Sprzęt i usługi do produkcji małoseryjnej i prototypowej

Projektowanie elektroniki staje się kosztowne i coraz trudniejsze. Projektant musi znaleźć kompromis dla wielu przeciwstawnych zagadnień technicznych i zmieścić się w budżecie z kosztami. Do tego dochodzą ponadto badania, certyfikaty i konieczność spełnienia norm branżowych. A wszystko to trzeba zapewnić w krótkim czasie, przez co swoboda konstrukcyjna jest dzisiaj znacznie mniejsza niż kiedyś. Dodatkowo czas życia rozwiązań układowych, technologii i standardów nieustannie się skraca, stąd w pracach projektowych nierzadko trzeba sięgać po to, co właśnie się pojawiło. Czas, jaki zostaje na analizę potencjału danych technologii, jest już krótki i nie należy oczekiwać, że w przyszłości będzie lepiej, bo tempo rozwoju całej elektroniki rośnie, a dodatkowo na rynku jest wiele rozwiązań równoważnych od strony technicznej i technologii podobnych do siebie. To, na co warto postawić, nierzadko determinują dostępne narzędzia. W takiej rzeczywistości prototypowanie zyskuje na znaczeniu, bo zapewnia skrócenie czasu pracy.

Pandemia i związane z nią problemy logistyczne, zamknięcia biznesów i kłopoty z dostępnością towaru wprowadziły na rynek wiele niepewności. Dla jednych sytuacja ta okazała się wielką szansą i możliwością ogromnego zarobku, innym przysporzyła wielkich strat. Jeśli chodzi o branżę elektroniki, to patrząc z perspektywy miesięcy na to, co zaszło, można powiedzieć, że pogłębiła ona polaryzację rynku. Mniejsze firmy zaczęły się borykać ze spadkiem zamówień, większymi cenami, rosnącymi kosztami działalności i inflacją. Z kolei duże międzynarodowe korporacje kontynuują wzrost produkcji i inwestycje, bo mają na tyle silną pozycję oraz możliwości kapitałowe, że przed wieloma negatywnymi zjawiskami są w stanie skutecznie się bronić.

Oczekiwania klientów w zakresie produktów i usług związanych z prototypowaniem

 

Oczekiwania klientów w stosunku do dostawców sprzętu do prototypowania nie wyróżniają się niczym szczególnym ani też nie odbiegają od tych, które można zaobserwować w innych grupach produktowych. Klienci zawsze są zainteresowani wysoką jakością, niską ceną, krótkim czasem realizacji usług, a w dalszej kolejności wysokimi kompetencjami dostawcy i usługodawcy.

Kłopoty z dostępnością i rosnące ceny

Od roku rynek komponentów elektronicznych zmaga się z wydłużonymi czasami dostaw, gorszą dostępnością produktów i w konsekwencji rosnącymi cenami podzespołów, materiałów oraz transportu oraz długim czasem oczekiwania na ich produkcję. W konsekwencji sytuacja na rynku prototypowania urządzeń elektronicznych również jest bardzo dynamiczna. Ceny zwiększają się na skutek splotu wielu czynników, takich jak wzrost kosztów surowców, transportu, kosztów pracy, na skutek dużej inflacji pojawiającej się przy okazji tłumienia skutków pandemii, a także tego, że duży popyt rynku pozwala na podwyżki. Ceny zwiększają się także dlatego, że w wielu grupach towarowych przez długi okres marże produkcyjne były małe, co nie pozwalało na inwestycje i rozwój technologii. Pandemia i alokacja stały się okazją do wyrwania się z dyktatu niskiej ceny i tę szansę wielu producentów wykorzystuje.

Wprawdzie kłopoty na rynku zaczęły się od mikrokontrolerów, ale niedługo później te pierwotne problemy rozchwiały cały rynek, bo producenci elektroniki, przewidując wychodzenie gospodarki z kryzysu, zaczęli zamawiać spore partie elementów do planowanej produkcji. Część firm kupowała podzespoły na zapas, inne przestały kupować po to, aby ograniczyć potencjalne straty.

Podrożały metale, a z nimi laminaty i płytki drukowane oraz stopy lutownicze. Tak samo wzrosły ceny tworzyw sztucznych, a w konsekwencji produktów chemicznych, jak lakiery, farby, materiały izolujące. W kolejności większe ceny środków do produkcji, a także koszty pracy plus inflacja przełożyły się na ceny urządzeń i usług.

Zwłaszcza w prototypowaniu, gdzie liczy się czas, jest to sytuacja krytyczna i zmuszająca klientów do poszukiwań producentów posiadających wymagany materiał lub dostęp do szybkich zakupów.

Miniaturyzacja sprzyja rynkowi urządzeń do prototypowania

Zapotrzebowanie na usługi związane z prototypowaniem elektroniki i sprzętem niezbędnym do tego ciągnie w górę miniaturyzacja. Współczesna elektronika jest coraz bardziej złożona, a jednocześnie coraz mniejsza, lżejsza, bardziej mobilna. Stąd nawet jeśli potrzebna jest tylko jedna sztuka, nie da się wykonać jej ręcznie. Montaż ręczny płytek PCB daje się wykonać w przypadku elementów o rozmiarze nie mniejszym niż 0603, o ile oczywiście nie ma obudów BGA i podobnych z padami umieszczonymi pod spodem lub wyświetlacza, który wymaga zgrzania taśmy elastycznej. Wówczas bez wsparcia się urządzeniami nie da się zmontować nawet jednej płytki. Dlatego miniaturyzacja wymusza wykonanie prototypu w normalnym procesie produkcji.

Ponadto w obudowach jest coraz mniej miejsca, bo trzeba zmieścić ogromną liczbę podzespołów, pojemny akumulator, system chłodzenia, dodatkowy filtr lub ekran i oczywiście duży wyświetlacz. W efekcie wiele nowych konstrukcji pod względem precyzji wykonania, upakowania i rozwiązań konstrukcyjnych detali mechanicznych przypomina szwajcarskie zegarki.

Pozytywnym aspektem wiążącym się z miniaturyzacją jest wzrost zaawansowania technicznego urządzeń wypychający z rynku słabszych producentów pod względem stosowanej technologii oraz w pewnym stopniu eliminujący też tandetę. Maleńkie elementy wymagają posiadania parku maszynowego najwyższej klasy.

Takie procesy silnie oddziałują na produkcję elektroniki, gdyż producenci muszą brać pod uwagę przy planowaniu działalności takie zjawiska i dostosowywać się, kupując odpowiednie narzędzia i sprzęt lub też oddając etapy produkcji do kooperantów.

Najważniejsze cechy oferty brane pod uwagę przy wyborze dostawcy/usługodawcy

 

W zestawieniu najbardziej istotnych dla klientów kryteriów ofert handlowych związanych z urządzeniami i usługami dotyczącymi z prototypowaniem elektroniki za najbardziej istotną uznano niską cenę, potem jakość i niezawodność. W porównaniu do podobnych wykresów, wykonywanych na potrzeby innych grup produktowych, warto dostrzec w tym przypadku wysokie miejsce zajęte przez długotrwałą współpracę z dostawcą oraz rolę dostępnej kompletnej oferty produktów. Paradoksalnie krótki termin dostawy wcale nie jest taki istotny – na skutek trudniejszej rzeczywistości pozycja ta ustąpiła na rzecz długotrwałej współpracy z dostawcą, która zwykle nie była tak uwypuklona.

Usługi zewnętrzne związane z prototypowaniem

Poza sprzętem ukierunkowanym na produkcję małych serii produktów, istotną część rynku tworzą usługi świadczone przez wyspecjalizowane firmy. Do najpopularniejszych rodzajów takich działań zaliczyć można, poza oczywiście wykonywaniem PCB i montażem podzespołów, produkcję wiązek kablowych, wytwarzanie elementów metodą druku 3D, usługi projektowania i testowania oraz badania i certyfikację. Samodzielna realizacja takich zagadnień nie zawsze jest opłacalna z ekonomicznego punktu widzenia, przede wszystkim z powodu wymaganych dużych nakładów finansowych związanych z zakupem sprzętu, zatem często bardziej sensowne jest skorzystanie z usług firm zewnętrznych.

Zleceniodawcami tego typu zadań mogą być nie tylko przedsiębiorstwa działające w branży, ale również (a może nawet przede wszystkim) podmioty niezajmujące się na co dzień elektroniką lub zajmujące się nią dodatkowo, jako jednym z wielu elementów funkcjonowania firmy. Podmioty te nie zawsze mają odpowiednie zaplecze konstruktorskie, pozwalające na szybką oraz skuteczną realizację planowanych projektów. Skorzystanie z usług zewnętrznego dostawcy jest dla nich zdecydowanie szybsze oraz bardziej efektywne ekonomicznie od inwestycji w sprzęt i utrzymania własnego zespołu inżynierskiego.

Najbardziej perspektywiczne obszary aplikacyjne z punktu widzenia prototypowania

 

Za najbardziej perspektywiczne obszary aplikacyjne związane z urządzeniami i narzędziami do prototypowania elektroniki uznano obszar IoT i elektronikę mobilną, a także rozwiązania dla przemysłu. Są to tematy, w których w ostatnich latach pojawia się wiele nowości produktowych, a liczne krajowe firmy kierują tam swoją aktywność, także te mniejsze bez rozbudowanego zaplecza produkcyjnego. IoT jest też jednym z najbardziej popularnych kierunków rozwoju wybieranych przez startupy. Wysoko oceniono też potencjał kryjacy się w aplikacjach medycznych.

Przykładem usług, które z reguły są wykonywane przez firmy zewnętrzne, jest druk 3D, ważną częścią usług związanych z prototypowaniem są także badania urządzeń. Chodzi o kontrole wykonywane podczas procesu projektowania, które mają na celu sprawdzenie możliwie jak najwcześniej, czy czegoś nie trzeba poprawić lub zmienić, bo np. wychodzą zakłócenia (tzw. precompliance). Świadczą je laboratoria badawcze (akredytowane lub nie) i są to też finalne testy zgodności z normami wykonywane na koniec procesu przygotowania urządzenia do produkcji. Poza badaniami w zakresie kompatybilności weryfikacje laboratoryjne dotyczą testów klimatycznych, narażeń mechanicznych (np. odporności na upadek), bezpieczeństwa użytkowania, a dalej specyficznych norm branżowych: medycznych, telekomunikacyjnych, wojskowych, pożarniczych i innych. W ten sposób usług kierowanych w stronę przygotowania prototypów jest sporo, bo dochodzą jeszcze specjalistyczne zagadnienia, jak 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 w oświetleniu, a także oddziaływania fal elektromagnetycznych na organizm ludzki.

Usługi związane z prototypowaniem w przyszłości będą się rozwijać, bo poza posiadaniem urządzeń w równym stopniu liczą się kompetencje pracowników. A im bardziej złożone zagadnienia, tym te kompetencje są ważniejsze.

Rosnące zainteresowanie markowym sprzętem

Ogólną tendencją w branży elektroniki jest zainteresowanie wysoką jakością produktów. Dla firm oznacza to dopracowanie szczegółów, gruntowne przetestowanie, do których prototypowanie jest niezbędne.

Prototypów wykonuje się coraz więcej i dzieje się tak pomimo istnienia coraz lepszych symulatorów, oprogramowania do wizualizacji przestrzennej, projektów mechanicznych i podobnych. Te dodatkowe prototypy zwykle dotyczą obszaru badań, a więc testów w zakresie kompatybilności, bezpieczeństwa elektrycznego i oceny środowiskowej, z uwagi na prowadzone badania precertyfikacyjne, bo zwykle testy prowadzą do mniejszych lub większych poprawek konstrukcyjnych.

Rośnie też świadomość klientów co do znaczenia jakości, a wiele krajowych firm pracuje na rzecz partnerów i kontrahentów z krajów Europy Zachodniej, co często oznacza konieczność utrzymania wysokiego poziomu obsługi.

Zapewnienie jakości, także dla tych próbnych serii, wymaga użycia dobrych narzędzi. Inaczej w razie problemów nie będzie wiadomo, co jest powodem usterki – błąd projektowy, wada materiału, uszkodzony komponent, a może jednak źle przygotowana produkcja serii próbnej. Wraz z pogłębiającą się i stale rosnącą złożonością i miniaturyzacją elektroniki coraz mniej szczegółów widać gołym okiem, stąd znaczenie zaawansowanego sprzętu stale się zwiększa.

Czynniki sprzyjające popytowi na usługi i produkty związane z prototypowaniem

 

Im więcej realizowanych projektów, im bardziej specjalistyczne oraz złożone urządzenia, tym znaczenie prac związanych z prototypowaniem elektroniki jest większe. Koszt pracy inżynierskiej także się zwiększa, stąd odchodzi się od ręcznego montażu, zwłaszcza że rzadko kiedy projekt kończy się na przygotowaniu jednego prototypu.

Biura inżynierskie są wsparciem dla firm

Postępujący rozwój elektroniki wymusza coraz większą specjalizację wśród osób zawodowo się nią zajmujących. Większość projektów, szczególnie tych bardziej złożonych, wymaga współpracy całych zespołów składających się z ekspertów o różnym doświadczeniu. Zajmując się elektroniką profesjonalną, bardzo trudno jest zachować ogólną specjalizację, zaś niemal każdy nowy projekt wymaga pogłębiania wiedzy przez wszystkich członków zespołu. W takiej sytuacji w wielu przypadkach rozsądna może się okazać decyzja o szukaniu możliwości projektowych poza firmą dla całości lub przynajmniej części projektu.

Biura inżynierskie oferują kompleksowe usługi związane z projektowaniem urządzeń elektronicznych, często poszerzane o dodatkową tematykę, mogącą dotyczyć m.in. tworzenia 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, przetwarzanie sygnałów cyfrowych, technika mikrofalowa, komunikacja radiowa czy zagadnienia antenowe. Próg wejścia do każdej z tych dziedzin jest bardzo wysoki, zaś czas zawsze pozostaje jednym z najcenniejszych i najbardziej deficytowych zasobów każdego zespołu projektowego.