Collaudo fine linea: quando il banco manuale smette di convenire

Dal 2024 un nodo sensore CAN che progettiamo esce dal nostro laboratorio solo dopo un passaggio su un banco automatico. In un'unica sequenza il banco carica bootloader e firmware, controlla assorbimento, LED e comunicazione CAN, tara il sensore contro un riferimento, scrive in flash la taratura e il numero di serie e salva un report per esemplare. In due anni sono quasi 600 report, a qualche centinaio di pezzi l'anno: un volume per cui le regole di convenienza che si leggono di solito non giustificherebbero un banco automatico. Il banco c'è dal primo lotto, perché il motivo non era il tempo.

Il collaudo fine linea di una scheda elettronica nasce quasi sempre manuale: un alimentatore da banco, un multimetro, un adattatore CAN o seriale e una checklist. Per un prototipo è la scelta giusta – costa poco e segue ogni revisione. Questa guida mette in fila, con i numeri di due banchi che abbiamo costruito per nodi sensore CAN, i segnali che dicono quando un banco di prova automatico comincia a convenire, cosa cambia quando lo si introduce e come arrivarci senza fermare la produzione.

Il tempo per pezzo conta meno di quanto sembri

Sul primo banco la parte automatica della sequenza dura circa 20 secondi, ma fra un pezzo e il successivo passano da 1 a 2 minuti: la maggior parte del ciclo è carico, scarico e collegamenti. Sul secondo, che collauda un nodo sensore CANopen affiancato a un'unità di riferimento sullo stesso bus, una sequenza di circa 150 step dura un minuto e un lotto di 12 pezzi si chiude in meno di mezz'ora, maneggiamento compreso. Una volta automatizzata la misura, il collo di bottiglia diventa la fixture, ed è lì che conviene investire.

I costi che pesano di più non sono quelli del tempo:

• Ripetibilità. Due operatori leggono lo stesso strumento in momenti diversi del transitorio, interpretano un limite in modo diverso, saltano un passo quando la linea corre. L'esito del collaudo finisce per dipendere da chi lo esegue, non solo dalla scheda.
• Tracciabilità. Un foglio di calcolo con una riga PASSED per ogni controllo dice che la scheda è passata; non dice quanto valeva la misura, né rispetto a quale limite. È la prima cosa che abbiamo cambiato portando il secondo banco dai report in Excel a un software di collaudo: ogni step ora riporta misura, unità, limite inferiore e superiore.
• Difetti che passano. Ogni scheda difettosa che arriva al cliente costa più di quanto sarebbe costato fermarla al banco: spedizione, sostituzione, analisi del guasto e fiducia.

Quattro segnali che il banco manuale è al limite

1. Ogni pezzo va programmato o tarato. Se a fine linea bisogna caricare un firmware, scrivere un numero di serie o salvare una taratura in flash, il collaudo è già una sequenza che deve essere identica su ogni pezzo. Conviene automatizzarlo anche a poche centinaia di pezzi l'anno: è quello che abbiamo fatto, dal primo lotto, su entrambi i banchi.
2. Più operatori, risultati diversi. Se il tasso di scarto cambia con il turno o con la persona, la procedura non è più il riferimento: lo è chi la esegue.
3. Il cliente o l'audit chiedono le evidenze. Un lotto spedito con un certificato di conformità, un sistema qualità ISO 9001 o un capitolato chiedono lo storico delle misure per numero di serie, e contro quali limiti è stata rilasciata ogni scheda. Con la carta si risponde a fatica; con un database si risponde in pochi secondi.
4. Un guasto dal campo non si riesce a ricostruire. Ci è successo con un aggiornamento firmware fatto sul campo, che su alcuni sensori con una versione precedente ha cancellato la taratura e l'indirizzo di nodo. Il firmware è stato corretto, e da allora il piano di collaudo include una prova che aggiorna il firmware e verifica che la taratura sopravviva. Un collaudo che non registra cosa ha scritto sull'esemplare non aiuta a capire cosa è andato perso.

Cosa cambia con un banco di prova automatico

Un banco automatico non è un collaudo manuale più veloce: è un collaudo descritto una volta e poi eseguito sempre allo stesso modo. La sequenza fissa gli step – imposta l'alimentatore, attendi, leggi la corrente, manda un frame CAN, verifica la risposta – e i limiti di ogni misura. L'operatore non decide più quando leggere né se un valore è accettabile: carica la scheda, avvia il ciclo e legge l'esito.

È il modello su cui abbiamo costruito TestHive, il nostro software di collaudo per banco e fine linea, presentato nella pagina dei sistemi Nexilica e sul sito di prodotto testhive.nexilica.com. In TestHive il collaudo è un grafo di step disegnato in un builder visuale ed eseguito sugli strumenti del banco o in simulazione:

• Gli strumenti del banco pilotati in SCPI – per esempio il multimetro Keithley 2110 e gli alimentatori Keithley 2280S e TTi CPX400DP – insieme a CAN e CANopen, porte seriali e I/O della fixture.
• Tracciabilità per esemplare: ogni esecuzione è registrata sul pezzo collaudato, organizzata per prodotto, lotto ed esemplare e legata al numero di serie. L'identificativo del report si ricava da prodotto, numero di serie e ora di inizio, quindi due banchi non producono mai lo stesso numero.
• Report su richiesta in HTML, CSV, XLSX e PDF, con misura, unità e limiti di ogni step e gli identificativi richiesti dal sistema qualità ISO 9001. I report si generano dai dati salvati, quindi una correzione al modello vale anche per le prove già eseguite.
• Un simulatore integrato: la stessa sequenza gira senza strumenti collegati, così la si prepara e la si verifica prima che il banco sia pronto.

Il software gira sul banco, per un operatore e senza un reparto IT dietro: è un eseguibile Windows che tiene i dati nel profilo utente e si aggiorna da solo. La sequenza la monta chi conosce il pezzo, senza scrivere codice, e si salva come file JSON.

Cosa ci hanno insegnato i primi lotti

• Il numero di serie deve essere unico fra le varianti. Sul primo banco lo stesso numero esisteva su due varianti dello stesso prodotto; oggi i numeri di serie arrivano da un registro centrale.
• Un PASSED non dice quanti tentativi. Un'analisi a posteriori di quasi 500 report ha trovato circa il 6% di pezzi programmati più di una volta: i report dicevano PASSED, solo un contatore nel firmware diceva quante volte il pezzo era passato dal banco. Registrare anche le prove fallite e ripetute è ciò che permette di calcolare il rendimento al primo passaggio.
• Il banco deve riconoscere un pezzo già programmato. Una scheda è arrivata al collaudo con un numero di serie già scritto in flash: il controllo “dispositivo vergine” l'ha segnalata invece di sovrascriverla.
• La massa di misura vuole il suo filo. Fra ago e cavo bastano circa 100 mΩ per spostare la massa del convertitore di 22 mV: lo 0,7% su una tensione di 3,3 V, qualche punto percentuale su un riferimento basso. Un collegamento Kelvin dedicato toglie l'errore alla radice.
• I messaggi della scheda non sono un esito. Una scheda sana può stampare ERROR e FAIL in console durante l'avvio: a decidere deve essere un segnale preciso, come il prompt di login, non la ricerca di una parola.
• I limiti li approva chi conosce il prodotto. Bocciare una scheda su un criterio che il cliente non ha approvato è peggio che non misurarlo: finché un limite non è confermato, la misura si registra senza giudicarla.
• Il primo lotto vero collauda anche l'operatore. Il primo lotto in produzione sul nuovo software ha fatto emergere sei problemi d'uso, dal salvataggio dei report a una casella troppo vicina al tasto Elimina, corretti il giorno dopo.

Da dove partire senza fermare la produzione

Il passaggio non deve essere un salto unico. Il percorso che funziona meglio procede per gradi:

1. Misura il collaudo di oggi. Tempo medio per pezzo, scarti per turno, resi dal campo con la loro causa. Sono i numeri su cui valutare l'investimento, e quelli che diranno dopo se ha funzionato.
2. Automatizza prima gli step lenti o ambigui. Le misure che richiedono un'attesa, le letture che gli operatori interpretano in modo diverso, la programmazione e le verifiche di comunicazione. Il resto può restare manuale ancora per un po'.
3. Progetta la fixture insieme alla scheda. Punti di test accessibili, connettori raggiungibili, un'interfaccia di programmazione esposta: se ci si pensa durante la progettazione elettronica, la fixture costa meno e il collaudo copre di più.
4. Tieni il banco manuale come riserva finché quello automatico non ha dimostrato, su qualche lotto, di dare gli stessi esiti con meno variabilità.

I tempi dipendono da quanto c'è già. Un banco nuovo, con fixture a letto d'aghi e strumenti dedicati, è arrivato al primo bring-up circa 8 settimane dopo l'ordine, e una parte di quel tempo è stata l'attesa delle schede campione e della documentazione del prodotto. Quando librerie, strumenti e fixture esistevano già, la prima versione del secondo banco è stata pronta in meno di due settimane.