Рано или поздно каждый, интересующийся электроникой, начинает задумываться о своём проекте и практически сразу упирается в вопрос: где и как производить изделия? И каждый решает этот вопрос по-разному.

Так как эта тема мне тоже весьма близка, и этот вопрос стоит передо мной в полный рост, я решил разобраться и думаю, что вся последующая информация будет полезна любому, кто задаётся такими же вопросами.

Вообще, вся эта статья — скорее приглашение к диалогу, так как если вы сможете чем-то поделиться, дать ценный совет, что-то подкорректировать — это будет на пользу всем читающим. Итак…

Независимость, самовыражение, свобода — можно перечислить ещё множество других волшебных слов, которые характеризуют свой проект.

Но, видимо, не бывает «бочки мёда без ложки дёгтя» — проблем производства. 

Это весьма комплексный вопрос, который будет отличаться в каждом конкретном случае и иметь специфические решения. Но если проект связан с производством собственной электроники, у каждого такого проекта будет ряд общих черт, которые будут их объединять, — и одной из самых ключевых станет задача производства электронной начинки.

Что обычно думают те, кто хочет пройти «по самому быстрому и простому» (как им кажется) пути?

«Да я сейчас закажу в Китае, и мне сделают за 3 копейки и быстро!». Правда, реальность оказывается несколько иной:

• То сам забыл что-то, допустил ошибку (а время уже упущено), которую осознаёшь только после запуска в производство.

• То по прибытии электроники выясняется, что сделано не то и не так (виноват, скорее всего, сам).

• То выясняется, что наценка за работу фабрики так сильно поднимает конечную цену платы, что изделие с этой платой никто не будет покупать. И это с автоматическим монтажом, без сложного ручного монтажа; а с ним — вообще «улетает в космос». Впрочем, это не секрет для тех, кто покупает нераспаянные платы на том же AliExpress и видит, как сильно меняется цена за распаянные.

• Время производства со всеми накладными расходами растягивается до 2-3 недель (как минимум) и это ещё без доставки.

Кроме этого, есть и другие причины (о них ниже).

Например, малые партии выгоднее делать самому, так как фабрика в любом случае производит целый ряд подготовительных процессов, которые обязательно переложит на вас — приготовление фотошаблонов, отладка оборудования (как минимум). Да даже изготовление паяльных масок и шелкографических форм для подписей — в случае большого тиража затраты на них равномерно распределились бы между большим количеством изделий, тогда как в противном случае они существенно увеличат стоимость плат.

Поэтому, например, по некоторым оценкам, мелкие серии плат в количествах до 100 штук, производимые на тех же домашних настольных фрезерах типа 3018 (один из которых я недавно приобрёл), дают возможность уменьшить стоимость производства платы вплоть до 100% по сравнению с фабричным производством.

Генри Форд в своё время говорил (не дословно, но суть), что цену на товар нужно снижать настолько, насколько возможно, за счёт всего, что возможно (унификация, упрощение, устранение лишнего, применение конвейера), чтобы товар был доступен для всех. Это критически важно.

Именно поэтому его автомобиль смог стать массовым продуктом, а не игрушкой для богатых!

Также небольшие домашние средства производства позволяют выйти на нереальную для крупных фабрик гибкость, когда итерации отладки-получения готового продукта могут неоднократно происходить даже в течение 1 дня! 

Кроме того, такая гибкость важна и ещё для одной неочевидной вещи: быстрого изменения концепции, компоновки, да и вообще всей сути продукта! 

Нередко ведь бывает такое, что прорывная идея приходит, когда плата уже ушла в производство, а тебе пришли новые данные, которые в корне меняют всю задумку (типичная, кстати, ситуация). 

Соответственно: нужно потерять деньги и время на текущую плату, а пока перепроектировать и выслать новую на изготовление. И это опять время и деньги (больше даже время)! 

А когда средства производства под рукой, смена концепции происходит практически безболезненно и очень быстро.

Кстати говоря, как минимум в самом начале, постоянная смена концепции «с ног на голову» — это вовсе не курьёз, а первичная задача бизнесмена: называется pivot points, или «точки разворота», — так как их может быть не одна (об этом я уже как-то говорил в прошлом).

То есть задача стартапа: за минимальное время и минимальные деньги проверить максимальное количество гипотез.

Потому что как надо делать — не знает никто. Никакой коуч и учебник не дадут готового ответа. И даже сам предприниматель (как ни смешно, но факт) может иметь только некие субъективные подозрения, которые в 90 % случаев весьма далеки от реальной ситуации — и это нормально.

Узнать, «как надо», можно только столкнувшись с рынком и проведя тесты на продажи: даже простой опрос людей не поможет прояснить ситуацию! :-) 

Тут будет уместно привести классический пример из учебников по маркетингу, как Sony выбирала цвет для своего знаменитого аудиоплеера Walkman: собрали группу людей и стали показывать им плееры разного цвета, прося пометить в бумаге, розданной им предварительно, какой цвет они бы выбрали — все в итоге выбрали разные цвета. 

После опроса в благодарность за работу каждому члену группы предложили забрать со стола у входа плеер Walkman себе в подарок (на столе лежали плееры разных цветов): подавляющее большинство выбрало чёрный цвет, несмотря на то, что в бумагах писало всякое разное! :-) 

Вывод: люди говорят что угодно, когда их просят «просто поговорить о чём-то абстрактном», и честны тогда, когда это касается лично их. 

То есть вывести их на честность можно только попросив «проголосовать своими деньгами» за ваш товар. Простой беседы и опроса друзей, что они думают — недостаточно. Не голосуют? Значит, надо что-то делать с товаром…

Все бизнесы проходят точки разворота (даже уже давно перестав быть стартапами, потому что нужно «держать руку на пульсе» и проверять новые идеи, не «почивать на лаврах»). 

Примеры? Их есть у меня:

• Делали трактора — стали делать суперкары (Lamborghini).

• Была голосовалка за фото девушек — стала социальная сеть (Facebook).

• Делали игральные карты — стали делать компьютерные игры (Nintendo).

• Был сервис для знакомств с видеоанкетами — стал видеохостинг (YouTube).

• Производили приспособления для резки мяса/сыра и весы — стали делать компьютеры (IBM).

• И т.д. и т.п.

Исходя из этих (а может и не только этих) причин, некоторые выбирают производить самостоятельно.

Однако, мы немного отвлеклись… 

Итак, какие здесь есть интересные возможности? 

Выше мы упомянули широко известный ЧПУ фрезерный станок серии 3018, выпускающийся разными производителями в разных комплектациях, разного материала рамы и т.д. 

И с ним всё более-менее понятно: относительно недорого, достаточно быстро и качественно можно изготавливать даже небольшие серии плат. 

Но плата — это ещё далеко не всё: требуется как минимум установить компоненты на неё, где одним из самых простых способов является поверхностный монтаж. 

И тут на помощь приходят разнообразные установщики компонентов. Сразу надо отметить, что обычно они представляют собой довольно сложные роботизированные комплексы, малодоступные рядовому домашнему «мейкеру». 

Но здесь тоже есть лазейка: ещё в 2013 году появился замечательный Open Source-проект, позволяющий каждому создать себе робота для поверхностного монтажа — OpenPnP («Open Pick-and-Place»). 

Проект должен заполнить нишу между медленным полностью самостоятельным монтажом плат и относительно дорогим (для малых тиражей) производством смонтированных плат на заказ, так как позволяет организовать систему производства плат прямо на дому. 

С момента своего появления, проект быстро оброс кругом энтузиастов, которыми и поддерживается, где благодаря имеющимся наработкам стало возможным создавать, например, такое:

При этом, что любопытно, ряд компаний взяли за основу архитектуру и программное обеспечение OpenPnP и стали выпускать готовые машины:

По некоторым независимым оценкам, сборка машины поверхностного монтажа на базе архитектуры OpenPnP обойдётся энтузиасту примерно в 80 000-150 000 рублей. Однако, как показывает та же ссылка на AliExpress чуть выше, при такой цене самостоятельной сборки встаёт вопрос, а не взять ли готовое за примерно те же деньги? 

Впрочем, самостоятельная сборка — это особое удовольствие: полностью понять всю архитектуру, научиться «по малейшему чиху» понимать, что, где не так и что надо подкрутить… 

Это может быть весьма важным впоследствии, что позволит избежать простоев при серийном производстве, когда «сроки горят».

При этом даже мейкеры, имеющие дома менее интеллектуальные машины поверхностного монтажа, например, без компьютерного зрения, всё равно очень довольны и отмечают, насколько сильно такие машины упрощают работу.

И ниже как раз такой пример, где автор видео говорит о том, что самое главное, зачем ему вообще такая машина дома, — это возможность прототипировать мелкие партии (до 10 шт.), так как первые экземпляры, пришедшие с фабрики, скорее всего не будут работать (из‑за ошибок проектирования, как минимум). Поэтому самостоятельная сборка и тестирование — это именно то, что нужно.

Видео выше, кстати, прелюбопытное, и вот почему: этот парень организовал на дому производство микроэлектроники с оборотом в 40 000 долларов в месяц! 

«Запряг» на сборку всех: себя, жену, родителей (даже чуть ли не собаку свою) :-)) 

Производят довольно простую и даже банальную вещь — радиоуправляемую машинку на esp32, и, тем не менее, оборот месячный удивляет:

Заставляет задуматься (в позитивном ключе) то, что там в комментах под видео отписываются люди, которые говорят о том, что уже по 30 лет занимаются таким бизнесом (м��лкое серийное производство электроники) и всё у них хорошо! ;-)

Кстати говоря, из интересного, если вы обратитесь к официальной страничке проекта OpenPnP на github, то вы там увидите любопытную опцию: чтобы запустить это программное обеспечение, вам даже не нужна своя собранная в реальности машина-установщик: вы можете запустить программное обеспечение даже без неё в виртуальном режиме симуляции такой машины, чтобы посмотреть, как это всё работает!

В целом, схема работы системы выглядит следующим образом: на компьютере устанавливается десктопное приложение, доступное под основные операционные системы (Win, Mac, Linux), которое может обмениваться данными через USB-кабель или Ethernet-кабель с микроконтроллером, в качестве которого (если судить по их собственному анализу) предпочтительно рекомендуется выбирать smoothieboard, впрочем, как можно видеть по ссылке выше, поддерживается достаточно большое количество плат и прошивок.

В работе установка использует две камеры, где:

• Одна из них, «верхняя», устанавливается непосредственно на перемещающуюся головку и предназначена для определения пространственного положения печатной платы и установочных площадок.

• Также есть ещё и «нижняя» камера, которая предназначена для определения того, насколько смещён объект, захваченный головкой, насколько он развёрнут вокруг своей оси.

Таким образом, совмещая данные от нижней и верхней камеры, система узнаёт, где конкретно находится плата, где на ней установочное место для детали, насколько нужно развернуть захваченный компонент, с каким смещением его установить, чтобы он точно встал на своё место. 

В качестве камер используются обычные веб-камеры, у которых удаляют инфракрасный фильтр, а для подсветки используют мощный источник инфракрасного света.

Для чего: это одновременно и повышает чувствительность камеры, и даёт хорошие тени, благодаря которым границы деталей и их положение уверенно распознаются алгоритмами. 

Для захвата деталей используется пневматический захват в качестве источника вакуума, для которого может быть использован, например, даже компрессор для аквариума! 

Для перемещений архитектура проекта поддерживает три типа актуаторов:

• Шаговые двигатели (наиболее распространённый тип).

• Сервоприводы.

• Линейные двигатели — самый продвинутый вариант, который используется и на профессиональных машинах-установщиках.

  Вкратце: трубчатая направляющая, внутри которой находится сборка из неодимовых магнитов. По этой направляющей движется катушка-электромагнит, отталкивающаяся своим полем от поля неодимовых магнитов. 

  Зачем это нужно: высочайшая точность позиционирования (единицы микрон) и огромная скорость, измеряющаяся метрами в секунду (с ускорением, до 20 G). 

  Подробно мы рассматривали этот интересный тип двигателя вот здесь — там же есть и схемы сборки магнитов в направляющих, а также видео с тестами такого рода двигателей. 

  Но «зверь» этот нечастый у самодельщиков…

Тем не менее, даже вполне стандартные шаговые двигатели, например, вот такого типа, использованные в проекте ниже, показывают впечатляющую производительность в 2283,5 установленных деталей в час (можно мельком увидеть на мониторе, в нижней его части, на 3:01, в видео ниже):

Как заявляет автор, этот аппарат ему собрал уже более тысячи плат!

Кстати, о производительности подобных аппаратов: в среднем, судя по открытым данным, аппараты на базе архитектуры OpenPnP базового уровня могут достигать производительности вплоть до 800 установленных деталей в час, тогда как более оптимизированные и профессионально собранные конструкции (как мы могли видеть, в частности, в видео выше) достигают уже порядка 3000 деталей в час.

Ну вот, детали разложены, а дальше что? Остаётся только вручную (трафаретом) нанести паяльную пасту, после чего разложить и припаять все детали…

Однако некоторые поступают ещё интересней: они апгрейдят аппарат на базе OpenPnP, чтобы он сразу наносил паяльную пасту, а после чего укладывал в неё деталь, например, у двухголовочной модели машины вместо одной из головок устанавливают диспенсер паяльной пасты, тогда как вторая продолжает устанавливать детали (ниже, к сожалению, показан только процесс нанесения пасты, однако помещение деталей не показано):

Подробный мануал по сборке основного аппарата, на который был затем установлен этот диспенсер, можно найти здесь.

Ну и, в итоге, остаётся только эту плату с установленными деталями и нанесённой паяльной пастой и поместить также в самодельную печь оплавления, которую многие делают из обычной кухонной печки для тостов:

• Устанавливают в неё термопару, которая подключается к микроконтроллеру (Arduino/esp32 и т.д.).

• Питание печи осуществляется через твердотельное реле на 220 В, также подключенное к микроконтроллеру.

• На микроконтроллер устанавливается алгоритм ПИД-регулятора, который, используя ШИМ, подаёт питание на нагревательный элемент печки таким образом, чтобы регулировать температуру в определённой последовательности, называемой «профилем нагрева».

Конечно, вся эта эпопея со сборкой как минимум трёх устройств — робота-установщика, диспенсера паяльной пасты и печи оплавления — не самая простая задача…

Однако в результате вы можете получить практически полноценную производственную линию для создания своих печатных плат и реализации собственных идей! ;-)

© 2025 ООО «МТ ФИНАНС»