Badania i rozwój

Usługi projektowania elektroniki

Za projektowanie urządzeń elektronicznych odpowiada nie tylko personel ze swoją wiedzą i doświadczeniem, ale również aparatura pomiarowa, posiadane narzędzia oraz specjalistyczne oprogramowanie. Zakup takiego wyposażenia jest kosztowny i nie do końca uzasadniony w przypadku rzadkich i jednorazowych projektów. 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.

Koszty to trudny temat

Mniejsze firmy, w tym z reguły większość start-upów, szuka na rynku wsparcia w zakresie projektu i prototypowania, a w dalszej kolejności certyfikacji, m.in. u producentów EMS lub w wyspecjalizowanych biurach inżynierskich. W każdym przypadku, a więc projektowania we własnym zakresie lub z wykorzystaniem biura, projekt oznacza spore koszty, które trzeba ponieść na przygotowanie założeń, wykonanie części sprzętowej, przygotowanie oprogramowania, a potem dopiero na prototyp i jego badania.

Niemniej wydaje się, że outsourcing w zakresie projektowania, o ile ma być zrobiony dobrze i szybko, nie może i nie będzie tani. Obecnie w tych usługach raczej chodzi o kompetencje, kadrę i doświadczenie, którego szuka się dzisiaj u partnerów zewnętrznych. Klienci oczekują wysokiej jakości usług w rozsądnej cenie i są gotowi zlecać pracę na zewnątrz, aby móc skupić się na rozwoju i sprzedaży samego produktu. To już kolejny etap rozwoju branży, gdyż jeszcze dekadę temu chodziło głównie o oszczędności.

Czynniki sprzyjające zlecaniu projektowania do biur zewnętrznych

 

Za najbardziej istotny czynnik sprzyjający współpracy z zewnętrznymi biurami projektowymi uznano brak kompetencji i odpowiednich specjalistów w zasobach firmy. Na drugim miejscu uplasowały się rosnące koszty działalności, a dalej wzrost złożoności elektroniki i tym samym coraz większa liczba zadań do wykonania, pamiętania i nadzorowania. Warto też zauważyć, że elektronika jest z każdym kolejnym rokiem coraz bardziej specjalistyczna, a wiele tradycyjnych urządzeń w coraz większym stopniu jest elektronizowanych – przykładem może być motoryzacja, która szybkim tempem odchodzi od systemów mechanicznych. Wsparcie się zewnętrznym biurem projektowym jest dla wielu takich przedsiębiorstw naturalnym wyborem.

Kłopoty z kadrą i konkurencją

Od wielu lat problemem rynku usług projektowych w zakresie elektroniki są kłopoty z wykwalifikowaną kadrą inżynieryjną. Jest to zjawisko wielowymiarowe, pozytywne lub negatywne, w zależności od wybranego punktu obserwacji rynku i miejsca, które obserwator zajmuje w branży.

Braki specjalistów u producentów elektroniki oraz duże koszty zatrudnienia takich osób 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.

Dla krajowych placówek zajmujących się projektowaniem braki kadrowe są jednocześnie kłopotem, bo o pracownika muszą one konkurować z dużymi i silnymi graczami zagranicznymi. Firmy takie przejmują wykwalifikowaną kadrę, tworząc konkurencję płacową i nie tylko, tj. zapewniając warunku rozwoju charakterystyczne dla dużych organizacji.

Czynniki przeszkadzające w zlecaniu projektowania poza firmę

 

Niezmiennie od lat najwięcej jest obaw o możliwy wyciek własności intelektualnej poza firmę (oprogramowania, szczegółów hardware), a znajdujące się na drugiej pozycji kryterium pt. chęć do integracji kompetencji w firmie, w praktyce wspiera to pierwsze. Firmy wolą, aby projekt tworzył zespół inżynierów pracujących w firmie, ale potrafią się zmierzyć z tym, że nie jest to cel absolutny.
Ostatnie kryterium znajdujące się na samym dole wykresu, a więc brak usług projektowych wysokiej jakości na rynku, to natomiast wielki komplement dla branży, która jest w stanie podejmować się realizacji najbardziej złożonych zagadnień.

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. Mamy też problem z drenowaniem rynku pracy przez duże firmy. Przedsiębiorstwa te mają bardzo duże potrzeby kadrowe i zatrudniają właściwie nieograniczoną liczbę inżynierów. Nęcą studentów zarobkami, benefitami, udogodnieniami.

Modernizacje urządzeń

Z uwagi na to, że duża część krajowego przemysłu elektronicznego w skali małych i średnich przedsiębiorstw jest powiązana w znacznej mierze z przemysłem, czas życia na rynku wielu produktów wytwarzanych przez krajowych producentów jest stosunkowo długi. Wiele aplikacji ma uniwersalny charakter wykorzystywany bez większych zmian przez lata. Stąd nierzadko takie projekty trafiają do zewnętrznych biur konstrukcyjnych na tzw. modernizacje. Jest to często korzystne, bo zespół konstruktorów można skierować do nowych zadań, natomiast starsze urządzenia nie wymagają długotrwałych uzgodnień, przygotowywania prototypów, testowania i ich unowocześnienie przez zewnętrzne biuro projektowe wydaje się naturalnym działaniem.

Modernizacja to zwykle przeprojektowanie płytki drukowanej pod elementy SMD zamiast przewlekanych, nierzadko zmiana wyświetlacza lub integracja nowocześniejszego zasilacza, lepszych złączy i podobne zmiany o ograniczonej głębokości. Przy okazji można dodać nowe funkcjonalności, nawet jeśli będą one tylko usunięciem znanych błędów konstrukcyjnych. Modernizacje dzisiaj zyskały na znaczeniu, bo dotyczą także rozwiązywania problemów zaopatrzeniowych.

Kto zwykle zleca projektowanie?

 

W dwóch trzecich przypadków projektowanie zlecają małe firmy, gdzie zasoby kadrowe są zbyt szczupłe, aby udźwignąć takie zadanie. Często są to firmy, których główny profil jest słabo powiązany z elektroniką, tymczasem w ostatnich czasach stała się ona niezbędną częścią ich pracy. Połowa odpowiedzi padła też na to, że kooperacja w projektach dotyczy przedsiębiorstw średniej wielkości, bo one prowadzą wiele takich zadań, często różnorodnych i wymagających i stowarzyszone biuro pomaga im spiąć pracę w czasie lub skupić się na najważniejszych aspektach.

Sektor przyszłościowy, ale rozwija się powoli

Rozwój rynku usług projektowych przebiega ewolucyjnie, a tempo zmian wyznacza w dużej mierze to, co dzieje się w kraju w zakresie nowych inwestycji, współpracy zagranicznej i ogólnego potencjału rynku od strony technicznej. W ostatnich latach rozwój przyspieszył, co jest zapewne wynikiem pandemii i akceptacji dla działań wykraczających poza firmę (praca, zlecenia) oraz dodatkowych zadań wynikających z problemów w łańcuchu dostaw. Jest to branża z pewnością dla cierpliwych kompetentnych osób, które mimo trudności mogą wypracować trwałe relacje i grono stałych klientów.

Zlecający projekty oczekują najbardziej

 

Zlecający projekty elektroniczne patrzą na wybór biura inżynierskiego utylitarnie, zarówno w znaczeniu ekonomicznym, jak i technicznym. W tym drugim liczy się wiedza (kompetencje) i doświadczenie, szybkość realizacji zleceń pozwalająca dotrzymać terminów oraz kompleksowość usług pozwalająca na współpracę z jednym zewnętrznym partnerem, a więc wyraźnie zarysowanym podziałem obowiązków i zadań. Oczywiście jak to zawsze bywa, oczekiwania są takie, że ma być dobrze, szybko i najlepiej też tanio. Na szczęście zlecający zadowalają się jedynie, jak uda się "dobrze i szybko".

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 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.

Cały czas rośnie świadomość wśród producentów wyrobów elektronicznych i elektrycznych w zakresie konieczności przeprowadzenia badań bezpieczeństwa i badań kompatybilności elektromagnetycznej. Konieczność ta jest uwarunkowana w głównej mierze uregulowaniami prawnymi, jak i aspektami konkurencji rynkowej. Jest to widoczne zwłaszcza na etapie prototypu, gdyż wówczas jest możliwość wprowadzenia korekt konstrukcyjnych bez ponoszenia dużych kosztów. Rosnące koszty materiałów i długie czasy dostaw sprawiają, że produkcja i testy prototypów stają się coraz droższe, co zmusza do wielu kompromisów. Bez względu na to, badania i kontrole podczas projektowania zyskują na znaczeniu, gdyż tworzenie produktów nie może być oderwane od weryfikacji fizycznych modeli. Inaczej osiągnięcie zgodności staje się trudne, kosztowne lub nawet niemożliwe, dlatego wiele firm większych rozbudowuje swój potencjał aparaturowy pod kątem prowadzenia samodzielnego badań kontrolnych, a na pozostałych czeka oferta placówek badawczych. Praktycznie wszystkie z nich umożliwiają prowadzenie badań cząstkowych (inżynierskich, pre-compliance) po to, aby tworzone urządzenie na koniec przeszło przez weryfikację formalną i uzyskało dokumenty w placówce akredytowanej.

Czynniki sprzyjające zlecaniu badań do laboratoriów

 

Na liście czynników, które w największym stopniu sprzyjają zlecaniu badań w placówkach badawczych, wyróżniają się dwie pozycje: wymagania prawne oraz złożoność zagadnień technicznych. Dalsze dwie pozycje to wskazanie, że placówki te zatrudniają kompetentnych specjalistów i efekt coraz większej specjalizacji. Konieczna jest wiedza na temat tego, co badać i w jakim zakresie, w jaki sposób mierzyć i jeśli wyniki są złe, to jak można poprawić projekt. To ostatnie zagadnienie staje się coraz istotniejsze, bo elektronika jest coraz bardziej złożona, wymagań prawnych stale przybywa, przepisy nieustannie się zmieniają, a czasu na zgłębianie takich zagadnień jest coraz mniej.

Znaczenie tego zakresu zwiększało się wyraźnie w ostatnich latach i dzisiaj osiągnęliśmy stan, w którym taka usługa jest oczywistością. Oczywiście badania przed formalną oceną nie są domeną wyspecjalizowanych placówek badawczych ani też nie są przypisane do tych jednostek, które mogą się wylegitymować akredytacją. Wiele dużych firm ma dzisiaj bardzo często własne laboratoria i proponuje takie usługi. Małe i średnie firmy ze względu na koszt aparatury są zmuszone do korzystania z usług wyspecjalizowanych jednostek przynajmniej w części zagadnień wymagających kontroli.

Jakość

Badania urządzeń elektronicznych pod kątem kompatybilności elekromagnetycznej, odporności na wpływ środowiska oraz na narażenia mechaniczne stały się w ostatnich latach istotną częścią procesu projektowania. Spełnienie wymagań zapisanych w normach wymaga od inżynierów wiedzy i doświadczenia wynikającego z wielu wcześniejszych opracowań oraz dużej wyobraźni pozwalającej na prognozowanie możliwych problemów i podejmowanie z góry środków zaradczych. Sukcesem jest niewątpliwie otrzymanie pozytywnego protokołu z badań wykonanych przez akredytowane laboratorium, niemniej zanim dojdzie do tego momentu, liczą się badania i kontrole etapowe wykonywane w czasie tworzenia, konsultacje i wsparcie specjalistów zajmujących się badaniami zawodowo.

W tych zagadnieniach trudno się nauczyć metod postępowania, które zapewnią sukces po wdrożeniu. Liczy się wiele drobnych szczegółów, interakcje między poszczególnymi częściami składowymi, których nie sposób przewidzieć. W miarę jak współczesna elektronika staje się coraz bardziej zminiaturyzowana i rośnie jej skomplikowanie, takich problemów, źródeł możliwych interakcji jest coraz więcej, stąd potrzeba badań, zwłaszcza tych dostępnych w czasie prac projektowych, nieustannie się zwiększa.

Najważniejsze cechy, jakie biorą pod uwagę firmy zlecające badania swoich wyrobów

 

Cztery najważniejsze czynniki, które firmy biorą pod uwagę, zlecając do laboratoriów badania swoich wyrobów to, aby placówka była akredytowana i mogła zaoferować pełny zakres badań, a zaraz potem to, aby badania były zrobione szybko i tanio. Ponieważ posiadanie akredytacji jest postrzegane przez pryzmat kompetencji, a ponadto wiele pozostałych kryteriów na wykresie też jest powiązane merytorycznie z wiedzą inżynierską, można powiedzieć, że klienci oczekują, aby było dobrze, szybko i tanio, "zapominając", że z tego zestawu mogą dostać tylko dwie pozycje.

Warto dodać, że wymagania określone przez normy stale się zmieniają i nie stanowią zamkniętego katalogu, który wszyscy znają i potrafią się w nim sprawnie poruszać. Tak naprawdę regulacje cały czas się zmieniają, bo są dopasowywane do zmieniających się warunków. Tworzone są nowe regulacje obejmujące specyficzne aplikacje lub sektory branżowe, na skutek czego już samo ustalenie zakresu norm, które muszą być spełnione dla danego projektu, jest niełatwe. Trend jest taki, że wymagania rosną, przez co zwiększa się statystycznie liczba wykonywanych i koniecznych badań.

Potrzeba specjalizacji

Tak samo jak nie da się znać na wszystkim w pracy zawodowej i trzeba się specjalizować w jakiejś dziedzinie, tak samo w zakresie badań trudno zapewnić pełną kompleksowość. Konieczna jest specjalizacja, a więc ukierunkowanie oferty na pewien zakres zagadnień metrologicznych.

Pogłębiająca się specjalizacja to także splot wielu procesów. Pierwszy i chyba najważniejszy to duży koszt niezbędnej aparatury pomiarowej do prowadzenia badań. Im większa złożoność elektroniki, im wyższe częstotliwości pracy, bardziej złożone modulacje itd., tym aparatura musi być lepsza.

Aby kontrolować jakiś parametr, posiadany przyrząd musi mieć odpowiednią klasę dokładności, rozdzielczość, stabilność długo- i krótkoterminową i podobne własności. To w praktyce oznacza koszty, bo aparatura "z górnej półki", a na dodatek produkowana w relatywnie małych seriach, jest bardzo droga. Trzeba ją utrzymywać w jakości metrologicznej, czyli kalibrować i wzorcować, co w praktyce wymaga kupienia usługi, opłacenia transportu. Im więcej aparatury, tym większe koszty, stąd w praktyce trzeba znaleźć jakiś kompromis między szerokością oferty a ceną usług.

Poza kosztem kupna i utrzymania w ruchu przyrządów, który w przypadku wielu badań związanych z np. radiokomunikacją już i tak bywa ogromny, laboratorium musi jeszcze znaleźć środki na opłacenie pracy kompetentnego personelu. Same przyrządy nie tworzą wartości metrologicznej, bo trzeba wiedzieć, co mierzyć, jak mierzyć i jak interpretować wyniki oraz umieć odnieść rezultaty do wymagań normatywnych. Do kosztów pracy należy dopisać jeszcze opłaty za pogłębianie wiedzy, gdyż co chwila wychodzą jakieś nowe normy lub pojawiają się rewizje starszych regulacji i trzeba się w tym wszystkim orientować, tak samo jak w nowościach technicznych pojawiających się na rynku. Bo jeśli na rynek wchodzi nowy standard komunikacji bezprzewodowej, to zespół musi mieć rozeznanie, jak badać takie produkty.

Ostatnią kwestią w tym temacie jest akredytacja laboratorium. Uzyskanie takiego statusu potwierdzającego kompetencje aparaturowe i merytoryczne nie jest łatwe ani darmowe. Poza tym akredytacja nie dotyczy całej oferty laboratorium, tylko jakiegoś zakresu badań i nie jest dana na zawsze. Wymaga uaktualniania, a więc przechodzenia przez audyty weryfikujące jakość usług, parametry mierników itp. W jakimś sensie akredytacja staje się więc tożsama ze specjalizacją.

Główne czynniki oddziałujące pozytywnie na rozwój rynku usług badawczych

 

Główne pozytywne czynniki sprzyjające rozwojowi rynku usług badawczych w zakresie urządzeń elektronicznych od wielu lat są w zasadzie tylko trzy: większa świadomość rynku co do konieczności badań urządzeń, rosnące wymagania klientów oraz coraz więcej wymagań prawnych wynikających z pojawiających się nowych norm. Podobnie jak w poprzednich naszych badaniach zagrożenie karą i koniecznością wycofania produktu z rynku została oceniona najsłabiej, a więc jako najmniej istotna.

Placówki badawcze

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.

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 dla projektantów.

Nie tylko kompatybilność

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.

Oprogramowanie i narzędzia projektowe

Z roku na rok coraz większa część procesu projektowania jest wykonywana za pomocą komputera. Etap, kiedy myśl techniczna musi zostać sprawdzona w środowisku rzeczywistym, stale przesuwa się w czasie na później, a liczba prototypowych wersji, które trzeba przygotować, nieustannie się zmniejsza. To dobra wiadomość, bo znaczy, że dostępne na rynku narzędzia projektowe mają coraz większe możliwości. Urządzenia elektroniczne stają się coraz bardziej skomplikowane i zagadnień, nad którymi trzeba utrzymać kontrolę w projekcie, jest coraz więcej.

Najlepszym przykładem jest zachowanie zasad projektowania w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej. Łatwo można się pomylić, czegoś nie dopilnować lub o czymś zapomnieć. Dopóki projekt jest "w komputerze", pomyłkę łatwo można skorygować, potem jest to już poważny problem. Dzisiaj regułą jest także, że inżynierowie realizują kilka projektów jednocześnie i każdy z nich jest na innym stopniu zaawansowania, przez co panowanie nad szczegółami nie jest łatwym zadaniem i wymaga podzielności uwagi. Oczywiście czasu w pracy stale brakuje, stąd bierze się coraz większa presja na możliwości projektowe, bo gdy są one duże, umożliwiają dotrzymanie terminów.

Najważniejsze cechy narzędzi brane pod uwagę przy kupnie

 

Najważniejsze kryterium selekcji produktu w obszarze narzędzi projektowych to oczywiście cena, niemniej zaraz po niej na wykresie uplasowały się duże możliwości projektowe. Można też powiedzieć, że na rynku liczy się najlepszy stosunek możliwości projektowych do ceny. Istniejące doświadczenie użytkownika z poprzednich wersji produktu, długotrwała współpraca z dostawcą to natomiast sygnały, że inżynierowie wiążą się z markami i produktami z tego obszaru na lata. Dlatego oczekują dostępności aktualizacji, szkoleń po to, aby rozwijać swoje kompetencje, nic nie zmieniając w zakresie marek producentów.

Podstawowe dla elektroników oprogramowanie EDA, a więc służące do rysowania schematów i projektowania płytek jest niezbędne, ale już dawno niewystarczające. Płytka musi zostać zamknięta w obudowie, stąd firmy elektroniczne sięgają też po narzędzia do projektowania mechaniki, np. Solidworks, narzędzia CAD do projektowania połączeń elektrycznych i wiązek między blokami funkcjonalnymi w obudowie, takimi jak zasilacz, komputer, element wykonawczy. Im bardziej skomplikowane urządzenie, a więc więcej płytek, złączy i komponentów składających się na całość, tym znaczenie posiadania oprogramowania projektowego do projektowania takich "dodatków" staje się oczywiście większe.

Tworzenie projektu to także symulacje i weryfikacje poprawności wykonywane na poziomie schematu (poprawność połączeń, weryfikacja koncepcji układowych), płytki drukowanej (m.in. integralność sygnałowa), a dla wszystkich komponentów są to symulacje w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej oraz badania termiczne. Możliwość wizualizacji płytki w trzech wymiarach ułatwia nie tylko spasowanie z obudową, ale także planowanie dróg wentylacji. Oczywiście, im więcej symulacji, tym oczywiście mniejsze ryzyko, że wykonany na koniec prototyp nie spełni założeń i będzie wymagać poprawek.

Ważne i poszukiwane funkcjonalności

 

Zestawienie istotnych i poszukiwanych funkcjonalności narzędzi projektowych na czołowym miejscu zawiera oczekiwanie, aby były to kompleksowe środowiska projektowe, czyli rozbudowane narzędzia umożliwiające wykonanie znacznej części projektowania warstwy sprzętowej bądź oprogramowania. Podobne oczekiwanie zawierają się także w drugim co do ważności słupku, tj. możliwości wykorzystania w wielu projektach, a więc jak największej uniwersalności narzędzia. Istotne znaczenie łatwości rozpoczęcia pracy i korzystania to natomiast pokłosie widocznego na rynku dużego tempa wydarzeń i pracy, które zabierają inżynierom wolny czas.

Więcej symulacji to mniej prototypów fizycznych

Możliwości zapewniane przez oprogramowanie symulacyjne są ogromne i bez problemu można uzyskać dużą moc obliczeniową niezbędną do szybkich obliczeń. Mamy przetwarzanie w chmurze obliczeniowej, farmy serwerów, które można wynająć i zlecić obliczenia. Pecety też są znacznie bardziej wydajne, co nierzadko daje spore możliwości symulacyjne zwykłym komputerom biurowym. Rozwój oprogramowania symulacyjnego przyspieszył w ostatnich latach, bo okazało się, że symulacje pozwalają przygotować projekt szybciej i taniej, niż tradycyjnie było to realizowane przez szereg kolejnych iteracji z doskonaleniem prototypów. Najbardziej znaczący postęp dotyczy EMC, gdzie symulacja przynosi bardzo spektakularne efekty.

Na koniec zostaje to, na co często nie wystarcza czasu, w tym wykonanie dokumentacji. Wiele realizowanych obecnie projektów urządzeń ma charakter specjalistyczny, a więc jest tworzonych na zamówienie i produkowanych w krótkich seriach. Takie produkty są też dopasowywane do wymagań za pomocą mniejszych lub większych modyfikacji wersji seryjnych lub też wersji bazowej o ogólnym przeznaczeniu. W ten sposób charakteryzują się w jakiejś mierze unikatowością, a wykonane zmiany wymagają udokumentowania dla potrzeb przyszłej obsługi posprzedażnej lub na żądanie zamawiającego. Tworzenie dokumentacji w przypadku, gdy proces projektowania jest realizowany w spójnym środowisku komputerowym zapewniającym wymianę danych między używanym oprogramowaniem, jest podstawą do tego, aby dokumentacja nie była problemem. Z tych przyczyn wiele dzisiaj się mówi o współpracy różnych klas oprogramowania ze sobą, a przynajmniej o wymianie danych między światem elektrycznym i mechanicznym.

Najważniejsze zjawiska pozytywne dla rynku narzędzi projektowych

 

Rozwój rynku narzędzi projektowych stymulują nowe aplikacje i zastosowania elektroniki, a więc ogólnie pojmowany rozwój technologii. Za czynnik sprzyjający uznano także szeroki asortyment dostępnych produktów oraz to, że często narzędzia są dotowane przez producentów, którzy traktują je jako element marketingu oraz sposób na transfer wiedzy do klientów. Nietrudno dostrzec, że możliwości projektowe kryjące się w coraz nowszych wersjach płytek rozwojowych są bardzo duże, poza drogimi chipami i peryferiami dużą wartość ma też część software’owa. Zestawy znacząco przyspieszają pracę i ograniczają ryzyko pomyłek, stąd ich rola wsparcia dla rozwoju rynku jest bardzo duża.

Narzędzia darmowe i komercyjne

Cechą charakterystyczną rynku narzędzi dla mikrokontrolerów, procesorów DSP i układów programowalnych jest duża liczba pozycji darmowych, zarówno jeśli chodzi o platformę sprzętową, jak i oprogramowanie. Pozycje takie tworzą jeden biegun dla rynku, a drugi stanowią zaawansowane wersje komercyjne, relatywnie drogie. Na pewno wiele prostych projektów z powodzeniem daje się zrealizować za pomocą bezpłatnych środowisk programistycznych oraz dotowanych zestawów projektowych, bo mają one wystarczające możliwości. Projektanci, którzy tworzą aplikacje profesjonalne, takie, gdzie jakość i niezawodność potwierdzana jest badaniami i certyfikatami, duże zespoły projektowe i biura inżynierskie, dla których projekty są główną działalnością, nierzadko preferować dopracowane produkty komercyjne. Im skala działania jest większa, tym koszt narzędzi w przeliczeniu na sztukę jest mniejszy, co sprzyja narzędziom komercyjnym. Niemniej czynników wyboru jest naprawdę wiele.

Patrząc na te procesy w perspektywie lat, można powiedzieć, że koszt pracy inżynierskiej stale rośnie, na dodatek dobrych projektantów elektroniki zawsze brakuje, zwłaszcza w zakresie układów analogowych. Wydajne narzędzia, które są w stanie przyspieszyć projektowanie, ograniczyć liczbę wykonywanych prototypów i takie, które pozwalają zrobić więcej przy mniejszych zasobach kadrowych, zawsze będą poszukiwane i pewnie z czasem nawet bardziej niż dzisiaj. Firmy decydują się na płatne oprogramowanie także wówczas, gdy chcą korzystać ze wsparcia technicznego, ci, którzy potrzebują gotowych bibliotek, na przykład obsługujących zaawansowane układy peryferyjne, korzystają z systemów operacyjnych, realizują złożone systemy, do tworzenia których przydają się dostępne w płatnych pakietach funkcje optymalizacyjne i analityczne.

Aplikacje low-code

Wiele aplikacji mobilnych nastawionych jest z definicji na współpracę ze smartfonem. Z użyciem Bluetooth lub Wi-Fi umożliwiają one programowanie, wizualizację staniu, sterowanie i podobne udogodnienia w powiązaniu z odpowiednią aplikacją. Jej przygotowanie obecnie jest też coraz łatwiejsze i dostępne dla mniej zaawansowanych użytkowników dzięki narzędziom ograniczającym szczegółowość programowania (low-code) lub nawet eliminujących taką potrzebę (no-code). W tym drugim przypadku tworzy się ją za pomocą wyspecjalizowanego kreatora komponując z bloków funkcjonalnych. Z punktu widzenia platform IoT dostępność takich narzędzi online jest cenna, bo jeszcze bardziej ułatwia i przyspiesza realizację projektów.

Tendencje w oprogramowaniu EDA

Tendencje są takie, aby projektowanie nie kończyło się w momencie przygotowania schematu i zaprojektowania płytki, ale objęło też wirtualne przygotowanie prototypu i poddanie go badaniom. Wizualizacja i prezentacje trójwymiarowe płytek drukowanych z komponentami, projektowanie mechaniczne obudów i rozwiązań montażowych z możliwością złożenia całości ze sobą (płytki i obudowy) są już dzisiaj częścią nowoczesnego oprogramowania EDA, dzięki czemu projekt układu elektronicznego zmienia się tym samym w projekt systemu. Wizualizacja obudowy, przewodów, wzajemnego ułożenia bloków funkcjonalnych (zasilacz, wentylator, akumulator, filtr sieciowy, gniazda, otwory) staje się dzisiaj coraz bardziej istotna, bo umożliwia w kolejnym kroku przeprowadzenie wszechstronnych symulacji.

Oczekiwania klientów w zakresie oprogramowania projektowego

 

Tematyka projektowania urządzeń elektronicznych jest silnie powiązana z rynkiem oprogramowania inżynierskiego (narzędziowego, środowiskowego, pakietów EDA do PCB i CAD-ów mechanicznych). Dostawcy takich produktów blisko współpracują z firmami projektowymi, a czasem rozwijają biznes w stronę usługową, stąd uznaliśmy za zasadne przepytanie takich firm w ankiecie na temat, jakie oczekiwania w stosunku do oprogramowania inżynierskiego mają biura, czyli ich klienci. Naturalnie istotna jest możliwość szybkiego rozpoczęcia pracy, bo w dzisiejszych czasach wszystko musi być szybko, ale poza tym liczą się duże możliwości projektowe oraz możliwość wykorzystywania w wielu projektach jako kompleksowe środowisko.

IoT i komunikacja bezprzewodowa

Spora część narzędzi i zestawów projektowych przeznaczona jest do aplikacji IoT i komunikacji bezprzewodowej. Ten segment rynku rozwija się dynamicznie, bo w pewnym stopniu jest specyficzny. Komunikacja bezprzewodowa wymaga zapewnienia zgodności z wymaganiami prawnymi, nierzadko obsługi protokołów. Do tego dochodzą zaawansowane technologie oszczędzania energii, wyłączania bloków, użycia specyficznych modulacji, kodowania danych. W przypadku komunikacji przez sieć komórkową lub inną sieć o charakterze publicznym trzeba spełnić wymagania techniczne operatora lub dostawcy infrastruktury sieciowej. Komplikacja zagadnień technicznych stojących przed projektantami w tym obszarze jest znacznie większa. Problemy pogłębia to, że wiele aplikacji IoT to maleństwa o wysokiej skali integracji, wymagające posiadania zaawansowanego parku maszynowego po stronie produkcji. Zapanowanie nad projektem bez wsparcia się nowoczesnym oprogramowaniem i platformami sprzętowymi jest w zasadzie niemożliwe, stąd dostępność rozbudowanych zestawów, narzędzi i oprogramowania staje się dzisiaj często wręcz kluczowa.

W obszarze IoT potrzeba pracy w oparciu o oprogramowanie platformy rozwojowe jest bardzo wyraźnie zarysowana. Wiele modułów komunikacyjnych to złożone konstrukcje zawierające procesor aplikacyjny, pamięć i układy peryferyjne, dające możliwość programowania. Do ich obsługi potrzebne są narzędzia programowe i sprzętowe, podobne jak dla mikrokontrolerów. Zresztą w praktyce zagadnienia komunikacyjne i mikrokontrolery są ze sobą bardzo mocno powiązane, na rynku funkcjonują specjalizowane procesory z wbudowanymi transceiverami BLE lub Wi-Fi.

Sprzęt do produkcji małoseryjnej i prototypowej

Prototypowanie jest częścią procesu projektowania urządzeń elektronicznych i pełni funkcję punktu kontrolnego między etapem komputerowych przygotowań i symulacji a produkcją seryjną. Pozwala na weryfikację konstrukcji, a zwłaszcza na sprawdzenie, czy spełnia ona wymagania nakładane przez normy. Rozwój technologii wymusza inwestycje w prototypowanie, bo wszystko jest coraz mniejsze, delikatniejsze i coraz mniej można dokonać bez dysponowania odpowiednimi narzędziami i urządzeniami. Fizyczne wykonanie prototypu jest coraz trudniejsze, bo elementy elektroniczne są na tyle małe, że wyklucza to montaż ręczny. Jeśli nie we własnym zakresie, to prototypowanie może być zrealizowane w kooperacji.

Klienci oczekują, że dostawca zapewni im przede wszystkim

 

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 najlepszym połączeniem kluczowych kryteriów, takich jak wysoka jakość, niska cena oraz krótki czas realizacji usług/dostawy, a w dalszej kolejności możliwością kompleksowej usługi w jednej firmie i wysokimi kompetencjami dostawcy i usługodawcy. Na zaprezentowanym wykresie trzy pierwsze czynniki wyraźnie dominują nad resztą i mają podobne znaczenie, reszta jest wyraźnie dużo słabiej oceniana.

Dekadę temu firmy poszukujące na rynku możliwości wykonania małej serii musiały włożyć wiele wysiłku w znalezienie możliwości zlecenia takiej usługi do kooperanta. Dzisiaj dostępne są ekspresowe usługi wykonania płytek drukowanych, wydruki 3D do obudów, druk cyfrowy treści płyt czołowych, obróbka CNC detali mechanicznych i podobne. Usługami dopasowanymi do wymogów prototypowania są także montaż krótkich serii płytek oferowany przez firmy kontraktowe.

Głównym procesem technologicznym w produkcji elektroniki jest montaż powierzchniowy. Dzięki dużej automatyzacji operacji związanych z układaniem i lutowaniem elementów oraz na skutek dalekiej standaryzacji obudów elementów elektronicznych SMD zapewnia on dużą wydajność, a także daje znakomitą jakość. Montaż SMT został przez branżę elektroniki w ogromnej części zautomatyzowany i zoptymalizowany pod kątem wydajności. Najnowsze urządzenia montują dziesiątki tysięcy elementów w ciągu godziny, zapewniając powtarzalność oraz bardzo mały koszt.

Najważniejsze cechy oferty brane pod uwagę przy wyborze dostawcy/usługodawcy

 

Najważniejszym kryterium selekcji produktu i dostawcy usług w obszarze prototypowania elektroniki jest cena, dalej termin dostawy, a na trzeciej pozycji uplasowały się jakość i niezawodność. W podejściu do zakupów dominuje utylitaryzm, polegający na tym, aby uzyskać jak najwięcej funkcjonalności możliwie najmniejszym kosztem. Z założenia sprzęt do prototypowania jest wykorzystywany okazyjnie (dorywczo) i nie musi charakteryzować się taką samą trwałością, jak działający ciągle w linii, ale za to powinien mieć jak największy zakres możliwości użycia w projektach. Na kolejnych miejscach pojawiły się aspekty związane z długotrwałą współpracą z dostawcą, możliwość kompleksowej obsługi, kompetencje sprzedawcy i podobne czynniki, które praktycznie zawsze pojawiają się na drugim miejscu.

Mamy na rynku coraz więcej urządzeń mobilnych, a więc małego i jednocześnie skomplikowanego sprzętu, a poziom złożoności wielu innych produktów też stale rośnie. Na płytkach drukowanych jest coraz ciaśniej, bo z uwagi na koszty i wymagania klientów co do funkcjonalności układy elektroniczne stają się bardziej złożone i upakowane na mniejszym obszarze. Elementy elektroniczne są obecnie tak małe, że łepek od szpilki jest w stanie je zakryć.

Nowoczesne aplikacje IoT, układy czujnikowe lub pomiarowe muszą być miniaturowe, aby ich użycie miało sens. Małe płytki, mikroskopowej wielkości podzespoły zapewniają też mniejszy koszt wytworzenia, stąd nie ma odwrotu od tego, aby w przyszłości wszystko było jeszcze mniejsze, niż jest teraz.

Te zalety najbardziej są dostępne w przypadku wytwarzania dużych serii produktów, a więc wówczas, gdy raz ustawiona linia pracuje non stop i produkuje w trybie ciągłym jednakowe płytki. Im mniejsze serie, im więcej wariantów, typów, tym te zalety stają się trudniejsze do osiągnięcia. Ustawienie parametrów procesu, przezbrojenie automatu na inny projekt, zamontowanie podajników z innymi podzespołami zajmuje czas i wymaga poświęcenia uwagi na dopracowanie szczegółów. Stąd produkcja małych serii rządzi się innymi prawami i zwykle jest mniej opłacalna. Dla firmy kontraktowej zlecenia prototypowe wymagają innej organizacji pracy zapewniającej możliwość wykonania niewielkiego, ale pracochłonnego zadania, obok normalnej pracy. W oparciu o ten sam sprzęt i zespół pracowników jest to trudne do osiągnięcia, stąd coraz powszechniej firmy inwestują w równolegle działającą linię do takich nietypowych, z punktu widzenia produkcji, zleceń. Rozwiązanie takie umożliwia niezależny montaż nowych opracowań w działach R& D bez przerywania bieżącej produkcji. Kilka linii produkcyjnych umożliwia też optymalizację procesów, bo niektóre urządzenia ukierunkowane są na wykonywanie dużych jednakowych serii, inne mają małą wydajność, ale za to łatwo się je przestawia, więc są one wygodne do drobnych zleceń i prototypów.

Nawet jeśli taka linia nie działa cały czas, to dzięki temu nie trzeba kombinować ze zmieszczeniem różnych zleceń w harmonogramie. Stąd osobne urządzenia do małych serii, prototypów stają się normalną częścią parku maszynowego. W przypadku firm EMS znaczenie posiadania rozbudowanego parku maszynowego jest większe, bo pozwala na realizację zleceń o szerszym zakresie wymagań bez wspierania się kooperacją, a więc bez dodatkowych kosztów i najszybciej, jak się da. Trzeba też zauważyć, że na rynku jest coraz więcej urządzeń produkcyjnych o funkcjonalności sprofilowanej pod omawianym kątem. Taki sprzęt ma większe możliwości, często określane jako wszystko-w-jednym kosztem wydajności działania. Automat pick & place, który nakłada też pastę lutowniczą, jest atrakcyjną propozycją, bo zajmuje mniej miejsca w hali i nie kosztuje tyle, ile trzeba zapłacić za dwie osobne maszyny. Zajętość miejsca na podłodze niestety jest problemem, bo w halach produkcyjnych urządzeń jest coraz więcej. Pierwsza linia po niedługim czasie jest uzupełniana przez kolejne dwie lub trzy, w miarę jak przybywa zleceń. Z czasem dochodzą maszyny do operacji pomocniczych – lakierowania, lutowania selektywnego, mycia, inspekcji, testowania. Przy jeszcze większej skali działania park maszynowy wzbogacany jest o urządzenie do wycinania szablonów niezbędnych do nakładania pasty lutowniczej, o maszyny do mycia płytek, zautomatyzowane programatory chipów oraz systemy do liczenia komponentów oraz ich magazynowania w kontrolowanych warunkach środowiskowych. Nic więc dziwnego, że w końcu brakuje miejsca na nowe i firma zostaje zmuszona do przeprowadzki. To staje się okazją do stworzenia przestrzeni do tego, aby firma wreszcie kupiła urządzenia tylko do montażu prototypów i krótkich serii, które uzupełnią posiadaną już wysokowydajną linię produkcyjną. Taki opis dość dobrze przybliża to, co dzieje się u wielu producentów elektroniki i w firmach EMS.

Potrzeba outsourcingu się zwiększa

Wraz z każdą rynkową technologią i rozwiązaniem produktowym, projektowanie i produkcja urządzeń elektronicznych stają się bardziej wymagające, zarówno po stronie technicznej, jak i w zakresie wymagań formalno- -prawnych. Współczesne systemy łączą w jednym produkcie wiele technologii, np. komunikację, przetwarzanie cyfrowe sygnału, multimedia, a nawet obwody dużej mocy z analogowymi czujnikami itd. Układy są złożone od strony sprzętowej i projekty wymagają podziału kompetencji w zespole projektantów. Coraz rzadziej można się też znać dobrze na wszystkim. Taka sytuacja tworzy przestrzeń dla usług kooperacji, a zagadnienia z prototypowaniem znakomicie się do tego nadają. Przykładem mogą być płytki i montaż jednostkowych serii, wydruki 3D obudów, badania na zgodność z normami, druk cyfrowy treści płyt czołowych, obróbka CNC detali mechanicznych i podobne. Usługami dopasowanymi do wymogów prototypowania są także montaż krótkich serii płytek oferowany przez firmy kontraktowe. Dla małych firm i start-upów bez zaplecza są one wręcz warunkiem działania i warto odnotować, że krajowy rynek usług EMS pozwala zorganizować produkcję dla najmniejszych firm, nawet takich, gdy w grę wchodzi pojedyncze zlecenie.

Najważniejsze czynniki negatywne dla rynku

 

Najważniejsze czynniki negatywnie oddziałujące na rynek wiążą się z obecną sytuacją na rynku, a więc oszczędnościami inwestycyjnymi, cięciami kosztów po stronie klientów i rosnącymi kosztami materiałów oraz pracy u dostawców. Wykres ten jest w opozycji do tego, na którym ilustrujemy ocenę aktualnej koniunktury na rynku, co może oznaczać, że warunki biznesowe zmieniają się na niekorzystne, ale wiele zależy od tego, jaki obszar biznesu obserwujemy. Kolejne czynniki to presja cenowa ze strony producentów tanich wyrobów chińskich, które utrudniają rozwój sprzedaży produktów markowych i często są nietrwałe, niedostatecznie precyzyjne, wykonane z tandetnych materiałów, przez co szybko się zużywają. W okresie, gdy czas dostawy jest z reguły długi, takie produkty mają ułatwione wejście na rynek. Co ciekawe, w przypadku tego i podobnych tematycznie zestawień nigdy nie wychodzi, że sprzęt używany i regenerowany osłabia możliwości sprzedaży produktów nowych.

Outsourcing napędza też widoczny brak specjalistów u producentów elektroniki oraz duże koszty zatrudnienia takich osób. Próg odniesienia dla rynku tworzą zagraniczne firmy w Polsce, które mają tu biura projektowe, oddziały włączone w struktury światowych organizacji i zatrudniają wielu inżynierów. Krajowe placówki muszą z nimi konkurować o pracowników, co pogłębia problemy.

Coraz więcej urządzeń wymaga interdyscyplinarnego zespołu projektowego, obejmującego także specjalistów dysponujących wiedzą na temat technologii produkcji, badań i procedur prawnych, dopuszczających urządzenie elektroniczne na rynek od strony formalnej. Dla małej lub średniej firmy jest to duży problem, bo skala działania nie pozwala na utrzymanie takiego zespołu. Stąd mniejsze firmy, w tym start-upy, szukają na rynku wsparcia w zakresie projektu i prototypowania, a w dalszej kolejności certyfikacji, m.in. u producentów EMS lub w wyspecjalizowanych biurach inżynierskich. Dla takich podmiotów usługi związane z prototypowaniem, projektowaniem, produkcją małych serii są bardzo istotne.

Najważniejsze zjawiska pozytywne dla rynku

 

Za najbardziej istotne czynniki sprzyjające rozwojowi rynku produktów i usług niezbędnych do prowadzenia prac prototypowych uznano wzrost nacisku na jakość, a w drugiej kolejności nowe aplikacje i zastosowania elektroniki. Nowe aplikacje często wymuszają inwestycje w rozwój parku maszynowego i technologii produkcji, bo niosą ze sobą miniaturyzację, nietypowe wymagania, zastosowania lub też konieczność spełnienia norm branżowych. Na kolejnych miejscach uplasowano potencjał szerokiego tematycznie i chłonnego rynku krajowego, dostępność zleceń z zagranicy dla krajowych firm, a także dużą liczbę firm EMS, które tworzą wymierny popyt. Znaczenie start-upów i nowych firm w przedmiotowej tematyce jest niewielkie.

Infrastruktura do prototypowania

Rozwój technologii wymusza inwestycje w specyficzny sprzęt do prototypowania, bo wszystko jest coraz mniejsze, bardziej wrażliwe i wymaga odpowiedniego traktowania. Funkcjonalna i uniwersalna linia SMT z pewnością jest podstawą takiego zaplecza, ale poza nią konieczne są też stanowiska do pracy ręcznej. One przydają się do realizacji projektów, montażu mechanicznego, obsługi dużych podzespołów, które nie dają się zamontować przez automat, jak transformatory, złącza, potencjometry, wyświetlacze.

Najbardziej perspektywiczne obszary aplikacyjne z punktu widzenia prototypowania

 

Za najbardziej perspektywiczne obszary aplikacyjne związane z urządzeniami i narzędziami do prototypowania elektroniki uznano rozwiązania dla przemysłu, obszar inteligentnego domu oraz IoT, a więc w dużej części takich, dla których funkcjonalność urządzeń bazuje na komunikacji bezprzewodowej. W porównaniu z naszymi wcześniejszymi analizami widoczny jest duży awans w tym zestawieniu rozwiązań z obszaru energii odnawialnej, który przez wiele lat plasował się na dole, a teraz wskoczył na drugie miejsce. Energia elektryczna w ostatnich latach bardzo zdrożała, co otworzyło rynek na takie projekty i aplikacje.

Czynniki sprzyjające popytowi na usługi i produkty związane z prototypowaniem

 

Wzrost zainteresowania usługami i sprzętem do prototypowania urządzeń elektronicznych wynika w największym stopniu z zwiększającego się znaczenia specjalizacji oraz coraz wyższych kosztów pracy inżynierskiej. Zakres kompetencji technicznych w firmach jest ograniczony i nie ma możliwości, aby wszystko wykonywać we własnym zakresie. Stąd, żeby zapewnić rozwój, wydziela się kompetencje kluczowe, a resztę kupuje na rynku jako usługi lub zleca kooperantom. Droga praca inżynierska, trudne zagadnienia techniczne, jakie są rozwiązywane na etapie projektowania, wymuszają sięganie po zaawansowane i wysokojakościowe narzędzia po to, aby pracować szybko i dobrze (dokładnie).

Stąd konieczne są mikroskopy, lupy nagłowne, precyzyjne narzędzia oraz także urządzenia, które pozwalają na zmontowanie małej serii płytek, przy możliwie prostej konfiguracji i dużej elastyczności działania, takie jak podajniki. Sprzęt poprawiający komfort pracy ze zminiaturyzowaną elektroniką, a więc także chwytaki, ssawki, manipulatory, końcówki. Staje się on tak samo ważny, jak przyrządy pomiarowe.

Najważniejszą grupę produktów do takich zadań tworzy sprzęt lutowniczy, w tym lutownice, stacje lutownicze i na gorące powietrze oraz stanowiska do reworku (napraw w trakcie produkcji). Kolejna grupa to wyposażenie stanowisk pracy w serwisie, laboratoriach, utrzymaniu ruchu, produkcji. W tym obszarze mieści się odzież antystatyczna i środki ochrony osobistej (rękawiczki, obuwie) oraz meble warsztatowe, biurka (stanowiska robocze), oświetlenie, wyciągi, sprzęt do magazynowania materiałów i podobne wyroby, jakie są konieczne, aby po prostu wygodnie i efektywnie pracować. Ostatnia grupa produktów to narzędzia ręczne, których oferta szybko się poszerza. Niekoniecznie w zakresie szczypców i śrubokrętów, ale jeśli chodzi o sprzęt do inspekcji, mycia, manipulowania, to zmian jest wiele. Podobnie jest w narzędziach do obróbki złączy: do zaciskania, obrabiania końcówek, przygotowywania kabli itp.

Zestawy ewaluacyjne, platformy i płytki do urządzeń mobilnych

Czas życia układów, rozwiązań, technologii i standardów nieustannie się skraca, przez co w pracach projektowych nierzadko trzeba sięgać po to, co dopiero wejdzie na rynek lub 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, oprogramowanie i platformy referencyjne. Bo skoro różnice po stronie technicznej rozwiązań są minimalne, a z punktu widzenia aplikacyjnego nierzadko są one nieznaczące, to kryteria wyboru danego rozwiązania przenoszą się w obszar wsparcia pracy projektanta. Dlatego im większe są oczekiwania w zakresie projektu i jego skomplikowanie, im jest mniej czasu na wprowadzenie produktu na rynek, tym znaczenie tego, jakie posiadamy narzędzia, platformy ewaluacyjne i oprogramowanie, jest większe.

Zainteresowanie płytkami startowymi i ogólnie zestawami projektowymi wynika też z tego, że proces prototypowania staje się bardziej złożony. Miniaturyzacja wymusza użycie zaawansowanego procesu, w tym wysokojakościowych płytek drukowanych, montażu i podzespołów. Do tego dochodzi problem z dostępnością chipów. Generalnie nowe układy wytwarzane są w kilku rodzajach obudowy i nie zawsze ta pożądana może być dostępna w ramach próbek inżynierskich. Wraz z coraz większym znaczeniem elektroniki konsumenckiej na rynku, a więc faktem, że duża część wolumenu produkcyjnego producentów chipów trafia do urządzeń produkowanych masowo, wytwórcy ograniczają liczbę dostępnych obudów.

Aby nie trzeba było czekać na próbki i martwić się o wykonanie prototypu, producenci proponują zestawy startowe. Ich funkcjonalność jest różna i zależy głównie od tego, jakiego układu dotyczą, ale z roku na rok coraz więcej jest wersji zaawansowanych. Dzięki temu, że poza układem aplikacyjnym zostawia się w nich także miejsce na dodanie własnej specyficznej części warstwy sprzętowej, taka płytka jest w pewnym sensie już prototypem i pozwala na szybką weryfikację koncepcji układowej oraz testowanie oprogramowania. Dzięki zestawom deweloperskim prototypowanie jest tym, czym było dawniej, dlatego w praktyce każda premiera nowego istotnego układu powiązana jest z jakąś płytką.

Główne zjawiska pozytywne dla rynku

 

Sprzedaż oraz popularność narzędzi projektowych stymulują ich możliwości projektowe oraz dobra dostępność. Nowe produkty bazujące na innowacyjnych chipach pozwalają na łatwe przetestowanie koncepcji układowej lub możliwości zastosowania i za tę możliwość są cenione. Za czynnik sprzyjający uznano także szeroki asortyment dostępnych produktów oraz to, że często narzędzia są dotowane przez producentów, którzy traktują je jako element marketingu oraz sposób transferu wiedzy do klientów. Zestawy projektowe ograniczają też ryzyko błędu, bo dają do ręki projektantowi układ, który działa i może być w dalszym kroku adaptowany do specyficznej architektury lub rozwiązania.

Dla projektantów elektroniki zestawy projektowe mają dużą wartość, bo ograniczają ryzyko błędu i oszczędzają czas. W ten sposób płytka dostarczona przez producenta aspiruje do roli pierwszego prototypu, takiego, gdzie testuje się koncepcję lub sprawdza algorytmy. Oszczędność czasu bywa jeszcze większa, bo dzięki niej kilka etapów składających się na projektowanie można prowadzić równolegle, przede wszystkim pisać oprogramowanie i szlifować specyficzną dla aplikacji część hardware.

Wsparcie techniczne przez płytkę startową

Obecnie na rynku funkcjonuje bardzo dużo podobnych funkcjonalnie produktów i wiele z nich jest do siebie bardzo podobnych. Wybór optymalnego rozwiązania staje się niełatwy i czasochłonny, a przecież codziennym kłopotem współczesnego projektanta jest chroniczny brak czasu. Stale zwiększa się liczba zagadnień technicznych i wymagań, o których trzeba pamiętać oraz uwzględnić. W wyżyłowanych do granic projektach o powodzeniu decydują drobne szczegóły, a często wybiera się nie tyle komponent, co całe środowisko i architekturę, łącznie z oprogramowaniem narzędziowym, zestawami ewaluacyjnymi, a nawet próbkami.

Płytki startowe, zestawy ewaluacyjne razem ze społecznością inżynierską na forach dyskusyjnych ograniczają zapotrzebowanie na wsparcie techniczne, dlatego producenci i dystrybutorzy wspierają takie działania i bardzo często prowadzą je dla społeczności, a ich specjaliści aktywnie odpowiadają na padające tam pytania. Wiele problemów aplikacyjnych jest wspólnych dla danego zastosowania, stąd jest duża szansa, że temat omówiony na forum okaże się przydatny dla kolejnego użytkownika i nie będzie wymagać kontaktu z inżynierami pomocy technicznej. Gotowa płytka eliminuje ponadto wiele trywialnych błędów projektowych niepowiązanych z tworzoną aplikacją lub też zwykłych pomyłek, które paradoksalnie potrafią być trudne do zauważenia.

Najważniejsze czynniki negatywne dla rozwoju rynku

 

W rozwoju rynku przeszkadzają przede wszystkim długie czasy dostaw ograniczające możliwość efektywnego prowadzenia dystrybucji. Jak zwykle problemem jest mocno konkurencyjny rynek, niemniej trzeba odnotować, że wpływ importu indywidualnego z użyciem platform takich jak Aliexpress został ograniczony. Do niedawna można było tam kupować bez płacenia podatków i z darmową wysyłką (dotowaną), co psuło relacje z normalnymi firmami. Teraz to się wyrównało i na tapecie został jedynie problem jakości/podróbek i kiepskich zamienników. Dotyczy to przede wszystkim tanich płytek ewaluacyjnych, zwłaszcza tych standardowych o podstawowych możliwościach lub też bardzo popularnych i bazujących na otwartej architekturze – przykładem może być Arduino.

Szybkość, pomoc w projektowaniu i ograniczenie ryzyka

W warunkach polskich zjawisko, aby możliwie jak najwięcej robić we własnym zakresie, zawsze było wyraźnie zarysowane. Teraz, przy rosnących kosztach pracy, dużej konkurencji oraz presji rynku na szybkość, odchodzi ono w przeszłość. Podejście to zmienia się też z każdym kolejnym pokoleniem inżynierów pojawiającym się na rynku.

Bardzo szeroki asortyment komponentów powoduje, że trudniej poznać szczegóły poszczególnych rozwiązań. Decyzje strategiczne na temat inwestycji w konkretną architekturę, producenta lub rozwiązanie wypracowywane są w ramach długiej analizy, a przekonanie konstruktora wymaga wysiłku, czasu i cierpliwości. Rzeczywisty układ elektroniczny przemawia do inżynierów znacznie silniej niż prezentacja, dlatego zestawy deweloperskie w ostatnich latach stały się silnym orężem w walce o uwagę i zainteresowanie kadry inżynierskiej. Jest to ważny element marketingu technicznego.

Płytka startowa może być też nośnikiem nowego chipa, znacznie lepszym niż sam układ scalony. Szansa, że przekazana próbka układu scalonego wyląduje w czeluściach szuflady projektanta, jest dzisiaj bardzo duża. Plany zawsze ma się szerokie i często wydaje się, że czasu starczy na wszystko. A potem, gdy tempo wydarzeń się zwiększa, na znaczeniu zyskują rozwiązania łatwiejsze. Z płytką taki niekorzystny scenariusz jest mniej prawdopodobny.

Typy zestawów projektowych o największym potencjale

 

Najpopularniejsze zestawy projektowe z reguły dotyczą rozwiązań komunikacyjnych, w tym mikrokontrolerów z modułem komunikacyjnym lub lokalizacyjnym. One stanowią bazę do projektowania aplikacji IoT, inteligentnych rozwiązań obsługiwanych z poziomu smartfona lub podłączanych do chmury/Internetu. Silną pozycję na rynku tworzą ponadto rodziny produktów związanych z Raspberry Pi oraz Arduino.

Platformy open source są coraz bardziej zaawansowane

Arduino i Raspberry Pi coraz bardziej nadają się do zastosowań półprofesjonalnych. Nowe płytki z 32-bitowymi układami mają naprawdę niezłe możliwości i spore zasoby, aby przechodzić koło nich obojętnie. Coraz więcej producentów mikrokontrolerów wspiera rozwój tej platformy. Nawet jeśli nie po to, aby zapewnić sobie większą sprzedaż chipów, to może dlatego, aby promować je w środowisku inżynierskim i tym samym mieć w nich element marketingowy. Zestawy te bezsprzecznie edukują rynek, pokazują, że można szybko osiągnąć cel na bazie dorobku społeczności.

Platformy sprzętowe a Chiny

Typowe rozwiązania sprzętowe do celów projektowania i platformy open source, w tym programatory, interfejsy, moduły komunikacyjne Arduino, ESP, zestawy startowe dla popularnych mikrokontrolerów i dziesiątki innych układów tego typu są wytwarzane przez firmy chińskie i dostępne za pośrednictwem wielu tamtejszych internetowych platform sprzedaży. W zakresie rozwiązań otwartych ich ceny są bardzo konkurencyjne, a na skutek wielu problemów na naszej granicy wiele z nich trafia na rynek krajowy bez opłacania cła i podatku VAT i na dodatek w ramach darmowej przesyłki. Tamtejsze firmy dość swobodnie podchodzą do praw autorskich i wiele opinii wskazuje, że sporo płytek firmowych jest podróbkami, niemniej nie wydaje się, aby to komuś z kupujących przeszkadzało.

Oznacza to, że dystrybucja narzędzi projektowych jest od strony biznesowej trudna z uwagi na tę konkurencję. Wydaje się, że w mniejszym stopniu przeszkadza ona dużym firmom dystrybucyjnym w tym dostawcom katalogowym, a najbardziej przedsiębiorstwom ze środka, dla których prywatni importerzy i sprzedaż przez portale aukcyjne i sklepy internetowe, jak chociażby Aliexpress stanowią poważną konkurencję.

Równowagę rynku zapewnia jedynie to, że rozwój rynku w zakresie płytek rozwojowych jest na tyle szybki, że starsze rozwiązania szybko wypadają na margines. Czas życia układów, rozwiązań, technologii i standardów nieustannie się skraca, przez co w pracach projektowych nierzadko trzeba sięgać po to, co dopiero wejdzie na rynek lub właśnie się pojawiło. W ten sposób producenci są w stanie konkurować z wykorzystaniem tzw. ucieczki do przodu.

Mikrokontrolery są kluczowym komponentem w zestawach ewaluacyjnych

Ogromna część rynku narzędzi projektowych jest nierozerwalnie związana z mikrokontrolerami, gdyż oparcie funkcjonalności urządzenia na elementach programowalnych daje konstruktorom największą elastyczność i bezpieczeństwo pracy. Projekty elektroniki są coraz bardziej złożone, czas, jaki można poświęcić na ich realizację stale się skraca, dlatego rozwiązania, które dają możliwość wygodnego poprawiania nieuchronnych błędów, są w naturalny sposób preferowane. Im więcej oprogramowania, więcej funkcji realizowanych w czasie rzeczywistym, im większa szybkość działania i liczne operacje na znacznych ilościach danych, tym znaczenie posiadania przez zespół dobrych i wydajnych narzędzi projektowych staje się coraz ważniejszym czynnikiem w pracy projektowej. Silny rozwój rynku mikrokontrolerów sprzyja zatem w największym stopniu popularyzacji rozwiązań i technologii z nimi związanych i jest silnym impulsem rozwojowym dla rynku narzędzi.