Rozmowa z Jarosławem Kwiatkowskim, menedżerem sprzedaży w firmie CST

• Przez wiele lat sprzedaż zaawansowanego oprogramowania narzędziowego dla elektroniki nie była łatwym biznesem. Piractwo oraz brak pieniędzy na inwestycje wydają się tutaj naturalnym czynnikiem regresywnym, ale dzisiaj często nad ekonomią przeważa brak świadomości. Może zatem warto zacząć rozmowę od tego, jaką klasę problemów inżynierskich pozwala rozwiązać oprogramowanie CST?

Korzystna sytuacja w biznesie oprogramowania inżynierskiego pojawiła się wraz z licznymi inwestycjami firm zagranicznych w Polsce. Powstające nowe biura projektowe oraz lokalne działy zajmujące się projektowaniem oraz także rozwijający się szybko krajowy sektor elektroniki tworzą zapotrzebowanie na takie produkty i co warto dodać, z upływem lat się ono zauważalnie zwiększa.

Co do zasady biznesowej krajowe biura firm zagranicznych i lokalne oddziały zwykle są na własnym rozliczeniu gospodarczym oraz są traktowane jako oddzielne jednostki. Zapewnia to zarządom tych firm przejrzystość prowadzonego biznesu oraz łatwość oceny tego, jakie dla danej placówki ma się koszty i przychody oraz pozwala odnieść je do sytuacji na danym rynku.

Jest to wygodne, ale w konsekwencji wszystko, co jest potrzebne do pracy, takie placówki muszą sobie kupić lokalnie. Biznes działający w skali międzynarodowej mający wiele oddziałów i placówek lokalnych w coraz mniejszym stopniu jest dzisiaj scentralizowany, bo w ten sposób łatwiej jest go nadzorować i nim zarządzać, w tym również przez delegację kompetencji na rzecz lokalnych menedżerów.

W efekcie także to zaawansowane oprogramowanie jest kupowane od krajowych dystrybutorów. Polska jest już też na tyle zintegrowana z Europą, że mechanizmy biznesowe na naszym rynku zaczynają się upodabniać do tamtejszych, a taki mechanizm jest standardem w krajach zachodnich.

• Do jakich zagadnień technicznych kierowane jest oprogramowanie CST?

Projektowanie i produkcja elektroniki wymaga dzisiaj posiadania efektywnych narzędzi, głównie oprogramowania. Bez nich nie daje się projektować urządzeń szybko, nowocześnie, tanio, ale z zapewnieniem wysokiej jakości i zgodności z wymaganiami prawnymi. Co więcej, znaczącą częścią pracy projektowej jest dzisiaj uzyskanie zgodności z wymaganiami dotyczącymi kompatybilności elektromagnetycznej oraz zapewnienie sprawnej i wydajnej komunikacji bezprzewodowej.

CST zaczęła działalność na rynku od tworzenia oprogramowania dla mikrofal, bo tam wiele zachodzących zjawisk nie da się zmierzyć lub wyobrazić i trzeba je symulować. Okazało się, że podejście polegające na podziale badanych struktur i obiektów na miniaturowe elementarne komórki i opisanie ich równaniami Maxwella pozwala wiernie zobrazować rozkłady pól, a wydajność dzisiejszych komputerów jest na tyle duża, że umożliwia dokonanie tego w krótkim czasie.

Takie działanie sprawdzało się dawniej w zakresie mikrofal, najczęściej przy projektowaniu anten, ale dzisiaj zakres wsparcia projektowego jest znacznie szerszy, bo koncepcja bazowa jest uniwersalna i sprawdza się w każdym paśmie: od prądu stałego do optyki. To samo dotyczy też dziedzin techniki i zjawisk innych niż elektronika.

Okazuje się, że symulacje takie mogą być przydatne w energetyce do badania zjawisk zachodzących przy wysokich napięciach w izolatorach i innych pokrewnych dziedzinach, które wydawałoby się na pierwszy rzut oka są odległe od elektroniki. Do tej pory symulacja wyładowań koronowych, rozkładu prądów płynących podczas wyładowań nie była możliwa ani łatwa. A okazuje się, że nasze narzędzia można wykorzystać do ich modelowania.

CST rozwija narzędzia tego typu od blisko ćwierćwiecza, a aktualnie w firmie pracuje 300 osób, co daje wyobrażenie skali zaangażowania - jak na rynek oprogramowania narzędziowego jest to duża firma.

• Czym różni się taka symulacja od znanych narzędzi symulacyjnych typu PSpice?

W miarę jak płytki drukowane są coraz bardziej upakowane, rosną szybkości działania interfejsów i częstotliwości pracy układów transmisji danych, płytka drukowana z elementami staje się obiektem, w którym poszczególne elementy wpływają na siebie wzajemnie. W drukach wielowarstwowych gęste ścieżki często się krzyżują i oddziałują na siebie.

Nawet w płytkach jednowarstwowych ścieżki i obudowy elementów pełnią funkcję małych anten, które się widzą i sprzęgają tak, jakby były połączone. Są to znane problemy dla twórców oprogramowania EDA, którzy rozwijają narzędzia analizy częstotliwościowej projektów obwodów drukowanych, niemniej raczej nie są one klasycznym symulatorem elektromagnetycznym i bazują na uproszczonych równaniach i modelach analogowych lub sposobach empirycznych na bazie współczynników wyznaczonych doświadczalnie.

Narzędzia CST w głównej mierze pozwalają na weryfikację projektu pod kątem elektromagnetycznym. Jest to postprocessing w przestrzeni wirtualnej, umożliwiający wykrycie i poprawienie słabych punktów jeszcze przed wykonaniem prototypu. Oczywiście program może sprawdzić zgodność elektromagnetyczną z daną normą oraz odwzorować promieniowanie na walcu o promieniu 3 m, emulując warunki, jakie panują w komorze bezechowej.

Nasze podejście do problemu modelowania zjawisk jest odmienne, trudniejsze, bo nie bazuje na zjawiskach uproszczonych. Modelujemy i symulujemy też więcej zjawisk, jak te związane z integralnością sygnału, dystrybucją zasilania i innymi problematycznymi zjawiskami. Wiele ścieżek sygnałowych o różnej długości i topologii powoduje problemy z propagacją sygnałów cyfrowych, a z kolei linie zasilające na skutek skokowych zmian wielkości poboru prądu przez odbiorniki mogą emitować zaburzenia.

• Uniwersalne narzędzie o ogromnych możliwościach zwykle kojarzy się z tym, że na naukę, rozpoczęcie pracy i przygotowanie danych wejściowych konieczne jest poświęcenie ogromnej ilości czasu. Jaka bariera wejścia jest w przypadku narzędzi CST?

Projektant wykorzystujący oprogramowanie EDA może kupić jako dodatkowe narzędzie CST STUDIO z wybranymi solwerami po to, aby badać interesującą go klasę zjawisk. Metodologia projektowania się nie zmienia, bowiem płytkę cały czas tworzy się w Altium lub Padsie. Gotowy projekt można zaimportować do oprogramowania CST po to, aby dokonać różnych analiz: szybkich badań kontrolnych lub dokładnych symulacji.

Do dyspozycji są źródła, które są w stanie zastąpić zasilanie i sygnały wejściowe. Bardziej skomplikowane sygnały można zastąpić generatorami szumu o dopasowanej charakterystyce, co daje też dobre rezultaty przy dużej szybkości. Taki model płytki można uzupełnić dodatkowymi danymi z oprogramowania CAD na temat obudowy i całej konstrukcji mechanicznej, łącząc wirtualnie całość tak, jakbyśmy montowali fizyczne urządzenie.

Gdy konstrukcja jest duża i istnieje niebezpieczeństwo, że czas symulacji będzie duży, można skorzystać z modeli uproszczonych, które zastępują jednym elementem 3D bardziej skomplikowane fragmenty struktury, np. kratkę wentylacyjną bez potrzeby modelowania poszczególnych otworków.

• Czy oprogramowanie CST to jeden uniwersalny program?

Zagadnień technicznych do symulacji jest wiele, stąd oprogramowanie CST nie jest jednym narzędziem, ale zestawem wielu części o właściwościach zoptymalizowanych pod kątem badanych zagadnień. Metod zapisu i rozwiązywania równań Maxwella przy symulacji jest dużo. Stąd te narzędzia, czyli solwery, są inne do EMC, inne do falowodów, filtrów, badania integralności, do symulacji w dziedzinie czasu oraz częstotliwości itd. Jest ich w sumie kilkanaście. Mamy nawet specjalistyczne narzędzia do symulacji ruchu cząstek naładowanych w polu magnetycznym, które wykorzystywane są przez konstruktorów laserów, lamp mikrofalowych, głównie w wojsku.

Oprócz importu danych z oprogramowania EDA dla płytki drukowanej i z oprogramowania CAD dla konstrukcji mechanicznej w trzech wymiarach mamy narzędzia, które pozwalają od zera narysować schemat lub przestrzenny model urządzenia. Można w nim łączyć elementy przestrzenne z elektronicznymi, na przykład przedstawić antenę jako strukturę przestrzenną 3D ze wzmacniaczem dołączonym do zacisków.

Odbywa się to poprzez zdefiniowanie portów konstrukcji 3D, które są automatycznie widoczne w części schematowej, jak zaciski antenowe. Taki wzmacniacz może być zasilony i pobudzony z wirtualnych źródeł, a sygnał po przejściu przez wzmacniacz zostanie przez oprogramowanie podany na zaciski anteny, wirtualnie wypromieniowany i tak samo zobrazowany w formie rozkładu emitowanego programowania. Są to symulacje hybrydowe, a więc takie, gdzie układ elektroniczny o stałych skupionych (na przykład wzmacniacz z tranzystorem mocy) jest połączony ze strukturą 3D, na przykład anteną i stanowi całość.

Kolejnym aspektem, który pojawia się w zakresie zaawansowanych możliwości symulacyjnych, są analizy termiczne oraz narażeń i odporności mechanicznej. Proste solwery do takich zastosowań CST ma już od kilku lat, bo jest to konsekwencja tego, że wiele zjawisk badanych innymi narzędziami w jakiś sposób się z tymi zagadnieniami wiąże. Przykładem może być filtr w torze nadawczym nadajnika o mocy kilku kilowatów.

Z czasem ten filtr się starzeje, jego ścianki pokrywają się tlenkami i zanieczyszczeniami i zaczynają się grzać pod wpływem prądów powierzchniowych. Filtr zaczyna się rozstrajać, bo zmienia się jego geometria. Za pomocą narzędzi symulacyjnych można optymalizować konstrukcję, która nie będzie się deformować lub dobrze rozpraszać ciepło na przykład poprzez lepszą konwekcję wokół obudowy.

W podobny sposób można w energetyce symulować działanie transformatorów dużej mocy pracujących w obudowach zalewanych olejem po to, aby optymalizować cyrkulację chłodziwa. Z czasem symulacji i obszarów, które są badane, jest więcej, bo elektronika nie działa w próżni, ale w konkretnych uwarunkowaniach mechanicznych, termicznych i elektrycznych.

• Jaka jest wierność symulacji pola elektromagnetycznego przez oprogramowanie CST?

Pytania o to, jak symulacje odzwierciedlają rzeczywistość, w naturalny sposób stanowią najważniejsze pytanie dla firmy CST, bo mówią o tym, czy te narzędzia są wiarygodne. Firma cały czas prosi klientów o wyniki badań rzeczywistych i symulacji po to, aby je porównać. Dodatkowo mamy w oddziale CST w Czechach laboratorium, które zajmuje się doświadczalną kontrolą modeli. Wnioski są takie, że jeśli nie zostaną popełnione błędy po stronie pomiarów, a w symulacji zostaną uwzględnione wszystkie aspekty determinujące rozkład pola, to wyniki charakteryzują się bardzo dużą zgodnością.

• Jaki potencjał musi mieć firma, aby była potencjalnym odbiorcą takich produktów?

Oprogramowanie symulacyjne w dziale projektowym jest obecnie takim samym narzędziem jak oscyloskop, analizator widma lub program do projektowania płytek. Gdy firma tworzy nowoczesny sprzęt i ma potencjał rynkowy wykraczający poza małe przedsiębiorstwo, a więc jest taką, która realnie zatrudnia ponad 20 osób, okazuje się, że symulatory CST znajdują się już w obszarze jej możliwości inwestycyjnych.

To dlatego, że cały pakiet podzielony jest na wiele solwerów, przez co minimalny niezbędny zestaw stał się bardziej dostępny. Jego koszt staje się porównywalny z tym, ile płaci się za aparaturę do EMC i inne oprogramowanie inżynierskie.

• W ostatnich tygodniach pojawiła się informacja, że firma CST została kupiona przez francuski koncern Dassault Systemes. Co to oznacza?

Od kilku lat widać, że na rynku elektroniki dochodzi do częstych przejęć i firmy łączą się, gdyż jest to dzisiaj korzystna metoda na rozwój biznesu zapewniająca szybki rozwój. To samo dotyczy firm soft ware’owych, gdzie mniejsze innowacyjne firmy stają się celem dla dużych koncernów, starających się w ten sposób zapewnić sobie dostęp do nowoczesnych technologii i kompetentnej kadry poprzez dynamiczny skok, a nie ewolucyjny rozwój.

CST stało się w ostatnich miesiącach przykładem takiej akwizycji, bo firma została kupiona przez duży francuski koncern Dassault Systemes należący do grupy Dassault, której najbardziej znanym na rynku produktem jest rodzina samolotów bojowych Mirage 2000. Dassault Systemes ma w swojej strukturze zarówno dział oprogramowania do projektowania 3D (CATIA, SOLIDWORKS), jak również duży dział zajmujący się rozwijaniem oprogramowania symulacyjnego (SIMULIA, BIOVIA, GEOVIA...) obejmującego narzędzia do wizualizacji zdarzeń w mechanice, na przykład pozwalające podczas zderzenia modelować procesy zgniatania karoserii samochodów w testach zderzeniowych.

W takich obszarach, podobnie jak w elektronice, też jest presja czasu w projektowaniu, tak że producenci starają się ograniczyć liczbę kosztownych testów prototypów. Koszty takich badań stale rosną, natomiast ceny oprogramowania i mocy obliczeniowej zmniejszają się, stąd wysiłek ciągle przesuwa się z testów realnych na wirtualne.

Mimo szerokiej oferty i całkiem sporego portfolio dostępnych narzędzi symulacyjnych Dassault Systemes nie miał w ofercie zaawansowanego oprogramowania do symulacji elektromagnetycznych 3D. Z kolei CST miał słabą, raczkującą ofertę oprogramowania do symulacji zjawisk mechanicznych i termicznych. Po połączeniu ma szansę to się zmienić wyraźnie na korzyść, tym bardziej że Dassault Systemes to duża firma z niezłym zapleczem kadrowym i technologicznym, którą stać na niezbędne inwestycje. Zatrudnia ponad 14 tys. osób!

Wchłonięta firma CST stanie się częścią grupy SIMULIA, ale marka CST pozostanie jako nazwa grupy produktów. W Polsce Dassault Systemes ma od 3 lat swój oddział w Krakowie (d. firma Apriso) oraz biuro przy ul. Iłżeckiej w Warszawie, gdzie ja jako przedstawiciel będę zajmował się w dalszym ciągu produktami CST, dzięki czemu dla klientów nie będzie żadnych niekorzystnych zmian w zakresie obsługi rynku.

Rozmawiał Robert Magdziak