Dokładnie miesiąc temu ponad stu inżynierów konstruktorów uczestniczyło we wrocławskiej konferencji Hardware Design Masterclasses, zorganizowanej przez Rafała Stępnia z firmy DoktorTronik. Wysłuchali prelekcji o elektronice dla przemysłu i badań kosmicznych, o projektowaniu systemów cyfrowych, projektowaniu wiązek przewodów oraz aspektach związanych z Design for Manufacturing. Prześledzili też analizę architektur zasilania, analogowe i cyfrowe przetwarzanie sygnałów oraz systemy komunikacyjne i kwestie EMC. Sponsorami konferencji były firmy Altium oraz Nordes, które znalazły się w gronie prelegentów, a ich przedstawiciele podczas przerw chętnie odpowiadali na pytania.

Podczas wydarzenia miałam okazję porozmawiać z prelegentami. Sześciu z nich poprosiłam o krótkie podsumowanie wykładu, a dzięki uprzejmości firm i organizatora, otrzymałam zgodę na udostępnienie ich prezentacji w tym artykule.

Rafał Kramek z firmy Fluke przekazał kilka praktycznych wskazówek pomocnych przy projektowaniu zasilania, których nie można łatwo znaleźć w internecie, a które mogą pomóc w rozwiązaniu wielu problemów w projektach. Zwrócił uwagę na kilka aspektów, według niego niezbyt dobrze rozumianych przez inżynierów. Zaznaczył, że kalkulatory działają świetnie w aplikacjach katalogowych, ale warto sprawdzić wszystkie warunki pracy układu, nie tylko najgorszy przypadek. — Przy projektowaniu płyt PCB warto zwracać uwagę i optymalizować rzeczy naprawdę istotne i nie kierować się sloganami, że jakiś komponent musi być blisko, albo połączony krótko, tylko raczej postarać się zrozumieć, jakie zjawiska za tym stoją. Trzeba projektować dużo i robić prototypy układów, nawet jeśli te projekty trafiają do szuflady. Najwięcej bowiem można się nauczyć na swoich błędach i szukaniu przyczyny dlaczego coś nie działa — podkreślił Rafał Kramek.

Prezentacja Rafała Kramka: Jak projektować zasilanie, aby odnieść sukces? Seria praktycznych wskazówek

Mateusz Pluta z firmy Aptiv zaprezentował swój projekt automatycznego miernika RLC z wieloma wejściami do pomiarów parametrów przed i po testach ESD. Przedstawił projekt na certyfikat Green-Belt, który służy do innego spojrzenia na rozwiązywanie problemów, w sposób bardziej ustrukturyzowany. Po przeanalizowaniu obecnego procesu i sprawdzeniu, co można w nim zmienić, Mateusz zaproponował wdrożenie nowego miernika RLC, który w przeciwieństwie do mierników z jednym torem pomiarowym, ma możliwość pomiaru wielu wyjść. Podczas prelekcji mówił o zabezpieczaniu urządzeń przed ESD poprzez dodanie kondensatorów na wyjściach urządzeń czy diod TVS. Podkreślił też, jak ważna jest dobrze zaprojektowana obudowa, bez niepotrzebnych przestrzeni, przez które iskra mogłaby wniknąć do urządzenia.

Prezentacja: Automatyczny miernik RLC z wieloma wejściami do pomiarów parametrów przed i po testach ESD (firma Aptiv nie wyraziła zgody na udostępnienie)

Wojciech Koczwara z firmy Rockwell Automation przedstawił drogę swojego zespołu, we współpracy z inżynierami z USA, od współuczestniczenia w tworzeniu standardu 10BASE-T1S w ramach grupy IEEE802.3cg, po adaptację tej technologii do projektu podłączenia do Internetu nawet najprostszych i najtańszych urządzeń przemysłowych.

Mówił o przemyśle samochodowym, standaryzowanym przez OPEN Alliance, gdzie w technologii 10BASE-T1S wielu upatruje przyszłości sieci samochodowych. Poruszane przez niego tematy stanowiły przekrój – od technicznych podstaw standardu, aż po zaawansowane zagadnienia związane z wykorzystaniem płaskiego kabla, czy problemem lokalnego obniżenia impedancji łącza przy gęstym podłączeniu wielu urządzeń, który zespół Rockwell Automation rozwiązał i wdrożył w standard przemysłowy.

Prezentacja Wojciecha Koczwary: Single Pair Ethernet: nowe sieci samochodowe i przemysłowe

Rafał Jabłoński z firmy Nordes opowiadał o Design for Manufacturing (DFM), czyli takim projektowaniu elektroniki, które jest zoptymalizowane pod kątem kosztów i wykonalności w produkcji. To właśnie na etapie tworzenia projektu inżynier ma wpływ na rodzaj i cenę użytych materiałów oraz na procesy technologiczne. Wybiera komponenty i decyduje o montażu (SMT, THT), konieczności lakierowania płytki czy nawet o wyglądzie obudowy.

Podczas swojej prezentacji Rafał zaznaczył ważną rolę dokumentacji uwzględniającej wszelkie aspekty i procesy produkcyjne. Wyróżnił sześć ważnych elementów projektowania zgodnie z DFM: pod montaż, diagnostykę, testowanie, dla środowiska (jak najmniejsze zużycie energii), niezawodność przez długi okres czasu oraz pod kątem zaopatrzenia, czyli zakupów komponentów. Poradził unikać niestandardowych elementów, skłaniać się do konstrukcji modułowych, zatrzaskowych złączy, odpowiednich materiałów i automatyzacji montażu. Podkreślił, że wówczas zwiększy się wydajność i przepustowość produkcji, szczególnie wielkoseryjnej. Zmniejszą się koszty i usprawni montaż, co zdecydowanie poprawi jakość produktu, który zostanie szybciej wprowadzony na rynek. Dodatkowo polepszy się jego serwisowanie i utylizacja.

— Głównym błędem przy projektowaniu układów elektronicznych jest niewłaściwa dokumentacja produkcyjna lub jej brak. Powoduje to takie problemy, jak chociażby niedostosowane pady wynikające z korzystania z bibliotek produktów zamiast rozwiązań sprawdzonych. Innym błędem jest wybór komponentów, które niedługo zostaną wycofane z oferty (End of Live). Często natrafiamy też na kolizję przelotek z komponentami, wynikającą ze stosowania rozwiązań gotowych, proponowanych przez program, bez ich weryfikacji. Nie można w 100% ufać programowi, ponieważ zdarzają się takie sytuacje jak przelotka pod elementem BGA, lub elementy z padami termicznymi ukrytymi pod spodem. Powoduje to konieczność wykonania dodatkowych testów i kontroli, przelutowywanie elementów lub wypełnianie przelotek żywicą epoksydową, co generuje wyższe koszty i dłuższy czas realizacji. W celu uniknięcia tych niechcianych problemów, warto konsultować projekt z producentem PCB. W Nordesie chcemy mieć pieczę nad całym procesem, czyli wykonaniem płytki laminowanej ze ścieżkami, zakupem komponentów i ich przechowywaniem. Dlatego wolimy dostać od klienta całą dokumentację, którą sprawdzamy i wprowadzamy do naszego systemu ERP generującego dalsze kroki. Zajmuje nam to od dwóch dni do tygodnia, w zależności od stopnia skomplikowania projektu. Napisana procedura produkcyjna jest jeszcze dodatkowo sprawdzana przez inną osobę, co pozwala nam uniknąć wielu błędów i zapewnia dobrą jakość usług — zaznaczył Rafał Jabłoński.

Prezentacja Rafała Jabłońskiego: DFM a Elektronika Kontraktowa: jak unikać pułapek w procesie produkcyjnym

Rafał Wiśniewski jako elektronik konstruktor-hobbysta przedstawił swój zrealizowany projekt kalkulatora na układach TTL

— Jestem mile zaskoczony konferencją. Pierwszy raz uczestniczę w takim wydarzeniu i cieszę się, że zostałem pozytywnie przyjęty. Nie mam tytułu inżyniera, w związku z tym chciałem podziękować wszystkim inżynierom za wyrozumiałość, a przede wszystkim Rafałowi Stępniowi za zaproszenie i możliwość prezentacji mojego projektu. Od trzech lat pracuję nad nowym komputerem, również na układach TTL. Jeśli wszystko dobrze pójdzie, to za kolejne trzy lata powinienem go skończyć.

Prezentacja Rafała Wiśniewskiego: Zaprojektowanie i realizacja specjalizowanego systemu minikomputerowego w skali makro na przykładzie kalkulatora na układach TTL

Kamil Jasiński z Centrum Padań Kosmicznych PAN pokazał jedną z wielu analiz fragmentu obwodu, tzw. WCA (Worst Case Analysis) na podstawie projektu GLOWS IMAP.

— Zajmujemy się projektowaniem i integrowaniem produktów związanych z przemysłem kosmicznym. Analiz WCA w przemyśle naziemnym się nie robi, zwłaszcza jeśli chodzi o wpływ radiacji. Wyjątkiem jest może branża automotive. W przemyśle kosmicznym różnego rodzaju analiz jest dość sporo. Problemy takie jak dostępność elementów, dostawców, lead time dotykają nas tutaj szczególnie mocno. W projektach kosmicznych punkt widzenia jest inny, a liczba analiz znacznie wydłuża czas wdrożenia. Jeden projekt trwa zazwyczaj kilka lat, a zanim doleci w jakieś miejsce, mijają kolejne miesiące czy lata. Doskonałym przykładem jest Voyager, który przebywa w przestrzenie kosmicznej już około 50 lat. Ostatnie problemy z komunikacją sprawiły, że trzeba było prosić o konsultacje inżynierów, którzy już są na emeryturze.

Bardzo podoba mi się trend, który mam wrażenie pojawił się stosunkowo niedawno, a mianowicie dostępność w polskim internecie zaawansowanych technicznie treści dla użytkowników. Nawet te płatne były kiedyś w ograniczonej ilości. Cieszę się, że ludzie za darmo dzielą się swoją bogatą wiedzą i doświadczeniem. Tego wcześniej mocno brakowało, zwłaszcza w Polsce — powiedział Kamil Jasiński.

Prezentacja Kamila Jasińskiego: Co może robić wzmacniacz operacyjny 1,5 miliona kilometrów od Ziemi – projekt GLOWS

Krishna Sundaram z firmy Altium przeprowadził wykład online. Organizator konferencji udostępnił prezentację: Defining System Connectivity with Harness Design in Altium Designer 24

Na koniec poprosiłam o podsumowanie wiosennej konferencji jej organizatora Rafała Stępnia, właściciela firmy DoktorTronik, który również poprowadził swój wykład:

— Podobnie jak podczas poprzedniej edycji HDM, poziom merytoryczny prelegentów oraz zaangażowanie uczestników w trakcie konferencji był bardzo wysoki, czyli taki, jakiego można by oczekiwać od podobnego wydarzenia o randze światowej. Otrzymałem wiele pozytywnych komentarzy, co jest dla mnie potwierdzeniem, że tego rodzaju spotkania są w naszym kraju potrzebne. Podczas HDM możemy dzielić się wiedzą i doświadczeniem, aby stać się mistrzami w zakresie inżynierii elektroniki. Zrzeszamy inżynierów elektroników, co również przekłada się na jej rangę i rozpoznawalność w Polsce i Europie — podsumował wydarzenie Rafał Stępień, który również udostępnił swoją prezentację: Tester wysokich energii – projekt oraz testy warystorów

Kolejna edycja HDM planowana jest na jesień 2024 roku.

Autorem zdjęć jest Michał Majewski

Autorką zdjęć Rafała Wiśniewskiego i Rafała Jabłońskiego (przy stoisku Nordes) jest Agnieszka Kubasik