Funktionsprüfung von Ultraschalltechnologien Schnellere Markteinführung und bessere Codequalität

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Philips, führendes Unternehmen auf dem globalen Markt für Gesundheitstechnologie, hat eine Plattform-Lösung eingeführt, die auf der Open-Standard- und hoch skalierbaren PXI-Hardware von NI in Kombination mit der Labview-Software basiert. Schnellere Markteinführung und bessere Codequalität sind das Resultat.

Als führendes Unternehmen auf dem globalen Markt für Gesundheitstechnologie steht Philips unter ständigem Druck, die Anforderungen der medizinischen Wissenschaft zu erfüllen, indem es die Grenzen der bestehenden Technologie erweitert. Der Markterfolg beruht auf Produktinnovation, schneller Markteinführung, Kosteneffizienz und einem kompromisslosen Ansatz bei der Produktqualität. Die Produktprüfung ist eine wichtige Funktion innerhalb des Entwicklungszyklus, aber die Komplexität der Philips-Testumgebung gefährdete die schnelle Markteinführung und verursachte zusätzliche Kosten. Daher war ein neuer Ansatz für Tests erforderlich – weg von den derzeit vorhandenen massgeschneiderten Systemen hin zu einem standardisierten, Cots-basierten System, das die Testzykluszeit verkürzt.

Philips arbeitete mit National Instruments zusammen, um eine auf PXI und Labview basierende Lösung zu implementieren, die die Entwicklung von Produkttests vereinfacht, ohne deren Umfang und Funktionalität einzuschränken. Auf Grundlage des Pilotprojekts an sechs seiner weltweiten Produktionsstandorte konnte Philips Millionen von US-Dollar und Hunderte von Stunden bei den Produktionstests einsparen.

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Die Herausforderung bei Ultraschallprüfungen

Ultraschallprodukte spielen im Portfolio von Philips eine wichtige Rolle und unterstützen Ärzte bei der Bildgebung in verschiedenen medizinischen Fachgebieten, u. a. in der Geburtshilfe und Gynäkologie, aber auch bei der Untersuchung des Herz-Kreislauf-Systems, des Muskel-Skelett-Systems, der Leber und der Nieren. Die Anforderungen der medizinischen Wissenschaft stossen an die Grenzen bestehender Technologien und verlangen nach immer höher aufgelösten Bildern in immer handlicheren Formfaktoren. Schnelle Produktinnovationen und kürzere Zeiten bis zur Markteinführung sind der Schlüssel zum Erfolg in diesem dynamischen Markt, in dem es gilt, ein Gleichgewicht zwischen kurzen Entwicklungszyklen mit reduzierten Kosten, zunehmender Produktkomplexität und steigenden Produktionsmengen zu finden.

Produktionstests fördern die Qualität während des gesamten Entwicklungszyklus. Da die Produktkomplexität zunimmt, sah sich Philips zusätzlich mit einem damit einhergehenden Anstieg der Komplexität und der Kosten bei der Entwicklung geeigneter Testsysteme konfrontiert. Daher war ein neuer Testansatz erforderlich, der einen exponentiellen Anstieg von Entwicklungszeit und -kosten verhindert, gleichzeitig aber Testabdeckung und -qualität konstant hält oder sogar verbessert.

Die Beziehung zwischen Produktkomplexität und Testsystemkosten musste grundsätzlich neu bestimmt werden, und das Geschäftsszenario für eine neue Lösung basierte auf kürzeren Entwicklungszyklen sowie verringertem Ressourceneinsatz und geringeren Betriebskosten.

Evolution, keine Revolution

Um die Forderung nach kürzeren Entwicklungszyklen zu erfüllen, musste die neue Testlösung den Engineering-Teams von Philips die Möglichkeit eröffnen, eine bereits vorhandene Lösung so zu konfigurieren, dass sie die Anforderungen eines neuen Produkts erfüllt, anstatt jedes Mal bei null anzufangen.

Die Hauptziele dieses aktualisierten Testsystems sollten sein:

• Schnelle Konfigurierbarkeit von Test­lösungen für neue und bereits vorhandene Testanforderungen für Produkte und Baugruppen, die mehrere Prozessschritte abdecken.

• Skalierbarkeit, um zukünftige Produktanforderungen zu erfüllen (Erweiterung der Testschritte, Signalverarbeitung, Gerätekonfigurationen und Kommunikations-/Datenschnittstellen) und gleichzeitig die zusätzliche Code-Entwicklung und -Neuzertifizierung zu minimieren.

• Konzentration auf weithin verfügbare Cots-Elemente, um die Herausforderungen der globalen Lieferkette und Instandhaltung zu erleichtern und um den Bedarf an kundenspezifischen DUT-Schnittstellen («Device Under Test»; Prüfling) erheblich zu verringern.

Bei der Untersuchung der praktischen Möglichkeiten zum Erreichen dieser Ziele wurde deutlich, dass die Lösung insbesondere folgende Anforderungen erfüllen muss:

• Schaffung eines Plattformansatzes, der die aktuellen und zukünftigen Testanforderungen eines vielfältigen Portfolios an bahnbrechenden Ultraschallwandlern erfüllt.

• Signifikante Verbesserung der Erstausbeute («First Pass Yield»; FPY), um die Effizienz der Fertigung zu steigern und gleichzeitig die hohen Qualitätsstandard des Produkts beizubehalten.

• Senkung der Unterhaltskosten durch Erhöhung der Stabilität über einen Lebenszyklus der Teststation von mehr als 15 Jahren.

• Reduzierung des Entwicklungsaufwands für Testlösungen und der Durchlaufzeit bei Einführung neuer Produkte um bis zu 80 %.

• Erhöhung des Produktionsvolumens einiger Produkte um mehr als das 20-Fache, auf Zehntausende von Einheiten.

• Verbesserung der Produktionsbetriebszeit in einer weltweit verteilten Lieferkette.

• Verkürzung der Zertifizierungszeit, die traditionell bis zu sechs Monate pro System betragen kann.

• Weniger Aktualisierungen nach der Bereitstellung, die eine Neuzertifizierung erfordern.

• Erhalt vollständiger Datensätze für jeden Test an jedem Prüfling.

Integration von Hardware und Software

Philips entschied sich für eine Lösung, die auf der Open-Standard- und hoch skalierbaren PXI-Hardware von NI in Kombination mit der bekannten und bewährten Labview-Software basiert.

Philips sah in dieser Entscheidung eine Reihe von Vorteilen. PXI erfüllte die Anforderung, von einer kundenspezifischen auf eine Cots-basierte Architektur umzusteigen. Ferner erfüllten die bewährten Messfunktionen, das präzise Timing und die Stabilität der Hardware die hohen Anforderungen der Philips-Entwicklungsumgebung.

Die Kombination der Funktionen von PXI mit dem bekannten und bewährten Status von Labview erfüllte die umfassenden Lösungsanforderungen von Philips. Die starke Marktposition von Labview ermöglichte es Philips ausserdem, schnell Techniker und Ingenieure für die Lösungsentwicklung einzustellen und auszubilden. Darüber hinaus gewährleistet die bereits bei Philips vorhandene Vertrautheit mit Labview, dass das neue, standardmässige Test-Framework problemlos innerhalb der gesamten Unternehmensgruppe übernommen werden kann. Mithilfe der Labview-Funktionen konnten die Techniker und Ingenieure von Philips eine Software­architektur mit minimalen Abhängigkeiten zwischen den Code-Modulen entwickeln, so dass die einzelnen Funktionen unabhängig vom Laufzeitkontext konsistent arbeiten.

Verkürzte Entwicklungs- und Zertifizierungszeit

Diese Architektur ermöglichte die Wiederverwendung von gut geschriebenem und verifiziertem Code, was die Markteinführung beschleunigt, die Codequalität verbessert und die Anzahl der behördlichen Neuzertifizierungen verringert.

Um ein neues Produkt zu testen, mussten nur eine XML-Konfigurationsdatei und der Halter entwickelt werden, was die Entwicklungszeit erheblich verkürzte. Auch die Zertifizierungszeit wurde erheblich verkürzt, da der grösste Teil des Codes unverändert blieb, so dass auf bereits vorhandene Zertifizierungsdokumente verwiesen werden konnte.

Dies bedeutet, dass jedes Mal, wenn ein neues Testverfahren oder eine neue Messung benötigt wird, der erforderliche Code geschrieben und zur Bibliothek hinzugefügt werden kann, ohne das bestehende Framework zu beeinträchtigen. Entscheidend ist ausserdem, dass das Hinzufügen eines neuen Produkts nicht automatisch bedeutet, dass Tests für frühere Produkte, die von der Plattform verwendet werden, neu entwickelt und erneut zertifiziert werden müssen.

Vereinfachte Testumgebung, schnellere Markteinführung

Philips hat das neue Testsystem zunächst an sechs seiner weltweiten Produktionsstandorte eingeführt und erwartet aufgrund der ersten Erfahrungen eine hohe Akzeptanz innerhalb der gesamten Unternehmensgruppe. Im Vergleich zu früheren Ansätzen zum Testen ähnlicher Prüflinge hat das PXI/Labview-System bereits viele der erwarteten Vorteile bestätigt, u. a.:

• Die Testabdeckung und die Signalpfad-​Verbesserungen des neuen Systems erfüllen die Anforderungen eines vielfältigen Portfolios an hochmodernen xMatrix-​Ultraschall­wandlern, wodurch die Komplexität der Philips-Testumgebung erheblich reduziert wird.

• Das neue System ermöglicht erhebliche Einsparungen bei den laufenden Kosten, da die für die Wartung der Testsysteme erforderlichen Ressourcen um den Faktor 10 reduziert werden.

• Philips hat bei der Entwicklung von Testplänen für neue Produkte eine Verringerung des Zeit- und Arbeitsaufwands um 80 % ermittelt.

• Das neue System hat dazu beigetragen, die Skalierbarkeit der Produktion insgesamt zu verbessern, da die Testzyklen auf Produktebene um den Faktor 10 und auf Wafer-Ebene um den Faktor 5 reduziert werden konnten.

• Die Zeiten für die Produktzertifizierung konnten ebenfalls von vier auf zwei Monate verkürzt werden.

• Die Produktqualität hat sich insgesamt verbessert, da der vereinfachte Zugriff auf die Testdaten eine strukturierte Problemlösung ermöglicht, was eine erhebliche Verbesserung der Ergebnisse bewirkt; eine einzige globale Datenbank gewährleistet die vollständige Rückverfolgbarkeit aller Tests.

• Die Zuverlässigkeit der PXI-Testhardware und die verifizierte fehlerfreie Software haben ungeplante Ausfallzeiten nahezu eliminiert.

• Während des inzwischen sechsjährigen Betriebs der Plattform waren keine Softwareänderungen auf Plattformebene erforderlich.

Nachdem die ersten Einsätze das ursprüngliche Geschäftsszenario für das neue Testsystem bestätigt haben, arbeitet Philips nun daran, weitere Vorteile aus der Investition zu ziehen.

Der standardisierte Ansatz, der durch PXI und Labview ermöglicht wird, bedeutet, dass die Entwicklung von Testschritten und -prozessen auf die gesamte Unternehmensgruppe übertragen werden kann. Mit einem kleinen Kernteam, das für die Entwicklung und Pflege einer allgemeinen Funktionsbibliothek verantwortlich ist, können lokale Mitarbeiter aus verschiedenen Organisationen die gesamte Codebasis ergänzen und dabei auf bestehende Testschritte und -prozesse zurückgreifen. Das so entstehende, ständig wachsende Toolset steht dann über XML-Konfigurationsdateien unternehmensweit zur Verfügung.

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