Hardware is hard…maar niet onmogelijk.

het hardware-en IoT-productontwikkelingsproces is lang en duur, met uitdagingen en valkuilen voor beginners en degenen die de bijbehorende risico ‘ s en projectafhandeling onderschatten. In dit artikel breken we hulp om het productontwerp en de technische ontwikkeling te kraken in de fasen en mijlpalen die elk professioneel ontwerphuis of nieuw productontwikkelingsbedrijf of ingenieurs gebruiken.

In een notendop is de levenscyclus van de nieuwe productontwikkeling verdeeld in 3 grote fasen:

  1. idee, productdefinitie, haalbaarheid, conceptualisering
  2. ontwikkeling en prototypering
  3. volumeproductie

er bestaat een hele reeks acroniemen voor verschillende soorten hardware prototypes tussen Concept en massaproductie (MP). In de ontwikkeling en Prototyping fase, zijn er verschillende prototypes worden gemaakt en ze dienen allemaal zeer verschillende doeleinden.

productontwikkeling levenscyclus

of u nu een slimme IoT-luidspreker, een robot, een elektrische fiets of een apparaat voor consumentenkeuken bouwt, u zult via deze fasen vooruitgang moeten boeken en in uw onderneming mijlpalen van POC – EVT – DVT – PVT moeten bereiken, anders zou het leren van de hoekstenen van het ontwerpproces u veel meer tijd en geld kosten en het geraamde budget overschrijden. Hieronder vindt u een’ hoe ‘ plan dat van toepassing is voor elk product ontwikkeling en productie project.

demonstranten en Mockups.

hoewel de eerste fase van conceptontwikkeling en productdefinitie zeer belangrijk is, is deze niet veel afhankelijk van engineering. In deze eerste fase is het maken van verschillende look-alike demonstrators en mock-ups gemaakt van beschikbare materialen zoals papier, klei, plasticine, hout met behulp van lijm en scotch tape zeer gunstig om het consumentgerichte denken zo vroeg mogelijk te kanaliseren. Industrieel ontwerpers kunnen hun creativiteit oefenen en verschillende schetsen en renders leveren die verre van het uiteindelijke prototype-uiterlijk zijn, maar dit is allemaal om te helpen denken en de komende ontwerpontwikkeling te kaderen.

Demonstrators en mockups
nog een weergave van een consumentenproduct dat door verschillende uitgebreide ontwerp-en ontwikkelingsmijlpalen moet worden ontwikkeld

Proof of Concepts (POCs).

strikt genomen gaat elke product engineering uit van een POC (proof-of-concept) prototype. Het doel van de POC is om het fundamentele concept achter het product te bewijzen tegen de laagst mogelijke kosten. Dat is de reden waarom POC prototyping zeer profiteert van markt beschikbare ontwikkelingskits zoals Arduino en Raspberry Pi of hardware / software development kits (HDK/SDK). In deep / hard tech projecten die gericht zijn op het commercialiseren van een wetenschappelijke technologie, wordt de term POT (proof-of-technology) meestal gebruikt.

Proof of Concepts
Hardware Development board (HDK) STM32 Nucleo – een open ontwikkelplatform van ST microelectronics – ideaal voor POC prototyping en engineering validatietests (EVT))

men zou POC en MVP (minimum levensvatbare product) moeten onderscheiden die zeer vaak in de hardware-ontwikkeling worden verward. POC functionaliteit is beperkt en is niet identiek aan het eindproduct, terwijl hardware MVP is een prototype dat kan worden gepresenteerd/verkocht aan echte klanten om waardevolle product feedback te verzamelen.

ontwikkeling en prototypering.

EVT-DVT-PVT acroniemen staan voor de verschillende stadia van product engineering en industrialisatie. Deze fasen van de ontwikkeling van prototypes bestaan om risico ‘ s, defecten, fouten, bugs en ontwerpfouten te minimaliseren alvorens massaproductie te beginnen. Het is uiterst belangrijk om te identificeren en omgaan met deze risico ‘ s tijdens de engineering ontwerpfase, anders zou het produceren en verkopen van 1000s van defecte producten kost u veel meer in geld en reputatie.

onderstaande tabel combineert de meest voorkomende terminologieën die worden gebruikt voor de levenscyclus van productontwikkeling:

technische terminologie gemeenschappelijke terminologie gebruikt voor prototyping Technology Readiness Level (TRL) terminologie uitleg
Concept ontwikkeling: Idee, Product Definitie, Haalbaarheid, Conceptualisering Conceptuele mock-ups (look-alike prototypes) TRL-1 Idee
TRL-2 Technologie bestaat op een laboratoriumtafel en/of goed beschreven Concept ontwikkeld
POC Proof-of-Concept prototype Proof-of-Concept Prototype TRL-3 Eerste POC of POT (Bewijs van Technologie prototype)
TRL-4 gevalideerd POC/POT
EVT Engineering Validatie Testen Werk-als prototypes TRL-5 Prototypes getest en gevalideerd in ontwikkelomgeving
Work-like + look-alike technische prototypes. Vroeg Alfa TRL-6 Prototype bijna klaar. Begeleide tests met gebruikers
DVT MVP: Work-like + look-alike prototype ready (late alpha prototypes) TRL-7 MVP voor tests zonder toezicht
PVT-Productievalidatietest Beta-prototype of Beta-MVP kan worden geproduceerd in batches TRL-8 Beta-prototypes geproduceerd in batches. Nog steeds duur per eenheid productiekosten
MP1 Volume productie TRL-9 beoogde productiekosten per eenheid. Verkoop

de EVT (engineering validation testing) fase

volgt het eerste POC prototype op. EVT fase neemt een reeks (of zelfs een kleine batch) prototypes van verschillende modules (of subsystemen). EVT gaat over het ontwikkelen van werk-en (soms) werk-achtige + look-alike prototypes om de kernfunctionaliteit van het product te valideren, te testen en te verfijnen. Deze prototypes kunnen van alles zijn tussen een prototype van breadboard elektronica, PCB(A) en functioneel prototype met een 3D geprinte behuizing. EVT is intrinsiek iteratief en verschillende iteraties kunnen worden gemaakt voordat u ontwerpfouten te elimineren door middel van functionele testen en analyse.

EVT
zo zien typische vroege EVT prototypes eruit: een 3D geprinte ondersteuning en gebundelde draden

het doel van de EVT is het combineren van look-alike en werk-like subsysteem prototypes gemaakt van de beoogde componenten om te voldoen aan de functionele eisen in de vormfactor volgens uw PRD (product requirements Document).

hoeveelheden EVT-prototype: 3-50 eenheden, afhankelijk van de complexiteit van het ontwerp en BOM kosten. Gemiddeld zijn er 5-12 prototypes nodig om de EVT te voltooien.

technologieën: 3D-printen, lasergesneden / gefreesde PCB’ s, soft tooling (silicium mallen), professionele hardwareontwikkelingskits (HDK), snelgesneden/gefreesde onderdelen;

Outputs / Deliverables: volledig functioneel prototype met sleutelcomponenten die naar wens werken.

beperkingen: Prototypes die tijdens de EVT-fase worden geleverd, kunnen er enigszins lelijk en rauw uitzien en hebben een gebrek aan mooie cosmetische afwerking. Het EVT-prototype kan ook een aantal niet-belangrijke mechanische functies missen, zoals handgrepen, rondingen in behuizing, schilderen, enz.

pas na het voltooien van de EVT-fase gaat men echt door met het industriële ontwerp om het uiteindelijke uiterlijk van het product te ontwikkelen. Elk industrieel ontwerp (in renders, schetsen of in CAD) vóór die fase is niet relevant voor de werkelijke afmetingen, gewicht en module arrangementen. De late alpha” work-like + look-alike ” prototypes willen het echte uiterlijk van industrieel design realiseren.

de DVT-fase (Design Validation Testing)

dient om het ontwerp van het ontwikkelde product te valideren en te beginnen met de implementatie van DFM (design for manufacturability) samen met andere DF-X-regels. Na het voltooien van EVT prototyping, moet men lock on om het ontwerp van de prototypes en Behuizingen die eruit zien als het eindproduct te leveren. Bijvoorbeeld, als u een all-weather outdoor meteo station bouwt, moet het DVT prototype in dit stadium waterdicht zijn.

het is de laatste fase voordat met de verkoop wordt begonnen en men moet ervoor zorgen dat het ontwerp voldoet aan de verschillende normen en certificeringseisen voor de beoogde markten: CE, EC, FCC, UL, RoHS, enz. En ook hier is het belangrijk dat uw product voldoet aan de elektrische stroombron voordat u het ontwerp afmaakt en certificering aanvraagt (wat u beter vooruit kunt denken bij het definiëren van uw product in een PRD).

er kunnen verschillende DVT-iteraties zijn en er kunnen verschillende DVT-prototypes worden geleverd. Deze variëren van handgemaakte dure prototypes met een fijne afwerking tot een kleine batch geproduceerd met “snelle” en/of conventionele stalen matrijzen in de spuitgietmachine.

de eerste resultaten van de DVT zijn dus wat we de MVP zouden noemen.

het doel van de DVT is het ontwerp (d.w.z. afmetingen, gewicht, materialen, afwerking, bewegende mechanische onderdelen) vast te stellen en de kenmerken van het eindproduct te rationaliseren.

  1. in dit stadium moet u de kenmerken zorgvuldig herzien en overwegen Versus productkwaliteit/afwerking Versus productie en BOMKOSTEN Versus productievolume.
  2. voltooi de nodige certificeringen;
  3. ontwikkel en finaliseer dozen en verpakkingen
  4. begin met het aanvragen van RFQ ‘ s bij massaproducenten en bedenk logistieke plannen.

DVT-prototypehoeveelheden: doorgaans 20-200 eenheden, afhankelijk van de complexiteit van het ontwerp en de BOMKOSTEN. De prototypes zullen worden gebruikt om verschillende redenen: certificering lab tests, “beta tests” met vroege klanten / testers.

technologieën: 3D-geprinte + gelcoate behuizingen met de afwerking “vanaf de Fabriek”, snel gesneden / gefreesde onderdelen; industriële apparatuur (bijv. spuitgieten) en gereedschappen van de 1e generatie (bijv.”quick moulds”).

Outputs / Deliverables: een functionele prototypes die klaar zijn voor massaproductie met BOM en een documentatiepakket voor het ontwerp. Boksen en verpakking ontwerp voltooid. Schattingen van de massaproduktie

beperkingen: de DVT-prototypes en documentatie zijn bijna definitief en kunnen in de verdere ontwikkeling enigszins worden gewijzigd. Sommige mechanische onderdelen en elektronische componenten zijn mogelijk om economische redenen niet definitief (het is bijvoorbeeld goedkoper om een aantal metalen onderdelen te frezen in plaats van kleurstofgietwerk te gebruiken).

als je een crowdfunding campagne zoals Kickstarter of IndieGoGo plant, riskeer dan je reputatie niet door het POC of vroege EVT prototype te laten zien aan financiers. De EVT-fase kan lang zijn en vereist veel R& D. Het is dus belangrijk dat u uw MVP / DVT-prototype presenteert dat is ontworpen en getest met gebruikers. Met succesvolle crowdfunding kunt u uw definitieve ontwerpaanpassingen financieren en eenvoudig en snel de PVT-en pilotproductie betreden.

 POC en EVT
een snel prototype en gereedschapsvoorbeeld van een aluminium mal. Dergelijke “quick mallen” kunnen echt ten goede komen aan de ontwerpvalidatietests in projecten waar 3D-printen en silicium mallen niet de vereiste toleranties of de afwerking leveren die nodig is om een adequate systeem – /productvalidatie mogelijk te maken.

De PVT-of Productievalidatietest.

is de laatste stap voordat officieel wordt begonnen met de massaproductie. Meestal wordt 5-10% van de productie geleverd in De PVT, met als doel de kwaliteit van het maakbare product te stabiliseren.

hoewel De PVT niet de duurste fase is, kunnen de resultaten een cruciale invloed hebben op de kwaliteit en de kosten van de volumeproductie. Slechts kleine wijzigingen zijn toegestaan op De PVT. elke belangrijke wijziging in het ontwerp kicks het project terug naar DVT.

Prototypes die in deze fase worden vrijgegeven, worden ook “bèta ‘ s” genoemd en monsters die zijn verkregen van de massaproducent die “goldens-monsters”wordt genoemd.

de DF-X ondergaat enkele correcties die resulteren in de ontwikkeling van matrijzen en gereedschappen. Testbanken voor PCBA-tests zijn ontworpen. Alle componenten, materialen, verpakkingen en logistiek zijn in dit stadium gepland.

PVT-doelstellingen:

  1. controleer de opbrengst van de massaproductie;
  2. maak DF-X af met behulp van CM, gericht op het minimaliseren van afval en het efficiënter maken van de assemblage;
  3. maak de eerste proefproductieperiode en zorg ervoor dat de productkwaliteit voldoet aan uw verwachtingen;
  4. verwijder de laatste ontwerpfouten tijdens de proefproductieperiode;

de hoeveelheden PVT-prototypes variëren gewoonlijk tussen 50 en 500 om de massaproductieopbrengsten te controleren en productmonsters te leveren.

technologieën: industriële technologieën die alleen geschikt zijn voor volumeproductie;

Outputs / Deliverables: eindproduct dat in een beperkte hoeveelheid wordt geproduceerd met behulp van hulpmiddelen voor massaproductie. Elektronische lay-outs en componenten worden opnieuw bekeken met behulp van PCB stencils voor het solderen van componenten. Mechanische DFM wordt afgewerkt en kunststof onderdelen worden vervaardigd met behulp van 2e generatie matrijzen.

duur: 3-6 maanden in het algemeen.

beperkingen: de tijd die nodig is om aangepaste gereedschappen te ontwerpen en te produceren is over het algemeen lang.

EVT PVT PVT
een goed voorbeeld van de levenscyclus van de evt – DVT-PVT-behuizing. Een foto uit deze casestudy https://encata.net/industries-case/ip-66-enclosure

massaproductie (MP)

of MP1 voor het eerste volume op de productie – / assemblagelijnen. Dit betekent dat u uw inkooporder (PO) hebt geplaatst en overeenstemming hebt bereikt over de productiehoeveelheden met de CM

MP1 wordt doorgaans gestart vanaf 1000-2000 eenheden die kwaliteit en functionaliteit testen. Dit wordt gewaarborgd door middel van QC (kwaliteitscontrole) en QA (kwaliteitsborging) maatregelen.

poc evt dvt pvt
hardware IoT PCB design POC-EVT-DVT – PVT-encata

nu blijft u zitten met de “eenvoudige dingen” die verkoop, klantenservice en service zijn, die te maken hebben met retourzendingen en defecten en nadenken over de volgende productversie.

en vergeet niet het einde van de levenscyclus (EOL), wat inhoudt dat u verschillende procedures voor verwijdering en afvalbeheerprotocollen moet volgen terwijl u denkt aan het vervangen van uw oude product door een nieuwe SKU!