Auswahl von Stromversorgungen für die Produktion angesichts der Herausforderungen der Lieferkette

Wie jeder weiß, wurden wir während der Spitzenzeit von COVID-19 aufgrund vieler Probleme in eine veränderte Welt eingeführt. So hörten wir zum Beispiel regelmäßig von Unternehmen und Einzelpersonen, die an langfristigen Lösungen für Probleme in der Lieferkette arbeiten. In den Nachrichten wurde oft über den Mangel an medizinischer Ausrüstung während der Pandemie berichtet und über die vielen Unternehmen, die sich bemühten, schnell Geräte herzustellen, um diese Engpässe zu überbrücken.

Aus verschiedenen Gründen werden Störungen, wie sie während der COVID-19-Krise auftraten, auch in Zukunft in regelmäßigen Abständen auftreten. Neben medizinischen Problemen können künftige Störungen auch durch politische Aktivitäten, Erdbeben, Brände, Umweltveränderungen oder viele andere ähnliche Arten von Ereignissen verursacht werden. Dieser Blog befasst sich mit den Gründen für lange Vorlaufzeiten und erörtert Maßnahmen, die als Teillösung für das Problem der Knappheit dienen können.

Auftragsfertigung und bedarfsorientierte Lieferung

Der vielleicht wichtigste Grund dafür, dass Anbieter von Elektronikprodukten die Produktion von Zehn- oder Hunderttausenden von Einheiten in Zeiten des Bedarfs nicht schnell hochfahren können, ist das effiziente Geschäftsmodell, das sich in den letzten Jahrzehnten stetig weiterentwickelt hat. Die Elektronikindustrie ist nur eines von vielen Marktsegmenten, die die Geschäftsmodelle Auftragsfertigung (Build-to-Order, BTO) und bedarfsorientierte Lieferung (Just-in-Time, JIT) eingeführt haben, um die Effizienz zu verbessern. Diese Techniken funktionieren gut, wenn Unternehmen langfristige Prognosen erhalten und somit den Marktbedarf über die nahe Zukunft hinaus vorhersagen können. Leider sind BTO- und JIT-Techniken nicht gut geeignet, wenn es zu einer schwerwiegenden oder kurzfristigen Störung der Geschäftspläne kommt.

Die BTO- und JIT-Modelle erstrecken sich über die Hersteller von Produkten bis zu den Lieferanten dieser Hersteller. In einem effizienten System arbeiten alle Lieferanten in der Kette an oder nahe der Kapazitätsgrenze und produzieren Komponenten, für die ein prognostizierter Bedarf besteht. Um kurzfristigen und unerwartet gestiegenen Anforderungen gerecht zu werden, müssen häufig vorhandene laufende Arbeiten (Work in Progress, WIP) von der zuvor prognostizierten Nachfrage auf die neue nicht prognostizierte Nachfrage umverteilt werden. Im Falle von zertifizierten Komponenten, wie z. B. für medizinische Anwendungen, würden die laufenden Arbeiten von einem medizinischen Produkt auf ein anderes medizinisches Produkt umgeschichtet. Daher kann es sein, dass die Störung, die die erhöhte Nachfrage verursacht, nicht behoben wird.

Neben anderen Funktionen dienen Komponentendistributoren als Puffer für Abweichungen bei BTO und JIT. Die Distributoren haben jedoch auch Praktiken entwickelt, um nur die Menge an Beständen vorrätig zu halten, die von ihren Kunden in der Regel benötigt wird. Kaufanfragen aufgrund großer Nachfrageschübe, wie sie beim COVID-19-Ereignis auftreten, übersteigen den Lagerbestand der Händler. Sie müssen dann Bestellungen in den BTO- und JIT-Warteschlangen ihrer Lieferanten aufgeben.

Ermöglichen einer schnellen Massenproduktion bestehender medizinischer Produkte

Während des COVID-19-Ereignisses wurde der Wunsch geäußert, nicht nur neue Designs zu entwerfen, sondern auch die Produktionsmenge bestehender medizinischer Produktdesigns schnell zu erhöhen. In den vorhandenen Konstruktionen wurden die internen Komponenten bereits ausgewählt. Daher bestand die Möglichkeit, entweder mehr der angegebenen Komponenten zu erwerben oder akzeptable Ersatzbauteile (sogenannte „übergreifende Produkte“) zu finden. Die Herausforderung bei der Auswahl akzeptabler Ersatzbauteile besteht darin, dass sie in Form, Passung und Funktion äquivalent sein müssen.

• Form: Äquivalenz in der Form bedeutet, die gleichen physischen Dimensionen zu haben.
• Passung: Bezieht sich auf die mechanischen und elektrischen Verbindungen.
• Funktion: Die Komponente arbeitet auf ähnliche Weise wie die ursprüngliche Komponente.

Wir werden das Netzteil als Beispiel für eine Komponente besprechen, die möglicherweise knapp ist und daher ersetzt werden muss. Einige Netzteile können als übergreifende Produkte für Produkte anderer Hersteller dienen, aber die Anforderungen an die Netzteilfunktion müssen vom Kunden sorgfältig spezifiziert und bewertet werden. Das Originaldatenblatt des Netzteils sollte überprüft werden, um festzustellen, welche technischen Daten erforderlich und welche nicht wichtig sind, und um sicherzustellen, dass die erforderlichen technischen Daten eingehalten werden. In der Regel ist die vollständige Liste der technischen Daten von zwei beliebigen Netzteilen nicht identisch. Aufgrund der unterschiedlichen technischen Daten wird ist für den neuen Anbieter am effizientesten, wenn er sich von einem mit der Anwendung vertrauten Kundeningenieur bestätigen lässt, dass sein Angebot in der Anwendung funktioniert.

Zulassungen und Ausnahmen

Medizinprodukte sind ein gutes Beispiel für die Herausforderungen, die bei der Entwicklung neuer Komponenten oder Produkte auftreten können. Elektronische Medizintechnik-Netzteile müssen vor dem Verkauf einer behördlichen Prüfung und Genehmigung unterzogen werden. Das Entwerfen oder Ändern eines Netzteils oder das Eröffnen einer neuen Produktionsstätte sind alles Tätigkeiten, die behördliche Test- und Genehmigungsanforderungen auslösen können. Diese Tätigkeiten dauern häufig mehrere Wochen. Zusätzlich zur Prüfung der Komponenten muss das endgültige Medizinprodukt auch behördlichen Prüfungs- und Zulassungsverfahren unterzogen werden.

Designphilosophie zur Ermöglichung einer schnellen Produktion

In dem Wissen, dass die schnelle Beschaffung großer Mengen von Komponenten ein Problem sein kann (aufgrund unvorhergesehener Umstände wie einer Pandemie), gibt es Designentscheidungen, die getroffen werden können, um diese Herausforderungen zu minimieren. Eine Designphilosophie auf hoher Ebene könnte so aussehen, dass das Produkt aus unabhängigen Modulen und nicht aus einer fest integrierten Plattform besteht. Die Stromversorgung für ein Produkt ist ein Beispiel für ein Teilsystem, das aus unabhängigen Modulen aufgebaut sein kann. Während Ersatzmodule funktional gleichwertig sein müssen und möglicherweise auch in Form und Passform gleichwertig sein müssen, müssen die Komponenten innerhalb der Module nicht in Form, Passform und Funktion gleichwertig sein. Nachfolgend finden Sie Beispiele für Leistungsmodularchitekturen, die verschiedene interne Komponenten beinhalten, aber alle Systemanforderungen erfüllen:

• Modul A: Ein einzelnes AC/DC-Netzteil mit allen erforderlichen Ausgangsspannungen, die von dem einen Netzteil erzeugt werden.
• Modul B: Mehrere AC/DC-Netzteile, wobei jedes der Netzteile einige der erforderlichen Ausgangsspannungen erzeugt und die Kombination alle erforderlichen Spannungen erzeugt.
• Modul C: Ein einzelnes AC/DC-Netzteil mit mehreren DC/DC-Wandlern, um die erforderlichen Ausgangsspannungen zu erzeugen.

Die Aufnahme von Netzteilen für die Wandmontage oder von externen Desktop-Netzteilen in ein Modul kann auch eine Option für AC/DC-Netzteile sein. Die Möglichkeit, genügend Komponenten zu erwerben, um geringere Mengen vieler äquivalenter Module zu bauen, könnte die Produktion des Endprodukts in großen Mengen ermöglichen, da viele Versionen der Module in geringeren Mengen verwendet werden. Es ist bekannt, dass die Kosten, die Größe und die Leistung des Systems durch einen modularen Aufbau beeinträchtigt werden können. Große Mengen einer suboptimalen Konstruktion können jedoch besser als geringe Mengen einer optimierten Konstruktion sein, wenn die großen Mengen der Teile zum Bauen der optimierten Konstruktion nicht in der erforderlichen Zeit bezogen werden können.

Fast alle externen Netzteile oder Netzteile mit Gehäusemontage verfügen über Eingangs- und Ausgangsanschlüsse. Die Auswahl von Steckverbindern nach Industriestandard hilft dabei, einen ausreichenden Bestand an geeigneten Komponenten mehrerer Hersteller zu finden. Anbieter von Netzteilen und Steckverbindern können bei der Auswahl geeigneter Steckverbinder nach Industriestandard behilflich sein, wenn das Produktdesign-Team nicht damit vertraut ist.

Die Angabe von Standard- und üblichen Stromversorgungsspannungen trägt dazu bei, die Wahrscheinlichkeit verfügbarer Stromversorgungen zu erhöhen. Hoffentlich würden die meisten Ingenieure erkennen, dass 7,8 VDC weder eine Standard- noch eine übliche Versorgungsspannung ist. Es sollte jedoch auch erkannt werden, dass ein Teil der Produktlast zwar 9 VDC benötigt und es sich möglicherweise um eine Standardspannung handelt, diese Spannung jedoch nicht so üblich ist wie 12 VDC. Wenn Sie ein Stromversorgungsmodul spezifizieren, das 12 VDC liefert, und dann entweder einen modularen linearen oder einen Schaltregler verwenden, um 9 VDC für den Teil der Last zu erzeugen, der diese Spannung benötigt, können Sie die Komponenten für das Design leichter beschaffen.

Minimierung zukünftiger Lieferherausforderungen

Obwohl CUI zusammen mit den meisten anderen Anbietern von Elektrokomponenten in der Lage sein möchte, Zehntausende von Teilen, die von einem Kunden angefordert wurden, innerhalb weniger Tage oder Wochen zu liefern, ist dies keine realistische Erwartung. Der effizienteste Prozess, um große Mengen eines Produkts schnell auf den Markt zu bringen, besteht darin, dass die Designteams frühzeitig und während des gesamten Designprozesses mit Anbietern zusammenarbeiten, um umsetzbare Optionen zu wählen.

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