Kämpa mot våg med våg

I samarbete med Samsung

I början av augusti 2016 hade Samsung Electronics en framträdande position i den globala smartphoneindustrin. Det var redo att utöka sitt fotavtryck med lanseringen av en innovativ flaggskeppsprodukt. Galaxy Note7, med sin unika slanka formfaktor och branschledande funktioner som sin färgskärm, hade varit mycket efterlängtad av industribevakare, bloggare och konsumenter över hela världen i månader innan den kom ut på hyllorna.

I slutet av den månaden började dock rapporter om Note7-incidenter dyka upp. Detta utlöste ett globalt återkallande, varefter Samsung snabbt identifierade problemet: en batterikortslutning orsakad av en avböjning av den negativa elektroden. CT- och röntgenundersökningar visade att gelérullen (en design som används i de flesta cylindriska, uppladdningsbara batterier) komprimerades i batterifickan, vilket försvagade separatorn mellan de två elektroderna, vilket skapade flera kortslutningsvägar. För att tillhandahålla ersättningsenheter för Note7, anlitade Samsung en sekundär leverantör – en som hade tillhandahållit en del av de ursprungliga Note7-batterierna globalt utan incidenter. Denna leverantör bekräftade att de säkert kunde möta den fulla efterfrågan på Note7-ersättningsenheter över hela världen. Ersättningsbatteriet upplevde dock snart ett andra, distinkt fel orsakat av onormalt höga grader på den positiva elektrodfliken på grund av ultraljudssvetsdefekter.

I slutändan drog Samsung tillbaka Note7 från marknaden mindre än två månader efter lanseringen. Branschrapporter uppskattade att Samsung förlorade cirka 10 miljarder dollar i försäljning.

Nästan lika snabbt som återkallelseprocessen gick, implementerade Samsung ett säkerhetshanteringsprogram som saknar motstycke i sin omfattning och storlek för mobilindustrin. Genom att utöka befintliga batteritester och skapa nya testnivåer utvecklade Samsung en holistisk kvalitets- och säkerhetsram som kallas 8-punkts batterisäkerhetskontrollen. Samsung har infört dessa inspektions- och granskningsprotokoll över både sina interna och batterileverantörernas kvalitetssäkringsprocesser — från tillverkningen av de enskilda komponenterna som själva enheten utgör, genom processen att sätta ihop dessa komponenter och sätta ihop telefonen, till själva slut, när den färdiga enheten var föremål för ytterligare tester.

Elektronikjätten kompletterar också detta testsystem med en oberoende Battery Advisory Group bestående av fyra experter – tre från akademin och en från industrin – som granskar Samsungs processer och dess svar på frågor relaterade till batterimaterial, design och dynamik.

Vi har gjort betydande investeringar för att skapa största möjliga nät, för att hitta lösningar, säger Justin Denison, senior vice president, produktstrategi och marknadsföring på Samsung Electronics America. Företaget har specialbyggda testanläggningar i stor skala, som gör det möjligt för ingenjörer att söka upp potentiella problem eller fel under produktionen och validera kvaliteten och säkerheten hos enheter innan de släpps. Samsung uppnår inte bara sitt primära mål att höja produktkvaliteten, utan lyfter också hur hela branschen hanterar kvalitetskontroll.

Under press

Samsungs förbättrade säkerhetsprogram inkluderar fler tester genom hela produktionskedjan, inklusive ökad integration med sina leverantörers testprocesser. Den använder nu större provstorlekar, i vissa fall testar enheter och batterier i partier som överstiger 100 000 enheter.

Samsung tog också ett långtgående initiativ som syftade till att öka dess förmåga att minska risken för misslyckanden. Detta komplexa projekt har ökat företagets förmåga att systematiskt och heltäckande upptäcka batteridefekter innan de når konsumenterna. Ännu viktigare, det har också skapat en enorm mängd data om fenomenet smartphones batterifel i sig. Med andra ord har deras omfattning av verksamheten försett Samsung med ett ovärderligt verktyg som kan hjälpa det att exakt förutsäga och proaktivt mildra produktionsproblem som ännu inte kommer och dela dessa resultat i branschen.

Samsungs batteriutmaningar ställdes mot en smartphone-industri som bakgrund av ökande hastighet och komplexitet. Denna produktionsmiljö sätter extraordinär press på alla deltagare genom hela försörjningskedjan – vilket förstärks av de grundläggande reglerna för energi- och materialvetenskap, inklusive den konstanta spänningen mellan ett batteris densitet (sammansättningen av elektrod och andra aktiva material i en litium- jonbatteri) och dess kraft. Gerbrand Ceder, professor i materialvetenskap och teknik vid University of California Berkeley och medlem av Samsungs Battery Advisory Group, har sagt att även om batterier inte har en direkt motsvarighet till Moores halvledarlag, har den genomsnittliga effekten hos ett smartphonebatteri fördubblades under det senaste decenniet, till i genomsnitt 700 wattimmar per liter.

En föga överraskande överraskning

Ingen av ovanstående faktorer är strikt orsaken till Note7:s batterifel, vare sig isolerat eller i samverkan. Denna konstellation av industri och teknisk dynamik har faktiskt varit en konstant för alla enhetstillverkare under en tid. Felhantering kan hanteras på ett av två sätt: du kan antingen skapa en noll-fel-miljö ... eller designa din operativa miljö för fel, och kraftfullt fixa konstruktioner och processer när fel upptäcks, säger Ceder. Han fortsätter med att medge att nollfelsförhållanden är praktiskt taget omöjliga att uppnå. Detta är ännu mer så i en produktionsmiljö som är så stor som Samsungs eller andra stora tillverkares.

Samsung svarade på utmaningen genom att ytterligare förbättra sina kvalitetssäkringsprocesser – att kasta ett bredare nät och förbättra systemen för att upptäcka och fånga upp dessa fel. Detta har inneburit att både designa nya och förbättrade tester och öka urvalet av testade enheter, samt vika in makrovyn från Battery Advisory Group.

Fler tester, mer samarbete

Samsungs ansträngningar representerar betydande investeringar i tid, material och produktionskostnader.

På Samsung strävar vi efter meningsfull produktinnovation för att möta konsumenternas växande behov – men vad vår undersökning lärde oss är att vi måste förnya oss också i våra processer. Oavsett om det är inom design och ingenjörskonst eller kvalitetssäkring, letar vi ständigt efter områden där vi kan förbättra oss, säger Denison.

Samsung kunde utnyttja den betydande expertis inom förändringshantering för att förbättra sina säkerhetshanteringsprocesser. Samsungs 8-punkts batterisäkerhetskontroll institutionaliserade inte bara en serie recensioner genom hela leveranskedjan utan förbättrade också flera tester som involverade storskalig provtagning av färdiga enheter, vilket verkar unikt för branschen.

Fem av dessa tester, inklusive ett hållbarhetstest som utsätter batterier för punkteringar och överladdning, var redan processer som en del av Samsungs säkerhetssystem, men har nu förbättrats med ökad frekvens och/eller ytterligare teststeg i olika faser av produktionsprocessen.

Tre helt nya batteristresstester lades också till: ett laddnings- och urladdningstest utfört i varje produktionssteg; ett accelererat användningstest som involverar intensiva användningsscenarier, säger Denison; och ett totalt test av flyktiga organiska föreningar.

Dessa åtta tester äger rum i tre olika stadier. Det första steget är fokuserat på att säkerställa att den inkommande kvaliteten på komponenterna uppfyller Samsungs krav. Sex tester utförs på alla inkommande partier av batterier, vilket vanligtvis är allt från 10 000 till 15 000 enheter, och hälften av testerna som utförs i detta skede är destruktiva tester. Om ens ett enstaka fel observeras under denna testning, kommer hela partiet med batterier att kastas ut. Samsung och leverantören stoppar sedan monteringsprocessen för att utvärdera grundorsaken till batteriproblemet.

När batteripartiet har godkänts för produktion, utförs ytterligare tester på batterierna och enheterna när de rör sig genom telefonproduktionsprocessen. Batterier avvisas om de misslyckas med testerna. Samsung genomför också en avslutad enhetskontroll efter den inledande produktionsfasen, som inkluderar ett massivt laddnings- och urladdningstest och ett accelererat användningstest. Samsung genomför sedan masstestning och samlar in viktig data under hela processen.

Samsungs kvalitetskontroll och testprocesser kopplas i allt högre grad till dess batterileverantörer och underleverantörer. En grundläggande komponent i ramverket för 8-punkts batterisäkerhetskontroll är beroendet av ett djupt samarbete mellan Samsungs inkommande kvalitetskontrollteam och deras leverantörer.

Samsungs ansträngningar – att testa på en nivå av kvalitet och skala långt utöver industrikraven – har kulminerat i vad som kan vara världens största samling av data om fel i enheten och prestandaproblem. En del av detta arbete är stramare metoder för insamling och datahantering.

Varje enskilt batteri som flödar genom vår försörjningskedja har en QR-kod [snabbsvarskod, eller streckkod] på sig, så att vi kan övervaka kvaliteten och prestandan för varje batteri som går igenom vår enhetsproduktionsprocess, som sedan läggs till en massiv databas, säger Denison. Dessutom möjliggör testningens omfattning en datapool som kan förvandla ett brett detektivnät till ett prediktivt verktyg.

Det finns en oöverträffad mängd information och insikter som kan genereras från det sätt och den skala med vilket Samsung analyserar laddningsaktiviteter i enheten, säger Ceder.

Produkt- och komponentfel är oundvikliga i alla tillverkningsprocesser. Att producera i stort antal gör det möjligt att replikera incidenter. Med mindre produktionsvolymer kan det vara svårare att skilja mellan legitima problem och engångsmisslyckanden. I kölvattnet av Note7-återkallelsen gjorde Samsung dock storleken, skalan och komplexiteten hos sin leveranskedja till en tillgång.

Att helt enkelt bygga en bättre nålupptäckande motor för höstack är inte i och för sig revolutionerande, eller ens verkligen möjligt. Genom att öka antalet tester och omfattningen av de relaterade urvalsstorlekarna har Samsung emellertid utvecklat en innovativ lösning för att lindra fel som kommer att få enorma konsekvenser för hela branschen. Samsungs svar har skapat en samarbetsplattform för kvalitetskontroll där hela branschen kan delta och som den kan dra nytta av.

För mer om Samsungs teknik, besök samsung.com

Dölj