Как на самом деле делают стартапы в гараже: опыт производства «Симкомата»

Надеюсь, вы следите за историей пивота симкомата, а точнее за тем, как спустя десять лет производства 200-килограммовых комбайнов «всё в одном» ребята решили делать красивые и функциональные аппараты по продаже SIM-карт.

Если не следите, можете оценить начало рассказа от Артёма или рассказ про дизайн прототипа от Ильи. Я, со своей стороны, расскажу, как мы запускали все их фантазии в производство.

Возможно, этот материал окажется полезен тем, кто решил запустить свой hardware-стартап и ждёт, чтобы его отговорили (да просто не делайте этого, и всё будет нормально).

Упоминающиеся в тексте места, действующие лица и их зоны ответственности для тех, кто не читал предыдущие части:

Весной 2018 Артём поймал меня в Ижевске во время короткой передышки между затяжными командировками. «Поехали к Арсению, — сказал он, — покажу тебе новый симкомат и заодно посмотришь на их мастерскую, говорят, ты там не был».

Учитывая, что Артёма я не видел уже полтора года, Арсения примерно столько же, а о существовании «нового» симкомата и переезде мастерской узнал только что — предложение выглядело как перспективный митап. Разумеется, я согласился.

Нужно добавить немного контекста: я около восьми лет продюсирую потребительскую электронику и массово произвожу её в Китае. Мы знакомы с Артёмом около десяти лет на почве «железячных» стартапов.

Раньше мы собирались и плакались друг другу о проблемах, с которыми сталкивались, наступая на все грабли, до которых могли дотянуться. Вроде «у меня-то вчера таможня задержала сэмплы(!) упаковки(!), у-у-у», «а у меня-то на прошлой неделе китайцы уронили один тулинг на другой, ы-ы-ы». Ещё мы постоянно помогали друг другу советами, технологиями и контактами даже после того, как Артём уехал из Ижевска.

С Арсением и его командой я познакомился случайно в 2014 году. Эти ребята всегда поражали меня своей способностью решать сложные инженерные задачи без болтовни и в условиях постоянных ограничений (Ижевск же, ну).

Когда-то давно Артём просил подкинуть контакты толкового инженера, и я заочно познакомил его с Арсением, о чём благополучно забыл уже на следующий день, поэтому связь между мастерской и симкоматом оставалась для меня дополнительной интригой.

Пока я прозябал на грязных заводах вечно душного Шэньчжэня, ребята сделали прототип нового симкомата, радикально изменив старые подходы.

Я помнил 200-килограммовую махину, в которой нашлось место даже для диспенсера шариковых ручек, а теперь передо мной стоял покрытый рояльным лаком аккуратный ящик из МДФ, по объёму похожий на бытовой лазерный принтер, который весил меньше 20 кг.

Устройство было похоже скорее на элемент дорогой акустической системы. Уж точно не на вендинговый аппарат. Не имея даже банального экрана, оно успешно выдавало симки, не заставляя меня нигде регистрироваться.

Меня удивило, как промдизайн был воплощён в прототипе — почти без искажений. Это большая редкость для ранних прототипов, чей жизненный цикл в большинстве случаев — проверка общей работоспособности, UX и последующее выживание на выставках до тех пор, пока они не придут в негодность.

Отдельный кайф — подход Арсения к механическому дизайну. Не смотря на то что это был первый прототип, он придумал выкатную систему с рамой на подвижных рельсах, которая в раскрытом виде предполагала доступ ко всем внутренностям устройства с пяти сторон, — мечта любого техника, который будет это обслуживать в будущем.

Увидите улыбающегося техника, значит, где-то рядом можно купить SIM-карту.

Редукции подверглись не только поверхности, но и весь процесс регистрации и получения карты: он был простым, как топор, и коротким ровно настолько, насколько это вообще возможно. Фактически, единственное, что необходимо, — подключить любое устройство к Wi-Fi-сети симкомата, и с этого момента пользователь просто плывёт по течению подсказок.

Это был предельно, если не сказать «экстремально», утилитарный вендинговый аппарат, который был совершенно не похож ни на одного представителя этого класса устройств. И меньше всего он был похож на первую версию симкомата. Я был впечатлён.

После встречи в мастерской, Артём познакомил меня с Антоном, владельцем этого продукта. Вместе они задали мне много вопросов, но по-настоящему их волновали только два:

Ответить на первый было не так просто. Дело в том, что производство в Китае съедает очень много капитальных расходов (capex costs), которые во многом разрастаются за счёт административных костов, которых не избежать при работе с иностранным государством, или даже банальных трудностей перевода.

Грубо говоря: в Китае мы долго запрягаем, но потом очень быстро едем. Это выгодно, когда нужно произвести 10 тысяч устройств с предварительным планом, произвести потом ещё 50 тысяч и распространить их по всему миру. Но когда у тебя заказ на сотни, знакомые производители под боком, привычное законодательство и «родной» целевой рынок, прелести Китая начинают тускнеть.

Не поймите неправильно: назвав 100 причин производить в России, я смог назвать 100 причин, чтобы производить в Китае. Тут важно взвесить каждый фактор в отдельности. Например, по моему опыту, невозможно качественно масштабировать производство в России, когда прокьюрмент (снабжение) электронных компонентов опирается на тот же Китай.

Можно наладить суперэффективное производство корпусных деталей в Ижевске, но если заказанные микроконтроллеры не отдаёт таможня, потеряла транспортная или они «закончились» у твоего основного вендора в Китае, производство стоит, стейкхолдеры теряют время и деньги, а снабженцы жрут корвалол ложками.

Как бы то ни было, докопавшись до нюансов продукта, через несколько дней я всё-таки озвучил своё мнение: производить нужно в Ижевске, в мастерской Арсения.

Кроме того, от этого решения зависел ответ на второй вопрос: я взялся за этот проект во многом потому, что это был своего рода челлендж — последний раз я выпускал электронику на родине в 2010 году, а Китай уже стоял поперёк горла, и я давно планировал от него отдохнуть. Похоже, звёзды выстроились в ряд.

Прежде чем приступить к работе, необходимо было детально оценить legacy — переданный Ильёй прототип. Сделать это оказалось непросто, устройство постоянно таскали по разным выставкам и мероприятиям. Я собрал фидбек со всех участников процесса и потом потратил день на то, чтобы самостоятельно пообщаться с железякой.

Сразу стало ясно, что придётся принять как минимум одно непростое решение касательно материалов корпуса и провести одно дополнительное исследование UX. Начали с исследования.

Прототип не позволял нам получить желаемый success rate сканирований QR-кода. Он был высокий, но во время слепых тестов некоторые пользователи, которые подходили к устройству впервые, ни в какую не могли одолеть самый простой на наш взгляд шаг — сканирование.

Мы составили список подозреваемых и проверили каждого по отдельности. Сканер, смартфон пользователя, размер и сложность QR-кода и даже условия освещённости оказались не при чём. Очевидно, проблема была в эргономике.

Двигаясь от простого к сложному, нам удалось выяснить, что дело в угле между сканером и горизонтом, который был задан в ID и точно воспроизведён в прототипе. В распоряжении дизайнеров не было реального сканера, и, соответственно, не было возможности измерить процент успешных попыток сканирования.

На практике в определённых ситуациях пользователям приходилось слишком сильно наклонять смартфон и глубоко заводить его в нишу. Из-за этого не получалось провести поверхность с кодом на нужном отдалении от сканера: его камера просто не успевала фокусироваться на таком коротком расстоянии.

Против остроты угла выступал ещё один кейс: что если у пользователя вообще нет смартфона (или он сел) и регистрация происходит с ноутбука или планшета? Как он запихнёт 14 дюймовый экран в нишу, чтобы сканер смог увидеть код целиком?

В общем, нужен был «прототип угла», который Арсений с ребятами изготовили из мусора за 30 минут. Вернее, прототипа было три и сделаны они были из пенопласта и бумаги. Мы обкатали три разных угла и выбрали компромиссный вариант — с одной стороны. обновлённый угол не сильно изменял оригинальный ID и согласовать эти изменения с командой дизайна было не сложно, с другой — радикально увеличивал успешные сканирования.

Изменение угла на 27° позволило вообще не заводить пользовательские устройства в нишу, сканер срабатывает задолго до того момента, как экран с кодом приблизится к симкомату, и весело об этом пищит. Что ж, легко отделались.

Материал корпуса долго оставался темой для дебатов. Напомню, что прототип был сделан из МДФ. Собственно, мы рассматривали лишь два варианта: продолжать с МДФ, либо заморочиться и сделать всё из листового алюминия толщиной 4 миллиметра.

Несмотря на то что итоговая себестоимость производства корпуса из этих материалов практически одинаковая (сюрприз), сложно описать бездну, которая лежит между двумя этими опциями.

Алюминий — по-настоящему антивандальный материал. Выполненный из него корпус можно будет использовать на улице при наличии крыши. Он может успешно выживать при значительных перепадах температур без потери внешнего вида.

Вроде бы таким и должен быть вендинговый аппарат, нет? Однако для производства из алюминия придётся вложиться в оснастку: предварительно целиком её спроектировать, потратить много времени на то, чтобы добиться повторяемости.

При этом мы продолжаем сильно зависеть от поставщика сырья, который обязан гарантировать его качество, а транспортные компании вообще не умеют работать с такими материалами — для них это всё какая-то «железная херня», которую можно перевозить форклифтом из фуры в газель или опрокинуть с торца на плоскость, потому что «да чё ему будет-то?!». О перспективах проблем со сваркой этого металла я даже не стану упоминать.

С другой стороны старый-добрый МДФ: плохая бумага, замешанная с плохой эпоксидкой. Восхитительно обрабатывается, отлично красится и клеится, может выглядеть как рояль и при наличии даже недорогой оснастки и производства потоком можно добиться неплохой повторяемости.

К сожалению, МДФ не технологичен: придётся много шпаклевать и вышкуривать, даже если это будет делаться по шаблонам. Рабочим придётся дышать формальдегидами, которые входят в состав смол.

Но главное: такое устройство не переживёт даже самый ванильный тест в погодной камере: при резком перепаде температур из-за разницы коэффициентов растяжения лак, краска, грунтовка или шпаклёвка лопнут на швах, а если и не лопнут, то просто деформируются, подчеркнув швы. Ни о какой эксплуатации вне помещений (даже в тамбурах) не может идти речи.

Мастерская была против МДФ, а нам не хотелось брать на себя риски по алюминию, которые грозили значительным срывом сроков.

Арсению и его ребятам пришлось проделать большую работу для того, чтобы убедить нас с Антоном двигаться по этому пути. Если честно, окончательное решение в пользу алюминия мы приняли только после того, как Арсений целиком (!) спроектировал гибочную оснастку и одновременно с этим предложил план по её модернизации и автоматизации процесса «на всякий случай».

Пока Арсений проектировал гибочную оснастку, я засел за общую архитектуру. Во-первых, нужно было сделать фриз всех фич — окончательно определиться с полным списком функций продукта и, что не менее важно, со списком того, что он в ближайшей перспективе делать не будет.

Во-вторых: необходимо было определиться с тем, какие крупные узлы от третьих компаний мы будем использовать. В шорт-листе производителей сканеров было четыре модели, столько же пригодных модемов и маршрутизаторов.

В какой-то момент у нас в руках оказалось дорогое решение, которое позволяло вовсе отказаться от выделенного SoC и выполнять вообще весь код на очень навороченном промышленном роутере. Но у него на борту не оказалось 4G и LTE, и вдобавок мы засомневались из-за риска end-of-life, так что с ним не сложилось.

В конечном счёте нужно было нарисовать архитектуру, из которой бы всем стало ясно, какие функции на каком узле реализуются, как они взаимодействуют между собой и обмениваются информацией. Как это часто бывает, со стороны задача кажется несложной до тех пор, пока в неё не закопаешься по-настоящему.

Например, в симкомате было решено установить батареи. Они были нужны не для автономной работы, а для аварийных ситуаций. Например, пропало электричество, мы репортим текущее состояние и событие на сервер и деликатно завершаем работу. Вроде всё логично.

Но что делать, если электричество в сети пропадает и появляется с частотой десять раз в секунду? А если оно появилось в момент аварийного завершения работы, процесса, который может длиться до десяти секунд? Как понять, что пора включаться? Как должна работать кнопка включения в условиях, когда у нас два источника питания? Нужна ли вообще устройству кнопка включения?

Другой пример: если не брать в расчёт пользовательский смартфон, общение с которым происходит через сервер, у симкомата есть только один способ общения с клиентом — подсветка слота выдачи карт. Губа диспенсера, как мы её всю дорогу называли. В губе стоят обычные адресуемые RGB-светодиоды, и мы можем светить этим массивом любой цвет и главное — анимацию.

Но код, который за это отвечает, изначально работал на уровне приложений внутри SoC, который, в свою очередь, работает на Linux. Это значит, что те 10–20 секунд, пока ОС загружается после подачи питания, с губой не происходит ничего, так как обслуживающий её код попросту не запущен.

Ни техник службы поддержки, ни пользователь ни за что не поймут, в каком состоянии находится устройство в это время.

Казалось бы, ерундовая проблема, этот код можно выполнить на любом другом микроконтроллере (МК), которых в симкомате и так уже порядочно. Например МК в диспенсере простаивает всё время, что не выдаёт карты. Разумеется, использовать МК диспенсера для подсветки — максимально неправильная идея.

К этому моменту количество дополнительных фич и мелких логических ловушек (типа кнопки включения) достаточно разрослось, чтобы выделить под них отдельный микроконтроллер, который был встроен в так называемую carrier board — материнскую плату, к которой в итоге подключилась вся периферия.

На ней даже нашлось место магнитному датчику открытия передней панели, данные от которого в составе пакета телеметрии сразу отправляются на сервер, когда кто-то открывает устройство.

В итоге архитектура железа и данных была закончена. Она удовлетворяла программистов железа и бэкенда, будущих производителей устройства, снабженцев и тестировщиков. При этом имела задел к масштабированию и оставалась достаточно гибкой, чтобы исправить что-то в последний момент и, например, перевесить какую-то периферию на альтернативный интерфейс.

В дело вступили программисты: одни принялись за код и прошивки для устройства, другая команда, наоборот, ушла на длительное обсуждение архитектуры бэкенда.

Вообще, то, как работает облако со всеми этими удаленными обновлениями прошивок, выдачей лицензионных ключей и машинлёрнингом поверх телеметрии, — отдельная история, которую, я надеюсь, расскажет Антон в своей будущей статье.

Если вы запутались в таймлайне, то у нас сейчас октябрь 2018. Прошло три месяца с момента старта работ. Приняты окончательные решения по промдизайну и материалам, готова железная и софтовая архитектуры, выбраны и протестированы 3rd-party компоненты, начерчена оснастка.

В ближайшие два месяца мы будем проектировать устройство начисто, готовить механический дизайн, производить и отлаживать оснастки, много прототипировать и тестировать, а также писать документацию по горячим следам. Всё для того, чтобы в итоге собрать, протестировать и подписать golden sample, который станет эталоном для будущего производства.

Арсений сел чертить. По сравнению с прототипом из MDF переделать нужно было примерно всё. Несмотря на то, что основной механический концепт, форма и даже размер сохранились (фасад на выкатной раме внутри внешнего корпуса-кожуха), он совершенно не подходил для потокового производства — с этой точки зрения не был технологичен.

На серийном образце нужно было использовать минимум крепежа. Каждая сборочная процедура должна быть максимально повторяемой и не зависеть от «набитой руки» сборщика.

Кроме того, в проектировании для серии с ручной сборкой необходимо использовать так называемый fool-proof дизайн. Вы много раз такое видели на устройствах, детали которых невозможно поставить задом-наперёд из-за специальных «ключей», а провода перепутать из-за окраски, разъёмов и прочее.

Другая крупная часть повсеместно применяемой методологии Design For Manufacturing (DFM) — взаимодействие деталей с оснастками. Мало спроектировать узлы гибочной оснастки так, чтобы они не растянули толстый алюминиевый лист, выполняя загиб с определённым радиусом на определённый угол. Заготовку в эту оснастку нужно очень точно установить, а потом после всей процедуры ещё как-то вынуть, не повредив.

Каждая неточность в этом процессе отсвечивает потерей параллельности и плоскостей, и в мастерской появляется дополнительная алюминиевая табуретка, так как больше ни на что получившаяся болванка не годится.

Многие из этих задач решаются при помощи гравировки юстировочных отметок, которые сопоставляются со специальной линейкой на станке, или «ослаблением» металла в определенных местах при помощи технологических отверстий или фрезеровки (широко применяется на внутренней раме.) О подобных деталях можно рассказывать долго.

Думаю каждый, кто хоть раз видел производственный процесс чего-то по сложности превосходящего одеяло, обращал внимание на то, что процесс этот значительно сложнее, чем можно было бы предположить по готовому продукту.

С особой любовью Арсений выполнил работу по менеджменту кабелей. Внутри устройства нашлось место даже гибкому кабель-каналу!

Благодаря этому и тому, что каждый кабель производится специально и в устройстве не используются интерфейсные провода с рынка, можно не бояться, что при открытии симкомата вывалится колтун шнуров и сетевой фильтр, которые потом прижмутся рамой при закрытии. Неа.

Одновременно с тем, как мы получали всё более детальную 3D-сборку устройства, команда мастерской собирала прототипы крупных узлов, тестировала их и одновременно с этим отлаживала оснастки и сборочный процесс.

Это продолжалось до тех пор, пока мы не получили хорошую повторяемость и совместимость. Итеративный процесс, в котором проявляется внимание к деталям, вечно конфликтующее с дедлайнами. Одновременно с этим начали появляться и отлаживаться первые прототипы carrier-board.

Разумеется, всё шло не по плану, но так как среди участников процесса новичков не было, все были готовы к трудностям. Помню, в какой-то день Арсений позвонил и сказал, что очередная партия табуреток для его мастерской задержится, потому что алюминиевые листы, которые ему привезли, недостаточно плоские.

Это при том, что мы используем не обычную марку с соседней металлобазы, а подходящий нам по параметрам сплав, качество которого (вплоть до геометрии листа и количества царапин) гарантирует производитель.

Этот производитель настолько уверен в своём продукте, что каждый лист размером 1,2 × 3 метра упакован индивидуально и, разве что, не имеет собственного бланка поверки с тремя подписями сотрудников ОТК. Как он вообще может быть не плоским?! Оказалось, что этот вопрос нужно задавать транспортной компании. Именно у них работают герои анекдотов про два стальных шарика.

Первые образцы после гибки дружными рядами отправлялись на табуретки не только из-за того, что станок не был чётко настроен, но ещё и потому, что сразу после резки лазером и формования деталей в оснастке их нужно сварить в единую конструкцию. Нужно приварить заднюю стенку и всю фурнитуру внутри.

Сделать всё это необходимо без использования грубой силы, которую в такие моменты очень хочется применить. Не переборщить с временем контакта, иначе с лицевой стороны на плоскости проявится шишка, которую будет трудно скрыть покраской.

В общем, нужно сильно постараться, чтобы приварить всё ровно по шаблонам, а выполнить эти работы качественно можно только в том случае, если все предыдущие этапы прошли гладко. Попытка приварить любую деталь с непроверенными заранее размерами вела к умножению табуреток, которых и так уже было сильно больше, чем сотрудников мастерской.

Ещё довольно долго нам не поддавался фасад — передняя поверхность белого цвета. По задумке она должна была производиться из матового поликарбоната или схожего с ним твёрдого пластика. На практике найти такой материал в России оказалось непросто.

То производитель не мог гарантировать оттенок, то пластик был УФ-реактивный и быстро деградировал на солнце, то его производили под заказ огромными партиями, а однажды, когда мы думали, что спасение найдено, оказалось, что нужная нам матовая сторона считалась производителем изнаночной, и он не защищал её транспортировочной плёнкой.

Ситуация усугублялась тем, что у нас не получалось настроить оснастку для формовки фасада, и все получающиеся детали не проходили даже банальный визуальный контроль. В какой-то момент мы отчаялись до такой степени, что для какой-то очередной срочной выставки просто сформовали и покрасили (!) кусок акрила.

Выглядело очень хорошо. Прожило шесть дней. После многократных подходов к задаче Арсений всё-таки смог добиться приемлемого, повторяемого результата, а потом ещё придумал систему выравнивания рамы, которая гарантировала однородность зазора между фасадом и корпусом по всему периметру.

Было начало декабря. Всё было готово к подписанию эталона и началу производства. Даже компоненты для первой партии уже лежали на складе. Оставалось выполнить последние важные процедуры.

В массовом производстве широко применяется система, сильно похожая на TDD (test-driven development), которую повсеместно применяют программисты. Для каждого важного случая пишутся тесты. И если вы решили сэкономить на смазке, то протестировать придётся не только её саму, но и собранный с её использованием девайс или хотя бы узел.

Конечно же эти тесты нужно придумать и описать или по крайней мере взять готовые, если продукт, который вы делаете, и так уже зарегулирован стандартами. Делаешь автомобильную электронику — читай семейство европейских ISO 26262, оптику — американский MIL-PRF-13830 и так далее. Делаешь симкоматы в ижевском гараже — ну придумай что-нибудь.

На носу были тесты, без которых подписывать эталон не имело смысла. Часть из них я украл, а другую часть пришлось написать самостоятельно с учётом специфики продукта.

Тесты разбиваются на категории и какие-то из них обязательно проводить для каждого выпущенного устройства, другие только при внесении изменений в дизайн, а некоторые вообще применяются выборочно к некоторым экземплярам партии.

Конечно, перед подписанием golden sample делается несколько устройств, и некоторые тесты спроектированы так, что приводят устройство в негодность. Как иначе узнать, что произойдёт с симкоматом если стойку с ним уронят в аэропорту?

В общем, поумножав табуретки ещё немного, в декабре мы всё-таки подписали golden sample и, собрав полный и финальный комплект производственной документации, запустили процесс с регулярными отгрузками партий по десять штук.

Первые экземпляры успели уехать к клиентам ещё до новогодних праздников. Мы всё ещё сталкивались с проблемами, но они в основном были операционными (сырьё не надлежащего качества, модемы со старой прошивкой, рама сварена не по требованиям и прочее) и решение не требовало творческих подходов.

Писалась сервисная документация, находились альтернативные поставщики комплектующих и сырья, внутренности переживали мелкий тюнинг, а Сеня добавил табличку для нужд ведения истории каждого юнита. Потому что мог.

В этом рассказе потерялась часть про подставку-ногу, на которую мы монтируем симкомат. Это неудивительно, ведь к подставке мы всегда относились похожим образом — постоянно откладывали её в долгий ящик.

Оригинальный промдизайн был очень воздушным и минималистичным, но в производственном плане это был кошмар. Все эти усечённые внутренние полуконусы сводили нас с Арсением с ума.

В какой-то момент у нас было несколько решений и каждое было сложнее, чем гибочный станок для алюминия. В итоге мы все договорились о временном (ну да, ну да) использовании упрощенного ID, который привычен производителям рекламных конструкций. Металлическая рама, поликарбонат, оклеенный плёнкой, подсветка внутри.

Этот вариант был прост в производстве, не требовал интенсивного тестирования, хорошо сочетался с ID симкомата и, главное: позволял широко использовать нанесения. То есть можно было очень дёшево показать потенциальным клиентам уже брендированный по их гайдлайнам девайс, который аккуратно переливался с их корпоративными цветами.

В конце принято писать выводы, подсвечивая разницу между ожиданиями и реальностью, но дело в том, что симкомат был одним из самых понятных и предсказуемых проектов в которых я участвовал, а ожидания от реальности отличались на какую-то мелкую флуктуацию.

Мы с самого начала приняли ряд верных решений и, придерживаясь их, отрабатывали проблемы по мере поступления. На три месяца промазали мимо дедлайна, но есть тут хоть кто-то, кто вписывался в первоначальные сроки при производстве устройств?

Единственное, что хочется отметить отдельно: каждый раз, когда приходится выбирать локацию производства, я стараюсь исходить из конкретных задач и не опираться на топорно сформулированные догмы типа «Китай — центр мирового производства».

В 99% случаев я предпочту производить устройство, содержащее полупроводники, именно в Китае, но изредка даже поверхностная оценка может подсказать более эффективные альтернативы.

#симкомат