Как мы делали первый российский смартфон

Эта история началась 1 октября 2012 года, когда мне позвонил институтский товарищ Игорь и попросил помочь с горящим проектом. Они пытались сделать терминал сбора данных для технологического применения в РЖД. Так...

304

Эта история началась 1 октября 2012 года, когда мне позвонил институтский товарищ Игорь и попросил помочь с горящим проектом. Они пытались сделать терминал сбора данных для технологического применения в РЖД. Такая штука для обходчиков путей и вагонов, чтобы они могли фиксировать все неполадки онлайн.

Если лень читать - смотрите что получилось в итоге
Почему я решил об этом написать сейчас?


Конечно можно было бы для этих целей использовать обычный смартфон или любой терминал сбора данных, но было одно «но» — все зафиксированные неполадки должны быть подписаны цифровой подписью со смарт-карточки сотрудника. Потому что если где-нибудь из-за поломки поезд сойдет с рельс, то это не только огромные убытки, но и уголовные дела, посадки и всё такое. А значит лучше бы иметь железные доказательства, чтобы каждый обходчик понимал степень своей ответственности.

Очевидно, что смартфонов, способных считать смарт-карту железнодорожника не существует, поэтому это должна была быть полностью кастомная разработка.

Инициатором этого проекта изначально выступали разработчика софта, у них уже было какое-то решение для десктопов и они очень хотели сделать мобильное рабочее место, чтобы продать этот проект железнодорожникам. Разработку железа они попросили сделать одного крупного IT-интегратора, где собственно и работал мой сокурсник Игорь. Естественно, интегратор никакой железки разработать и произвести был не способен в принципе, и его роль сводилась к финансированию, оплате-поставке и правильному оформлению всех тендерных бумажек.

Поэтому как только интегратор получили заказ, они сразу побежали за помощью к своим хорошим знакомым, занимавшимся поставкой смартфонов из Китая. Я не буду расписывать, что это была за компания и почему они в принципе не могли ничего толкового сделать, я просто покажу, что у них получилось за четыре месяца работы:





И несмотря на то, что разработчики этого чуда пламенно убеждали заказчиков, что так и должен выглядеть терминал для суровых обходчиков вагонов на каком-нибудь полярном полустанке, показывать такое высокому железнодорожному начальству было категорически нельзя. Проблема в том, что показ должен был по-любому состояться 17 октября 2012 года, на выставке Инфотранс, иначе проект пропал.

Всю эту жизнеутверждающую историю я и услышал от Игоря первого октября, за 16 дней до выставки. За такое время ничего путного сделать невозможно, о чем я ему сразу и сказал. Но мы очень постараемся.

Итак, что у нас было на входе:

  1. Софт, который разработчики научились запускать на одном-единственном смартфоне — Google Nexus. Единственном, потому что исходники этого Андроида можно было взять в открытом доступе, а его чипсет TI OMAP 4, был хорошо задокументирован на просторах интернета.
  2. Кард-ридер от компании Athena (сейчас это часть NXP), единственный на котором карточка железнодорожника стабильно работала при подключении его к смартфону. Смарт-карта с контактами, типа кредитки. И заменить её на RFID совершенно невозможно никогда.
  3. Наше большое желание совершить чудо и очень небольшое финансирование от заказчика.


В любом случае, терять нам было нечего и мы побежали вперед.

Часть первая: выставка

За две недели невозможно разработать вообще ничего. Поэтому идем коротким путём: берём Nexus, берем кадридер, снимаем с них пластик, засовываем в свой оригинальный корпус. Наша задача — вау эффект на выставке, главное чтобы было красиво и софт запускался. А с электроникой потом разберемся, если вдруг прокатит и наш проект «купят».

Планирование у нас было простое: два дня на дизайн корпуса, ещё три дня на конструкцию, потом неделю на изготовление образцов и ещё остаётся несколько дней про запас.

Шестнадцать дней до выставки. Сделать дизайн за два дня просто — рисуем серию эскизов, отсылаем заказчику, получаем замечания и полностью их игнорируем — просто потому что времени уже не осталось. Конструирование идет параллельно — ведь пока рисуется дизайн, можно строить 3D модель смартфона и кард-ридера, чтобы всё смогло поместиться и как-то закрепиться в нашем корпусе.





Горб на задней стенке — это корпус аккумулятора с увеличенной ёмкостью.



Четырнадцать дней до выставки. Первая проблема: телефон нужно перевести в режим OTG, для того, чтобы он работал с кардридером. Но в таком режиме его невозможно заряжать, и нужно как-то научиться управлять переключением телефонного разъема с USB host на USB device, чтобы зарядка шла. И второй вопрос: через какой разъем соединять телефон с док-станцией? С зарядкой решаем просто — можно сделать простую схему на проводах, подключив USB через обычное реле. Когда вставляем телефон в док-станцию, на реле подаётся 5 вольт и оно переключает USB контакты с кадридера на внешний разъем. А поиск самого разъема откладываем на потом В Китае на рынке купим.

Двенадцать дней до выставки. Высылаем нашу прекрасную 3D модель в Китай на фабрику прототипов. С этой фабрикой мы работали уже много лет, поэтому можно было начать работу не дожидаясь оплаты и сделать реально быстро. Тут же получаем первый неприятный сюрприз: минимальный срок, за который они готовы сделать пять прототипов — 10 дней. И то не факт, ведь обычный срок для образцов подобной сложности у них — две недели. Делать нечего, будем как-то пытаться ускорять.

Семь дней до выставки. Чтобы не пускать дело на самотек, прыгаем в самолет и летим в Китай. Первым делом идем на рынок радиодеталей и подбираем там реле и разъемы для нашей хитрой схемы. Это только кажется что на рынке можно купить что угодно. Когда приходишь туда с конкретной задачей — оказывается, что выбор совсем небольшой. Худо-бедно нашли пару вариантов разъемов и подходящее омроновское реле.



Четыре дня до выставки. К счастью, наши подрядчики постарались и сегодня прототипы должны быть готовы. Едем на завод прототипов лично, чтобы принять работу и договориться об установке разъемов. Сами мы вряд ли сможем их установить.



Фабрика прототипов — это совсем немного станков, и очень много кропотливой ручной работы.



Нормальные прототипы делаются фрезеровкой из цельного бруска пластика, а потом красятся — только так можно добиться максимально близкого внешнего вида и прочности.



Мягкие резиновые детали льют в силиконовые формы. К сожалению, наши резинки получились слишком мягкими — будем надеятся, что их не порвут за время выставки.



Монтируем наши разъемы — к счастью они встают идеально.



Последний этап — приклеить резинки к корпусам, заканчиваем эту работу уже в глубокой ночи. Руководство фабрики и несколько рабочих сидят с нами до последнего — нам очень повезло иметь таких лояльных поставщиков.

Три дня до выставки Прототипы готовы — теперь нужно смонтировать в них наши схемы. Это оказывается не такой простой задачей — убиваем на это целый день.



Времени совсем не остается, поэтому приходится самому браться за паяльник.





В итоге зарядка почему-то не всегда идет, но это не так страшно — в крайнем случае зарядим аккумуляторы заранее и будем надеятся, что на выставочный день их хватит. Хуже, что и связь с компьютером по USB иногда отваливается — очевидно, что наша схема с реле и соплями не оптимально работает на передаче данных.



Два дня до выставки Ура! Привезли пять красивейших прототипов в Москву. Осталось их все начинить гугловскими смартфонами и кардридерами — и можно отправлять на выставку в Питер.





Красавчик — как настоящий.



Сам я на выставку не поехал — нужно было срочно спасать другие проекты, но зато получал онлайн-репортажи от Игоря.



Ради визита этих людей всё и затеивалось. Я сейчас и не помню кто здесь кто.



На стенде всё отработало идеально. Похоже, что никто и не подумал, что это прототипы, сделанные на коленке! И в итоге на следующий день нам уже прилетел приказ «ничего не менять, срочно запустить в серию!» А это значит, что мы молодцы, и наши приключения только начинаются.


Итак, на дворе 19 октября 2012 года, наш трюк с прототипом удался и нужно срочно запускать разработку и производство настоящего смартфона. И к марту выдать заказчику партию в 400 штук.

Краткое содержание первой части


Проблема в том, что у кроме медали за успешно проведенную выставку, в активе у нас было немного. То есть мы великолепно разбирались во всём, что касается пластика, дизайна и механики, мы спроектировали несколько сотен корпусов для всяких разных электронных приборов, но при этом почти ничего не понимали в разработке электроники и смартфонов в частности. И вообще, правильнее было бы их называть не смартфонами, а терминалами сбора данных, но мы даже этого тогда не знали.

Зато у нас было большое желание и отвага.

Все прошлые подвиги с прототипами никак не помогали, а скорее даже мешали — заказчики хотели видеть точно такой же серийный образец, и любые новые предложения по дизайну или компоновке зарубали на корню. Нам пришлось долго убеждать их, даже чтобы убрать ужасный «горб» с аккумулятором с задней стенки и встроить аккумулятор внутрь корпуса. Единственным плюсом такой ситуации было то, что дизайн уже благословлен небожителями РЖД и время на споры «красиво-некрасиво» тратить не нужно.

Экономика проекта выстраивалась довольно просто: продать первые 400 штук устройств заказчику по конской цене, заложив туда все расходы на разработку. Потом, на серии, эту цену можно уронить, оставив себе разумную маржинальность. Софт продавался отдельно, туда я даже не вникал. Ведь мы выступали контрактным разработчиком и производителем — и соответственно, за все работы брали стопроцентный аванс. А уж откуда эти деньги брал интегратор, и сколько он на этом зарабатывал — эти вопросы нас слабо трогали. В итоге у нас была очень простая бизнес-задача — разработать и произвести. Все сложности тендеров, испытаний, гарантии и логистики ложились на хрупкие плечи интегратора.

Часть вторая. Собственно разработка.

Техническое задание на разработку формулировали разработчики софта, компания Аиса. На основе их хотелок мы вырабатывали решение, и потом интегратор писал своё ТЗ, уже на тендер РЖД.

Первоначальные хотелки заказчика выглядели как-то так:

— Дисплей 4.5 дюйма, повышенной яркости и контрастности, чтобы было видно на ярком солнце.
— Тачскрин, реагирующий на нажатия в перчатках. Никаких стилусов — они потеряются.
— Чипсет семейства TI OMAP, на крайний случай ST или Intel. Никаких Медиатеков!
— Лазерный считыватель штрих-кодов 1D, опционально — 2D.
— Ударопрочный и влагозащищенный корпус.
— Встроенный кардридер Athena для контактных карт, подключаемый по USB. Только на родной Атеновской плате, потому что она работает, и трогать там ничего нельзя!
— Батарея минимум на 5000 мАч с возможностью горячей замены без выключения аппарата.
— Полностью открытые исходные файлы Андроид.
— Никаких bluetooth и WiFi — это небезопасно!
— Подключение к компьютеру по USB через док-станцию и micro-usb разъем.


С этими требованиями я снова полетел в Китай, подбирать поставщиков. Самое простым решением было бы найти компанию, которая уже делала подобные устройства и заказать им сделать всё под ключ уже по нашим требованиям. Если же найти таких подрядчиков не удастся, то придется всё собирать из мелких кусочков — материнская плата, экран, тач-панель, корпус, батарейка и куча всякой разной мелочевки, о которой даже думать было страшно, типа антенн или защитных прокладок. Реализовать такой проект без поддержки местного китайского партнера совершенно нереально, ни за какие деньги.

Такой партнер у нас был — шэньженьская компания Gaodi Industrial со своим заводом и большим опытом в производстве массовой электроники. Оцените нашу щедрость: мы сразу предложили им идти в проект 50/50, при этом они отвечают за всех китайских подрядчиков и делают финальную сборку на своём заводе — а мы работаем с российской стороной и всем остальным миром.



Вариант с «отдать кому-нибудь всё под ключ» отпал довольно быстро. Мы нашли две компании, делавшие похожие устройства, но во-первых у них были очень слабые чипсеты, а во вторых, они обе запросили совершенно неподъемных денег за разработку — что-то около 600 тысяч долларов.

Со вторым вариантом тоже были сюрпризы. Мы не нашли ни одного китайского дизайн-хауса, работавшего с процессорами TI OMAP, ST или Intel, зато нашли несколько разработчиков на Qualcomm и несчетное количество на Mediatek. Протолкнуть Mediatek было нереально, поэтому мы развернули агитацию за Qualcomm. Это оказалось не такой сложной задачей, во-первых, потому что Qualcomm уже тогда был лидером рынка. А во-вторых примерно в это время TI объявил что вскоре сворачивает производство мобильных чипсетов, а решения от Intel и ST былы совсем уж экзотическими.

Но даже по Qualcomm найти подходящий дизайн-хаус оказалось не тривиальной задачей. Мы посмотрели с десяток кандидатов. Понять, кто из себя что представляет в деле, практически невозможно. Одни сидят в крохотном маленьком офисе впятером, рассказывают, что только месяц назад работали на Huawei и просят 120 тысяч долларов за разработку. Другие — две сотни разрабов в огромном офисном здании, просят уже 150 тысяч, но при этом похоже аутсорсят работы тем же выходцам из Хуавея. Были у модных китайских промышленных дизайнеров ($300K), были даже у команды, в которой в это же время шла разработка Yota Phone ($1,2M).

В итоге, остановили выбор на одной небольшой компании, которая предложила адекватные цены на разработку и на тираж, была готова втайне от Qualcomm дать нам исходники Android, и в перспективе помочь с переносом производства в Россию.

Корпус решили отдать подрядчику с большим опытом изготовления защищенных устройств. Как только вошли в их офис увидели витрину, и сразу поняли — наши ребята.



Правда потом пошли на производство и немного взгрустнули. Но не передумали.



Ещё был длительный поиск дисплеев, резистивных тач панелей, видеомодулей и сканеров штрих-кода. Пришлось второй раз смотаться в Шэньчжень — уже не столько чтобы общаться с поставщиками, сколько чтобы поддержать дух китайской команды и показать серьёзность намерений. Параллельно с этим закупщики из Гаоди собирали всю остальную мелочевку — там около 20 поставщиков, полсотни разных компонентов: шлейфы, винты и прокладки, динамики, микрофоны и влагозащитные мембраны на них, различные наклейки, стеклышки и шильдики — когда я брался за проект, то даже не предполагал, что будет настолько много этой фигни.

В Москве тоже кипела работа: делалась компоновка, обновленный дизайн и конструкция смартфона. Мы начали с каких-то фантазий про то, как это будет сделано и с каждым согласованным компонентом уточняли нашу 3D модель, всё ближе приближаясь к полноценной конструкторской документации. На заключительном этапе подключились инженеры с китайского завода пресс-форм, и у нас появилась окончательная модель!



Это гипсовый макет, выточенный на ЧПУ — просто подержать в руках и понять масштаб.



К 20 декабря, когда мы получили первый платеж от клиента (клиент как полагается дико тормозил с оплатой) — у нас было готово практически всё: компоненты подобраны, договоры с поставщиками подписаны, 3D модель финализирована. Два месяца интенсивной работы без денег, без гарантий — под одно честное слово и огромный интерес.

В итоге: на дворе католическое рождество, у нас на счету куча рублей, а финальный срок на поставку 400 устройств в середине марта никто не отменял. Вы начинали когда-нибудь проекты с Китаем в конце декабря? Значит вы понимаете масштаб наших проблем. Сначала два дня отдыхает Америка, и никакие платежи не ходят. Потом две недели гудит Россия и от заказчика ничего добиться невозможно. А в феврале все китайцы уходят на новогодние каникулы и тогда вообще всё встаёт. При этом у нас только три месяца на то чтобы разработать электронику, изготовить пресс-форму, заказать комплектующие на первую партию и выпустить 400 штук. И ещё как-то доставить их в Москву.

Что такое разработка платы смартфона? В принципе, любой производитель чипсетов выдает разработчикам лицензию на reference design — практически полноценный смартфон, со всей документацией, софтом и драйверами. Дизайн-хаус покупает такую лицензию (дорогое удовольствие, от $500К до $2M за одну линейку чипов) и продаёт решения производителям смартфонов в розницу, дорабатывая документацию под конкретный размер смартфона или под хитрую внешнюю периферию. В нашем случае всё было необычно — и электронику нужно было разместить на двух платах и количество доработок под периферию зашкаливало.

Сами посудите: нам нужно подключить две батареи, придумав алгоритмы заряда-перезаряда и индикации, нужно подключить резистивный тач, три USB разъема, один внутренний — на кардридер и два внешних — под micro USB и док-станцию, ещё у нас есть считыватель штрихкодов по UART, нестандартный яркий дисплей и три механические клавиши быстрого вызова функций. Мы не питали иллюзий — сделать такую работу с первого раза и без ошибок невозможно.

В принципе, участие российской команды в разработке схемотехники было минимальным — мы получали предложения по различным узлам от китайцев, давали свои замечания и корректировки — и дело двигалось вперед.

В итоге, каким-то чудом, к 5 февраля первый инженерный образец был готов. Он даже запустился, правда не видел карту и баркодридер — но это уже мелочи. Когда держишь в руках то, что недавно было только в картинках — эмоции захлестывают, полное ощущение свершившегося чуда.



Всё, что было потом — обычные производственные будни. Тесты, доработки, корректировки. Заказ комплектующих на партию, когда у тебя еще не полностью заработал инженерный образец. Споры с русскими программистами, которые даже образ Андроида не могут собрать самостоятельно и удивляются тому, что он весит больше 10 Гб в архиве. Битва с китайцами, которые не понимают очевидных вещей и не спешат делиться документацией.

Часть третья: производство

Производство развернули в чистой комнате. Большого смысла в этом не было, обычно достаточно одного чистого рабочего места для установки дисплея и тач-панели. Но комната всё равно пустовала и решили её занять, чтобы показать заказчику, что всё очень сложно и дорого.





Тестовое оборудование для проверки радиосигналов GSM очень дорогое, можно использовать только Agilent или Rohde&Schwarz. Его мало кто покупает — обычно берут в аренду.





Для функциональных тестов изготовили специализированную оснастку.





На все сборочные операции сделали полноценную технологическую документацию, всё как обычно — ничего особенного.



И как обычно, на первой партии гладко не прошло — то тач-панели не работали, то GPS не проходил тестирование. В итоге на производство перых четырехсот штук ушло три недели вместо плановых трех дней.



Интегратор конечно сильно ругался, но деваться было некуда — приняли и отгрузили в РЖД на полевые тесты.

Потом были долгие месяцы испытаний и доработок софта и железа. Мы что-то там переделывали, заменяли, ругались с программистами и ждали заказа обещаной серии в 60 тысяч штук.

А в октябре состоялась очередная железнодорожная выставка, на которой наш смартфон и был замечен широкой хабропубликой.



К сожалению, проект не пошел в большую серию. Мы произвели в Китае ещё 4000 штук, а потом начало меняться руководство РЖД и все подобные проекты надолго подвисли в неопределенности. Запланированный перенос производства в Россию не состоялся, а интегратор ещё три года безуспешно пытался расшевелить новую команду РЖД на что-то подобное.

Но нельзя сказать, что история на этом закончилась. Уже в 2017 году, практически в том же составе, мы сделали три модели онлайн-касс, а сейчас ведем разработку ещё пяти интереснейших проектов андроид-устройств. Так что самое интересное ещё впереди!

Жми «Нравится» и получай только лучшие посты в Facebook ↓

Как мы делали первый российский смартфон