Badania i rozwój

Aparatura do badań urządzeń elektronicznych

Certyfikacja urządzeń na zgodność z wymaganiami dyrektyw, takich jak LVD, EMC, RED oraz rozporządzeniami "mniejszego kalibru” jak Ekoprojekt, jest naturalną częścią kończącą działania projektowe. Zwykle w takim momencie wyrób trafia do specjalizowanego laboratorium, gdzie jest poddawany kontroli i na bazie zebranych wyników pomiarów (tzw. test report) przygotowywana jest deklaracja zgodności.

Badania precompliance mają charakter przygotowawczy do tego formalnego wydarzenia. Pozwalają upewnić się z dużym prawdopodobieństwem, że urządzenie przejdzie weryfikację w placówce zewnętrznej, a jeszcze wcześniej dają możliwość ciągłych kontroli projektu po to, aby robić poprawki na bieżąco. Negatywny wynik oceny w laboratorium to niestety wielki kłopot, gdyż oznacza on konieczność wykonania mniej lub bardziej istotnych korekt w konstrukcji. A z tym wiążą się często duże koszty i opóźnienia we wprowadzaniu produktu na rynek. O wiele lepiej jest sprawdzać każdy etap działań i poprawiać konstrukcję bez czekania na finał, gdyż wówczas ryzyko nieprzejścia ścieżki formalnej staje się minimalne, zwłaszcza gdy zostawi się margines bezpieczeństwa. Dlatego wiele większych firm rozbudowuje swój potencjał aparaturowy pod kątem prowadzenia samodzielnego badań kontrolnych.

Aparatura do badań własnych

Zgromadzenie w obrębie jednej firmy kompletu przyrządów do oceny urządzeń pod kątem wymagań głównych dyrektyw jest zapewne mało realne z uwagi na duże koszty. I zapewne niecelowe, gdyż zwykle najwięcej problemów jest z określoną klasą zagadnień, na której trzeba się skupić. Rozsądne jest zbudowanie potencjału firmy w tym najważniejszym obszarze, resztę można badać rzadziej, np. zlecając testy do laboratoriów zewnętrznych.

Budowa parku pomiarowego zwykle jest procesem ewolucyjnym, który zaczyna się od nabycia jednego lub kilku urządzeń, generatorów lub testerów, potem to minimum jest rozbudowywane w miarę dostępności funduszy na inwestycje. Budowa kompetencji pomiarowych zwykle przebiega tak, że najpierw kupuje się przyrządy tańsze i prostsze funkcjonalnie, by zacząć i uczyć się metrologii z ich pomocą, a potem w miarę wzrostu kompetencji i wraz z doświadczeniem sięga się po bardziej skomplikowany sprzęt pomiarowy.

Cena jest najważniejszym kryterium selekcji

Sprzęt pomiarowy do badań urządzeń elektronicznych jest kosztowny, bo jest to skomplikowana i zaawansowana, specjalistyczna aparatura. Najbardziej złożone pod tym względem są badania kompatybilności elektromagnetycznej, bo wymaganych urządzeń do realizacji kompletu badań jest dużo, a dodatkowo do ich działania trzeba stworzyć odpowiednie stanowiska pomiarowe, np. mieć pomieszczenie ze ścianami wyłożonymi blachą ekranującą, specjalnie przygotowaną siecią zasilającą, a nawet specjalną komorę bezechową.

Z tych przyczyn wielu producentów elektroniki mozolnie rozwija swój potencjał aparaturowy, ograniczając się początkowo do kupna aparatury do badania zaburzeń przewodzonych. Z czasem infrastruktura rozszerza się na pomiary emisji i kolejne obszary badań. W ten sposób wysoki koszt inwestycji można trochę zniwelować.

Najtrudniejszą częścią badań, patrząc przez pryzmat kosztu aparatury i jej skomplikowania, są badania kompatybilności urządzeń radiowych, a dokładniej elementów interfejsu radiowego, czyli transceivera i systemu antenowego z układem dopasowującym. Wykonanie badań nowoczesnych rozwiązań pracujących w zakresie gigahercowym oraz bliskim mikrofal wymaga posiadania specjalistycznego środowiska pomiarowego. Stąd w tym obszarze albo się nie bada urządzeń wcale, albo zleca pomiary precompliance do zewnętrznego laboratorium lub korzysta z pomocy producenta używanego modułu radiowego.

Dostawcy aparatury pomiarowej

Obserwacja rynku aparatury laboratoryjnej w ostatnich dwu dekadach prowadzi do wniosku, że ma on charakter wyłącznie importowy i charakteryzuje się dużą stabilnością relacji i obecnością tego samego grona firm o poukładanej współpracy. Zmiany oczywiście są, ale głównie dotyczą rzadkich przetasowań w dystrybuowanych markach, które wędrują od jednego dystrybutora do drugiego. Ogólnie widać, że krajowe firmy reprezentują coraz większą liczbę producentów i rozwijają się w poziomie tak, aby w obszarze aktywności mieć kompleksowe i wyczerpujące portfolio sprzętu pomiarowego z różnych kategorii cenowych. Zmiany ostatnich lat to też to, że bardziej podstawowe przyrządy, nawet czołowych producentów, są sprzedawane przez dystrybucję katalogową lub sieć resellerów.

Krajowe firmy zajmujące się aparaturą pomiarową można podzielić na kilka wspólnych kategorii. Pierwszą tworzą firmy zajmujące się wyłącznie sprzedażą aparatury oraz czasem także działalnością usługową w zakresie kalibracji i pomiarów. Ich oferta ma szeroki profil, a więc firmy te mają w ofertach wiele różnych typów mierników, nie tylko przeznaczonych do pracy w laboratoriach. Tacy dostawcy współpracują głównie ze światowymi producentami sprzętu pomiarowego i liderami rynku, uzupełniając ofertę o dystrybucję mniejszych, specjalistycznych przyrządów, które nie kolidują z ofertą podstawową, zapewniając jej możliwie największą kompleksowość.

Druga grupa dostawców to firmy zajmujące się wyłącznie aparaturą pomiarową, ale niekoniecznie już tylko laboratoryjną o uniwersalnym zastosowaniu, czasem nawet omawiana tematyka jest jedynie niewielką częścią ich biznesu i jest ukierunkowana na pomiary środowiskowe, w telekomunikacji oraz aparatury kontrolno-pomiarowej przeznaczonej dla producentów i użytkowników urządzeń komunikacji bezprzewodowej, telewizji, urządzeń do pomiarów kompatybilności elektromagnetycznej i innych obszarów specjalistycznych (np. lotnictwa, wojska).

Trzeci zbiór to dostawcy, dla których laboratoryjny sprzęt pomiarowy jest częścią oferty handlowej i niekoniecznie najważniejszą. W obszarze takim mieszczą się dostawcy katalogowi podzespołów elektronicznych. Poza tym podziałem są biura przedstawicielskie producentów działające w Polsce jak na przykład Rohde & Schwarz.

Projektowanie elektroniki

Wraz z każdą rynkową rewolucją, nowymi ciekawymi technologiami i rozwiązaniami proces projektowania wymaga od projektantów coraz więcej kompetencji. Inżynierom potrzebna jest orientacja w nowościach, technologiach, rozwiązaniach wykorzystywanych przez konkurencję, a także wiedza na temat wymogów formalnych w zakresie certyfikacji.

Współczesne systemy elektroniki łączą w jednym produkcie wiele technologii, np. komunikację radiową, cyfrową obróbkę sygnału, multimedia i zaawansowaną grafikę, a po stronie układowej obwody dużej mocy z czułymi niskonapięciowymi czujnikami. Takie rozwiązania są skomplikowane zarówno od strony sprzętowej, jak i oprogramowania, przez co projekty muszą realizować zespoły inżynierskie specjalistów z różnych dziedzin. Elektronika jest dzisiaj za bardzo skomplikowana, aby jedna osoba była w stanie udźwignąć całość zagadnień i podział zadań jest po prostu konieczny, o ile chcemy zachować jakość i skończyć pracę w rozsądnym czasie. Nierzadko każdy większy i bardziej złożony projekt wymaga istotnego pogłębienia wiedzy poprzez samokształcenie lub szkolenia realizowane przez producentów/dostawców. Poza tym wszystkim, projekt to nie tylko płytka z elementami i układem. Ona nie działa w próżni i wymaga integracji z mechaniką, systemu odprowadzania ciepła, zasilania oraz interfejsu użytkownika, a więc obudowy, panelu frontowego itp. To są zagadnienia, które nie każdy projektant skupiony na PCB może zrealizować optymalnie. Taka sytuacja tworzy przestrzeń dla usług kooperacji.

Na rynku brakuje specjalistów

Od wielu lat problemem rynku usług projektowych w zakresie elektroniki są kłopoty z kadrą inżynieryjną. Z jednej strony braki kadrowe u producentów elektroniki oraz duże koszty zatrudnienia specjalistów to jeden z czynników odpowiedzialnych za powstawanie zleceń dla firm zewnętrznych. Z punktu widzenia biur inżynierskich można postrzegać to jako czynnik pozytywny, a więc sprzyjający rozwojowi outsourcingu w projektowaniu. Ale niestety druga strona tego medalu wygląda tak, że braki kadrowe są jednocześnie kłopotem, bo biura krajowe o pracownika muszą konkurować z dużymi i silnymi graczami zagranicznymi. A są to zwykle małe firmy o skromnych zasobach kapitałowych.

Biura inżynierskie zmagają się ponadto z konkurencją ze strony freelancerów, a więc zwykle osób, dla których projektowanie jest działalnością dodatkową, dorywczą i często bez umocowania formalnego w działalności gospodarczej, na przykład w domu po godzinach normalnej pracy zawodowej. Osoby takie tworzą konkurencję kosztową dotkliwą głównie dla małych biur projektowych. Podejmują się z reguły zleceń mniej skomplikowanych oraz adresują swoje usługi zwykle do firm mało związanych z elektroniką jako działalnością główną.

Kompleksowa usługa inżynierska

Z uwagi na niezbędne kompetencje i koszty inżynierskie mniejsze firmy szukają coraz częściej wsparcia w zakresie projektu i prototypowania, a w dalszej kolejności certyfikacji, m.in. u producentów EMS lub w wyspecjalizowanych biurach projektowych. Te większe działają w modelu mieszanym – część zadań realizują we własnym zakresie, część zlecają na zewnątrz. Może to być zarówno projekt elektroniki, np. modułu, bloku, wykonanie i integracja elektroniki z obudową albo też badania i certyfikacja. Ale najlepiej oddać do biura projektowego całość urządzenia, bo ogranicza to ryzyko techniczne i organizacyjne oraz pozwala mieć jednego partnera, który bierze odpowiedzialność za wszystko. Kompleksowo, znaczy też coraz częściej "projekt i produkcja".

Koszty projektowania nie są małe

W ostatnich czasach ceny produktów, koszty działalności, koszty pracownicze cały czas rosną, a więc rosną też ceny usług. Mimo że wszystko drożeje, na rynku panuje nieświadomość klientów biur projektowych, zwłaszcza tych, dla których elektronika nie jest głównym profilem firmy, którzy sądzą, że wykonanie projektu to temat prosty i szybki, a więc musi być tani. Pogląd taki wynika z niewiedzy na skutek słabej orientacji w elektronice, niejasnych konsultacji z fachowcami pracującymi na czarno, a nawet z porównania cen podobnych produktów innych producentów dostępnych w handlu z planowanym własnym potencjałem sprzedaży.

Innymi słowy, jeśli chodzi o koszty związane z projektowaniem, to niestety często firmy nie są przygotowane na duże wydatki w tym zakresie. Część potencjalnych klientów, pytających o projekt elektroniki, nie zdaje sobie sprawy, że projekt kosztuje i to nierzadko dużo. Zdarzają się klienci, którzy nie do końca wiedzą, czego chcą, ale chcą mieć to zrobione najtaniej i najszybciej. Niekiedy firmy nie potrafią sprecyzować swoich oczekiwań, poza tymi, że oczekują jak najtańszej usługi.

Z kolei według Michała Grochowiny, właściciela firmy Eleproject, "niegasnącym problemem w zawiązywaniu współpracy z klientem, który chce zlecić zaprojektowanie układu elektronicznego lub napisanie oprogramowania, jest niechęć zlecającego do określenia swoich potrzeb na poziomie przynajmniej dostatecznym. Pomyśleć by można, że wynika to trochę z tego, że zlecającym może brakować odpowiedniego słownictwa i wiedzy elektronicznej, jednak nic bardziej mylnego, ponieważ mamy okazję widzieć zapytania napisane potocznym językiem, ale tak szczegółowe i wyczerpujące, że nie powodują zadawania dodatkowych pytań. Zauważam też, że niektórzy interesanci zniechęceni są liczbą zadawanych pytań i to najczęściej ci, którzy nakreślili swoje potrzeby niedostatecznie. Często wizja tego, że aby móc wystawić ofertę, będzie trzeba zjeść beczkę soli, dopytując o poszczególne wymagania w projekcie, powoduje, że nie dochodzi do ofertowania".

Infrastruktura niezbędna do prac projektowych

Za projektowanie urządzeń elektronicznych odpowiada nie tylko personel ze swoją wiedzą i doświadczeniem, ale również aparatura pomiarowa, posiadane narzędzia oraz specjalistyczne oprogramowanie, którym dysponuje firma. Zakup takiego wyposażenia jest kosztowny i nie do końca uzasadniony w przypadku rzadkich i jednorazowych projektów. Im mniejsza skala działalności, tym oczywiście takie koszty stanowią większą przeszkodę. W ograniczeniu kosztów pomocne jest coraz lepsze oprogramowanie projektowe i symulacyjne, w tym narzędzia do wizualizacji przestrzennej oraz do mechaniki. Są liczne symulatory: elektryczne, elektromagnetyczne, do symulacji warunków termicznych, dzięki czemu wiele szczegółów konstrukcji daje się ustalić i dopracować przed wykonaniem fizycznego prototypu, szybciej i sprawniej, a więc taniej. W takich sytuacjach z pomocą przyjść mogą biura inżynierskie, oferujące kompleksowe usługi związane z projektowaniem urządzeń elektronicznych, często poszerzane o m.in. tworzenie oprogramowania, konstrukcji mechanicznej, projektu obudowy, systemów chłodzenia, właściwego poziomu ochrony elektromagnetycznej i środowiskowej, jak również wzornictwa i projektu plastycznego. Pomoc ekspertów z zewnątrz może być szczególnie przydatna w obszarach wymagających dużej wiedzy specjalistycznej, jak np. szybkie układy analogowe, integralność sygnałowa, przetwarzanie sygnałów cyfrowych, technika mikrofalowa, komunikacja radiowa czy zagadnienia antenowe. Sprzętowy i czasowy próg wejścia do każdej z tych dziedzin jest bardzo wysoki, zaś czas zawsze pozostaje jednym z najcenniejszych i najbardziej deficytowych zasobów każdego zespołu projektowego.

Wiedza i postrzeganie pracy projektowej wśród klientów

Dużym problemem we współpracy jest tzw. arduinizacja rynku, bardzo łatwo można osiągnąć funkcjonujący model urządzenia, który nie spełnia żadnych norm, nie nadaje się do produkcji, ale w ocenie zlecającego "wszystko działa", zatem "technologizacja" produktu powinna zająć przysłowiowy tydzień pracy i kosztować przysłowiową złotówkę. Takie zachowanie przywołane w komentarzu jednej z ankiet oddaje postrzeganie pracy inżynierskiej przez rynek. Oczywiście nie zawsze i nie przez każdego, niemniej jest to widoczne. W sprzedaży jest wiele modułów elektronicznych produkowanych przez firmy chińskie, które realizują podstawowe funkcje związane z zasilaniem, komunikacją, wyświetlaniem i podobnymi zagadnieniami. Modułów takich jest mnóstwo, tworzą one klocki do testowania koncepcji, bawienia się elektroniką w ramach hobby lub też tworzenia amatorskich konstrukcji. Atutem modułów jest niska cena, która wynika ze skali produkcji, tanich komponentów użytych do produkcji, czasem nawet nieoryginalnych i słabej jakości. Moduły nie mają dokumentacji, a z racji ceny uszkodzony komponent trafia do śmieci, a nie jest zwracany. Sprzedaje je mnóstwo firm handloDużym problemem we współpracy jest tzw. arduinizacja rynku, bardzo łatwo można osiągnąć funkcjonujący model urządzenia, który nie spełnia żadnych norm, nie nadaje się do produkcji, ale w ocenie zlecającego "wszystko działa", zatem "technologizacja" produktu powinna zająć przysłowiowy tydzień pracy i kosztować przysłowiową złotówkę. Takie zachowanie przywołane w komentarzu jednej z ankiet oddaje postrzeganie pracy inżynierskiej przez rynek. Oczywiście nie zawsze i nie przez każdego, niemniej jest to widoczne. W sprzedaży jest wiele modułów elektronicznych produkowanych przez firmy chińskie, które realizują podstawowe funkcje związane z zasilaniem, komunikacją, wyświetlaniem i podobnymi zagadnieniami. Modułów takich jest mnóstwo, tworzą one klocki do testowania koncepcji, bawienia się elektroniką w ramach hobby lub też tworzenia amatorskich konstrukcji. Atutem modułów jest niska cena, która wynika ze skali produkcji, tanich komponentów użytych do produkcji, czasem nawet nieoryginalnych i słabej jakości. Moduły nie mają dokumentacji, a z racji ceny uszkodzony komponent trafia do śmieci, a nie jest zwracany. Sprzedaje je mnóstwo firm handlowych, ale ustalenie faktycznego producenta graniczy z niemożliwością. Stąd za ten produkt nikt nie bierze odpowiedzialności, a niespełnianie norm jest problemem kupującego. Takie moduły dla niektórych osób tworzą cenowy i funkcjonalny punkt odniesienia. Skoro można, wydając kilkanaście złotych, mieć zrobiony w pół godziny prototyp działający w oparciu o biblioteki oprogramowania open source, to znaczy, że projektowanie to praca szybka, łatwa i nieskomplikowana. Z tak ustawioną optyką postrzegania rzeczywistości niełatwo jest polemizować.

Złożoność prowadzi do specjalizacji

Tak samo jak nie da się znać na wszystkim w pracy zawodowej i trzeba się specjalizować w jakiejś dziedzinie, tak samo w zakresie projektowania trudno zapewnić pełną kompleksowość tematyczną. Konieczna jest specjalizacja, a więc ukierunkowanie oferty na pewien zakres zagadnień. Pogłębiająca się specjalizacja to także splot wielu procesów. Pierwszy i chyba najważniejszy to duży koszt niezbędnych narzędzi, drugi to szybkie zmiany technologiczne na rynku elektroniki, którym dotrzymanie kroku przez projektantów wymaga skupienia uwagi. Biura projektowe też się specjalizują, jedne mniej, inne bardziej. Nawet jeśli specjalizacja nie jest dosłownie wymieniona w opisach, widać ją w referencjach od klientów, na liście dokonań i zrealizowanych projektów, a nawet w profilach pracowników. Specjalizacja w projektowaniu jest tym samym procesem, jaki widzimy w medycynie i póki nie jest bardzo wąska, stanowi czynnik pomocy, a nie przeszkodę. Nikt przecież nie powiedział, że relacje między klientem a usługodawcą muszą być proste. Równie dobrze zlecenie może realizować grupa dwóch lub więcej biur projektowych zespolonych w grupę, klaster lub jakieś inne modne określenie dla zbioru większego niż jeden.

Biura projektowe obecne w Polsce

Większość biur projektowych to małe przedsiębiorstwa zatrudniające kilka osób, czasem jest to nawet jednoosobowa działalność gospodarcza. Równie popularną formą działalności jest oferowanie usług przez firmy EMS, dla których są one elementem kompleksowości biznesu i metodą na przyciągnięcie klienta do produkcji w sytuacji, gdy nie ma on gotowego projektu. Niemniej małe wyspecjali zowane biura mają ograniczony dostęp do kapitału i rozwijają się dość wolno. Utrzymanie się na rynku wymaga wysokich kompetencji zatrudnianych inżynierów i biegłej znajomości wielu technologii, a to niestety dużo kosztuje. Potrzebne jest oprogramowanie EDA, narzędzia do mikrokontrolerów, komputery i inny sprzęt. W grupie takich firm, których kapitałem prawie wy łącznie są kompetencje kadry, niełatwo o dofinansowanie z UE na zakup sprzętu i rozwój, przez co branża żyje od zlecenia do zlecenia. Ale zleceń przybywa, tak samo jak biur i bezsprzecznie rozwój ewolucyjny jest. Przed sektorem cały czas jest dobra przyszłość wobec braku na rynku inżynierów ze stażem i doświadczeniem w projektowaniu elektroniki spełniającej normy. Płace tej grupy zawodowej są dość wysokie i stale rosną, co przekłada się na koszty projektów ponoszone przez producentów elektroniki. Wielu dobrych projektantów z czasem otwiera swoje własne firmy, produkcyjne lub projektowe, co jeszcze bardziej będzie w przyszłości skłaniać producentów do tego, aby oddawali projekty na zewnątrz. Działalności biur projektowych sprzyja ponadto obecne w branży od przeszło dekady zainteresowanie wysoką jakością, zlecenia od wojska i branż profesjonalnych. Wielu producentów pracuje nad poprawą zaawansowania swoich produktów, często poprzez rozszerzenie oferty i inwestycje w projekt nowego urządzenia elektronicznego. To samo dotyczy nowych technologii interfejsu użytkownika, a więc kolorowych wyświetlaczy graficznych i paneli dotykowych.

Laboratoria badania urządzeń elektronicznych

Badania urządzeń elektronicznych pod kątem kompatybilności elektromagnetycznej, odporności na wpływ środowiska oraz na narażenia mechaniczne stały się w ostatnich latach częścią zapewnienia wysokiej jakości w elektronice oraz istotnym elementem procesu projektowania. Badania i pomiary w laboratoriach tworzą więc w pracy inżynierskiej niezbędne sprzężenie zwrotne, praktycznie weryfikujące zastosowane rozwiązania układowe i jakość wybranych komponentów. Dlatego ich znaczenie rynkowe będzie cały czas rosło, a zakres realizowanych badań będzie się nieustannie poszerzał.

Zainteresowanie kontrolą i oceną sprzętu elektronicznego zwiększa się ponadto z uwagi na coraz większą wiedzę firm w tym zakresie oraz świadomość ryzyka. Współpraca na arenie międzynarodowej i wspólny rynek europejski wymuszają na krajowych producentach urządzeń i systemów przeprowadzanie badań w niezależnych, akredytowanych jednostkach. Z kolei konieczność minimalizacji kosztów zmusza do wprowadzania korekt w projekcie na wczesnym etapie, bo później, kiedy jest już w produkcji, jest to bardzo kosztowne, a czasem nawet niemożliwe do wykonania. Badania są także metodą ograniczania ryzyka biznesowego, bo sprzęt niespełniający wymogów wymaga wycofania z rynku i zapłacenia kary. Nawet jeśli to ryzyko jest niewielkie, wiele firm nie lekceważy go, bo drobne z punktu widzenia firmy oszczędności mogą po długim czasie przynieść ogromne straty wizerunkowe i finansowe.

Ocena zgodności, czyli jakości

Badania urządzeń elektronicznych w coraz większym stopniu kojarzą się z wysoką jakością produktów, a klienci coraz bardziej zwracają uwagę na dokumenty i certyfikaty potwierdzające zgodność z wymaganiami. Być może jest to trochę spowodowane dużą liczbą nadużyć, jakie towarzyszyły procesowi oceny zgodności, a więc temu, że dawniej dokumenty nie miały pokrycia w rzeczywistości. Dokumenty z badań wystawione przez akredytowaną placówkę będącą tzw. zaufaną stroną mają obecnie na rynku realną wartość. Widać też zwiększające się zainteresowanie dodatkowymi badaniami, a więc tymi niewymaganymi przepisami. To także znak, że w branży docenia się starania producenta w zakresie potwierdzenia jakości. Jest to naturalna przeciwwaga dla potencjału zalewającej rynek tysiącami sztuk tandety.

Kompleksowa oferta badań jest pożądana przez klientów

Klienci laboratoriów badawczych w głównej mierze oczekują kompleksowości wykonywanych usług. Urządzenia elektroniczne powinny spełniać wymagania w zakresie badań mechanicznych, środowiskowych, materiałowych, EMC i elektrycznych. Dopiero wówczas można potwierdzić ich jakość, bezpieczeństwo użytkowania i niezawodność. Możliwość realizacji pełnego zakresu badań w jednej jednostce jest bardzo istotna.

Pełne spektrum badań urządzeń elektronicznych to obszerny katalog testów obejmujący badania związane z kompatybilnością elektromagnetyczną, bezpieczeństwem użytkowania, a w dalszej kolejności klimatyczne, mechaniczne i funkcjonalne (m.in. poziomu hałasu).

Takie specjalistyczne obszary to także badania odporności na impulsy HPEM (dużej mocy), badania odporności urządzeń na anomalie występujące w sieciach zasilających m.in. zmiany częstotliwości sieci zasilającej, wahania napięcia, zniekształcenia przebiegu napięcia itp., badania zaburzeń od urządzeń PLC pracujących w liniach niskiego napięcia. Jeszcze bardziej specjalistycznie wyglądają badania fotobiologiczne, temperatury barwowej i wskaźnika oddawania barw, a także oddziaływania fal elektromagnetycznych na organizm ludzki.

Częścią oferty usług badawczych są także okresowe badania aparatury pomiarowej. Takie usługi są wymagane w stosunku do mierników wykorzystywanych do wymaganych prawnie kontroli instalacji związanych z bezpieczeństwem pracy (BHP), okresową kontrolą instalacji elektrycznych, kontrolą mierników do badań klimatu itd. Aparatura w takich działaniach musi zapewniać bezdyskusyjny poziom jakości metrologicznej, co oznacza jej okresową kalibrację. Te usługi bardzo często świadczą producenci aparatury pomiarowej, bo oni i tak muszą mieć kalibratory do celów realizowanej produkcji, więc na ich bazie mogą świadczyć usługi, a poza tym są najlepiej przygotowani merytorycznie do takich działań. Kalibracja aparatury pomiarowej jest też częścią usług posprzedażnych, a więc takich jak serwis gwarancyjny i pogwarancyjny dla dystrybutorów aparatury pomiarowej, którzy traktują ją jako element kompleksowej obsługi klienta.

Firm niezależnych zajmujących się kalibracją mierników raczej nie ma, bo rynek jest niewielki, a dodatkowo bliska współpraca z producentem, czyli możliwość uzyskania dokumentacji, jest w tej pracy kluczowa.

Placówki badawcze w polsce

Placówki badawcze zaliczają się w większości do jednej z trzech grup profilowych. Pierwszą tworzą jednostki przynależne do uczelni lub instytutu badawczego. Laboratoria takie są znakomicie wyposażone w aparaturę, mają kompetentną kadrę techniczną i w coraz większym stopniu otwierają się na współpracę z przemysłem.

Uczelnie i instytuty naukowe aparaturę do badań sprzętu elektronicznego kupują jako narzędzia do prowadzenia prac naukowych oraz do kształcenia studentów w ramach grantów badawczych lub też korzystają z programów akademickich producentów aparatury i oprogramowania. Pozwalają one zgromadzić niezłe zaplecze pomiarowe, a dodatkowo kadra naukowa jest w stanie zapewnić wysoki poziom kompetencji badawczych. Takich placówek jest najwięcej, bo poza kilkoma politechnikami (Wrocławska, Łódzka, Gdańska, Rzeszowska, WAT) mamy jeszcze instytuty wchodzące w skład sieci Łukasiewicz oraz ośrodki badawczo-rozwojowe. W sumie takich placówek jest w naszym zestawieniu 17, a w rzeczywistości jeszcze więcej, gdyż doliczyć trzeba placówki przypisane do urzędów, np. UKE.

Specjalizacja w dużych placówkach badawczych wynika najczęściej z profilu jednostki macierzystej, np. pomiarami urządzeń radiokomunikacyjnych może się zajmować laboratorium Instytutu Łączności, badaniami sprzętu medycznego, górniczego i systemów wojskowych także powiązane tematycznie instytuty, jak ITAM, WZŁ, WITU, Emag, Komag itp.

Drugą grupę tworzą działy badawcze istniejące przy producentach elektroniki, których laboratoria są częścią działalności badawczo-rozwojowej, zapewnienia jakości i kontroli produkcji. Takich działów w kraju mamy wiele, ale tylko część firm jest otwarta na klientów z zewnątrz. Ich oferta badań zwykle jest pochodną działalności produkcyjnej i dotyczy badań bezpieczeństwa, klimatycznych, wzorcowania i kalibracji aparatury pomiarowej i podobnych, np. firmy Sonel.

Trzecią grupę tworzą dostawcy produktów związanych z kompatybilnością EMC, dystrybutorzy, którzy mają kompetencje, kontakty oraz wiedzę w tym zakresie oraz będące w zdecydowanej mniejszości laboratoria niezależne. Z reguły są to placówki bez akredytacji, skupiające się na wsparciu projektantów.

Oprogramowanie CAD – definicja, rodzaje oraz zastosowania

Oprogramowanie CAD (Computer Aided Design) stanowi podstawowe narzędzie pracy inżynierów wytwarzających dwuwymiarowe rysunki techniczne oraz trójwymiarowe modele obiektów. Oprogramowania CAD pozwala znacznie szybciej i efektywniej wykonywać schematy techniczne oraz modele obiektów, niż gdyby to samo zadanie realizowane było za pomocą ręcznych technik kreślarskich. Modelowanie komputerowe jest ponadto znacznie tańsze, ponieważ istotnie ogranicza użycie materiałów na etapie projektowania i prototypowania.

Oprogramowanie CAD podzielić można na dwa podstawowe typy – dwuwymiarowe (2D) oraz trójwymiarowe (3D). Niekiedy wyróżnia się również oprogramowanie typu 2.5D, będące rozwiązaniem pośrednim pomiędzy dwoma podstawowymi typami.

Na początku lat 70. XX wieku powstały pierwsze wersje oprogramowania typu 2DCAD, które faktycznie weszły do powszechnego użytku w różnych branżach przemysłu, często zastępując rozwiązania tworzone uprzednio na wewnętrzne potrzeby pojedynczych dużych przedsiębiorstw.

Oprogramowanie typu 2DCAD wykorzystuje podstawowe kształty geometryczne, takie jak linie, prostokąty, łuki oraz okręgi w celu tworzenia "płaskich", dwuwymiarowych rysunków. Pozwala również na wykonywanie adnotacji na schematach, umożliwiając umieszczanie różnego rodzaju tekstów, np. informacji o wymiarach.

Ten rodzaj CAD może być wykorzystywany do wykonywania planów, szczegółowych schematów konstrukcji, jak też np. przekrojów oraz profili poszczególnych elementów systemu. Na tego typu rysunkach przedstawić można też wzajemne położenie obiektów. Do innych standardowych funkcjonalności tego typu oprogramowania zaliczyć można możliwość wykreślania krzywych Beziera, linii łamanych, linii typu spline, obszarów kreskowanych, a także generowanie BOM. Do popularnych aplikacji tego typu zaliczyć można m.in. AutoCAD (wczesne wersje), LibreCAD, CATIA oraz MEDUSA4.

Niektóre rodzaje oprogramowania stanowią rozwiązanie pośrednie pomiędzy CAD2D oraz CAD3D, co niekiedy określane jest mianem CAD2.5D. Tak jak w przypadku CAD2D, ten rodzaj oprogramowania reprezentuje głębię obiektów za pomocą kształtów geometrycznych, jednak wykorzystuje też technikę map konturowych do wizualizacji wysokości poszczególnych punktów. Tego typu oprogramowanie spotyka się przede wszystkich w systemach przeznaczonych do obsługi frezarek CNC w celu uproszczenia projektowania elementów zawierających wiele płaski powierzchni o różnych głębokościach.

CAD3D upowszechniło się wraz ze wzrostem mocy obliczeniowej procesorów oraz kart graficznych. W przypadku tego typu oprogramowania możliwe jest tworzenie rzeczywiście trójwymiarowych modeli obiektów, umożliwiają lepszą wizualizację oraz łatwiejsze wykrywanie potencjalnych defektów. Wśród aplikacji CAD3D wyróżnia się trzy podstawowe rodzaje modelowania trójwymiarowego (niekiedy wszystkie z nich mogą być dostępne w ramach jednego środowiska pracy):

• Solid modeling – obiekt modelowany jest jako bryła, zatem aplikacja jest w stanie odwzorować dokładną geometrię obiektu obejmującą całą jego powierzchnię oraz objętość, uwzględniając również strukturę wewnętrzną.
• Wireframe modeling – obiekt modelowany jest za pomocą zbioru linii reprezentujących wszystkie jego krawędzie, bez informacji na temat jego powierzchni oraz struktury wewnętrznej.
• Surface modeling – modelowana jest zewnętrzna powierzchnia obiektu. Ten typ modelu jest szczególnie popularny w przypadku skomplikowanych oraz złożonych projektów.

Do popularnych aplikacji CAD 3D zaliczyć można Autodesk, ZW3D, Blender oraz CATIA V5.

Format plików CAD

Co do zasady formaty plików wykorzystywane w oprogramowaniu typu CAD podzielić można na dwa rodzaje – formaty natywne oraz neutralne.

Neutralne formaty plików umożliwiają przenoszenie projektu pomiędzy różnymi platformami i środowiskami, z zachowaniem dokładnego odwzorowania kształtu i formy modelowanego obiektu. Odpowiednikiem tego typu koncepcji jest format PDF dla plików tekstowych. Co ciekawe, w modelowaniu 3D również spotkać można się z tym formatem, określanym jako pdf 3D. Do innych neutralnych formatów zaliczyć można STEP (Standard for the Exchange of Product model data, .stp, .step), STL (Stereo Litography, .stl), IGES (Initial Graphics Exchange Specification, .igs, .iges) oraz DXF (Drawing Interchange Format .dxf). Tego typu formaty zapewniają przynajmniej częściową przenoszalność projektu pomiędzy różnymi środowiskami, z reguły wiążą się jednak z utratą części danych, specyficznych dla danego środowiska pracy (w przeciwieństwie do formatów natywnych). Należy również liczyć się z tym, że eksport/ import tych formatów nie zawsze przyniesie rezultaty zgodne z oczekiwanymi i niektóre elementy projektu wyglądać będą nieco inaczej niż w pliku źródłowym.

Większość aplikacji CAD ma format natywny, który jest domyślnym rozszerzeniem plików projektowych. Format ten z reguły nie jest w żaden sposób kompatybilny z innymi rodzajami oprogramowania, za to zapewnia najwyższą wydajność oraz możliwość skorzystania z wszystkich funkcjonalności oferowanych przez środowisko pracy. Przykładowe formaty natywne to m.in. .dwg (dla AutoCAD), .sldprt/.sldasm (dla SolidWorks), .CATPart/.CATProduct (dla CATIA V5) czy .SchDoc/.PcbDoc (dla Altium).

Popularne programy typu CAD

Współcześnie oprogramowanie typu CAD obecne jest w niemal wszystkich branżach związanych z wytwarzaniem jakichkolwiek produktów. Wspiera pracę inżynierów oraz projektantów w całym cyklu projektowym. Poniżej przedstawiono krótki opis kilku popularnych programów CAD – niektóre z nich przeznaczone są do szerokiej gamy zastosowań, zaś inne do konkretnych branż.

AutoCAD to jeden z najstarszych i najbardziej popularnych programów typu CAD, jego historia sięga początku lat 80. XX wieku. Jest powszechnie stosowany w przemyśle oraz budownictwie. Wspiera tworzenie modeli 2D oraz 3D. Cechą charakterystyczną AutoCAD jest możliwość stosowania specjalistycznych nakładek, przeznaczonych dla poszczególnych branż. Dzięki otwartej architekturze możliwe jest również tworzenie własnych nakładek, z czego korzysta wiele firm projektowych i produkcyjnych.

Oprogramowanie Solidworks przeznaczone jest głównie do tworzenia trójwymiarowych modeli obiektów, aczkolwiek może pracować również z modelami 2D. Pozwala na tworzenie modeli złożeniowych, rysunków technicznych, symulacji ruchu i obciążenia, a także animacji. Zostało zaprojektowane do pracy z systemami sięgającymi kilkunastu tysięcy elementów. Często wykorzystywane do projektowania narzędzi i form przemysłowych.

CATIA to jeden z najbardziej wszechstronnych i rozbudowanych środowisk typu CAD. Pozwala w pełni zarządzać i kontrolować całym cyklem życia produktu. Jest bardzo popularne w przemyśle lotniczym oraz motoryzacyjnym. Do użytkowników tego systemu zaliczyć można takie koncerny jak Boeing, Airbus, NASA, Volkswagen oraz Lockheed Martin.

Altium to środowisko stworzone z myślą o projektowaniu obwodów drukowanych oraz układów elektronicznych. Pozwala m.in. na tworzenie schematów elektrycznych oraz rysowanie mozaiki ścieżek PCB. Umożliwia też generowanie BOM, plików produkcyjnych oraz trójwymiarowe modelowanie obwodu wraz z umieszczonymi na nim komponentami. Oprogramowanie do tego celu często nazywa się "CAD-em elektrycznym", aby odróżnić jego funkcjonalność od "CAD-a mechanicznego". Inna nazwa to oprogramowanie EDA (Electronic Design Automation). Producentami programów EDA są ponadto Cadence Design Systems, Mentor Graphics, Synopsis.

FreeCAD to oprogramowanie typu open source, które pozwala na generowanie dwu- oraz trójwymiarowych modeli dla wielu obszarów zastosowań, jak np. mechanika oraz architektura. Dzięki temu, że jest darmowe, jest często wybierane w niewielkich projektach lub podczas nauki.

Zastosowania

Jak już wspomniano, oprogramowanie CAD znajduje zastosowanie w zasadzie w każdej branży związanej z wytwarzaniem, projektowaniem oraz konstrukcją dowolnych obiektów. Poniżej przedstawiono i pokrótce omówiono użyteczność CAD w wybranych obszarach.

Zarówno poszczególne podzespoły, jak i całe pojazdy, takie jak samochody osobowe, ciężarówki, samoloty, a nawet promy kosmiczne są wstępnie projektowane oraz prototypowane za pomocą CAD. Model stworzone w tego typu programach mogą być poddawane symulacjom pod kątem wytrzymałości struktury, właściwości aerodynamicznych, bezpieczeństwa oraz wielu innych aspektów. To wszystko zaś możliwe jest do realizacji przed konstrukcją jakiegokolwiek fizycznego prototypu. CAD jest również wykorzystywane w automatyzacji procesów produkcyjnych, służąc m.in. do generowania dokumentacji produkcyjnej.

Plany architektoniczne i budowlane to szczególny rodzaj rysunku technicznego. CAD znacząco ułatwia wykonywanie tego typu dokumentacji – przykładowo umożliwia generowania rozkładu pomieszczeń na poszczególnych piętrach oraz przekroju budynku na podstawie uprzednio stworzonego trójwymiarowego modelu konstrukcji. Pozwala przy tym na zachowanie skali oraz geometrycznych proporcji poszczególnych pomieszczeń. Podobnie jak w przypadku zastosowań przemysłowych, konstruktorzy budynków i innych obiektów budowlanych mogą wykorzystać modele do różnego rodzaju testów i symulacji, np. pod kątem wytrzymałości ich struktury na obciążenia, efektywności energetycznej, czy wymagań dotyczących oświetlenia wnętrz.

W przypadku obiektów inżynierii lądowej dużym benefitem jest również możliwość odwzorowania otoczenia projektowanej instalacji, np. odwzorowanie topografii terenu wokół mostu lub drogi, a także symulacji wpływu konstrukcji na to środowisko.

Branża medyczna korzysta z CAD m.in. w celu projektowania różnego rodzaju protez, implantów oraz innych produktów wymagających dostosowania do indywidualnych potrzeb pacjentów.

Jak już wielokrotnie wspomniano, CAD pozwala projektować zarówno całe maszyny i systemy, jak też poszczególne ich części. Stworzony model można zaś poddawać testom pod kątem wytrzymałości, wydajności oraz funkcjonalności. Większość środowisk CAD umożliwia generowanie danych dla maszyn CNC oraz drukarek 3D, co pozwala na szybkie uruchomienie produkcji projektowanych komponentów.