Что это за работа? Инженер-электронщик умных устройств

Когда речь заходит об IT, мы в первую очередь вспоминаем программистов. Однако не менее важную роль играют инженеры, создающие сами гаджеты. Чем их работа отличается от разработки ПО и какие этапы проходит продукт от идеи до производства — рассказывает Алексей Фоменко, инженер-электронщик умных устройств Яндекса.

Инженер vs программист

Сегодня многие дома полны разных устройств — от датчиков влажности до умных колонок и телевизоров. Их разработкой занимаются аппаратные инженеры, и их профессия сильно отличается от других специальностей, которые сегодня существуют в IT. Это выражается в ряде особенностей:

Высокая цена ошибки. Любая ошибка здесь может привести к задержкам разработки на недели и даже месяцы. Это связано с тем, что цикл разработки устройств сильно отличается от создания ПО, а ошибки нельзя выявить сразу при помощи, например, компилятора. Поэтому инженеры несут огромную ответственность за свои решения.
Связь с физическим миром. Если вам нравится работа руками, аппаратная разработка даст массу интересных задач. Но стоит учитывать, что удаленная работа тут почти невозможна. Не получится искать проблемы влияния DDR-памяти на Wi-Fi, лежа на пляже с ноутбуком.
Невозможность проведения OTA-обновлений. Неправильно подобранный резистор нельзя исправить «по воздуху». Важно заранее продумывать архитектуру и закладывать возможность всех будущих доработок.
Высокий порог входа. Будущему специалисту обычно нужна практика, техническое образование, а для полноценной работы — еще и дорогостоящее оборудование. Это не то направление, которое можно на базовом уровне освоить за курсы длиной в пару месяцев.

Инженеры работают в условиях реального физического мира, где внешние факторы могут меняться в самых разных сочетаниях. И это накладывает серьезный отпечаток на то, как устроен их процесс работы.

Инженерный старт: разработка концепта

Инженеры, создающие умные устройства — от колонок до датчиков и телевизоров, — идут особым путём, который местами сильно отличается от работы программистов. Если в IT-разработке часто доминируют гибкие методологии (SDLC, Agile, Scrum и разные другие концепции), то инженерные проекты требуют более структурированного подхода.

Всё начинается с глубокого исследования: анализа рынка, целевой аудитории, ключевых характеристик продукта и его уникального предложения. Только после этого следует этап концептуальной проработки, когда команда создаёт прототипы, проверяет гипотезы и ищет оптимальные решения. Подготовка требует проверки всех компонентов будущего устройства. Например, для такого гаджета, как умная колонка, нужно предусмотреть:

Акустические прототипы. Тестируются различные звуковые схемы: типы динамиков, формы рассеивающих линз и другие параметры.
Световые прототипы. К примеру, умные колонки всегда оснащены индикацией — кольцевой подсветкой, светодиодным дисплеем или подсвеченным лого. Здесь проверяются варианты с разным количеством светодиодов и материалами.
Функциональные прототипы. Многие вещи невозможно оценить через симуляции или расчёты. Это особенно касается сенсорного взаимодействия: объёмность звука в акустике, восприятие световых индикаций, тактильность сенсорных кнопок. Здесь только физические прототипы дают реальное понимание качества пользовательского опыта.
CMF (Color, Materials, Finishing). Подбираются цветовые решения, материалы и покрытия корпуса — всё, что влияет на тактильные ощущения и восприятие устройства.

Этап концепта ближе всего к подходу Agile, который используется разработчики ПО: короткие итерации, постоянная обратная связь от стейкхолдеров и технологов. Выбранные решения здесь критичны: после них любые изменения потребуют полной переработки. Например, добавить динамик или заменить светодиодный дисплей будет невозможно без переделки конструкции и аппаратной части продукта.

На этом этапе инженер оценивает реализуемость функций, технологичность производства, а также стоимость будущего продукта. В результате концепта должен получиться утверждённый образ будущего устройства.

Инженерный образец: первая проверка железа на прочность

Самая ответственная часть — разработка первой полнофункциональной версии устройства. Инженерам нужно полностью продумать архитектуру и выполнить детальную проработку всех частей. Цель этого этапа — проверить работоспособность всех инженерных решений и убедиться, что все они соответствуют заявленным характеристикам. И здесь разница с остальным IT особенно заметна.

В своей работе программисты используют множество инструментов — компиляторы, интерпретаторы, системы тестирования и отладки. Стандартная последовательность действий выглядит так: сборка проекта, запуск тестов, исправление ошибок. Этот цикл не занимает много времени, а цена ошибки относительно невысока — баг можно быстро исправить и перезапустить процесс.

В инженерной разработке иные процессы. Здесь каждый цикл отладки может занимать дни или даже недели. Для тестирования требуется специализированное оборудование и глубокие знания. Ошибки в «железе» обходятся крайне дорого — как в прямом, так и в переносном смысле. Неверный расчёт или просчёт в прототипе может привести к необходимости переделывать дорогостоящие компоненты, заказывать новые образцы и повторять длительные тесты.

Допустим, инженер совершил просчёт при проектировании печатной платы. Назовём это «ошибкой», хотя это могло быть и осознанным решением, принятым в условиях той информации, что была на момент проектирования. Например, неудачно «чувствительная» трасса оказалась проведена вблизи «шумного» узла. После того, как плата ушла «в релиз», происходит следующее:

Закупаются компоненты, которые необходимо установить на плату (обычно это более сотни позиций различных наименований).
Одна фабрика изготавливает многослойную печатную плату, другая фабрика производит установку нескольких сотен компонентов на эту плату.
Готовая плата высылается разработчику.
Инженер «запускает» плату: подаёт питание, проверяет её работоспособность и внимательно тестирует все узлы схемы.

Это приводит к тому, что от того момента, когда была совершена ошибка, до того момента, как инженер убедился, что смог её исправить, порой проходит несколько месяцев. Представьте, что вы готовите торт Наполеон, а в один из десяти слоёв в крем случайно замешали вместо сметаны, скажем, майонез. В целом торт получится, но будет что-то не то. И поиск этой ошибки окажется довольно трудным — в конце придётся всё переделывать сначала. В разработке устройств это устроено аналогично.

Ключевая задача этого этапа — гарантировать стабильную и безотказную работу устройства при любых возможных комбинациях условий. Только после решения всех вопросов можно переходить к следующему этапу разработки.

Опытный образец: итоговое тестирование

Цель этого этапа — убедиться, что выбранные инженерные решения правильно реализованы, продукт соответствует характеристикам, а конструкция готова к массовому производству. Команда должна доработать узлы и детали, а также обеспечить контроль качества на производстве. В идеале после этого этапа в устройство не должно вноситься существенных изменений.

Важное отличие от предыдущего этапа — детали изготавливаются с применением технологий массового производства. Вместо 3D-печати теперь используются пресс-формы для отливки пластика на термопластавтоматах. Изготовление может длиться несколько месяцев — всё зависит от сложности и размера детали. Конструктору приходится учитывать массу ограничений. Вид детали не может быть произвольным — при литье пресс-форма должна свободно раскрываться, без мешающих элементов. К тому же стальные пресс-формы практически не поддаются доработкам: можно снять лишний материал, но добавить его уже не получится.

Здесь ключевое отличие от софтверной разработки заключается в нюансах обеспечения производства и контроля качества. При запуске мобильного приложения не нужно беспокоиться о том, что все его копии будут одинаковые. С потребительской электроникой иначе — нужно контролировать качество каждого устройства. Для этого важны технологичные процессы и тестовое оборудование, минимизирующие человеческий фактор.

Дополнительная сложность заключается в необходимости выполнять тестирование за меньшее время: чем дольше срок тестирования, тем больше аппаратов нужно будет ставить на линию. Иногда ритм производства достигает тысяч устройств в день. Инженерная команда разрабатывает не только продукт, но и технологическую оснастку для производства, которая будет обеспечивать высокое качество выпускаемой продукции.

Предсерийное производство

Эта стадия необходима для наладки производственной линии и для передачи дел командам производственного тестирования и контроля качества. Для начала выпускается пробная партия, оборудование калибруют под ритм, собирают статистику, определяют пороги тестов, а также создают «годные» и «бракованные» образцы.

Контроль качества — ключевой аспект массового производства. Инженеры должны разбираться не только в статистике, но и в физике процессов, технологиях. Даже после успешного пробного запуска работа инженеров продолжается — производство требует постоянного внимания.

Когда продукт «оживает»

После старта массового производства команда внимательно следит за производственной статистикой, оперативно устраняя отклонения и корректируя методики тестирования и ПО. Ошибки конструирования исключены — они были устранены на предыдущих этапах.

Даже после выхода продукта в продажу работа продолжается: инженеры анализируют обращения в поддержку и выявляют редкие проблемы, которые проявляются у пользователей. Например, если часы в темноте не гаснут до минимальной яркости — дорабатывается алгоритм датчика освещённости.

Несмотря на сложность и ответственность работы, инженеры испытывают особую радость, когда из набросков, схем на мониторе и графиков на осциллографе, у них на руках оживает то, во что они вкладывали душу все эти месяцы. Когда инженер щёлкает выключателем на розетке, а умная колонка начинает переливаться красками и вдруг говорит: «Привет, это Алиса!».