Jak przejść od początkującego do produkowanego?

Jestem programistą, który chce zająć się sprzętem, aby móc cieszyć się tą samą kreatywnością, co projektowanie oprogramowania w świecie fizycznym.

Znalazłem tu wiele postów na temat „uruchomienia” w świecie elektroniki, ale chciałbym wiedzieć, czy są jakieś przeszkody podczas podróży, jeśli Twoim celem jest potencjalnie wyprodukowanie urządzenia w przyszłość. (prawdopodobnie rozwiązania zorientowane na robotykę, płyty kontrolujące serwomechanizmy, czujniki itp.).

Chciałbym się upewnić, że gdziekolwiek się skupię, nie będę „uczył się w kącie”, że tak powiem.

Czytałem dobre rzeczy o elastyczności i łatwej do nauczenia się naturze urządzeń Arduino, ale mam problem ze znalezieniem czegoś na temat ich produkcji. Czy są producenci, którzy mogą wyprodukować rozwiązanie oparte na arduino? Jaki rodzaj produkcji jest dostępny dla czegoś korzystającego z Arduino?

Jakie dziedziny / urządzenia programowalnej elektroniki są najlepsze do wyprodukowania?

Wszelkie wskazówki lub informacje dotyczące uczenia się i projektowania z myślą o produkcji? Jakieś ogólne wskazówki dla nowicjusza?

Po prostu, aby wiedzieć, co nas czeka ...

Jeśli chcesz przejść od tworzenia ręcznie budowanej płyty lub prototypu do rzeczywistych płytek drukowanych, masz przed sobą wiele godzin i gdziekolwiek, od kilkuset do kilku tysięcy dolarów, w zależności od tego, ile jesteś gotów zrobić samemu .

Schemat przechwytywania i układ PCB

Przede wszystkim musisz uchwycić swój projekt za pomocą programu do przechwytywania schematów, a następnie zaprojektować płytkę drukowaną. Jednym z bardziej popularnych programów jest EAGLE , którego używam. Mają wersję EAGLE Light (49 USD), ale można jej używać tylko w przypadku schematów z jednym arkuszem (dowolnego rozmiaru), dwiema warstwami sygnałowymi i obszarem trasowania 100 x 80 mm (około 4 „x 3”). Do każdej poważnej pracy potrzebujesz przynajmniej wersji Standard EAGLE, która kosztuje 747 USD. Prawdopodobnie istnieją inne tańsze (nawet bezpłatne) alternatywy. Istnieje wiele innych, które kosztują tysiące lub dziesiątki tysięcy dolarów. W każdym razie będziesz musiał poświęcić dużo czasu na naukę korzystania z programu.

Możesz też zapłacić komuś takiemu jak ja, aby to dla ciebie zrobił ($$ / godz.).

Produkcja PCB

Przygotowanie płyt jest kolejnym krokiem producenta płyt PCB . Problemem są tutaj koszty NRE (inżynieria jednorazowa). Niektóre domy z planszami traktują to jako osobną liczbę, a inne wbudowały to w swój kosztorys. W każdym razie wykonanie kilku płyt jest prawie nigdy nieopłacalne. Możesz wydać 100 USD na dwie tablice, a 500 USD na 25. Musisz mieć naprawdę duże ilości, aby uzyskać zaledwie kilka dolarów na tablicę.

Gotcha polega na tym, że jeśli stworzysz 25 tablic, wypełnij tylko kilka z nich do testowania i okaże się, że nie działają (i nie ma łatwej poprawki - np. Ponieważ położyłeś złącze do tyłu), możesz skończyć z rzucaniem od pozostałych 23 pustych desek, a byłoby lepiej, gdybyś dostał dwie. Mam stosy pustych płytek drukowanych jako dowód tego zjawiska.

Montaż PCB

Jeśli nie chcesz budować desek ręcznie, musisz je zmontować. Trudno sobie poradzić z pakietami do montażu powierzchniowego. Jeśli płyta ma pakiety BGA lub QFN, prawdopodobnie nie będziesz w stanie zbudować ich samodzielnie, chyba że masz własny piec rozpływowy.

Zdobycie pierwszych dwóch tablic przez dom montażu może kosztować 500 USD. Natomiast zbudowanie 25 może kosztować 1200 USD. (Po raz kolejny problemem są koszty NRE.) Zejście do zaledwie kilku dolarów za kartę wymaga (ponownie) dużych ilości.

A ktoś inny już dyskutował o problemie z częściami.

Upewnij się, że używasz części, które są łatwo dostępne - jeśli zarówno DigiKey, jak i Mouser mają setki części, powinieneś być w porządku. Jeśli zamiast tego mają go w swoim katalogu, ale obecnie nie ma go w magazynie, spróbuj znaleźć coś innego. Jeśli potrzebujesz specjalnych części, które nie są przenoszone przez DigiKey lub Mouser, upewnij się, że masz wiarygodne źródło, zanim umieścisz je w swoim produkcie. (Uwaga: im więcej nietypowych części używasz, tym większe prawdopodobieństwo, że będziesz musiał ręcznie dodać część do biblioteki części PCB).

Przypadki niestandardowe

Czy chcesz umieścić swoją tablicę w skrzynce? Jeśli potrzebujesz zaprojektować niestandardową obudowę, będzie to kilka tysięcy dla projektanta używającego programu takiego jak SolidWorks (nie robię tego, ale mogę polecić komuś, kto może). Jeśli zamierzasz zacząć od kilku spraw, prawdopodobnie będziesz musiał przejść do szybkiego prototypowania, takiego jak selektywne spiekanie laserowe (SLS). Licz co najmniej 100 USD za skrzynkę w małych ilościach. Aby obniżyć koszty do kilku dolarów za skrzynkę, musisz wykonać niestandardową formę. NRE raz jeszcze! Zaplanuj wydanie 10 000 USD lub więcej na formę.

I nawet nie zacznę od testów EMC lub EMI, ponieważ nie wiem, czy dotyczy to twojego produktu.

Jak widać z tego wszystkiego, dopóki nie wejdziesz do produkcji, koszt części elektronicznych zwykle nie jest największym przedmiotem na kartę. Wykonanie własnego montażu w małych ilościach pozwoli Ci zaoszczędzić dużo pieniędzy. Dlatego ważne jest, aby projektować z myślą o tym - nie da się lutować ręcznie części.

Aby uzyskać naprawdę niskie ceny za duże ilości, na ogół musisz udać się za granicę - Chiny itp. Ale na początku unikałbym tego.

W ciągu ostatnich kilku lat podążałem tą drogą i teraz sprzedaję małe ilości moich projektów. Wcześniej wybrałem mikrokontrolery Microchip i utknąłem z nimi, ale Arduinos i mikrokontrolery AVR wydają się równie dobrym rozwiązaniem.

Projektowanie PCB

Do projektowania PCB mogę polecić Eagle - nigdy nie przeszedłem wersji Light, ponieważ buduję tylko dość małe płyty. Pozwala dodać własne części, których będziesz potrzebować na pewnym etapie. Robi automatyczne trasowanie ścieżek PCB, chociaż okazuje się, że używam tego rzadziej z upływem czasu - częściowo dlatego, że robię płyty z bardzo ciasnymi ograniczeniami przestrzeni i ciągle majstruję przy rozmieszczaniu części i routingu, aby wszystko spakować Zapewnia sprawdzanie zgodności z regułami projektowania, co pomaga złapać błędy w twoim układzie. Jest wiele do nauczenia się, ale z czasem nauczysz się z tego, a płyty będą mogły być tworzone z twoich plików cyfrowych.

Produkcja PCB

Buduję własne prototypowe płytki, a następnie wykonuję je profesjonalnie, gdy tylko przejdę pierwsze prototypowanie. Prototypuję dwustronne płyty za pomocą folii transferowej Press-n-Peel i drukarki laserowej. Rutynowo robię deski z małymi pakietami do montażu powierzchniowego QFN z odstępem między paskami 0,5 mm - jest to skomplikowane, ale można to zrobić ostrożnie. Koszt profesjonalnie wykonanych płyt wynosił od 3 do 10 USD w przypadku ilości około 100.

Montaż PCB

Z powodzeniem wykonuję lutowanie rozpływowe za pomocą elektrycznej patelni. Dba o to, ale jest dość niezawodny i dość szybki. Najwolniejszą częścią jest nałożenie pasty lutowniczej na planszę, chociaż jeśli masz problem z tworzeniem maski lutowniczej, można to również ułatwić. Często używam pakietów bezołowiowych, takich jak QFN, ponieważ są one małe i nie mają z nimi większych problemów. Jeśli chcesz, paczki z elektrodami można ręcznie przylutować, ale myślę, że szybciej jest użyć pasty lutowniczej i wlać na patelnię.

Gdy osiągniesz znaczny wolumen, będziesz chciał przejść do płacenia komuś innemu za montaż za ciebie. Jeszcze tego nie zrobiłem, ale wyceniono mnie na 6500 USD za 30 płyt, za które części kosztują około 80 USD. Tak więc dodatkowy koszt nie jest nieznaczny, ale zależy od tego, ile czasu poświęciłeś na samodzielny montaż :)

Oprócz (dużej) inwestycji w czasie moją największą pojedynczą inwestycją był prawdopodobnie oscyloskop cyfrowy USB i analizator logiki firmy Bitscope - nieoceniony przy ustalaniu, co się właściwie dzieje, w przeciwieństwie do tego, co Twoim zdaniem powinno się stać!

Przedwczesna optymalizacja jest źródłem wszelkiego zła.

Arduino to dobre miejsce na rozpoczęcie. Nie martw się jeszcze o masową produkcję. Gdy masz już kilka wzorów za pasem, będziesz miał o wiele lepszy pomysł na to, co musisz zrobić.

Nauka nowego sprzętu jest tutaj częścią gry. Nie próbuj tego unikać. Im więcej znasz, tym lepiej będziesz inżynierem.

Obejrzyj ten film, który podkreśla różnice między oprogramowaniem a sprzętem:

Sprzęt cię cię (w języku NSFW)

Mitch Altman, projektant TV-B-Gone, wygłosił w The Next Hope przemówienie na temat przeniesienia projektu z pomysłu do rzeczywistości.

Oto MP3 .

Mitch przeniósł swoje osobiste projekty dla zwierząt (w tym uniwersalne piloty TV-B-Gone) od pomysłu do rzeczywistości i ma szczęście, że zarabia na życie robiąc to, co kocha. Mitch nakreśli praktyczne kroki, które podjął, aby wprowadzić swoje projekty od zwykłego pomysłu, przez etapy badań, rozwoju, produkcji, sprzedaży i dystrybucji, aż do zbierania czeków w zaciszu własnego domu (i podczas podróży świat). Ta rozmowa pokaże również niektóre pułapki związane z prowadzeniem własnego biznesu.

Dave Jones opublikował samouczek na temat projektowania dużych płyt PCB:

http://www.eevblog.com/2010/11/15/eevblog-127-pcb-design-for-manufacture-tutorial

Do produkcji PCB możesz wykonać wiele prototypów na listwach rozbiorowych i płytach chlebowych i przeskoczyć bezpośrednio do profesjonalnych płytek drukowanych dla jednostek „produkcyjnych”, używam tych gości i jestem bardzo szczęśliwy: http://iteadstudio.com /store/index.php?main_page=product_info&cPath=19_20&products_id=175 Seeed używa tej samej fabryki co itead po mniej więcej tej samej cenie.

W przypadku układu PCB nie inwestuj zbyt wiele czasu w EAGLE, ponieważ ma kilka ograniczeń w wersji darmowej i jest raczej niezgrabny i trudny w użyciu, zamiast rzucić okiem na kicad i geda, oba są wolnym oprogramowaniem i są bardziej zdolne niż EAGLE.

Sam jestem nowicjuszem, więc weź to z ziarnami soli, ale badałem to dużo w ciągu ostatniego miesiąca, więc mam nadzieję, że przyniosę dobrą perspektywę dla nowicjuszy. Oto, co odkryłem:

UWAGA: Używam kilku akronimów (PCB, SMD itp.). Nie napisałem, co one celowo oznaczają, ponieważ na pewno będziecie musieli dokładnie poznać te pojęcia.

1. Musisz przejść od prototypu (Arduino?) Do wersji PCB. Przede wszystkim zobacz dwa filmy EEVBlog: Wideo 1 , Wideo 2
2. Przejście od prototypu do wersji PCB oznacza przejście z elementów przelotowych na elementy SMT oraz z pełnoprawnego Arduino na układ scalony typu barebone. Dobrą wiadomością jest to, że nadal można go programować jak Arduino. Zobacz, jak to zrobić, w tym blogu. Jeśli twój projekt jest dość prosty, użyj ATTINY (45 lub 85) zamiast ATMEGA328p. Zobacz, jak to zrobić, w MIT Lab .
3. Zbuduj swój prototyp no-arduino, korzystając ze standardowego narzędzia do tworzenia makiet lub innego narzędzia prototypowego. Potrzebne części znajdziesz w Octopart . Bardzo dobrą rzeczą jest ich funkcja BOM.
4. Teraz dowiedz się, ile będą kosztować Twoje komponenty, tworząc BOM (Zestawienie materiałów). Użyj Octopart, aby znaleźć cenę i najlepsze miejsce na zakup części.
5. Po wykonaniu prototypu w ten sposób nadszedł czas, aby przekonwertować go na wersję PCB. Możesz użyć Fritzing do schematów PCB i plików Gerber do produkcji PCB, jeśli Twoja tablica jest wystarczająco prosta. W przeciwnym razie użyj programu takiego jak EAGLE lub kiCAD .
6. Wykonaj ręcznie płytkę drukowaną i lutuj elementy. Oto wideo z dobrą techniką dla części SMD . Aby uzyskać więcej informacji (potrzebowałem tego wszystkiego) , proszę bardzo .
7. Po lutowaniu SPRAWDŹ TO OBSYWNIE. Nie chcesz kupować 500 wyprodukowanych tylko po to, aby dowiedzieć się, że popełniłeś błąd i żadne z nich nie działa. Fritzing wyprodukuje jednorazowe tablice wykonane zgodnie z ich programem. Kosztują około 40-50 $. Nie tanie, ale w końcu to prototyp. Możesz również wykonać płytkę drukowaną samodzielnie, korzystając z procesu press-n-peel. Jest tutaj dobry film .
8. OGROMNY gotcha! Może być konieczne uzyskanie CERTYFIKATU swojej tablicy. Jest to długi i kosztowny proces.
9. Gdy już będziesz mieć pewność co do swojej płytki drukowanej, studio Seeed będzie produkować (nie tylko płytkę drukowaną, całą płytkę) dla małych ilości (100-1000) w rozsądnych cenach, w ramach swojego programu Propagate .

Spójrz na SeeedStudio , wydają się one dostarczać wielu narzędzi pomagających komuś w uruchomieniu projektu HW.

Nie jestem pewien, czy martwisz się o techniczne zakątki, czy biznesowe?

Być może jestem nieco żółtawy w stosunku do „hobbystów”, ale poważnie wątpię, że świat potrzebuje więcej robotów podsystemów niezbyt przemysłowych.

Istnieją podwykonawcze zakłady produkcyjne dla każdego wolumenu od 1 do miliona, a rzeczy takie jak PCB mogą być wytwarzane w każdej skali czasowej od następnego dnia do tygodni. Moje doświadczenie w produkcji elektronicznej jest takie, że dostarczanie komponentów jest jednym z największych problemów, chyba że masz wystarczającą ilość, aby producenci komponentów mieli do ciebie dostęp. W dzisiejszych czasach dla części o niskiej wartości, które będą poważnie, bardzo duże objętości.

Być może powinieneś nieco wyjaśnić swoje pytanie - czy planujesz spekulacyjnie zaprojektować urządzenia i zlecić ich produkcję, a następnie wprowadzić je na otwarty rynek?

Jeśli szukasz łatwego i taniego rozpoczęcia programowania mikrokontrolera, dobrym miejscem na początek byłoby skorzystanie z nowego zestawu narzędzi programistycznych TI Launchpad. Wyrzutnia

Ta rzecz kosztuje tylko 5 USD i moim zdaniem jest dość łatwa do nauczenia.

Jest już wiele świetnych informacji na temat fabryki i montażu PCB. Przekażę kilka własnych opinii. Możesz udać się do domu montażowego, ale będzie cię to kosztować, szczególnie koszt wstępny za szablon. Jeśli zdecydujesz się na montaż w domu, okaże się, że zaskakująco łatwo jest lutować duże układy scalone (FPGA, mikrokontrolery, pamięci RAM itp.), Ale części do montażu powierzchniowego z tylko 2 lub 3 połączeniami są uciążliwe. Rzecz o użyciu elementów przelotowych do tych małych rzeczy. Ja osobiście unikałem lutowania jakiegokolwiek układu kratek kulowych. Może powinienem spróbować to wyleczyć, ale nie jest to dla mnie naglący problem.

Jeśli zamierzasz robić duże nakłady (pomyśl o milionach), zrobiłbyś „projektowanie do produkcji”, aby zoptymalizować swój projekt, aby był łatwy i tani w budowie i testowaniu. Pomyśl o tym, jeśli inżynier produkcji może obniżyć koszty produkcji o 2 centy za 1 000 000 sztuk, to masz duże oszczędności.

Dla 500 jednostek jesteś względnie niski. Oto ładna prezentacja, Przygotuj swoje rzeczy - otwarta prezentacja sprzętu w Tokio autorstwa Dangerous Prototypes . Zasadniczo twierdzą, że na poziomie, o którym mówisz, jesteś zbyt mały, aby samemu zbudować tablice i powinien korzystać z domu spełnienia, tak jak oni ( Seeed Studios ). Przechodzą przez odpowiednie kroki i to, czego potrzebujesz. Pokład suwak jest również dostępny do pobrania.