Hardware je těžký…ale ne nemožné.

proces vývoje hardwaru a IoT produktů je dlouhý a nákladný a má výzvy a úskalí pro nováčky a ty, kteří podceňují související rizika a fázi projektu. V tomto článku rozebíráme pomoc při rozbití návrhu produktu a technického vývoje do fází a milníků, které používá jakýkoli profesionální designový dům nebo společnost pro vývoj nových produktů nebo inženýři.

Stručně řečeno, životní cyklus vývoje nového produktu je rozdělen do 3 hlavních fází:

  1. Idea, definice produktu, proveditelnost, konceptualizace
  2. vývoj a prototypování
  3. objemová výroba

existuje celá řada zkratek stojících pro různé typy hardwarových prototypů mezi konceptem a hromadnou výrobou (MP). Ve fázi vývoje a prototypování se vyrábějí různé prototypy a všechny slouží velmi odlišným účelům.

životní cyklus vývoje produktu

ať už budujete inteligentní reproduktor IoT, robot, elektrické kolo nebo zařízení spotřebního kuchyňského spotřebiče, budete muset postupovat prostřednictvím těchto fází a dosáhnout milníků POC – EVT – DVT – PVT ve vašem podniku, jinak by vás učení základních kamenů procesu návrhu stálo mnohem více času a peněz a překoná odhadovaný rozpočet. Níže je uveden plán „jak na to“, který je použitelný pro jakýkoli projekt vývoje a výroby produktů.

demonstranti a makety.

zatímco první fáze vývoje konceptu a definice produktu je velmi důležitá, není příliš závislá na inženýrství. V této první fázi je vytváření různých podobných demonstrantů a maket vyrobených z dostupných materiálů, jako je papír, jíl, plastelína, dřevo pomocí lepidla a skotské pásky, velmi prospěšné pro co nejrychlejší směrování spotřebitelského myšlení. Průmysloví designéři si mohou procvičit svou kreativitu a dodat různé náčrtky a vykreslení, které jsou daleko od konečného vzhledu prototypu, ale to vše pomáhá přemýšlet a rámovat nadcházející vývoj designu.

demonstranti andMockups
další vykreslení spotřebního produktu, který musí postupovat prostřednictvím různých rozsáhlých milníků designu a vývoje

Proof of Concepts (Poc).

přísně vzato, jakékoli produktové inženýrství začíná prototypem POC (proof-of-concept). Účelem POC je prokázat základní koncept produktu za co nejnižší cenu. Proto POC prototyping vysoce těží z dostupných vývojových sad na trhu, jako jsou Arduino a Raspberry Pi nebo sady pro vývoj hardwaru/softwaru (HDK / SDK). V hlubokých / tvrdých technologických projektech zaměřených na komercializaci vědecké technologie se obvykle používá termín POT (proof-of-technology).

důkaz konceptů
Hardware Development board (HDK) STM32 Nucleo-otevřená vývojová platforma od ST microelectronics-ideální pro prototypování POC a validační testy inženýrství (EVT )

jeden by měl rozlišovat POC a MVP (minimální životaschopný produkt), které jsou velmi často zaměňovány ve vývoji hardwaru. Funkčnost POC je omezená a není totožná s konečným produktem, zatímco hardware MVP je prototyp, který může být prezentován/prodáván skutečným zákazníkům, aby získal cennou zpětnou vazbu k produktu.

vývoj a prototypování.

zkratky EVT-DVT-PVT znamenají různé fáze produktového inženýrství a industrializace. Tyto fáze vývoje prototypu existují, aby se minimalizovala rizika, vady, chyby, chyby a konstrukční nedostatky před vstupem do sériové výroby. Je nesmírně důležité identifikovat a vyrovnat se s těmito riziky během fáze inženýrského návrhu, jinak by vás výroba a prodej 1000 vadných produktů stálo mnohem více peněz a pověsti.

níže uvedená tabulka kombinuje nejběžnější terminologie používané pro životní cyklus vývoje produktu:

inženýrská terminologie běžná terminologie používaná pro prototypování terminologie úrovně připravenosti technologie (TRL) vysvětlení
vývoj koncepce: Idea, definice produktu, proveditelnost, konceptualizace koncepční makety (podobné prototypy) TRL-1 Idea
TRL-2 technologie existuje na laboratorní lavici a / nebo dobře popsaný koncept vyvinutý
POC proof-of concept prototype proof-of-Concept Prototype TRL-3 první POC nebo POT (Proof of Technology prototype)
TRL-4 validovaný POC / POT
evt Engineering Validation Testing pracovní prototypy TRL-5 prototypy testovány a validovány ve vývojovém prostředí
Work-like + look-alike inženýrské prototypy. Brzy alfa TRL-6 prototyp blízko konečného vzhledu. Řízené testy s uživateli
DVT MVP: Work-like + look-alike prototype ready (pozdní alfa prototypy) TRL-7 MVP pro bezobslužné uživatelské testy
testování validace výroby PVT Beta prototyp nebo Beta MVP lze vyrábět v dávkách TRL-8 Beta prototypy vyráběné v dávkách. Stále drahé na jednotku výrobních nákladů
MP1 objemová výroba TRL-9 cílené jednotkové výrobní náklady. Prodej

fáze EVT (engineering validation testing)

následuje první prototyp POC. EVT fáze zabírá sérii (nebo dokonce malou dávku) prototypů různých modulů (nebo subsystémů). EVT je o vývoji prototypů podobných práci a (někdy) podobných práci + podobných vzhledu, které ověřují, testují a zdokonalují základní funkčnost produktu. Tyto prototypy mohou být cokoli mezi prototypem elektroniky na prkénku, PCB (a) a funkčním prototypem s 3D tištěným krytem. EVT je vnitřně iterativní a několik iterací může být provedeno před odstraněním konstrukčních nedostatků pomocí funkčního testování a analýzy.

EVT
takto vypadají typické rané prototypy EVT: 3D tištěná podpora a svázané dráty

cílem EVT je kombinovat prototypy subsystému podobné vzhledu a práci vyrobené ze zamýšlených komponent tak, aby splňovaly funkční požadavky ve tvaru faktoru podle vašeho PRD (dokument požadavků na produkt).

evt prototyp množství: 3-50 jednotek, v závislosti na složitosti návrhu a nákladech kusovníku. K dokončení EVT je v průměru zapotřebí 5-12 prototypů.

technologie: 3D tisk, laserem řezané/frézované PCB, měkké nástroje (silikonové formy), profesionální sady pro vývoj hardwaru (HDK), rychle řezané / frézované díly;

výstupy / výstupy: plně funkční prototyp s klíčovými komponenty provádějícími podle plánu.

omezení: prototypy dodané během fáze EVT mohou vypadat poněkud ošklivě, syrové a postrádají krásnou kosmetickou úpravu. Prototyp EVT může také chybět některé neklíčové mechanické vlastnosti, jako jsou kliky, křivky v krytu, malování atd.

teprve po dokončení první fáze EVT skutečně tlačí na průmyslový design, aby vyvinul konečný vzhled produktu. Jakýkoli průmyslový design (ať už provedený v renderech, skicách nebo v CAD) před touto etapou není relevantní pro skutečné velikosti, hmotnost a uspořádání modulů. Pozdní prototypy alfa „work-like + look-alike“ mají v úmyslu realizovat skutečný vzhled průmyslového designu.

fáze DVT (Design Validation Testing)

slouží k ověření návrhu vyvinutého produktu a zahájení implementace DFM (design for manufacturability) spolu s dalšími pravidly DF-X. Po dokončení prototypování EVT by se člověk měl zaměřit na návrh prototypů a skříní, které vypadají jako konečný produkt. Například, pokud stavíte venkovní meteorologickou stanici za každého počasí, prototyp DVT by měl být v této fázi vodotěsný.

je to poslední fáze před zahájením prodeje a je třeba se ujistit, že design je v souladu s různými standardy a certifikačními požadavky pro cílené trhy: CE, EC, FCC, UL, RoHS atd. A zde je opět důležité, aby váš produkt vyhovoval zdroji elektrického proudu, než dokončíte návrh a požádáte o certifikaci (kterou si při definování produktu v PRD raději promyslete dopředu).

může existovat několik iterací DVT a mohou být dodány různé prototypy DVT. Ty sahají od ručně vyráběných drahých prototypů s jemnou povrchovou úpravou až po malou šarži vyrobenou z „rychlých“ a / nebo konvenčních ocelových forem ve vstřikovacím lisu.

počáteční výsledky DVT jsou tedy to, co bychom označovali jako MVP.

cílem DVT je opravit konstrukci (tj. rozměry, hmotnost, materiály, povrchová úprava, pohyblivé mechanické části) a racionalizovat vlastnosti konečného produktu.

  1. v této fázi byste měli pečlivě revidovat a zvážit vlastnosti vs kvalita produktu / povrchová úprava vs výroba a náklady BOM vs objem výroby.
  2. dokončit potřebné certifikace;
  3. vyvinout a dokončit Box a balení
  4. začít požadovat RFQ od masových výrobců a navrhnout plány logistiky.

DVT prototyp množství: typicky 20-200 jednotek, v závislosti na složitosti návrhu a kusovníku náklady. Prototypy budou použity z různých důvodů: certifikační laboratorní testy, „beta testy“ s časnými zákazníky / testery.

technologie: 3D tištěné + gelové kryty s povrchovou úpravou „jako z továrny“, rychle řezané / frézované díly; průmyslová zařízení (např. vstřikování) a nástroje 1. generace (např. „rychlé formy“).

výstupy / výstupy: funkční prototypy připravené k sériové výrobě s kusovníkem a balíčkem projektové dokumentace. Box a obalový design dokončen. Odhadněte výnosy hromadné výroby

omezení: prototypy a dokumentace DVT jsou téměř konečné a lze je ve vývoji mírně změnit. Některé mechanické díly a elektronické součástky nemusí být z ekonomických důvodů konečné (např. je levnější CNC frézovat některé kovové části místo použití odlitku barvivem).

pokud plánujete jakoukoli crowdfundingovou kampaň, jako je Kickstarter nebo IndieGoGo, neriskujte svou pověst předváděním prototypu POC nebo early EVT podporovatelům. Fáze EVT může být dlouhá a vyžaduje hodně R&D. proto je důležité, abyste představili svůj prototyp MVP / DVT, který byl navržen a testován s uživateli. Díky úspěšnému crowdfundingu můžete financovat své finální úpravy designu a snadno a rychle vstoupit do PVT a pilotní výroby

POC a EVT
rychlý prototyp hliníkové formy a příklad nástrojů. Takové „rychlé formy“ mohou skutečně těžit z validačních testů návrhu v projektech, kde 3D tisk a silikonové formy nedodávají požadované tolerance nebo povrchovou úpravu potřebnou k zajištění odpovídající validace systému/produktu.

PVT nebo testování validace výroby.

je posledním krokem před oficiálním zahájením sériové výroby. Obvykle 5-10% výrobního cyklu je dodáváno v PVT, jehož cílem je stabilizovat kvalitu vyrobitelného produktu.

ačkoli PVT není nejdražší etapa, výsledky mohou mít zásadní dopad na kvalitu a náklady na objemovou výrobu. Na PVT jsou povoleny pouze drobné změny. jakákoli významná změna designu nakopne Projekt zpět na DVT.

prototypy vydané v této fázi se také nazývají „Betas“ a vzorky získané od sériového výrobce se označují jako „vzorky goldens“.

DF-X prochází některými korekcemi, které vedou k vývoji forem a nástrojů. Jsou navrženy zkušební stolice pro testy PCBA. V této fázi jsou plánovány všechny komponenty, materiály, balení a logistika.

PVT cíle:

  1. ověřte výnosy hromadné výroby;
  2. dokončete DF-X pomocí CM s cílem minimalizovat odpad a zefektivnit montáž;
  3. proveďte první pilotní výrobní běh a zajistěte, aby kvalita produktu splňovala vaše očekávání;
  4. odstraňte poslední konstrukční nedostatky během pilotního výrobního běhu;

množství prototypů PVT se obvykle pohybují mezi 50 a 500, aby se ověřily výnosy hromadné výroby a poskytly vzorky produktů.

technologie: průmyslové technologie vhodné pouze pro objemovou výrobu;

výstupy / výstupy: konečný výrobek vyrobený v omezeném množství pomocí nástrojů pro hromadnou výrobu. Elektronické rozvržení a komponenty jsou revidovány pomocí PCB šablony pro pájení komponent. Mechanický DFM je finalizován a plastové díly jsou vyráběny pomocí forem 2. generace.

trvání: 3-6 měsíců obecně.

omezení: doba potřebná k návrhu a výrobě vlastních nástrojů je obecně dlouhá.

EVT PVT PVT
dobrým příkladem životního cyklu návrhu krytu evt – DVT-PVT. Obrázek z této případové studie https://encata.net/industries-case/ip-66-enclosure

sériová výroba (MP)

nebo MP1 pro první objemový provoz na výrobních / montážních linkách. To znamená, že jste zadali objednávku (PO) a dohodli se na výrobních množstvích s CM

MP1 se obvykle začíná od jednotek 1000-2000, které procházejí testováním kvality a funkčnosti. To je zajištěno prostřednictvím opatření QC (quality control) a QA (quality assurance).

POC evt dvt pvt
hardware IoT PCB design POC-EVT-DVT-PVT-EnCata

nyní vám zbývá „jednoduché věci“, které jsou prodej, zákaznická podpora a servis, Řešení návratů a vad produktu a přemýšlení o další verzi produktu.

a nezapomeňte na konec životního cyklu (EOL), který vyžaduje dodržování různých postupů likvidace a protokolů o nakládání s odpady, zatímco přemýšlíte o nahrazení starého produktu novým SKU!