laitteisto on kovaa…mutta ei mahdotonta.

laitteiston ja IoT: n tuotekehitysprosessi on pitkä ja kallis, ja siinä on haasteita ja sudenkuoppia uusfyyteille ja niille, jotka aliarvioivat niihin liittyvät riskit ja projektin lavastuksen. Tässä artikkelissa hajotamme auttaa murtamaan tuotesuunnittelun ja teknisen kehityksen vaiheisiin ja virstanpylväisiin, joita ammattimaiset suunnittelutalot tai uudet tuotekehitysyritykset tai insinöörit käyttävät.

pähkinänkuoressa uuden tuotekehityksen elinkaari on jaettu 3 päävaiheeseen:

  1. Idea, tuotteen määritelmä, toteutettavuus, konseptointi
  2. kehittäminen ja prototyyppien laatiminen
  3. Volume Production

konseptin ja massatuotannon (MP) väliin sijoittuville erityyppisille laitteistoprototyypeille on olemassa kokonainen kirjainlyhenne. Kehitys-ja prototyyppivaiheessa tehdään erilaisia prototyyppejä ja ne kaikki palvelevat hyvin erilaisia tarkoituksia.

tuotekehityksen elinkaari

olitpa rakentaa älykäs IoT kaiutin, robotti, sähköpyörä tai kuluttajien keittiölaite laite, sinun täytyy edetä näiden vaiheiden kautta ja saavuttaa POC – EVT – DVT – PVT virstanpylväitä hankkeessasi, muuten oppiminen kulmakivet suunnitteluprosessin maksaisi sinulle paljon enemmän aikaa ja rahaa ja ylittää arvioitu budjetti. Alla on ”miten” – suunnitelma, joka soveltuu kaikkiin tuotekehitys-ja valmistusprojekteihin.

mielenosoittajia ja pienoismalleja.

vaikka konseptin kehittämisen ja tuotteen määrittelyn ensimmäinen vaihe on hyvin tärkeä, se ei ole kovin riippuvainen suunnittelusta. Tässä ensimmäisessä vaiheessa erilaisten saatavilla olevista materiaaleista, kuten paperista, savesta, muovailuvahasta, puusta, liiman ja teippauksen avulla tehtyjen näköisten demonstraatioiden ja pienoismallien tekeminen on erittäin hyödyllistä kuluttajakeskeisen ajattelun kanavoimiseksi mahdollisimman varhaisessa vaiheessa. Teolliset suunnittelijat voivat harjoitella luovuuttaan ja toimittaa erilaisia luonnoksia ja renderöintejä, jotka ovat kaukana lopullisesta prototyypin ulkonäöstä, mutta tämä kaikki auttaa ajattelua ja kehystää tulevaa suunnittelukehitystä.

kuluttajatuotteesta on tehty uusi versio, jonka on edettävä useiden laajojen suunnittelu-ja kehitystavoitteiden kautta.

Proof of Concepts (POCs).

tarkkaan ottaen kaikki tuotesuunnittelu alkaa POC (proof-of-concept) – prototyypistä. POC: n tarkoituksena on osoittaa tuotteen taustalla oleva perusajatus mahdollisimman alhaisin kustannuksin. Siksi POC prototyyppien erittäin hyötyä markkinoilla saatavilla kehitys sarjat kuten Arduino ja Raspberry Pi tai laitteisto / ohjelmistokehitys sarjat (HDK / SDK). Deep / hard tech-projekteissa, jotka keskittyvät tieteellisen teknologian kaupallistamiseen, käytetään tyypillisesti termiä POT (proof-of-technology).

Proof of Concepts
Hardware Development board (HDK) STM32 Nucleo-avoin kehitysalusta ST microelectronicsilta-ihanteellinen POC-prototyyppeihin ja teknisiin validointitesteihin (EVT )

yksi pitäisi erottaa POC ja MVP (minimi elinkelpoinen tuote), jotka ovat hyvin usein sekaisin laitteiston kehittämiseen. POC-toiminnallisuus on rajallinen, eikä se ole identtinen lopputuotteen kanssa, kun taas hardware MVP on prototyyppi, joka voidaan esittää/myydä todellisille asiakkaille arvokkaan tuotepalautteen keräämiseksi.

kehittäminen ja prototyyppien laatiminen.

EVT-DVT-PVT-lyhenteet tarkoittavat tuotesuunnittelun ja teollistumisen eri vaiheita. Nämä prototyyppien kehitysvaiheet ovat olemassa riskien, vikojen, virheiden, vikojen ja suunnitteluvikojen minimoimiseksi ennen massatuotantoon siirtymistä. On erittäin tärkeää tunnistaa ja selviytyä näistä riskeistä aikana suunnittelu vaiheessa, muuten tuottaa ja myydä 1000s viallisia tuotteita maksaisi paljon enemmän rahaa ja mainetta.

alla olevaan taulukkoon on koottu yleisimmät tuotekehityksen elinkaareen käytetyt terminologiat:

tekniikan terminologia prototyyppien laadinnassa käytetty yleinen terminologia teknologian valmiustaso (Trl) terminologia selitys
Konseptikehitys: Idea, tuotteen määritelmä, toteutettavuus, konseptointi käsitteelliset mallikuvat (näköisprotot) TRL-1 Idea
TRL-2 tekniikka on olemassa laboratoriopenkillä ja / tai hyvin kuvattu konsepti on kehitetty
POC Proof-of Concept prototype Proof-of-Concept Prototype TRL-3 First POC or POT (Proof of Technology prototype)
TRL-4 validoitu POC / POT
EVT Engineering Validation Testing Work-like prototyypit TRL-5 kehitysympäristössä testatut ja Validoidut prototyypit
Work-like + look-alike Engineering prototyyppejä. Varhainen Alpha TRL-6 prototyyppi lähellä lopullista ilmettä. Ohjatut testit käyttäjien kanssa
DVT MVP: Work-like + look-alike prototype ready (late alpha prototypes) TRL-7 MVP miehittämättömissä käyttäjätesteissä
PVT-tuotannon Validointitestaus Beta-prototyyppi tai Beta MVP voidaan valmistaa erissä TRL-8 Beetaprototyyppejä, jotka valmistetaan erissä. Edelleen kalliita yksikkökohtaisia tuotantokustannuksia
MP1 tuotantomäärä TRL-9 kohdennetut yksikkötuotantokustannukset. Myynti

EVT (engineering validation testing) – vaihe

seuraa ensimmäistä POC-prototyyppiä. EVT-vaihe vie sarjan (tai jopa pienen erän) prototyyppejä eri moduuleista (tai alijärjestelmistä). EVT: ssä on kyse työn kaltaisten ja (joskus) työn kaltaisten + näköisten prototyyppien kehittämisestä tuotteen ydintoimintojen validoimiseksi, testaamiseksi ja jalostamiseksi. Nämä prototyypit voivat olla mitä tahansa välillä leipälauta Elektroniikka prototyyppi, PCB(A) ja toimiva prototyyppi 3D painettu kotelo. EVT on luonnostaan iteratiivinen ja useita iteraatioita voidaan tehdä ennen suunnitteluvirheiden poistamista toiminnallisen testauksen ja analyysin avulla.

EVT
tältä näyttävät tyypilliset varhaiset EVT-prototyypit: 3D-tulostettu tuki ja niputetut johdot

EVT: n tavoitteena on yhdistää aiotuista komponenteista valmistetut samannäköiset ja työtä muistuttavat alijärjestelmän prototyypit täyttämään PRD: n (product requirements Document) mukaiset toiminnalliset vaatimukset.

EVT: n prototyyppimäärät: 3-50 yksikköä, riippuen suunnittelun monimutkaisuus ja BOM kustannukset. EVT: n valmistumiseen tarvitaan keskimäärin 5-12 prototyyppiä.

teknologiat: 3D-tulostus, laserleikkatut/hiotut PCB: t, pehmeät työkalut (piimuotit), ammattikäyttöön tarkoitetut laitteistokehityssarjat (HDK), nopeasti leikatut/hiotut osat;

lähdöt / suoritteet: täysin toimiva prototyyppi, jonka keskeiset komponentit toimivat tarkoitetulla tavalla.

rajoitukset: koko EVT-vaiheen ajan toimitetut prototyypit saattavat näyttää hieman rumilta, raaoilta ja niissä ei ole kaunista kosmeettista viimeistelyä. EVT-prototyypistä voi myös puuttua joitain ei-keskeisiä mekaanisia ominaisuuksia, kuten kahvat, kaaret kotelossa, maalaus jne.

vasta kun evt-vaihe on valmis, se todella jatkaa teollista suunnittelua tuotteen lopullisen ulkonäön kehittämiseksi. Tätä vaihetta edeltävällä teollisella suunnittelulla (joko renderöinnillä, luonnoksilla tai CAD: llä) ei ole merkitystä varsinaisten koko -, paino-ja moduulijärjestelyjen kannalta. Edesmennyt alpha ”work-like + look-alike” – prototyyppi aikoo toteuttaa teollisen muotoilun todellisen ilmeen.

DVT (Design Validation Testing)-vaihe

palvelee tarvetta validoida kehitetyn tuotteen suunnittelu ja alkaa toteuttaa DFM (design for manufacturability) yhdessä muiden DF-X-sääntöjen kanssa. Kun olet suorittanut EVT-prototyypin, sinun pitäisi lukittautua toimittamaan prototyyppien ja koteloiden suunnittelu, joka näyttää lopulliselta tuotteelta. Jos rakennat esimerkiksi säänkestävää meteo-ulkoasemaa, DVT-prototyypin pitäisi olla tässä vaiheessa vesitiivis.

se on viimeinen vaihe ennen myynnin aloittamista ja on varmistettava, että suunnittelu on eri standardien ja sertifiointivaatimusten mukainen kohdemarkkinoilla: CE, EY, FCC, UL, RoHS, jne. Ja tässäkin on tärkeää, että tuotteesi noudattaa sähkövirtalähdettä ennen kuin viimeistelet suunnittelun ja haet sertifiointia (jota sinun on parempi ajatella etukäteen määritellessäsi tuotteesi PRD: ssä).

DVT-iteraatioita voi olla useita, ja erilaisia DVT-prototyyppejä voidaan toimittaa. Nämä vaihtelevat käsityönä kalliita prototyyppejä hieno viimeistely pieni erä tuotettu ”Nopea” ja / tai perinteisiä teräs muotit ruiskuvalukoneessa.

näin ollen DVT: n alustavia tuloksia kutsutaan MVP: ksi.

DVT: n tavoitteena on korjata rakenne (mitat, paino, materiaalit, viimeistely, liikkuvat mekaaniset osat) ja rationalisoida lopputuotteen ominaisuudet.

  1. tässä vaiheessa sinun tulee huolellisesti tarkistaa ja harkita ominaisuuksia vs. tuotteen laatu/viimeistely vs. tuotanto ja BOM kustannukset vs. tuotantomäärä.
  2. täytä tarvittavat sertifikaatit;
  3. Kehitä ja viimeistele nyrkkeily ja pakkaus
  4. Aloita RFQ: iden pyytäminen massatuottajilta ja laadi logistiikkasuunnitelmat.

DVT-prototyyppimäärät: tyypillisesti 20-200 yksikköä, riippuen suunnittelun monimutkaisuudesta ja BOM-hinnasta. Prototyyppejä käytetään eri syistä: sertifiointilaboratoriotestit, ”beetatestit” varhaisten asiakkaiden/testaajien kanssa.

teknologiat: 3D-tulostetut + geelipäällysteiset kotelot, joiden viimeistely on ”kuin tehtaalta”, nopeasti leikatut / hiotut osat; teollisuuslaitteet (esim. ruiskuvalu) ja 1.sukupolven työkalut (esim. ”pikamuotit”).

tuotokset / suoritteet: toimiva prototyyppi valmiina massatuotantoon BOM: llä ja suunnitteludokumentaatiopaketti. Nyrkkeily – ja pakkaussuunnittelu valmis. Arvio massatuotannon tuotoista

rajoitukset: DVT-prototyypit ja dokumentaatio ovat lähes lopullisia ja niitä voidaan hieman muuttaa kehitystyössä. Jotkin mekaaniset osat ja elektroniset komponentit eivät välttämättä ole lopullisia taloudellisista syistä (esim.on halvempaa CNC-työstää joitakin metalliosia väriainevalun sijaan).

jos suunnittelet joukkorahoituskampanjaa, kuten Kickstarteria tai Indiegogoa, älä riskeeraa mainettasi esittelemällä POC-tai early EVT-prototyyppiä taustajoukoille. EVT-vaihe voi olla pitkä ja vaatia paljon R&D. Siksi on tärkeää, että esittelet MVP / DVT-prototyyppisi, joka on suunniteltu ja testattu käyttäjien kanssa. Onnistuneella joukkorahoituksella voit rahoittaa lopulliset suunnittelusäädöt ja päästä helposti ja nopeasti PVT-ja pilottituotantoon

POC ja EVT
nopea alumiinimuottiprototyyppi ja työkaluesimerkki. Tällaiset ”pikamuotit” voivat todella hyödyttää suunnittelun validointitestejä hankkeissa, joissa 3D-tulostus ja piimuotit eivät anna vaadittuja toleransseja tai viimeistelyä, joka tarvitaan järjestelmän/tuotteen asianmukaisen validoinnin mahdollistamiseksi.

PVT: n tai tuotannon Validointitestaus.

on viimeinen vaihe ennen virallista massatuotantoon siirtymistä. Yleensä 5-10% tuotantoajosta toimitetaan PVT: ssä, jolla pyritään vakauttamaan valmistettavan tuotteen laatu.

vaikka PVT ei ole kallein vaihe, lopputuloksella voi olla ratkaiseva vaikutus laatuun ja volyymituotannon kustannuksiin. PVT: ssä sallitaan vain pieniä muutoksia. kaikki merkittävät muutokset suunnittelussa potkivat projektin takaisin DVT: hen.

tässä vaiheessa julkaistuja prototyyppejä kutsutaan myös ” Betoiksi ”ja massatuottajalta hankittuja näytteitä kutsutaan nimellä”goldens samples”.

DF-X: ssä tehdään joitakin korjauksia, jotka johtavat muotin ja työkalujen kehittymiseen. PCBA-testien testipenkit on suunniteltu. Kaikki komponentit, materiaalit, pakkaukset ja logistiikka suunnitellaan tässä vaiheessa.

PVT-tavoitteet:

  1. Tarkista massatuotantosadot;
  2. Viimeistele DF-X CM: n avulla, jotta jäte minimoidaan ja kokoonpano tehostuu;
  3. Tee ensimmäinen pilottituotanto ja varmista, että tuotteen laatu vastaa odotuksiasi;
  4. Poista viimeiset suunnitteluviat pilottituotannon aikana;

PVT-prototyyppimäärät vaihtelevat tyypillisesti 50-500 välillä massatuotannon satojen todentamiseksi ja tuotenäytteiden antamiseksi.

teknologiat: ainoastaan volyymituotantoon soveltuvat Teollisuusteknologiat;

tuotokset / tuotokset: lopputuote, jota valmistetaan rajoitettu määrä massatuotantovälineitä käyttäen. Elektroniset asettelut ja komponentit tarkistetaan käyttämällä PCB stensiilejä juotoskomponentteihin. Mekaaninen DFM viimeistellään ja muoviosat valmistetaan 2. sukupolven muoteilla.

kesto: Yleensä 3-6 kuukautta.

rajoitukset: mittatilaustyökalujen suunnitteluun ja valmistamiseen kuluva aika on yleensä pitkä.

EVT PVT PVT
hyvä esimerkki EVT-DVT-PVT-kotelon elinkaaresta. Kuva otettu tästä tapaustutkimuksesta https://encata.net/industries-case/ip-66-enclosure

massatuotanto (MP)

tai MP1 ensimmäistä tuotantolinjalla/kokoonpanolinjalla ajettavaa volyymia varten. Tämä tarkoittaa sitä, että olet tehnyt ostotilauksen (PO) ja sopinut tuotantomääristä CM

MP1 aloitetaan tyypillisesti 1000-2000 yksiköstä, jotka käyvät läpi laatu-ja toimivuustestauksen. Tämä varmistetaan QC (quality control) – ja QA (quality assurance) – toimenpiteillä.

poc evt dvt pvt
hardware IOT PCB design POC – EVT – DVT – PVT – EnCata

nyt jäljelle jäävät ”yksinkertaiset asiat”, jotka ovat myynti, asiakaspalvelu ja palvelu, tuotteiden palautusten ja vikojen käsittely ja seuraavan tuoteversion miettiminen.

äläkä unohda elinkaaren päättymistä (EOL), johon kuuluu erilaisten hävittämismenettelyjen ja jätehuoltoprotokollien noudattaminen samalla kun harkitset vanhan tuotteen korvaamista uudella SKU: lla!