Как запустить свое электронное устройство в «серию» и не остаться без штанов

Как это было у нас

Однажды в студеную зимнюю пору с рынка АСУ ТП ушли зарубежные производители контроллеров и модулей расширения (Siemenes, Carel, Schneider Electric, Danfoss, WAGO...). Покрутились мы вокруг, да около, попробовали перейти на Zentec, потом ОВЕН и EKF, пострадали от души, да решили заняться собственной разработкой контроллеров под свои нужды.

Скажете, что решили изобрести "велосипед"?! Нет, просто сделали свой.

Лучше постоянно улучшать свой продукт, чем пользоваться хорошим, но чужим.

1. Проанализировали рынок, определили нишу и спрос на продукт

2. Детально разобрали предложения конкурентов

3. Выявили лучшие решения, дополнили своими преимуществами

4. Приступили к разработке

Схемотехника, ПО и тестовые образцы PCB

Если у самих опыта в схемотехнике нет, то лучше обратиться к специалистам в этом вопросе.

Составляем подробное Техническое задание на разработку устройства, где описываем:

1. Количество входоввыходов

2. Виды измеряемых величин и точность измерения

3. Поддерживаемые интерфейсы

4. Необходимость изоляции развязки

5. Напряжение питания и тип его подключения

6. Производитель и семейство микроконтроллера

7. Расположение входоввыходов относительно платы

8. Вид и размер разъемов подключения

9. Приблизительные размеры печатной платы

10. Описываем способ и места креплений платы к корпусу (защелки пазы винты)

11. Необходимость вручную распаять пару тестовых образцов

12. Написание прошивки МК для проверки схемотехники

13. Программное обеспечение, в котором будет вестись разработка

Я советую использовать web версию EasyEDA Pro. В ней можно добавить разработчиков и контролировать процесс, вносить правки, есть 3Д модели, симуляция и проверки. По окончанию работ в ней же заказать тестовые платы на JLCPCB, либо экспортировать BOM, Gerber, Pick и заказать в любом другом месте.

• Ищем исполнителя на FL, авито, тематических форумах, а лучше в ТГ каналах по схемотехнике

• Отправляем ему ТЗ и просим прислать свое портфолио и рассказать о реализации похожих проектов

• Выбрать пару понравившихся предложений, обсудить стоимость и срок выполнения

• Разбить оплату на этапы работ и приступить к разработке

Если схемотехник отличный, но нужный вам микроконтроллер программировать не умеет, то параллельно ищем разработчика ПО для тестовой прошивки.

Задача тестовой прошивки запустить МК и убедиться в правильной работе входоввыходов. Часто бывает, что в процессе тестирования какие-то решения по схемотехнике приходится переделывать.

Можно обратиться в специализирующиеся фирмы, что выйдет значительно дороже, но "под ключ".

Скрины простого проекта в EasyEDA

Через месяц схемотехника разработана. Тестовый образец за пару суток неделю распаян и протестирован. Можно переходить к переосмыслению того, как все это переделать разработке корпуса.

Разработка корпуса устройства

Для наших целей нужен пластиковый прочный корпус, не поддерживающий горения, с возможностью крепления на DIN-рейку. Высокая текучесть пластика позволяет реализовать почти любой дизайн, а так же быстрое массовое производство нужного цвета.

Разработку корпуса можно разделить на:

Дизайн

Прототип

Модель для серийного производства

Выбираем несколько понравившихся корпусов у конкурентов, а так же описываем и прилагаем скрины того, какие дизайнерские решения хотелось бы применить.

В нашем случае устройство монтируется в шкаф управления на DIN-рейку и иногда закрывается пластиковым пластроном, поэтому ориентируемся на корпус Gainta D3MG, к примеру. На сайте производителя есть 3D модель корпуса в формате .step, которую можно примерить к своей плате для лучшего понимания своего дизайна.

Мне понравилось работать в Shapr3D. Экспортировали из EasyEDA 3D модель платы в формате .step, закинули в Shapr3D вместе с моделью корпуса и давай подгонять.

Как ни странно - снова составляем детальное Техническое задание на разработку корпуса и указываем:

1. Размеры корпуса

2. Скрины понравившихся решений (не обязательно в пластиковых корпусах)

3. Прикладываем 3D модель печатной платы

4. Места и тип крепления печатной платы к корпусу

5. Способ соединения частей корпуса между собой

6. Расположение световодов и технологических отверстий

7. Цвет материалов, расположение вентиляционных отверстий, толщина стенок

8. 3D модель корпуса должна быть передана в исходном редактируемом виде

9. Обговорить возможность печати пары прототипов на 3D принтере (лучше порошковом)

После составления ТЗ приступаем к его реализации

• Ищем промышленного дизайнера (пара ссылок в конце статьи)

• Обсуждаем с ним детали

• Разбиваем на этапы и приступаем к работе

Получаем через месяц наброски вариантов дизайна, согласовываем понравившийся и вносим дополнения правки.

Еще фото

Согласовываем размер и расположение световодов и технологический вентиляционных отверстий.

Получаем первые наброски корпуса и примеряем к печатной плате

Проверяем места установки платы, разъемы, дополнительное оборудование и общую концепцию.

Рендеры выбранного дизайна корпуса

После тщательной проверки в САПР печатаем образцы корпуса на обычном 3D принтере (или на фотополимерном, как на фото ниже). Устанавливаем печатные платы, проверяем места креплений и качество сборки деталей корпуса между собой.

На данном этапе мы получили 3D модель корпуса, но она, пока что, не пригодна для литья.

Изготовление пресс-формы для литья под давлением

Для литья под давлением необходимо доработать полученную модель:

• Проверить толщины

• Добавить уклоны для лучшего извлечения деталей из пресс-формы

• Проработать крепления и расположение элементов

• Добавить технологические углубления (компенсаторы) для предотвращения деформации материала

Пресс-форму для малой партии (до 50 тыс. смыканий) можно заказать из алюминия. Он легче поддается обработке, но и требования к изготавливаемой детали будут другими, так как высоким давлением легко замять тонкие перегородки.

Если корпус состоит из сложных деталей с мелкими частями - стальная форма

Простая форма деталей и невысокая точность - алюминиевая

Где заказывать пресс-форму?

Можно для начала отправить запрос по фирмам из ссылки в конце статьи. Прицениться, узнать требования и выслушать замечания.

После чего ищите в каких числах в Экспо-центре в Москве будет проходить выставка Rosmould & 3D-TECH и планируете поездку. Обычно это середина июня. В 2025 году она будет проходить с 17 по 19 июня.

• Берете с собой свой образец корпуса, сумку для брошюр и приезжаете на выставку

• Ходите по всем Китайским стендам и показываете свой корпус, собираете контакты

• После выставки отправляете 3D модель и собираете с них коммерческие предложения (invoice). Желательно, чтоб у них уже был опыт изготовления пластиковых корпусов для электроники и того качества, которое бы вас устроило.

• Открываете счет в ВТБ в юанях и оплачиваете аванс 50%

• Инженеры с производства начнут присылать замечания к модели и варианты их решения

• После обсуждения всех вопросов и замечаний начнут производство длинною пару месяцев

• Изготовят первые образцы и пришлют фото и видео, если все устраивает, то отправят их на согласование вам в посылке (обычно 10 шт.)

Некоторые (большинство) компании могут предложить так же и само литье деталей корпуса, либо отправят вам пресс-форму, если планируете лить в России.

Минимальный заказ от 1 000 шт.

При ввозе в Россию может потребоваться растаможить пресс-формы, либо вести их "карго" окольными путями.

Когда модель утверждена - начинается моделирование пресс-формы. Обязательно запрашивайте исходники (3D модель в редактируемом виде) по завершению работ.

Пресс-форма изготовлена, тестовые образцы получены - можно начинать серийной производство.

Затем сертификация устройств и мои поздравления. Надеюсь, что все у вас получится.

Выставка Rosmould & 3D-TECH проходит в Москве в середине июня.

Выставка ExpoElectronica проходит в Москве в середине апреля, где обязательно нужно побывать для обмена визитками с Китайскими и Отечественными производителями электроники.

Полезно почитать: Дизайн интерфейса для промышленного контроллера от Георгия Лефтар или Кейс: как мы корпус контроллера делали.

Так же есть весьма неплохой сайт, где можно поискать промышленных дизайнеров и изготовителей пресс-форм в России.