOM отладочных плат от производителя CPU или SoC, иногда добавляется анализ отладочных плат для таких компонент, как RF-чип и другая значимая периферия. Традиционно производитель дает свои рекомендации, как решить ту или иную техническую задачу.

В референс-дизайнах обычно используются компоненты класса «прототип», а не компоненты для массового производства. Когда разработчик создает свой первый прототип, основная задача — добиться нужного функционала, без оглядки на стоимость компонентов. Он может приобрести необходимые детали в розницу, чтобы проверить свои гипотезы.

На этапе массового производства уже встает вопрос, доступны ли эти компоненты большими партиями по разумной цене. При заказе серийной партии ODM-производитель может вам подсказать, какие из компонентов лучше заменить на аналоги. Это связано с тем, что модели продаж у производителей компонентов разные, и не вся продукция продается в розницу. Заметим, что цена для финального продукта может отличаться на 30-1000%. Оптимизация бесконечна, и понимание приходит с опытом.

Итак, мы производим одну модель тиражом 5 млн единиц в год. Отдел маркетинга хочет увеличить объемы продаж за счет товарного разнообразия. Дополнительные модели позволяют охватить большее число потребителей. Более дешевые и менее функциональные модели будут востребованы у эконом- и среднего сегмента потребителей, более дорогие и функциональные у высокого и премиум.

Какие дальнейшие шаги нужно предпринять разработчику по снижению себестоимости?

Один из способов — создание линейки устройств (продуктовой линейки), имеющих большое пересечение по BOM и малое пересечение по целевой покупательской аудитории. Что мы получаем при таком подходе?

• Продукт 1: 1 млн штук в год
• Продукт 2: 3 млн штук в год
  
• Продукт 3: 2,5 млн штук в год
  

Теперь ВОМ делится на компоненты дороже, например, 15% себестоимости и остальные. Работаем сначала с дорогими.

Стараемся достичь использования дорогих компонентов во всех трех продуктах и получить общий объем годового потребления в 6,5 млн единиц (1 млн + 3 млн + 2,5 млн). Получив дополнительные 0,5 млн единиц в закупке, можно говорить о снижении цены с производителем или поставщиком.

Далее выполняем то же упражнение с более дешёвыми компонентами.

Затем повторяем этапы унификации, как и в случае с чайником. Когда получаем конечный список компонентов, начинаем подбирать аналоги и добиваемся более выгодных условий поставки.

Подбор аналогов не всегда возможен, так как довольно часто либо аналога прямого нет, либо аналог отличается компоновкой. Частая история — нашли дешевле, качество то же самое, но для внедрения требуется переразводка платы, новый цикл тестов, следующая ревизия. О проблеме качества и реалистичной системе оценки качества скажем пару слов дальше.

Качество компонента это не просто его работоспособность в прототипе. Очень часто дефектные аналоги начинают себя плохо вести в процессе производства. От партии к партии меняются характеристики. Меняется групповая упаковка. Возникают проблемы в процессе сборки, которых со старыми компонентами не возникало.

Очень часто проблемы с качеством компонентов возникают из-за того, что фабрика или производственный партнер пытается сэкономить деньги, время, либо и то, и другое и все за ваш счет. Ради этого они обращаются к мелкооптовым поставщикам или, по-другому, spot markets, которые являются довольно распространенным явлением в местах скопления фабрик по производству электроники.

У таких поставщиков есть ряд преимуществ:

• Небольшие сроки поставки: бывалые китайские мелкооптовые реселлеры достают даже самые диковинные компоненты, максимум дней за десять.
• Минимальные требования к объему заказа: официальные дистрибьюторы частенько брезгуют небольшими партиями, когда количество единиц меньше или не кратно поставляемой упаковке. Для мелких же поставщиков это не проблема.
• Интересный для мелкооптовых партий ценник: по вышеуказанной причине дистрибьюторы любят ставить заоблачные цены, чтобы отделаться от невыгодного покупателя.

Несмотря на эти плюсы, использование компонентов от мелкооптовых реселлеров или брокеров чревато проблемами с качеством. Рассказываем почему.

Реселлеры, бывает, скупают отбракованные оригинальным производителем партии (rejects) или предсерийные образцы, а потом перепродают их напрямую либо смешивают с обычной партией товара для снижения общей себестоимости. Попадаются и перемаркированные компоненты. При этом перемаркировываются не только модель или part number, но и производитель. Пожалуй, последнее — наиболее часто встречающийся вид подделок.

Наконец, есть шанс приобрести полностью фальшивые компоненты. В этих случаях единственная цель производителя — выдать результат производства за более дорогой компонент.

Лет десять назад в большинстве подделывалась пассивка-рассыпуха: транзисторы, конденсаторы, резисторы. Сейчас нередки контрафактные клонированные IC и даже SoC (системы на чипе), причем корпуса могут быть вообще без кристалла внутри.

Помимо контрафакта не стоит забывать и о бракованных партиях компонентов от оригинального производителя. К сожалению, брак попадается даже у официальных дистрибьюторов.

Основной путь — многоступенчатая система контроля и оценки качества на каждом из этапов в соответствии с разделением зон ответственности «разработчик — поставщик — производитель — перевозчик — импортер — дистрибьютор» и входной-выходной контроль на границе передачи ответственности.

Рекомендуем делать основной упор на входной контроль и тестирование ключевых компонентов на производстве. Есть много удачных примеров процессов IQC (входной контроль, Incoming Quality Control), направленных на борьбу с контрафактом, например, этот документ про электронные компоненты.

Он выделяет несколько составляющих успеха, начиная от аудита поставщиков компонентов и заканчивая четко регламентированной процедурой валидации или верификации компонентов.

Тут полезен вполне реальный пример, почему у верификации компонентов должны быть четко прописанные критерии:

Компания очень торопится выпустить прототипы устройства, а чипвендор задерживает прямую поставку SoC на неделю, остальные компоненты готовы. Услужливый производственный партнер предлагает свои услуги в исправлении этого досадного недоразумения, и уже спустя несколько часов запыхавшийся инженер с производства приносит заветную кассету.

Все торопятся, проверяется маркировка SoC (но не дата производства, а зря), прозваниваются контакты, несколько SoC с кассеты проверяются на рентгене. Ничего не предвещает беды. Происходит SMT первых десять плат, но при попытке прошить выходит ошибка.

Спустя несколько часов истязаний чипа, низкоуровневого логгирования выясняется, что в спешке найденные SoC — предсерийные. С тех пор поменялись адреса памяти, порядок прошивки бутлоадера, версия прошивщика. Десять плат радостно идут в утиль. Красный, как рак, инженер отправляется сдавать ленту, откуда взял.

Наконец, есть базы данных контрафактных компонентов, к сожалению, с платным доступом. В большей степени они ориентированы на североамериканский рынок, но могут быть полезны и для других рынков:

• ERAI
• SiliconExpert

Завершая данный раздел, предлагаем отрезвляющую статистику по отзывам продукции с рынка в Европе в 3-м квартале 2019 г. Это только официальные данные, когда производитель отзывает дефектные устройства сам. И чаще всего электронные устройства отзывают из-за использования некачественных компонентов, например, одну из партий iPhone 6S отозвали из-за некачественных батарей.

Вернемся к теме BOM. Он может меняться в процессе разработки устройства. Обычно больше всего изменений BOM претерпевает на этапах EVT (Engineering Validation Test, тест инженерной валидации) и DVT (Design Validation Test, тест валидации дизайна). Подробнее про этапы тестирования можно прочитать в нашей статье про производственный цикл разработки.

Не стоит расслабляться и после коммерческого запуска устройства. Изменения после официального релиза обычно именуются running change. Зачастую такие изменения в BOM вызваны двумя причинами.

Во-первых, это логичное желание снизить себестоимость устройства из-за ценового прессинга.

Во-вторых, это окончание жизненного цикла одного из компонентов (EOL, end of life). По возможности стоит избегать использования компонентов близких к EOL в BOM. Важно, чтобы как минимум основные компоненты (key components) были доступны чуть дольше, чем планируемый жизненный цикл вашего устройства. Это позволит избежать ненужных изменений и сбережет всем нервы.

Как узнать об EOL? Производитель компонента сообщает об этом обычно за год. Эта информация дальше транслируется всеми дистрибьюторами на конечных покупателей. Если покупатель крупный, то производитель сообщает ему напрямую.

Какими бы привлекательными они не казались, всегда существует риск задержки массового производства со стороны поставщика от полутора-двух месяцев до полугода.

Первые партии нового компонента обычно невелики. Лишь спустя несколько месяцев, а то и полгода, происходит наращивание производства (ramp up), и производитель выходит на оптимальную выработку. До этого момента компонент может находиться в дефиците, так как его разбирают другие клиенты. У любого производителя есть alpha customers, которые ставят сразу крупные заказы. Как раз под них и резервируется внушительная часть пилотных партий.

Наконец, пилотным партиям компонентов присущи различные «детские болезни», которые отслеживаются и оперативно исправляются производителем. Поэтому выждать три-шесть месяцев с момента запуска нового компонента, чтобы начать его использовать для массового производства устройства — не такая уж и плохая идея.

Отметим, что все процедуры по оптимизации повторяются и не стоят на месте. Смена поколений продуктов заставляет пересматривать общий ВОМ, ВОМ линейки продуктов и отдельного продукта ежегодно.

Компоненты, которые используются в текущих производимых продуктах — это BOM линейки продуктов. Компоненты, которые использовались за всю историю — это общий BOM.

С ростом числа изделий и версий изделий растет объем информации и соответственно общий BOM.

В этой суете важно следить за всеми изменениями и сохранять историю. Тут как раз и понадобится общий BOM. Объясним почему.

В фиксации общего BOM очень ценна история переговоров с поставщиками. Не просто фиксация факта покупки, объем и цена. А вся история предложений с различными ценами в зависимости от объема и сезонности.

В дальнейшем вся эта информация позволит четко управлять себестоимостью ещё не выпущенных продуктов.

Если вы подаете на сертификат соответствия, то пакет документов включает в себя и техническую документацию. Наравне с такими документами, как техническое описание, протоколы испытаний и другой информации, заявитель также должен прикрепить BOM (ведомость материалов). Поэтому обращаем ваше внимание на то, что любое изменение в BOM после получения того или иного сертификата может повлечь за собой ре-сертификацию. Условная экономия в несколько центов на устройство может потребовать дорогостоящую ре-сертификацию в лаборатории стоимостью в несколько тысяч, а то и десятков тысяч долларов. Соответственно важно проверять объем изменений в компонентной базе и влияние этих изменений на EMC и RF.

Подробнее можно прочитать на примере FCC-сертификации, в разделах, посвященных permissive changes.

В одной из будущих статей планируем рассказать подробнее про сертификации, в том числе и про разные классы permissive changes.

Если с прогнозированием и контролем текущего выпуска навели порядок, то дальше оптимизация будет лежать в плоскости бережливого производства.

Контроль брака

Помимо показателей реального производства, таких как брак на входном контроле, брак на линии, условия хранения, брак выходного контроля, существует еще понятие брака в полях. Он может проявиться уже после продажи в процессе эксплуатации у конечного пользователя. Тут как раз и случаются ранее упомянутые running changes.

Сбор информации на этих точках позволяет сделать более богатую статистику по каждой строчке в BOM исходя из своего опыта использования, а не на базе заявлений производителя, дистрибьютора и перевозчика.

Систематические проблемы должны решаться в первую очередь, нужно искать причины и устранять их. Например, хранение разъемов на открытом воздухе во влажном порту более одной недели без надлежащей упаковки приводит к коррозии.

Управление остатками

Следующий класс задач экономии и бережливого производства относится к остаткам производства.

Ситуация очень похожа на производство одежды. Всегда есть обрезки ткани, и они накапливаются со временем. Электроника похожа на разноцветное лоскутное одеяло. Обрезков в электронике возникает гораздо больше, и их объем растет очень быстро. Спустя один-два года производства на складе будет лежать множество неиспользованных остатков.

Есть следующие решения этой проблемы:

Продажа некратных остатков на бирже компонент или целиком всего склада обрезков перекупщикам

Ниже предлагаем список бирж электронных компонентов, занимающихся покупкой остатков:

• Freelance Electronics (US)
• Freedom EMG (US)
  
• Semi Source (US)
  
• Classic Components (Worldwide)
  
• 4Star Electronics (US)
• Cyclops Excess (Worldwide)
  

Переиспользование остатков в новых продуктах для сокращения «мертвого груза»

Находясь в непрерывном цикле разработки — производства продуктов, всегда стоит отслеживать свободные компоненты на складе. Из свободных компонентов можно создавать новые продукты, а не перепродавать дешевле. А что еще хуже — выбрасывать по истечению срока хранения.

Остатки возникают неизбежно: кратность упаковки и поставки у каждого производителя разная, расход на единицу изделия так же бывает разный. Произвести партию и израсходовать все практически невозможно.

Экономия на каждом этапе позволяет сохранить деньги и сократить объем неиспользованных остатков.

В рамках постоянного процесса разработки и производства, крайне важно тесное взаимодействие всех участников процесса и обмен информацией.

Наглядный пример — дешевый компонент плохо прошел тест на линии пайки, сборщики об этом умолчали и выставили более высокий счет за сборку и ручное исправление брака.

Экономика продукта пострадала. Зная эту информацию заранее, можно было либо провести дополнительное тестирование и внести изменения в техпроцесс, либо отказаться от нового более дешевого, но проблемного компонента.

Очень важен опыт производства технически сложных устройств. Опытные члены команды всегда имеют за пазухой больше вариантов готовых решений по отдельным функциям и по функциональных узлам устройств.

Список проверенных поставщиков и проверенных компонентов ценится не меньше. Поставщики с предсказуемым поведением, соблюдающие контрактные условия — залог стабильности снабжения и производства. Проверенные компоненты должного качества — это сокращение времени тестирования изделия и уменьшение объема потенциальных отказов готовых продуктов.

Напоследок несколько рекомендаций:

• Планируя разработку и запуск продукта, озаботьтесь наличием в команде инженера, который уже проходил через запуск нового продукта. Таким образом удастся избежать типичных «шишек», которые набивают себе стартапы со своими первыми девайсами.
• Собирайте отзывы о ключевых компонентах и дистрибьюторах.
• Обязательно проводите аудит производственных партнеров, фабрик и дистрибьюторов ключевых компонентов и детально прописывайте процедуры контроля качества как IQC, так и OQC (входной и выходной контроль качества).
• Если есть сомнения в своих силах и навыках, нанимайте консультантов или аудиторов. Их услуги стоят лишь малую часть от потенциальной стоимости ошибок, которые можно совершить по неопытности.

#notanotherone #производство #девайсы #железо