Mit Hardware bezeichnen wir alle elektronische Baugruppen, Displays, Tastaturen und sonstige elektrische und elektronische Komponenten zum Messen, Steuern und Regeln, Anzeigen, zur Kommunikation und Datenverarbeitung.
Eine elektronische Baugruppe besteht aus einer Leiterplatte, auf der elektronische Bauteile, Stecker usw. aufgelötet sind. Durch den Einsatz eines programmierbaren Mikrocontrollers und mit der entsprechenden Software wird das ganze zu einem „Embedded System“.
Ein Schwerpunkt der Altotec Leistungen liegt in der Entwicklung von kundenspezifischen elektronischen Baugruppen und kompletten „Embedded Systems“ wie z.B. Bedieneinheiten mit Tastatur, Display, Schnittstellen zu anderen Geräten oder PCs und natürlich den verschiedensten Steuerungs- und Regelungsaufgaben. Das Herz dieser Entwicklungen ist meistens ein programmierbarer Mikrocontroller, für den dann auch die entsprechende Software (Firmware) entwickelt wird.
Zur Erstellung einer elektronischen Baugruppe sind folgende Arbeitsschritte nötig:
- Konzeptphase
- Bauteilsuche
- Schaltplanerstellung
- Layouterstellung
- Aufbau eines Prototyps und Test
- Entwicklungszyklen bis zur Serienreife
- Serienfreigabe
Konzeptphase
Die kreative Phase eines Projektes, die in enger Zusammenarbeit mit dem Kunden durchgeführt wird.
Zum Beispiel werden in mehreren Meetings Ideen zusammengetragen, wieder verworfen, auf Schmierzettel Bedienungspanels gezeichnet, Ein- und Ausgänge festgelegt, Stecker ausgesucht, die Funktionsweise besprochen usw…
Irgendwann stehen das Pflichtenheft und ein Grobentwurf. Jetzt kann die Detailkonzeption beginnen.
Bevor ein Prototyp zusammengebaut werden kann, stehen die folgenden Phasen an, die von effektiven Werkzeugen unterstützt werden.
Bauteilsuche
Mit den im Grobkonzept festgelegten Anforderungen im Hinterkopf werden passende Bauteile und Komponenten ausgesucht. Es kann auch erforderlich sein, dass kritische Bauteile zunächst in einer Versuchsschaltung ausgetestet werden müssen.
Heute werden die meisten Mess-, Steuerungs- und Regelaufgaben nicht mehr in der Elektronik „fest verdrahtet“, sondern mit Hilfe von programmierbaren Bausteinen werden Algorithmen über Software realisiert.
Besonders wenn ein Bedienpanel mit Display und Tastatur Verwendung findet, ist sehr oft ein Mikrocontroller im Einsatz, für den Software vorzugsweise in einer höheren Programmiersprache erstellt werden kann.
Schaltplanerstellung
Im Schaltplan werden alle Bauteile angeordnet, dimensioniert und elektrische Verbindungen zwischen den Anschlüssen hergestellt. Mit zusätzlichen Werkzeugen können zumindest Teile der Schaltung simuliert werden und dadurch auf Funktionstauglichkeit überprüft werden, bevor ein Prototyp zur Verfügung steht.
Die Schaltplanerstellung ist bei modernen CAD-Systemen eng mit der Layouterstellung verknüpft.
Layouterstellung
Bei der Layouterstellung kommt es zunächst auf die richtige Platzierung der Bauteile auf einer Leiterplatte an, für die die Außenkontur und die Position bestimmter Bauteile wie Steckverbinder fest vorgegeben sind. Die Leiterbahnen zwischen den Bauteilen sollten immer möglichst kurz sein. Je nach Bauteildichte, Stromversorgung und EMV-Anforderungen kann eine Leiterplatte zwischen 1 und 16 Lagen mit Kupferbahnen besitzen.
Aufbau eines Prototyps und Test
Sobald ein Layout der Leiterplatte erstellt ist, werden oft im Eilverfahren ein bis fünf Prototypen im Elektroniklabor erstellt. Diese dienen dann zum Test, der mit dem Schaltplan festgelegten Funktionen und, wenn programmierbare Bausteine vorgesehen sind, auch zum Test der entsprechenden Software.
Entwicklungszyklen bis zur Serienreife
Wenn alles gut läuft, dann können meist nach kleinen Änderungen die Fertigungsdateien für die erste Serienproduktion vorbereitet werden. Es kann bei komplexen Anforderungen aber auch vorkommen, dass mehrere Entwicklungszyklen mit Schaltplanänderung, Layoutänderung, Prototypenaufbau und Tests nötig sind, bis die gewünschte Serienreife erreicht wird. Die gesamte Entwicklung wird durch das QM-System begleitet, das zur internationalen Norm ISO 9001:2000 konform ist.
Serienfreigabe
Der Abschluss einer Hardware-Entwicklung ist immer mit einer Freigabe zur Serienfertigung verbunden. Das letzte Wort hat hierbei immer der Kunde, der die Tauglichkeit der Elektronik gemäß den festgelegten Anforderungen bestätigen muss.