A hardver nehéz…de nem lehetetlen.

a hardver és az IoT termékfejlesztési folyamata hosszú és költséges, kihívásokkal és buktatókkal jár a neofiták és azok számára, akik alábecsülik a kapcsolódó kockázatokat és a projektmegosztást. Ebben a cikkben lebontjuk a terméktervezést és a mérnöki fejlesztést olyan fázisokra és mérföldkövekre, amelyeket bármely professzionális tervező ház vagy új termékfejlesztő cég vagy mérnök használ.

dióhéjban az új termékfejlesztési életciklus 3 fő szakaszra oszlik:

  1. ötlet, Termékdefiníció, megvalósíthatóság, Konceptualizáció
  2. fejlesztés és prototípuskészítés
  3. Volumengyártás

a koncepció és a tömeggyártás (MP) között különböző típusú hardver prototípusokat jelölő rövidítések egész sora létezik. A fejlesztési és prototípus-készítési szakaszban különböző prototípusok készülnek, és mindegyik nagyon különböző célokat szolgál.

termékfejlesztési életciklus

akár intelligens IoT hangszórót, robotot, elektromos kerékpárt vagy fogyasztói konyhai készüléket épít, akkor ezeken a fázisokon keresztül kell haladnia, és el kell érnie a POC – EVT – DVT – PVT mérföldköveket a vállalkozásában, különben a tervezési folyamat sarokköveinek megtanulása sokkal több időbe és pénzbe kerülne, és meghaladja a becsült költségvetést. Az alábbiakban egy ‘hogyan’ terv, amely alkalmazható bármely termék fejlesztési és gyártási projekt.

demonstrálók és makettek.

bár a koncepciófejlesztés és a termékmeghatározás első fázisa nagyon fontos, nem sok függ a mérnöki munkától. Ebben az első szakaszban a rendelkezésre álló anyagokból, például papírból, agyagból, gyurmából, fából készült különféle hasonló megjelenésű demonstrátorok és makettek készítése ragasztó és scotch szalag segítségével rendkívül előnyös a fogyasztóközpontú gondolkodás lehető legkorábbi irányításához. Az ipari tervezők gyakorolhatják kreativitásukat, és különböző vázlatokat és rendereket szállíthatnak, amelyek messze vannak a végső prototípus megjelenésétől, de ez mind segít a gondolkodásban és a közelgő formatervezés kialakításában.

Demonstrators andMockups
még egy render a fogyasztói termék, amely a haladás révén különböző kiterjedt tervezési és fejlesztési mérföldkövek

a fogalmak igazolása (POCs).

szigorúan véve minden terméktervezés POC (proof-of-concept) prototípusból indul ki. A POC célja, hogy a lehető legalacsonyabb költséggel bizonyítsa a termék mögött rejlő alapvető koncepciót. Ez az oka annak, hogy a POC prototípus-készítésének nagy előnyei vannak a piacon elérhető fejlesztőkészleteknek, például az Arduino és a Raspberry Pi, vagy a hardver/szoftver fejlesztőkészleteknek (HDK/SDK). A tudományos technológia kereskedelmi forgalomba hozatalára összpontosító mély/kemény technológiai projektekben általában a POT (proof-of-technology) kifejezést használják.

Proof of Concepts
Hardware Development board (HDK) STM32 Nucleo-az ST microelectronics nyílt fejlesztési platformja-ideális POC prototípuskészítéshez és mérnöki validációs tesztekhez (EVT )

meg kell különböztetni a POC-t és az MVP-t (minimális életképes termék), amelyeket nagyon gyakran összekevernek a hardverfejlesztés során. A POC funkcionalitása korlátozott, és nem azonos a végtermékkel, míg a hardver MVP egy prototípus, amelyet valódi ügyfeleknek lehet bemutatni/eladni, hogy értékes termék-visszajelzéseket gyűjtsön.

fejlesztés és prototípus készítés.

az EVT – DVT – PVT rövidítések a terméktervezés és az iparosítás különböző szakaszait jelentik. A prototípus fejlesztésének ezen fázisai léteznek a kockázatok, hibák, hibák, hibák és tervezési hibák minimalizálása érdekében, mielőtt belépnének a tömegtermelésbe. Rendkívül fontos, hogy azonosítsuk és kezeljük ezeket a kockázatokat a mérnöki tervezési szakaszban, különben 1000 hibás termék előállítása és értékesítése sokkal több pénzbe és hírnévbe kerülne.

az alábbi táblázat a termékfejlesztés életciklusához használt leggyakoribb terminológiákat tartalmazza:

mérnöki terminológia prototípuskészítéshez használt általános terminológia technológiai készültségi szint (TRL) terminológia magyarázat
koncepció fejlesztése: Ötlet, Termékmeghatározás, megvalósíthatóság, Konceptualizáció koncepcionális makettek (hasonló prototípusok) TRL-1 ötlet
TRL-2 a technológia laboratóriumi padon létezik és / vagy jól leírt koncepciót fejlesztettek ki
POC Proof-of-Concept prototípus Proof-of-Concept prototípus TRL-3 első POC vagy POT (Proof of Technology prototype)
TRL-4 validált POC/POT
EVT mérnöki validációs tesztelés Munkaszerű prototípusok TRL-5 fejlesztői környezetben tesztelt és validált prototípusok
munka-szerű + hasonló mérnöki prototípusok. Korai alfa TRL-6 prototípus a végső megjelenéshez közel. Vezetett tesztek a felhasználókkal
DVT MVP: Munka-szerű + hasonló prototípus kész (késő alfa prototípusok) TRL-7 MVP felügyelet nélküli felhasználói tesztekhez
PVT gyártási validációs tesztelés béta prototípus vagy béta MVP előállítható tételekben TRL-8 tételekben előállított béta prototípusok. Még mindig drága egységnyi termelési költség
MP1 volumen termelés TRL-9 célzott egységnyi termelési költség. Értékesítés

az EVT (engineering validation testing) fázis

követi az első POC prototípust. EVT fázis vesz fel egy sor (vagy akár egy kis tétel) prototípusok különböző modulok (vagy alrendszerek). Az EVT célja a munkaszerű és (néha) munkaszerű + hasonló prototípusok kifejlesztése a termék alapvető funkcióinak érvényesítése, tesztelése és finomítása érdekében. Ezek a prototípusok bármi lehetnek a breadboard electronics prototípus, a PCB(A) és a 3D nyomtatott burkolattal rendelkező funkcionális prototípus között. Az EVT lényegében iteratív, és számos iteráció végezhető el, mielőtt funkcionális teszteléssel és elemzéssel kiküszöbölné a tervezési hibákat.

EVT
így néznek ki a tipikus korai EVT prototípusok: 3D nyomtatott támogatás és mellékelt vezetékek

az EVT célja, hogy összekapcsolja a tervezett alkatrészekből készült hasonló és munkaszerű alrendszer prototípusokat, hogy megfeleljenek a PRD (product requirements Document) szerinti formai tényező funkcionális követelményeinek.

EVT prototípus mennyiségek: 3-50 egység, a tervezés összetettségétől és a BOM költségétől függően. Átlagosan 5-12 prototípus szükséges az EVT befejezéséhez.

technológiák: 3D nyomtatás, lézervágott / őrölt PCB-k, puha Szerszámok (Szilícium öntőformák), professzionális hardverfejlesztő készletek (HDK), gyorsan vágott/őrölt alkatrészek;

kimenetek / teljesítmények: teljesen működőképes prototípus, a kulcsfontosságú alkatrészek rendeltetésszerű teljesítésével.

korlátozások: az EVT fázisban szállított prototípusok kissé csúnyának, nyersnek tűnhetnek, és hiányzik a gyönyörű kozmetikai felület. Az EVT prototípus hiányozhat néhány nem kulcsfontosságú mechanikai tulajdonságról is, mint például a fogantyúk, a burkolat görbéi, a festés stb.

csak az EVT fázis befejezése után az első valóban az ipari formatervezéssel folytatja a termék végső megjelenését. Bármely ipari formatervezés (függetlenül attól, hogy renderelésben, vázlatban vagy CAD-ben készült-e) az adott szakasz előtt nem releváns a tényleges méret, súly és modulelrendezés szempontjából. A késő alfa” munkaszerű + hasonló ” prototípusok az ipari formatervezés valódi megjelenését kívánják megvalósítani.

a DVT (Design Validation Testing) fázis

arra szolgál, hogy érvényesítse a kifejlesztett termék tervét, és elkezdje a DFM (design for manufacturability) bevezetését más DF-X szabályokkal együtt. Az EVT prototípus készítésének befejezése után be kell zárni a prototípusok és a végterméknek tűnő burkolatok kialakítását. Például, ha minden időjárási kültéri meteo állomást épít, akkor a DVT prototípusnak ebben a szakaszban vízállónak kell lennie.

ez az utolsó szakasz az értékesítés megkezdése előtt, és meg kell győződnie arról, hogy a tervezés megfelel-e a célzott piacok különböző szabványainak és tanúsítási követelményeinek: CE, EC, FCC, UL, RoHS stb. És itt is fontos, hogy a termék megfeleljen az elektromos áramforrásnak, mielőtt véglegesítené a tervezést és tanúsítást kérne (amit jobb, ha előre gondolkodik, amikor a terméket PRD-ben határozza meg).

több DVT iteráció is lehet, és különböző DVT prototípusok szállíthatók. Ezek a kézzel készített, drága, finom kivitelű prototípusoktól a fröccsöntő gépben “gyors” és/vagy hagyományos acélformákkal gyártott kis tételekig terjednek.

így a DVT kezdeti eredményei az, amit MVP-nek neveznénk.

a DVT célja a tervezés (azaz méretek, súly, anyagok, kivitel, mozgó mechanikai alkatrészek) rögzítése és a végtermék jellemzőinek racionalizálása.

  1. ebben a szakaszban gondosan felül kell vizsgálnia és figyelembe kell vennie a termékminőség/Befejezés vs termelés és a BOM költség vs termelési volumen jellemzőit.
  2. töltse ki a szükséges tanúsítványokat;
  3. boksz és csomagolás fejlesztése és véglegesítése
  4. kezdje el a Tömeggyártóktól RFQ-K kérését és logisztikai terveket dolgozzon ki.

DVT prototípus mennyiségek: jellemzően 20-200 egység, a tervezés összetettségétől és a BOM költségétől függően. A prototípusokat különféle okokból fogják használni: tanúsítási laboratóriumi tesztek, “béta tesztek” korai ügyfelekkel/tesztelőkkel.

technológiák: 3D nyomtatott + gélbevonatú házak “gyárilag” kivitelben, gyorsan vágott / mart alkatrészek; ipari berendezések (pl. fröccsöntés) és 1. generációs Szerszámok (pl.”gyorsformák”).

kimenetek / teljesítmények: tömeggyártásra kész funkcionális prototípusok ANYAGJEGYZÉKKEL és tervdokumentációs csomaggal. Boksz és csomagolás tervezés befejeződött. Becsült tömeggyártási hozamok

korlátozások: a DVT prototípusok és dokumentáció majdnem végleges, és kissé módosítható a fejlesztés során. Egyes mechanikus alkatrészek és elektronikus alkatrészek gazdasági okokból nem véglegesek (például olcsóbb a fém alkatrészek CNC-megmunkálása festéköntés helyett).

ha bármilyen crowdfunding kampányt tervez, mint például a Kickstarter vagy az IndieGoGo, ne kockáztassa hírnevét azzal, hogy megmutatja a POC vagy a korai EVT prototípust a támogatóknak. Az EVT fázis hosszú lehet, és sok R&D-t igényel.ezért fontos, hogy bemutassa az MVP / DVT prototípusát, amelyet a felhasználókkal terveztek és teszteltek. A sikeres crowdfunding segítségével finanszírozhatja a végső tervezési kiigazításokat, és könnyen és gyorsan beléphet a PVT-be és a kísérleti gyártásba

POC és EVT
gyors alumínium forma prototípus és szerszámozási példa. Az ilyen “gyors öntőformák” valóban előnyösek lehetnek a tervezés validálási tesztjei olyan projektekben, ahol a 3D nyomtatás és a szilícium öntőformák nem biztosítják a szükséges tűréseket vagy a megfelelő rendszer/termék validálásához szükséges felületet.

A PVT vagy a gyártás validációs tesztelése.

az utolsó lépés a tömeggyártás hivatalos megkezdése előtt. Általában a gyártási sorozat 5-10% – át A PVT-ben szállítják, amelynek célja a gyártható termék minőségének stabilizálása.

bár A PVT nem a legdrágább szakasz, az eredmények döntő hatással lehetnek a minőségre és a mennyiségi termelés költségére. A PVT-nél csak kisebb változtatások engedélyezettek.a tervezés bármilyen jelentős változása visszaveti a projektet a DVT-re.

az ebben a szakaszban kiadott prototípusokat “Bétáknak” is nevezik, a tömeggyártótól beszerzett mintákat pedig “goldens mintáknak”nevezik.

a DF-X néhány korrekción megy keresztül, amelyek a penész és a szerszám fejlesztését eredményezik. A PCBA tesztek tesztpadjait tervezték. Minden alkatrész, anyag, csomagolás és logisztika ebben a szakaszban van megtervezve.

PVT célkitűzések:

  1. ellenőrizze a tömeggyártási hozamokat;
  2. véglegesítse a DF-X-et a CM segítségével, amelynek célja a hulladék minimalizálása és az összeszerelés hatékonyabbá tétele;
  3. végezze el az első kísérleti gyártási folyamatot, és biztosítsa, hogy a termék minősége megfeleljen az Ön elvárásainak;
  4. távolítsa el az utolsó tervezési hibákat a kísérleti gyártási futás során;

A PVT prototípus mennyisége általában 50 és 500 között mozog a tömegtermelési hozamok ellenőrzése és a termékminták biztosítása érdekében.

technológiák: csak mennyiségi termelésre alkalmas ipari technológiák;

teljesítmények / teljesítések: korlátozott mennyiségben, tömeggyártáshoz szükséges eszközök felhasználásával előállított végtermék. Az elektronikus elrendezéseket és alkatrészeket PCB-sablonok segítségével vizsgálják felül az alkatrészek forrasztásához. A mechanikus DFM véglegesítésre kerül, a műanyag alkatrészeket pedig 2.generációs öntőformák felhasználásával gyártják.

időtartam: Általában 3-6 hónap.

korlátozások: az egyedi eszközök tervezéséhez és előállításához szükséges idő általában hosszú.

EVT PVT PVT
jó példa az EVT – DVT – PVT burkolat tervezési életciklusára. Egy kép ebből az esettanulmányból https://encata.net/industries-case/ip-66-enclosure

tömegtermelés (MP)

vagy MP1 a gyártó / összeszerelő vonalakon futó első kötethez. Ez azt jelenti, hogy leadta megrendelését (PO), és megállapodott a gyártási mennyiségekről a CM

MP1 jellemzően 1000-2000 egységből indul, amelyek minőség-és funkcionalitásvizsgálaton mennek keresztül. Ezt QC (quality control) és QA (quality assurance) intézkedések biztosítják.

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

most már marad az “egyszerű dolgok”, amelyek az értékesítés, az ügyfélszolgálat és a szolgáltatás, a termék visszaküldésének és hibáinak kezelése, valamint a következő Termékverzió gondolkodása.

és ne feledkezzünk meg az életciklus végéről (EOL), amely magában foglalja a különböző ártalmatlanítási eljárások és hulladékgazdálkodási protokollok követését, miközben arra gondolunk, hogy a régi terméket új SKU-ra cseréljük!