Rozmowa z Michałem Anuszewskim, współwłaścicielem firmy App Studio

• Elektronika motoryzacyjna uważana jest za trudny biznes z uwagi na relacje rynkowe dyktowane przez wielkie koncerny i duże wymagania jakościowe. Czy jest to prawda?

To prawda, że elektronika motoryzacyjna jest niełatwym biznesem, a na dodatek cały sektor rynku związany z instalacjami gazowymi w ostatnim okresie stał się bardzo trudny. Odkąd ropa znacznie staniała, a z nią ceny paliw istotnie się obniżyły, popyt na instalacje gazowe wyraźnie się zmniejszył. Na dodatek, na fali wysokich cen paliw i dużego popytu na instalacje w latach ubiegłych, wiele firm zainwestowało w opracowanie i produkcję komponentów składowych, przez co konkurencja na rynku znacząco się zwiększyła. Na wielu rynkach pojawili się ponadto producenci chińscy, który nie mają z reguły sprzętu wysokiej jakości, ale sprzedają go po niskich cenach.

• Jak doszło do tego, że zajęliście się produkcją komponentów do instalacji gazowych?

Na początku pracy zawodowej w latach 90. ubiegłego wieku wraz z kilkoma kolegami inżynierami pracowaliśmy jako programiści w sporej korporacji, rozwijając duży system informatyczny wykorzystywany do zarządzania przedsiębiorstwem. Był to też okres, kiedy zapanowała moda na outsourcing kadr i w ramach takich procesów w niedługim czasie przeszliśmy na samozatrudnienie, zakładając firmy.

Firma okazała się impulsem do tego, aby oprócz działalności dla dotychczasowego pracodawcy zacząć szukać ciekawych tematów, a z racji wykształcenia politechnicznego, zawsze w kręgu naszych zainteresowań były systemy embedded. Pomysł na własny biznes przyszedł w 2003 roku, gdy założyłem sobie w samochodzie instalację gazową. Trafiłem do warsztatu, który był jednocześnie dystrybutorem instalacji dużego krajowego producenta i na bazie rozmów okazało się, że ten producent szuka projektanta i producenta sterowników do takiego systemu, aby zastąpić nimi wersje importowane z Włoch.

Temat zaprojektowania sterownika uznaliśmy za pomysł bliski naszych zainteresowań. W ciągu pół roku pracy we dwie osoby powstał pierwszy prototyp takiego sterownika. Biorąc pod uwagę, że zaczynaliśmy od zera i nie mieliśmy wcześniej wiedzy i doświadczenia na temat sterowania pracą silnika spalinowego, z dzisiejszej perspektywy uważam to za spore osiągnięcie.

• Jaką objętość miał kod wynikowy tego projektu?

Kod wynikowy w tym pierwszym projekcie zajmował kilkanaście kilobajtów, ale oprogramowanie zawsze jest tutaj dość zwarte i zoptymalizowane. W wielu z aktualnie produkowanych wersji też mieścimy się w 64 KB, co jest konieczne z uwagi na wymóg trzymania kosztów projektu w ryzach. Mikrokontrolery z dużą ilością pamięci są drogie, dlatego objętość kodu jest optymalizowana.

• Produkujecie sterowniki sami czy w kooperacji z EMS-em?

Pierwsze próby wypadły na tyle dobrze, że po krótkim czasie ruszyła produkcja, a za nią pojawiły się kolejne lepsze wersje. Nasze sterowniki zostały dobrze przyjęte na rynku i tym samym staliśmy się drugim w Polsce producentem komponentów do samochodowych instalacji gazowych.

Początkowo montaż płytek zlecaliśmy do firm zewnętrznych, ale niestety nie było to dla nas rozwiązanie optymalne, gdyż liczba problemów pojawiających się przy współpracy z firmami kontraktowymi była niestety zbyt duża i wymagała od nas stałego zaangażowania. Próbowaliśmy też produkować sterowniki w Chinach, ale ten pomysł okazał się kompletną porażką.

W efekcie tych doświadczeń postawiliśmy na produkcję we własnym zakresie. Przenieśliśmy się do trochę większej siedziby, kupiliśmy urządzenia do montażu, zainwestowaliśmy w wykonanie form wtryskowych do obudów i tym samym staliśmy się wytwórcą wszystkich elementów składowych systemu instalacji gazowej, w tym wtryskiwaczy i reduktorów.

W kooperacji wykonujemy jedynie wiązki kablowe. Przez te kilkanaście lat nie zajmowaliśmy się tylko marketingiem i sprzedażą, uznając, że w obszarze naszych zainteresowań leży wyłącznie projektowanie i produkcja. Duża część naszych urządzeń kierowana była na eksport, stąd w tym obszarze współpracujemy z firmami zewnętrznymi zajmującymi się dystrybucją.

Był taki okres, że skala realizowanej produkcji sięgnęła 100 tys. sterowników rocznie, co pokazuje, że decyzja o koncentracji produkcji w ramach firmy była słuszna.

• Kiedy w firmie pojawiła się tematyka inspekcji optycznej?

W miarę jak cena ropy malała, producentów instalacji gazowych przybywało a rynek się nasycał, nasza sprzedaż zaczęła się zmniejszać. Mieliśmy więc nieco więcej czasu, aby poszukać kolejnych perspektywicznych obszarów rozwoju.

Ta wspomniana skala działania sięgająca 100 tys. sterowników rocznie dla naszej firmy była na tyle duża, że zagadnienia związane z jakością stały się bardzo istotne. Duża sprzedaż za granicę wymagała drobiazgowej kontroli technicznej urządzeń po to, aby nie mieć kosztownych problemów serwisowych. Efektem tych działań było pojawienie się w firmie skanera 2D AOI.

Urządzenie to miało niestety bardzo kiepskie oprogramowanie: trudne w obsłudze, nieergonomiczne i w praktyce tylko jedna osoba z naszego działu konstrukcyjnego umiała się nim posłużyć. A u nas produkcja często się zmienia, mamy w ofercie wiele typów sterowników i nigdy nie wytwarzamy długich jednakowych serii. Ten skaner okazał się na tyle wielkim rozczarowaniem, że postanowiliśmy zrobić własny.

• A czemu po prostu nie kupiliście innego urządzenia? Przecież oferta rynku jest szeroka i zawsze można liczyć, że przed zakupem dostanie się sprzęt na pewien czas na testy.

Mówimy tu o okresie mniej więcej siedem lat wstecz, bo wówczas sprawa tej inwestycji była przez nas w firmie rozważana. Wówczas podaż nie była aż tak szeroka jak dzisiaj.

Mimo dość dużej skali produkcji i działania w relatywnie jak na warunki krajowe sporej skali firma App Studio nigdy nie miała na tyle dużo pieniędzy na inwestycje, aby kupować każde potencjalnie przydatne urządzenie. Poza samym montażem płytek drukowanych, musieliśmy też produkować obudowy, elementy konstrukcji mechanicznej instalacji i tak dalej. Oprócz linii SMT inwestycje szły więc na tworzenie narzędziowni i dziesiątki innych niezbędnych rzeczy. Mieliśmy inne pilniejsze wydatki i kupno kolejnego skanera nie wchodziło w grę, tym bardziej że jest to sprzęt kosztowny.

Ten pierwszy skaner, który kupiliśmy też zaliczał się raczej do tych tańszych. W sumie spełnił też swoje zadanie, bo dzięki niemu udało się poprawić jakość produkcji i ilość problemów serwisowych znacznie zmalała. Ale też dzięki niemu dowiedzieliśmy się, na czym nam zależy. W naszym przypadku była to łatwość korzystania z oprogramowania, tworzenia projektu, proste dokonywanie zmian i wsparcie dla często zmieniającej się i elastycznie realizowanej produkcji.

Gotowego skanera nie kupiliśmy też dlatego, że okazało się, iż większość skanerów dostępnych na rynku ma problemy i ich oprogramowanie nie zalicza się do przyjaznego dla użytkownika. Urządzenia te są profilowane pod kątem pracy w produkcji masowej, gdzie raz się je ustawi, a potem długo nic nie zmienia. I to ustawienie, nawet żmudne, nie jest wtedy problemem. A u nas sytuacja jest odwrotna.

Efektem takich przemyśleń była decyzja o budowie własnego urządzenia 2D AOI.

• Jak się zaczyna taki projekt i ile czasu trzeba na dojście do prototypu?

Zaczęliśmy w 2013 roku od przygotowania kilku podstawowych procedur po to, aby przekonać się, że nie porywamy się z motyką na słońce. Kulminacja pracy to rok 2015, kiedy to pierwszy, prototypowy skaner zaczął u nas działać. Tę pierwszą wersję tworzyło nasze autorskie oprogramowanie, które współpracowało z kupionym i zmodyfikowanym skanerem płaskim.

Kolejny rok poświęciliśmy na szlifowanie funkcjonalności oprogramowania, po to aby było intuicyjne, funkcjonalne, obsługiwało błędy i ładnie wyglądało. Póki używaliśmy go sami, nie miało to większego znaczenia, niemniej, aby je sprzedawać, trzeba osiągnąć poziom pozwalający na obsługę przez osobę o przeciętnej wiedzy komputerowej.

Prace te skończyły się w 2016 roku i można powiedzieć, że po ponad trzech latach udało nam się stworzyć interesujący produkt, który można było zaoferować do sprzedaży. Podobnie jak w przypadku komponentów do instalacji gazowych, w tym przypadku też nasze kompetencje nie sięgają sfery handlowej, dlatego zaczęliśmy szukać dystrybutora.

Okazało się to sporym problemem. W międzyczasie na rynku pojawiło się wiele skanerów AOI i większość dystrybutorów urządzeń do produkcji elektroniki miała już taki sprzęt w swojej ofercie. Co prawda nasz skaner jest znacznie tańszy niż konkurencji, niemniej z reguły dystrybutor, który ma już jakieś urządzenie w swoim portfolio, nie dostanie zgody na wprowadzenie do sprzedaży kolejnego, z uwagi na możliwość powstania wewnętrznej konkurencji. Nie było możliwości, aby do tych istniejących urządzeń doszedł jeszcze nasz sprzęt.

Na szczęście starania zakończyły się sukcesem i z końcem 2016 roku podpisaliśmy umowę o współpracy z Pakt Electronics z Włocławka. Oni nie mieli skanerów AOI w sprzedaży, bo jest to firma stosunkowo młoda i dopiero buduje swoje portfolio dystrybucyjne. Pakt kupił jeden skaner od nas jako pokazowy i po paru miesiącach mamy już sprzedanych kilka urządzeń, co biorąc pod uwagę, że minęło dopiero kilka miesięcy, uważam za spory sukces. Co ciekawe, nasze AOI kupili mali producenci, a więc dokładnie ci, w potrzeby których celujemy.

• Jakie atuty ma Wasz produkt w porównaniu do konkurencji?

Staramy się eksponować to, że jako firma krajowa jesteśmy otwarci na sugestie naszych klientów i będziemy reagować na ich potrzeby w zakresie funkcjonalności oprogramowania, dodając poszukiwane funkcje. Takie prace trwają cały czas. Obecnie przygotowujemy specjalną wersję skanera dla producentów obwodów drukowanych do kontroli płytek, a także wersje do kontroli jakości powierzchni lakierowanej dla firm EMS.

Chodzi o to, aby automatycznie wykryć miejsca niepokryte lakierem, a które powinny być polakierowane oraz co jest jeszcze ważniejsze, aby sprawdzić, czy przy lakierowaniu selektywnym lakier nie dostał się tam, gdzie nie powinien - na przykład do złączy. Staramy się stworzyć oprogramowanie o funkcjonalności ukierunkowanej na takie problemy. Razem z wymianą oświetlacza na wersję UV w wykorzystywanym skanerze optycznym powinno zapewnić to możliwość kontroli jakości procesu lakierowania selektywnego.

• Tworzenie oprogramowania do analizy obrazu i rozbudowanej aplikacji pecetowej wydaje się zadaniem bardzo trudnym w porównaniu do pisania kodu sterownika opierającego się na mikrokontrolerze i wielu innych zadań informatycznych. Jak sobie poradziliście z tym problemem?

To prawda, że analiza obrazu jest zagadnieniem trudnym i wymagających dużej wiedzy informatycznej i programistycznej. Szczęśliwie dla nas w przypadku kontroli montażu podzespołów na płytce drukowanej wykorzystuje się wyłącznie kilka metod i algorytmów, a sama analiza jest ograniczona do stosunkowo wąskiego wycinka. Nie jest to też wiedza tajemna, bo wykorzystywane metody są dość dobrze opisane w literaturze łącznie z zastosowaniami, tak więc zaskakująco jest to prostsze zadanie, niż początkowo się wydawało.

Dużo większym problemem było zapewnienie, aby analiza była szybka, działała w sposób powtarzalny i dokładny. Poza prędkością działania wiele wysiłku wymagało sparametryzowanie algorytmów, a więc doprowadzenie do tego, aby wyniki porównań były czytelne dla człowieka. Przykładowo, aby zero było znakiem braku jakiejkolwiek korelacji obrazu a 1000 jako pełna korelacja, trzeba było przeprowadzić bardzo wiele prób na różnych płytkach, aby dobrze dobrać współczynniki detekcji i uzyskać wyniki analizy w bardzo szerokim zakresie, jaki podałem, a nie np. 0-5.

Drugim problemem było napisanie algorytmu rozpoznawania punktów celowniczych, bo okazało się, że w zależności od procesu, pokryć i wielu szczegółów, są tutaj bardzo duże różnice. W tym zakresie prace pochłonęły mnóstwo czasu i niejednokrotnie myślałem, że cały projekt padnie na tym zagadnieniu.

Kolejny problem związany był z koniecznością zapewnienia szybkiego działania analizy. Niezbędne było użycie wielowątkowości i rozłożenia zadań obliczeniowych na wiele rdzeni procesora, tak aby obciążyć go w 100%. Szczęśliwie tutaj też mieliśmy sporo gotowego kodu z wcześniejszej pracy przy systemach bazodanowych i wiedzieliśmy, jak się do tego zabrać.

• Czy kupowaliście gotowe biblioteki, czy też program powstał od zera?

Nie korzystaliśmy z gotowych bibliotek i oprogramowanie jest w całości naszym opracowaniem. Niemniej jest to rezultat naszej wieloletniej pracy, a nie tylko tych ostatnich trzech lat, bo wiele fragmentów kodu związanych z interfejsem graficznym, obsługą obrazów, było przez nas kiedyś przygotowanych do wcześniejszych projektów.

Różne biblioteki można kupić, ale trzeba pamiętać, że wiele z nich ma ogólną formułę i korzystania z nich trzeba się długo uczyć. Przebić się przez to jest niełatwo i zawsze wtedy pada pytanie, czy nie szybciej jest coś stworzyć samodzielnie? Poza tym biblioteki sporo kosztują i mogłoby się okazać, że finalnie zarobek dla nas byłby minimalny.

• A konstrukcja skanera optycznego jak wygląda?

Na wejściu mamy komercyjny typowy skaner A3 z ruchomą karetką. Został on zmodyfikowany, aby mógł odczytywać obraz z odległości, a nie tylko płaski rysunek na szybie. Trzeba było też wymienić oświetlacz na bezcieniowy i zdolny do oświetlenia elementów o dużej wysokości. Wykorzystaliśmy źródło światła z wielu diod LED, zmieniliśmy ponadto całą konstrukcję mechaniczną.

Na wyjściu skanera dostępna jest bitmapa analizowanej płytki w rozdzielczości 600 dpi, a dane z urządzenia pobierane są przez standardowy interfejs Twain. Z obrazu całości w kolejnym kroku program wycina tysiące małych fragmentów przynależnych do każdego podzespołu, tworzy listę zadań, dzieli ją na procesory i wątki i rozpoczyna analizę tych małych obrazów a następnie dokonuje obróbki wyników i je wyświetla.

Wejściowa bitmapa ma ok. 150 MB. Skanowanie obrazu i transmisja danych do peceta zajmuje około 20 s. Obróbka płytki z projektem zawierającym 2500 elementów trwa poniżej 20 s, w praktyce 15 s. Staramy się, aby czas obróbki był krótszy od czasu skanowania, dzięki czemu można wymienić płytkę w skanerze w czasie, gdy trwa analiza danych poprzedniej.

Krótki czas jest istotnym parametrem, gdyż pozwala on jednej osobie skanować płytki w międzyczasie, tzn. w przerwie między innymi operacjami. Skaner działający szybciej niż jesteśmy w stanie produkować, jest bardzo wygodny, gdy firma realizuje wiele małych projektów, bo zapobiega piętrzeniu się pracy do wykonania.

• Jaki jest koszt skanera?

Nasz skaner AOI Vidaspect kosztuje około 50 tys. zł w zależności od wersji, a więc połowę tego co kosztują inne konkurencyjne urządzenia. Niemniej jest to urządzenie 2D i nie ma możliwości, aby dało się je przystosować do analizy obrazu w trzech wymiarach, bo ograniczeniem jest konstrukcja optyki skanera. Niemniej skanowanie 2D obejmuje ok. 90% zadań, więc na razie nie jest to problem. Rozdzielczość 600 dpi wystarcza do analizy komponentów do 0402 i TQFP z rastrem 0,4.

Rozważamy projekt skanera 3D bazującego na kamerze, ale jego wdrożenie uzależniamy trochę od wyników sprzedaży istniejącej wersji.

Rozmawiał Robert Magdziak