Юрий Леган, технический специалист компании Altium Limited, рассказал о том, как стать PCB-дизайнером в России
Мы живем в эпоху Интернета вещей, и в основе каждого из таких устройств лежит печатная плата, проектированием которой занимаются PCB-дизайнеры. В России таких специалистов чаще называют инженерами-электрониками или разработчиками приборов электронной техники, и у большинства технических вузов есть программы по подготовке кадров для будущего инженерного проектирования. Ведь с увеличением количества устройств, потребность в них будет расти каждый год. Однако далеко не у всех есть понимание, в чем заключается суть профессии.
Мы активно сотрудничаем с вузами, предоставляя будущим инженерам-проектировщикам программное обеспечение, и опросили студентов института радиоэлектроники и информационных технологий УрФУ (Уральского федерального университета), чтобы выяснить, насколько их взгляды на профессию схожи с мнением опытного специалиста.
1. Чем занимается PCB-дизайнер?
Он конструирует электронные приборы по техническому заданию. В конструирование прибора входит: разработка электрических схем, компоновок, чертежей, спецификаций, программ, методик проверки и испытаний и другой конструкторской, программной и эксплуатационной документации. Профессия инженера-электроника не столь романтична, как нам рисуют кинофильмы, изображая хакера с паяльником, "взламывающего" с планшетного компьютера суперсовременного робота-андроида. Инженеру-электронику приходится браться за паяльник, но только на этапе сборки и отработки лабораторного образца будущего прибора. По своему опыту могу сказать, что это составляет примерно 5-10% затраченного на разработку времени. Так как область знаний по электронике поистине обширна, то в России принято делить работу на три части, за каждую из которых отвечает специалист с более глубокими знаниями по одному из направлений:
- разработка электрической схемы и сопутствующей документации;
- разработка конструкции и соответствующей документации;
- разработка программного обеспечения и соответствующей документации.
Универсалами, владеющими всеми тремя частями на должном уровне, становятся только очень упорные и увлеченные процессом творчества в области электротехники люди.
2. Какое образование требуется, чтобы стать PCB-дизайнером?
Сложно говорить о каком-то одном образовании. Для успешной карьеры важно иметь определенный комплекс знаний и навыков, которые можно и нужно развивать самостоятельно, не только в академической среде. Однако в вузе этот процесс будет происходить гораздо быстрее под руководством опытных преподавателей. Я, например, по образованию физик, и мой путь к профессиональным знаниям в области электроники начался как увлечение в годы университетского обучения. И по своему опыту могу сказать, что инженерами-электрониками становятся далеко не всегда те, кто учился этой профессии в университете, но и просто “любители” с каким-то иным техническим образованием за плечами.
Первое, что нужно любому инженеру — это хорошая математическая подготовка, так как знания математики нужны в разработке электрической схемы на каждом шагу. Математика приучает человека думать системно, последовательно, научит делать выводы из предпосылок, вести анализ как методом индукции, так и дедукции. Например, знания ТФКП (прим. теория функций комплексного переменного) и умение решать дифференциальные уравнения значительно помогают инженеру в будущем понимать, что программа-помощник представила ему на очередном эпюре. Или понять, устойчивым ли получился усилитель, корректно построить АЧХ и ФЧХ передающего звена. Знания линейной алгебры помогут быстро выполнить расчёт какого-нибудь небольшого участка электрической схемы.
Второе — знания физики. Без них отсутствует понимание процессов и явлений, происходящих в приборе. Изначально электроника изучала электрофизические явления в различным материалах, однако в последние 20 лет развитие получило направление оптоэлектроники и фотоники. Активно стали использоваться электрооптические свойства материалов, например для передачи информации, а также есть попытки сделать на основе электрооптических явлений вычислительные устройства нового поколения. Аналогично с направлением физики магнитных явлений: если жесткие диски нам известны давно, то приборы памяти, основанные на эффекте гигантского магнитного сопротивления, мемристоры, начали получать развитие сравнительно недавно.
Третье — знания материаловедения. Только при понимании свойств материалов можно разработать прибор, который обладает полезными качествами: устойчивостью к вибрациям и механическим нагрузкам, влагостойкостью, температурной стабильностью геометрических параметров составных частей, в первую очередь печатных плат. Иногда такие знания носят первостепенный характер, например, когда это касается устойчивости материалов к факторам космического пространства, пониженного и повышенного давления окружающей среды.
Четвёртое — информатика и программирование. Знание современных принципов, методик разработки алгоритмов и программного обеспечения позволяет за короткое время писать эффективный, а значит быстроисполняемый программный код. Любой пользователь смартфона и приёмника навигационного сигнала испытывает чувство раздражения, если приложения на его устройстве начинают "притормаживать". Иногда это становится причиной отказа от использования такого прибора. Однако "притормаживание" приложений в случае блока управления и анализа ситуации беспилотного автомобиля, самолёта или локомотива может стать фатальным для жизни и здоровья людей. С развитием цифровизации общества приложения становятся сложнее, к сожалению, с большей скоростью, чем растёт производительность вычислительных возможностей приборов. Поэтому важно уметь конструировать алгоритмы и корректно реализовать их за отведённое время.
Ниже представлены ответы студентов на вопрос, какие знания необходимы, чтобы стать PCB-дизайнером:
Для инженера-проектировщика важны глубокие знания профильных дисциплин, трудолюбие, высокая работоспособность и не только инженерный, но и творческий склад ума. Также немаловажную роль играет использование в процессе обучения программно-технических средств, с которыми предстоит работать в будущем и знание английского. И самое главное, на мой взгляд, — это желание
Необходимо знать теоретическую часть этого направления, то есть изучить электротехнику, электронику, цифровую и аналоговую схемотехнику. Постоянно совершенствовать свои знания, в том числе узнавать про новые технологии и возможности их применения в собственных проектах. Также важно подобрать комфортные и функциональные программы для трассировки, симуляции и для оформления чертежей. Желательно приобрести практические навыки хотя бы на базовом уровне работы с электронными компонентами для более полной проверки своих проектов и воплощения их тестовых образцов в жизнь без помощи третьих лиц. Не лишним также было бы изучить технологии защиты данных и научиться защищать их
3. Как стать хорошим PCB-дизайнером?
Правильно разработать устройство возможно только при наличии хороших знаний математики, физики, материаловедения, а также национальных и локальных нормативных документов. Также важно умение строить лаконичные алгоритмы для разработки эффективного программного кода. Таким образом, чтобы "вырастить" хорошего специалиста, способного обучаться ещё в течение ближайших 10-15 лет новым средствам и методам работы и эффективно трудиться по профильному направлению, требуется затратить 7-9 лет.
Профессия инженера — априори кропотливый труд, который не терпит гонки со временем. Стоимость ошибки в настоящее время может быть очень высока, особенно для крупносерийной продукции. Например, ошибка в установке датчика ускорения для космической ракеты приведёт к отказу ракеты и невыводу полезной нагрузки на орбиту, а ошибка в разработке системы управления двигателем или тормозной системы автомобиля — к отзыву на доработку партии из нескольких тысяч единиц продукции. В денежном выражении это "астрономические" суммы. Но гораздо существеннее в случае транспорта или медицинского оборудования — ответственность за жизни людей. Для того, чтобы помочь инженеру выполнить разработку и вывести продукцию на рынок за экономически оправданное время, существуют специальные программы-помощники, такие как Altium Designer. Благодаря программе инженер может сосредоточиться на решении задачи за счёт перераспределения времени между разработкой и выпуском документации в пользу более углубленной проработки полезных технических качеств прибора. Современное программное обеспечение для инженера — это очень полезный и эффективный инструмент при правильном использовании. Оно позволяет снизить временные затраты на экспорт-импорт данных от одного модуля к другому, повысить общую производительность работы с САПР, гибко подстраивать функциональность программного комплекса под рабочие задачи. При этом следует понимать, что само по себе данное ПО не гарантирует положительный результат при его наличии. Приведу аналогию, например, наличие автомобиля не гарантирует, что автовладелец станет быстрее передвигаться — для этого нужно пройти обучение в автошколе, получить удостоверение, пройти медицинскую комиссию, зарегистрировать автомобиль, заправить его бензином. Но, кроме того, разница в опыте использования программного обеспечения также даёт существенную разницу в производительности труда.
Мнение студентов:
Необходимо добавить больше практической части обучения, как разработку своих проектов со всей сопроводительной документацией, так и изучение существующих проектов (конструкций) и документации с анализом удачных и неудачных решений, т.е. строить занятия так, чтобы они были максимально приближены к тому, с чем столкнешься на работе».«Я считаю очень важным решить проблему с идеологией, а именно популяризацией радиолюбительства. У старшего поколения, в силу тех или иных причин, было частым явлением хобби - радиолюбительство, которое сейчас все менее распространено. У молодого поколения теряется интерес к этому, потому что это "не модно". Инженер-конструктор ─ отчасти творческая специальность, без интереса и профессионального азарта в сфере радиоэлектроники достичь каких-либо значимых успехов практически невозможно. Нужно, чтобы у специалиста было желание сделать что-то сверх требуемого для себя и других, например, разработать что-то свое или оптимизировать существующее».«Как для вузов, так и для работодателей имеет смысл максимально привлекать студентов к работе в лаборатории уже с первых курсов (или даже старших классов школы), это могут быть кружки, конкурсы и т.д. На сколько я знаю это частично выполняется, но, на мой взгляд, не в полном объеме и не так активно, как этого требует сложившаяся ситуация
4. Какие есть перспективы для PCB-дизайнеров?
Благодаря тому, что мы живем в Цифровом веке, потребность общества в новых электронных устройствах постоянно растёт — даже пожилые люди сейчас пользуются сотовым телефоном, а холодильник может сам составлять список покупок. С другой стороны, компании-производители электроники стараются постоянно удивлять потребителя в борьбе за прибыль и положение на рынке. Это означает, что на специалистов данной профессии всегда будет спрос, пусть не столь большой, как на врачей, учителей и другие востребованные профессии. Дополнительным фактором является то, что большое количество технических специалистов, подготовленных ещё в период Советского Союза, сейчас выходят на пенсию, в связи с чем ожидается спад количества кадров в целом по направлению, и поэтому особенно важно появление и взращивание нового поколения специалистов уже сейчас.
Раньше достаточно низкий уровень оплаты труда инженеров-электроников был связан с избыточной подготовкой кадров в СССР. Та страна распалась, а вместе с распадом изменились цели и задачи. Некоторые инженеры смогли адаптироваться к новым условиям и перебрались трудиться за границу. Отчасти с этим наблюдатели, работающие в популярных изданиях научно-технического профиля, связывают тот технический скачок, который произошёл в 90-е и 2000-е годы и стал возможен в том числе и благодаря миграции квалифицированных кадров.
Сейчас ситуация меняется в силу названных причин и факторов. И профессия инженера-электроника в России имеет все реальные перспективы для того, чтобы получить столь же высокий социальный статус, какой имеет в странах западной Европы и США.
Кем себя видят студенты после окончания вузов?
Я хочу развиваться в области инженерно-технических систем безопасности и работать в проектах по их интеграции и пуско-наладке на различных объектах. Считаю это направление актуальным, поскольку с каждым годом появляются новые угрозы, а как следствие и новые требования к безопасности (информационной и инженерной) объектов и предприятий
Инженером-конструктором в космонавтике
5. Есть ли быстрый способ: курсы, например?
К сожалению, быстрый способ стать инженером-электроником мне неизвестен. Обычно обучение инженера-электроника в вузе требует 5-6 лет. Но и после окончания вуза молодого специалиста требуется дополнительно готовить 2-3 года на базе профильного конструкторского бюро. Обычно на этом этапе инженер осваивает работу в коллективе, знакомится с жизненным циклом изделий, осваивает циклы разработки. А также осваивает серьёзное коммерческое программное обеспечение.
Есть методы быстрого освоения инструментария инженера-электроника, например, флагманская система автоматизированного проектирования Altium Designer, представляющая собой, по сути, программный комплекс.
Однако многие компании предоставляют пользователям своего программного обеспечения тренинги для быстрого освоения. Мы в Altium также проводим ежегодные форумы, предназначенные для развития инженерных коммуникации в сообществе специалистов, использующих наше программное обеспечение. Кроме того, наши специалисты проводят веб-семинары и обычные семинары, пишут журнальные статьи, в которых рассказывают о наиболее продуктивных способах разработки электронных приборов и печатных плат для них. Также работает служба технической поддержки пользователей, специалисты которой предоставляют тысячам пользователей программного обеспечения компании Altium в России и странах СНГ исчерпывающие технические консультации.
6. Нужно ли дизайнерам печатных плат портфолио?
Сложно рассуждать о портфолио для инженера-электроника. Дело в том, что предоставление копий технической информации, а портфолио в случае инженера-электроника будет ни чем иным как технической информацией, с предыдущих мест работы инженера может нанести прямой ущерб его предыдущему работодателю.
Как бы вы отнеслись к новости, что инженер компании, выпускающей популярные смартфоны, отвечавший за систему сквозного шифрования данных пользователей, решил показать участки программного кода конкурентам при смене места работы? Скорее всего отрицательно. В качестве аналогии можно привести распространение информации о состоянии здоровья пациентов поликлиники врачом при смене места работы. Все знают о тайне частной жизни и здоровья. Примерно аналогичная ситуация в области технического проектирования. В связи с этим почти все договоры на выполнение НИОКР и трудовые договоры требуют от исполнителя ограничить обращение и распространение соответствующей технической информации.
Разработчики в России практически не имеют возможности подготовить портфолио с использованием современных САПР. Причины для этого следующие: стоимость платных САПР достаточно высока для приобретения инженером-электроником в личных целях, использование рабочего места в конструкторском бюро в личных целях, а также обращение личной информации на вычислительной технике организации, обычно строго ограничено или запрещено.
Получается, что инженер-электроник может показать свой уровень при помощи результатов проектирования, но для этого ему потребуется дома установить и освоить нелицензионное ПО для разработки приборов, которое часто имеет более низкие эксплуатационные качества в сравнении с коммерческими САПР. К тому же разработка действительно серьёзного прибора требует существенного времени - десятки и сотни часов. Если наполнение портфолио вести преимущественно в выходные дни и в праздники, то такой режим деятельности однозначно пагубно скажется как на основном рабочем месте, так и просто на здоровье и самочувствии.
В связи с отсутствием портфолио или другого наглядного способа продемонстрировать свои навыки, деловая "подвижность" инженеров-электроников достаточно низкая. Многие предпочитают работать на одном месте, если нет существенных причин его покинуть.
7. Какие есть ресурсы для дополнительного или самостоятельного обучения?
Ресурсами для самостоятельного обучения могут быть как технические онлайн-библиотеки и классические учебники, которые зарекомендовали себя, так и популярный в инженерной среде способ обучения в последние годы — участие в тематических интернет-форумах. Практически все интернет-форумы по электронике содержат обучающие разделы, предлагающие участникам ряд заданий, по мере выполнения которых и "подпитки" теоретическими знаниями любой желающий сможет постепенно войти в сообщество инженеров с должным уровнем знаний и навыков.
Мои рекомендации по ресурсам:
Практически получается 8 лет учиться. И сколько платят?
- Ты кто?
- Я разводчик плат.
- Фу, какая скука. Переходи к нам в PCB-дизайн!
Комментарий недоступен