新產品開發導入流程介紹:APQP、EVT/DVT/PVT、C-flow

Ian
Aug 25, 2021

新產品導入(NPI,New Product Introduction)流程是硬體業在做新產品開發時依循的流程,一般人只知道一些專有名詞如RFQ、FMEA,剛入行的工程師也常常不清楚這些工具在研發流程出現的時機與扮演的角色,於是做了一張圖來說明。

這個圖以IATF-16949五大核心工具中的APQP為主,揉合新產品開發階段常見的產出,並整合其他新產品開發常提到的EVT/DVT/PVT、C-flow,作為一簡單的NPI流程圖。

此流程與各階段產出以個人擔任NPI工程師的經驗為主,不同產業、不同公司可能會有權責、流程定義之差異,但萬變不離其宗,仍可供從業同仁參考,本文所提到的專有名詞也多是相關職缺Job Description提到的必備技能,可供有志往NPI前進或剛入職的新手參考。

APQP (Advanced Product Quality Planning)

APQP 是IATF-16949所定義的五大核心工具(APQP、FMEA、MSA、SPC、PPAP)之一,只要公司有供應產品給車用客戶或相關供應鏈,都可能會被要求取得IATF-16949認證,其中五大核心工具即是確保公司在研發、生產等流程都有經過驗證、且有詳細文件說明。

APQP主要分成五大階段

規劃 Plan

通常是業務或PM提交RFQ(Request for Quotation)給客戶報價,當確定收到客戶的新產品開發需求才會將這個任務交由NPI單位執行,一般NPI會建立一個kick-off meeting,將相關的業務、研發、製程、製造、品保等單位代表找在一起,宣布有個新產品進來,接下來各個單位有需要協助的部份、負責窗口是誰等。此時NPI需要確認幾件事

  1. 專案章程:包含此產品預計量產的時間點、各個階段的milestone、產品的商業應用、各單位負責窗口等。有時也需要在PLM系統、各種Project軟體上建立清楚的工作分解結構(WBS,Work Breakdown Structure),以讓團隊成員知道各階段預計時程。
  2. 產品規格:客戶是否有指定用料、設計尺寸或圖面的限制、是否需符合終端應用市場的法規、國際規範等。常見的如車用產品需符合IATF-16949、VDA6.3,醫療產品需符合ISO13485,用料需符合有害物質環境規範ISO14001、QC080000、RoHS等。不同的產品需通過的環境測試條件也不同,常見的如溫度循環測試(TCT,Temperature Cycling Test)、高溫儲存測試(HTS,High Temperature Storage)、溫溼度測試(THT,Temperature Humidity Test)、摔落測試(Drop Test)等,用來模擬產品實際使用或運送過程可能受到的環境破壞。

產品規格通常需與品保單位共同確認客戶所要求的規範為何,以免後期資源都已投入才發現不符合目標市場的法規。

產品開發設計 Product Development & Design

此階段主要由R&D負責,依據客戶需求選定材料、圖面設計、模擬實驗等,常見的產出如

  1. Gap Analysis:若產品為前一代產品的進版,或是市面上也有其他類似競爭產品存在,Gap Analysis可以協助R&D確認不同代產品之間的差異,快速從前一代產品的設計記錄沿用沒有改變的部分,加速開發時程;若是與其他廠商競品比較也可知道彼此差別,在提供proposal給客戶時能更清楚知道本公司的優劣勢,以及如何說服客戶選擇本公司產品。
  2. DFMEA:設計階段的失效模式分析,目的在設計初期先評估此設計是否可能存在失效點,嚴重度、發生率、偵測率為何,若為高風險的設計則需有相應對策或選擇其他設計方案。
  3. DFx:Design for X的縮寫,較常見的為DFM(Design for Manufacturing)或DFA(Design for Automation),在設計階段即考慮此產品量產時生產線是否容易生產組裝、自動化設備能否順利使用等。此階段若未評估完全,可能在量產後需花費大量成本調整生產線甚至回頭修改設計。
  4. BOM & Drawing:決定此產品的材料BOM(Bill of Material)以及相關電性圖面layout設計,皆需確認符合前述產品規格及國際規範要求。
  5. NRE:Non-Recurring Engineering,一次性工程費用,產品研發階段可能需使用大量實驗、設備儀器、開立模具等費用,在規劃資源時需考慮這些成本的產生,有時可跟客戶收取此費用。
  6. Design Review:產品設計完成後通常會有一至多次的Design Review會議,由專業的設計審查團隊確認上述所有產出符合客戶、公司、國際法規等各式要求,若有不符則有權請R&D作修改。在背負開發時程的情況下如果又屢次審查不過,此會議將是R&D的惡夢。

製程開發設計 Process Development & Design

產品設計大致確定後,即會進入製程開發設計階段由製程工程師負責,此階段要使用的BOM已確定,製程單位需設計生產流程以確保各個製程站點能順利生產出該產品。一般公司的生產流程為了經濟規模不太會為每一個產品重新設計製程,通常是現有的製程沿用並修改特定參數來符合新產品需求,此階段的重點包含

  1. Process map:建立整個製程的流程,包含各個站點直接材料、間接材料的選用,通常會直接建立於Control plan內。
  2. PFMEA:製程階段的FMEA,主要描述製程中各站點可能存在的失效模式,對於嚴重度較高、發生機會較大的應盡量有足夠的偵測措施以檢出不良。
  3. Control Plan:管制計畫為給生產線參考的重要規範,包含製程中每個站點的作業、量測依據、規格、不良品的應對措施等等。
  4. MSA:Measurement System Analysis,量測系統分析是在做製程設計或改善時重要的工具,在做製程改善時應先確認量測系統的穩定性與一致性,透過Gauge R&R、Kappa analysis等指標判斷,須為合格的量測系統方可進行製程改善,否則不合格的量測系統將會誤導改善方向。
  5. 在此階段通常會進行簡單的sample build,確認製程有足夠能力生產產品。

產品與製程驗證 Product & Process Validation

在產品設計與製程設計都完成後,會進入Qualification test,通常會向客戶索求足夠數量的產品完整跑一次生產流程,並接著進行各項電性測試、可靠度測試等。由於小公司可能沒有配備合格的實驗室,或公司本身沒有能進行特殊實驗的環境,所以在專案初期即須向客戶確認測試規格,並在進入此階段前提早預約實驗室資源或是外包,避免qualification run的產品受到太多不可控因素干擾,進而影響驗證結果。

此階段若是生產良率、測試良率、可靠度結果不佳,都須出具報告向客戶說明原因,並進行相應的失效分析,透過X-ray、SAT、SEM、FIB、TDR等各項分析儀器進行非破壞性與破壞性的檢驗確認原因,由於耗時耗資且嚴重影響時程,公司都會非常重視此階段的進度與品質。

若驗證結果皆符合規格,則可準備進入量產階段。

量產 Mass Production

一般在進入量產前,會先投入一定批量的產品做為pilot run,目的在於透過連續生產確認生產線在物料準備、交接班等作業上沒有問題。

前述所有階段的資料包含設計圖面、各階段驗證結果、良率等,應整合起來提供給客戶確認,此即為生產件批准程序PPAP。此文件在公司內部亦應妥善留存,日後若有產品不良引起爭議懷疑哪些驗證先前沒有做,則可拿出來保命。

通常NPI工程師會舉行一個wrap-up meeting,召集相關業務、研發、製程、品保、生管、製造等單位,說明此產品各項驗證都已完成,且獲得客戶核可得以正式生產。NPI工程師的工作到此告一段落,量產後的產品若有問題則交由客戶品質工程師或製造PM負責。

量產後的產品可透過SPC管制,並透過相應警報措施及早預防可能的不良。

以上即為APQP的完整程序,其他IATF-16949五大核心工具也都在流程中扮演重要角色。

某些公司體系的新產品開發流程名稱為EVT(Engineering Verification Test)/DVT(Design Verification Test)/PVT(Production Verification Test),或是C-flow,其實整體流程差異不大,皆是透過各項工具來確認產品設計及生產的品質。

本篇文章將不同體系的名詞整合在一張圖上,希望可提供給想了解NPI的人清楚解釋。

關於其他IATF16949核心工具,可以參考另一篇文章IATF16949 五大核心工具簡介

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Ian

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