ハードウェアは難しいです。..しかし、不可能ではありません。

ハードウェアおよびIoT製品開発プロセスは長くコストがかかり、初心者や関連するリスクやプロジェクトのステージングを過小評価する人に課題と落とし穴を抱えています。 この記事では、私達は専門の設計家か新製品の開発の会社またはエンジニアが使用する段階およびマイル標石に製品設計および技術開発を割る

一言で言えば、新製品開発のライフサイクルは3つの主要なフェーズに分かれています:

  1. アイデア、製品の定義、実現可能性、概念化
  2. 開発とプロトタイピング
  3. 量産

コンセプトと量産(MP)の間には、さまざまなタイプのハードウェアプロトタイ 開発と試作段階では、異なるプロトタイプが作成されており、それらはすべて非常に異なる目的を果たします。

製品開発ライフサイクル

スマートなIoTのスピーカー、ロボット、電気バイクまたは消費者台所電気器具装置を造っているかどうか、これらの段階によって進歩し、あなたの投機のPOC-EVT-DVT-PVTのマイル標石を達成しなければならない、さもなければ設計過程の礎石を学ぶことはより多くの時間およびお金を要し、推定予算を超過する。 以下は、すべての製品開発および製造プロジェクトに適用される”how to”計画です。

デモ参加者とモックアップ。

コンセプト開発と製品定義の第一段階は非常に重要ですが、エンジニアリングにはあまり依存しません。 この最初の段階では、紙、粘土、粘土、木材などの利用可能な材料で作られた様々なそっくりのデモやモックアップを、接着剤やスコッチテープの助けを借りて、消費者中心の思考を可能な限り早期に伝えるために非常に有益です。 工業デザイナーは、彼らの創造性を練習し、最終的なプロトタイプの外観から遠く離れている様々なスケッチやレンダリングを提供することができますが、これはすべての思考を助け、今後の設計開発をフレーム化するためのものです。

デモ参加者とMockups
さまざまな広範な設計と開発のマイルストーンを経て進歩しなければならない消費者製品のさらに別のレンダリング

概念の証明(POCs)。

厳密に言えば、すべての製品エンジニアリングはPOC(proof-of-concept)プロトタイプから始まります。 POCの目的は最も低く可能な費用でプロダクトの後ろの基本的な概念を証明することである。 そのため、POCプロトタイピングは、ArduinoやRaspberry Piなどの市場で入手可能な開発キットやハードウェア/ソフトウェア開発キット(HDK/SDK)から非常に利益を得ています。 科学技術の商業化に焦点を当てているディープ/ハードテックプロジェクトでは、用語ポット(proof-of-technology)が一般的に使用されています。

概念実証
ハードウェア開発ボード(HDK)STM32Nucleo-STマイクロエレクトロニクスのオープンな開発プラットフォーム-POCプロトタイピングおよびエンジニアリング検証テス)

ハードウェア開発で非常に混乱することが多いPOCとMVP(最小実行可能な製品)を区別する必要があります。 POC機能は限られており、最終製品と同一ではありませんが、ハードウェアMVPは貴重な製品フィードバックを収集するために実際の顧客に提示/販売するこ

開発-試作

EVT–DVT–PVTの頭字語は、製品エンジニアリングと工業化のさまざまな段階を表しています。 プロトタイプ開発のこれらの段階は、大量生産に入る前にリスク、欠陥、エラー、バグ、設計上の欠陥を最小限に抑えるために存在します。 技術設計段階の間にこれらの危険を識別し、対処することは非常に重要です不良品の1000sを作り出し、販売することはお金および評判のもっとたくさん要

以下の表は、製品開発ライフサイクルで使用される最も一般的な用語を組み合わせたものです:

エンジニアリング用語 プロトタイピングに使用される一般的な用語 技術準備レベル(TRL)用語 説明
コンセプト開発: アイデア、製品の定義、実現可能性、概念化 コンセプチュアルモックアップ(そっくりなプロトタイプ) TRL-1 アイデア
TRL-2 技術は、ラボベンチおよび/またはよく説明された概念が開発された上に存在します
POC概念実証試作品 概念実証試作品 TRL-3 最初のPOCまたはPOT(技術実証試作品)
TRL-4 検証済みPOC/POT
EVTエンジニアリング検証テスト ワークライクプロトタイプ TRL-5 開発環境でテストおよび検証されたプロトタイプ
仕事のような+そっくりの工学プロトタイプ。 初期のアルファ TRL-6 プロトタイプは最終的な外観に近い。 ユーザーとのガイド付きテスト
DVT MVP: 無人ユーザーテスト用のMVP TRL-7
PVT生産検証テスト ベータプロトタイプまたはベータMVPは、バッチで生産されたベータプロトタイプ TRL-8 バッチで生産することができます。 単位生産の費用ごとのまだ高い
MP1 量産 TRL-9 目標単位生産コスト。 販売

EVT(engineering validation testing)フェーズ

は、最初のPOCプロトタイプを成功させます。 EVTフェーズは、様々なモジュール(またはサブシステム)の一連の(または小さなバッチ)プロトタイプを取ります。 EVTは、製品のコア機能を検証、テスト、改良するために、仕事のような(時には)仕事のような+似たプロトタイプを開発することです。 これらのプロトタイプは、ブレッドボードエレクトロニクスプロトタイプ、PCB(A)と3Dプリントエンクロージャを備えた機能プロトタイプの間 EVTは本質的に反復的であり、機能テストと分析を通じて設計上の欠陥を排除する前に、いくつかの反復を行うことができます。

EVT
これは、典型的な初期のEVTプロトタイプがどのように見えるかです:3Dプリントされたサポートとバンドルされたワイヤ

EVTの目的は、PRD(product requirements Document)に従ってフォームファクタの機能要件を満たすように、意図されたコンポーネントで作られたそっくりのサブシステムプロトタイプと

EVTプロトタイプ数量: 設計複雑さおよびBOMの費用による3-50単位。 EVTを完成させるためには、平均して5-12のプロトタイプが必要です。

技術:3Dプリント、レーザーカット/ミルドPcb、ソフトツーリング(シリコンモールド)、プロフェッショナルハードウェア開発キット(HDK)、急速にカット/ミルド部品;

出力/成果物:

制限:EVTフェーズ全体で提供されるプロトタイプは、やや醜く、生のように見え、美しい化粧品仕上げが欠けている可能性があります。 EVTプロトタイプはまたハンドル、エンクロージャのカーブ、絵画、等のようなある重要でない機械特徴を逃すことができる。

EVTフェーズを完了した後でのみ、製品の最終的な外観を開発するために工業デザインを実際に推進します。 その段階の前に工業デザイン(レンダリング、スケッチ、またはCADで行われているかどうか)は、実際のサイズ、重量、モジュールの配置には関係ありません。 後期のアルファ”work-like+look-alike”プロトタイプは、工業デザインの本当の外観を実現することを意図しています。

DVT(Design Validation Testing)フェーズ

は、開発された製品の設計を検証し、他のDF-XルールとともにDFM(design for manufacturability)の実装を開始する必要があります。 EVTプロトタイピングを完了した後、最終製品のように見えるプロトタイプとエンクロージャの設計を提供するためにロックする必要があります。 たとえば、全天候型の屋外meteoステーションを構築する場合、DVTプロトタイプはこの段階で防水でなければなりません。

販売を開始する前の最後の段階であり、設計がCE、EC、FCC、UL、RoHSなどのターゲット市場のさまざまな規格や認証要件に準拠していることを確認する必要が ここでもまた、設計を確定して認証を申請する前に、製品が電流源に準拠していることが重要です(PRDで製品を定義するときは、先に考えることをお勧

複数のDVT反復が可能であり、異なるDVTプロトタイプを提供することができます。 これらは良い終わりを用いる手作りされた高いプロトタイプから注入の形成機械の”速い”および/または慣習的な鋼鉄型と作り出される小さいバッチ

したがって、DVTの最初の成果はMVPと呼ぶことになる。

DVTの目的は、設計(寸法、重量、材料、仕上げ、機械部品の移動)を修正し、最終製品の機能を合理化することです。

  1. この段階では、機能対製品品質/仕上げ対生産、BOMコスト対生産量を慎重に修正し、検討する必要があります。
  2. 必要な認証を完了し、
  3. ボクシングとパッケージングの開発と最終化
  4. 大量生産者へのRfqの要求と物流計画の策定を開始する。

DVTプロトタイプの数量:設計の複雑さとBOMコストに応じて、通常20-200台。 プロトタイプは、さまざまな理由で使用されます:認定ラボテスト、初期の顧客/テスターとの”ベータテスト”。

技術:3Dプリント+ゲルコーティングエンクロージャ”工場からのように”仕上げ、急速に切断/粉砕された部品、産業機器(例えば 注入の鋳造物)および第1世代別工具細工(例えば”速い型”)。

出力/成果物:BOMと設計文書パッケージで大量生産の準備ができて機能プロトタイプ。 ボクシングとパッケージデザインが完了しました。 量産利回りの見積もり

制限:DVTのプロトタイプとドキュメントはほぼ最終的なものであり、開発中にさらにわずかに変更することができます。 ある機械部品および電子部品は経済的な理由が最終的な原因ではないかもしれません(例えばそれは染料の鋳造を使用するかわりにCNCの製造所

KickstarterやIndieGoGoなどのクラウドファンディングキャンペーンを計画している場合は、支持者にPOCまたは初期のEVTプロトタイプを披露することで、評判を危険にさらすことはありません。 EVTフェーズは長く、多くのR&Dを必要とする可能性があるため、ユーザーと一緒に設計およびテストされたMVP/DVTプロトタイプを提示することが重要です。 成功したクラウドファンディングを使用すると、最終的な設計調整に資金を供給し、簡単かつ迅速にPVTとパイロット生産に入ることができます

POCおよびEVT
簡単なアルミニウム金型のプロトタイプとツーリングの例。 このような”クイックモールド”は、3Dプリントとシリコンモールドが必要な公差や、適切なシステム/製品検証を可能にするために必要な仕上げを提供しないプロジェクトの設計検証テストに本当に利益をもたらすことができます。

PVTまたは生産検証テスト。

は正式に量産を開始する前の最後のステップです。 通常生産の操業の5-10%は製造可能なプロダクトの質を安定させることを向けるPVTで渡されます。

PVTは最も高価な段階ではありませんが、結果は品質と大量生産コストに重大な影響を与える可能性があります。 PVTではわずかな変更のみが許可されており、デザインの大幅な変更はプロジェクトをDVTに戻します。

この段階でリリースされたプロトタイプは”ベータ”とも呼ばれ、大量生産者から取得したサンプルは”goldensサンプル”と呼ばれます。

DF-Xはいくつかの修正を受け、金型と金型の開発につながります。 PCBAテスト用のテストベンチが設計されています。 この段階では、すべての部品、材料、包装、物流が計画されています。

:

  1. 量産歩留まりを検証する;
  2. 廃棄物を最小限に抑え、組立をより効率的にすることを目的としたCMの助けを借りてDF-Xを完成させる;
  3. 最初のパイロットプロダクションを実行し、製品の品質があなたの期待に従っていることを確認する;
  4. パイロットプロダクション実行中に最後の設計上の欠陥を取り除く;

PVTプロトタイプ量は大量生産の収穫を確認し、プロダクトサンプルを提供するために50と500の間で普通範囲する。

技術:量産のみに適した産業技術、

出力/成果物:量産用ツールを使用して限られた量で生産された最終製品。 電子レイアウトおよび部品ははんだ付けする部品のためのPCBのステンシルを使用して再訪される。 機械DFMは終了し、プラスチック部品は第2世代別型の使用によって製造される。

: 一般的には3-6ヶ月。

制限事項:カスタムツールの設計と製造に要する時間は一般的に長い。

EVT PVT PVT
EVT-DVT-PVTエンクロージャの設計ライフサイクルの良い例です。 このケーススタディから撮影した写真https://encata.net/industries-case/ip-66-enclosure

量産(MP)

または製造/組立ラインで実行される最初のボリュームのMP1。 つまり、発注書(PO)を作成し、CM

MP1で生産数量に合意したことは、通常、品質と機能性テストを受ける1000-2000台から開始されます。 これはQC(品質管理)およびQA(品質保証)の手段によって保障されます。

poc evt dvt pvt
ハードウェアIOT PCB設計POC-EVT-DVT-PVT-EnCata

今、あなたは販売、顧客サポート、サービス、製品の返品や欠陥に対処し、次の製品バージョンを考えている”簡単なもの”が残

そして、古い製品を新しいSKUに交換することを考えながら、様々な処分手順と廃棄物管理プロトコルに従うライフサイクルの終わり(EOL)を忘れないでくださ