sprzęt jest trudny…ale nie niemożliwe.

proces rozwoju sprzętu i produktów IoT jest długi i kosztowny, wiąże się z wyzwaniami i pułapkami dla neofitów i tych, którzy nie doceniają związanego z tym ryzyka i etapu projektu. W tym artykule podzielimy pomoc w rozbiciu projektu produktu i rozwoju inżynierii na fazy i kamienie milowe, z których korzysta każdy profesjonalny dom projektowy lub firma zajmująca się rozwojem nowych produktów lub inżynierowie.

w skrócie, cykl życia rozwoju nowego produktu podzielony jest na 3 główne fazy:

  1. pomysł, definicja produktu, wykonalność, Konceptualizacja
  2. rozwój i prototypowanie
  3. produkcja Wielkościowa

istnieje cała gama akronimów oznaczających różne rodzaje prototypów sprzętu między koncepcją a produkcją masową (MP). W fazie rozwoju i prototypowania powstają różne prototypy i wszystkie służą bardzo różnym celom.

cykl życia rozwoju produktu

niezależnie od tego, czy budujesz inteligentny głośnik IoT, robot, rower elektryczny czy urządzenie do kuchni konsumenckiej, będziesz musiał przejść przez te fazy i osiągnąć kamienie milowe POC – EVT – DVT – PVT w swoim przedsięwzięciu, w przeciwnym razie poznanie podstaw procesu projektowania kosztowałoby znacznie więcej czasu i pieniędzy oraz przekroczy szacunkowy budżet. Poniżej znajduje się plan „jak”, który ma zastosowanie do każdego projektu rozwoju produktu i produkcji.

Demonstratory i makiety.

chociaż pierwsza faza rozwoju koncepcji i definicji produktu jest bardzo ważna, nie jest ona zbytnio zależna od inżynierii. Na tym pierwszym etapie tworzenie różnych podobnych demonstratorów i makiet z dostępnych materiałów, takich jak papier, glina, plastelina, drewno za pomocą kleju i taśmy klejącej jest bardzo korzystne dla ukierunkowanego na konsumenta myślenia tak wcześnie, jak to możliwe. Projektanci przemysłowi mogą ćwiczyć swoją kreatywność i dostarczać różne szkice i rendery, które są dalekie od ostatecznego wyglądu prototypu, ale to wszystko po to, aby pomóc w myśleniu i oprawić nadchodzący rozwój projektu.

Demonstratory andMockups
kolejny render produktu konsumenckiego, który musi przejść przez różne rozległe etapy projektowania i rozwoju

Proof of Concepts (POCs).

ściśle mówiąc, każda Inżynieria produktu zaczyna się od prototypu POC (proof-of-concept). Celem POC jest udowodnienie podstawowej koncepcji produktu przy możliwie najniższych kosztach. Dlatego POC prototyping bardzo korzysta z dostępnych na rynku zestawów programistycznych, takich jak Arduino i Raspberry Pi lub hardware / software development Kit (HDK / SDK). W projektach deep / hard tech, które koncentrują się na komercjalizacji technologii naukowej, zwykle używa się terminu POT (proof-of-technology).

Proof of Concepts
Hardware Development board (HDK) STM32 Nucleo-otwarta platforma programistyczna firmy ST microelectronics-idealna do prototypowania POC i testów walidacji inżynierskiej (EVT )

należy rozróżnić POC i MVP (minimum viable product), które są bardzo często mylone w rozwoju sprzętu. Funkcjonalność POC jest ograniczona i nie jest identyczna z produktem końcowym, podczas gdy sprzętowy MVP jest prototypem, który można zaprezentować/sprzedać prawdziwym klientom w celu zebrania cennych opinii o produkcie.

rozwój i prototypowanie.

akronimy EVT – DVT – PVT oznaczają różne etapy inżynierii produktu i industrializacji. Te fazy rozwoju prototypów istnieją, aby zminimalizować ryzyko, wady, błędy, błędy i wady konstrukcyjne przed rozpoczęciem produkcji masowej. Niezwykle ważne jest identyfikowanie i radzenie sobie z tymi zagrożeniami na etapie projektowania technicznego, w przeciwnym razie produkcja i sprzedaż 1000 wadliwych produktów kosztowałaby o wiele więcej pieniędzy i reputacji.

poniższa tabela zawiera najczęstsze terminologie używane w cyklu rozwoju produktu:

Terminologia Inżynierska wspólna Terminologia używana do prototypowania terminologia poziomu gotowości technologicznej (TRL) Wyjaśnienie
opracowanie koncepcji: Idea, definicja produktu, wykonalność, Konceptualizacja makiety koncepcyjne (podobne prototypy) TRL-1 Idea
TRL-2 Technologia istnieje na stanowisku laboratoryjnym i / lub dobrze opisana koncepcja opracowana
POC proof-of Concept prototype proof-of-Concept Prototype TRL-3 pierwszy POC lub POT (proof of Technology prototype)
TRL-4
EVT Engineering Validation Testing prototypy podobne do prac TRL-5 prototypy przetestowane i zatwierdzone w środowisku programistycznym
podobne do pracy + podobne do siebie prototypy inżynierskie. Wczesna Alfa TRL-6 prototyp zbliżony do ostatecznego wyglądu. Testy prowadzone z użytkownikami
DVT MVP: Work-like + look-alike prototype ready (późne prototypy Alfa) TRL-7 MVP do testów bez nadzoru użytkownika
testy walidacji produkcji PVT prototyp Beta lub Beta MVP mogą być produkowane w partiach TRL-8 prototypy Beta produkowane w partiach. Wciąż drogie jednostkowe koszty produkcji
MP1 wielkość produkcji TRL-9 docelowy jednostkowy koszt produkcji. Sprzedaż

Faza EVT (engineering validation testing)

EVT
tak wyglądają typowe wczesne prototypy EVT: wsparcie drukowane w 3D i wiązki przewodów

celem EVT jest połączenie prototypów podsystemu wyglądowego i roboczego wykonanych z zamierzonych komponentów, aby spełnić wymagania funkcjonalne w formacie zgodnym z dokumentem wymagań produktu (PRD).

ilości prototypowe EVT: 3-50 jednostek, w zależności od złożoności projektu i kosztów BOM. Do ukończenia EVT potrzeba średnio 5-12 prototypów.

technologie: druk 3D, wycinane laserowo / frezowane płytki PCB, miękkie oprzyrządowanie (formy silikonowe), profesjonalne zestawy sprzętowe (HDK), szybko cięte/frezowane części;

wyjścia / rezultaty: w pełni funkcjonalny prototyp z kluczowymi komponentami działającymi zgodnie z przeznaczeniem.

ograniczenia: prototypy dostarczane w fazie EVT mogą wyglądać nieco brzydko, surowo i nie mają pięknego wykończenia kosmetycznego. Prototyp EVT może również pominąć niektóre kluczowe cechy mechaniczne, takie jak uchwyty, krzywe w obudowie, malowanie itp.

dopiero po zakończeniu fazy EVT pierwszy naprawdę naciska na wzornictwo przemysłowe, aby opracować ostateczny wygląd produktu. Wszelkie wzornictwo przemysłowe (czy to w renderach, szkicach, czy w CAD) przed tym etapem nie ma znaczenia dla rzeczywistych rozmiarów, wagi i konfiguracji modułów. Późne prototypy alpha „work-like + look-alike” zamierzają zrealizować prawdziwy wygląd Wzornictwa Przemysłowego.

Faza DVT (Design Validation Testing)

służy weryfikacji projektu opracowanego produktu i rozpoczęciu wdrażania DFM (design for manufacturability) wraz z innymi regułami DF-X. Po zakończeniu prototypowania EVT, należy skupić się na dostarczeniu projektu prototypów i obudów, które wyglądają jak produkt końcowy. Na przykład, jeśli budujesz zewnętrzną stację meteo na każdą pogodę, prototyp DVT powinien być na tym etapie wodoodporny.

jest to ostatni etap przed rozpoczęciem sprzedaży i należy upewnić się, że projekt jest zgodny z różnymi normami i wymaganiami certyfikacyjnymi dla docelowych rynków: CE, EC, FCC, UL, RoHS itp. I znowu, ważne jest, aby produkt był zgodny ze źródłem prądu elektrycznego, zanim sfinalizujesz projekt i złożysz wniosek o certyfikację (co lepiej myśleć z wyprzedzeniem, definiując swój produkt w PRD).

istnieje kilka iteracji DVT i można dostarczyć różne prototypy DVT. Są to zarówno ręcznie wykonane drogie prototypy z drobnym wykończeniem, jak i małe partie wytwarzane za pomocą „szybkich” i / lub konwencjonalnych form stalowych w wtryskarce.

tak więc początkowe wyniki DVT są tym, co nazywamy MVP.

celem DVT jest naprawa projektu (tj. wymiarów, masy, materiałów, wykończenia, ruchomych części mechanicznych) i racjonalizacja cech produktu końcowego.

  1. na tym etapie należy dokładnie zrewidować i rozważyć cechy vs jakość produktu/wykończenie vs produkcja i koszt BOM vs wielkość produkcji.
  2. Ukończ niezbędne certyfikaty;
  3. opracuj i sfinalizuj boks i opakowanie
  4. rozpocznij zamawianie zapytań ofertowych od producentów masowych i opracowuj plany logistyczne.

ilości prototypów DVT: zazwyczaj 20-200 jednostek, w zależności od złożoności projektu i kosztów BOM. Prototypy będą wykorzystywane z różnych powodów: testy laboratoryjne certyfikacji,” testy beta ” z wczesnych klientów / testerów.

technologie: druk 3D + obudowy powlekane żelem z wykończeniem „jak z fabryki”, szybko cięte/frezowane części; urządzenia przemysłowe( np. form wtryskowych) i narzędzi pierwszej generacji (np.”szybkie formy”).

wyniki / rezultaty: funkcjonalny prototyp gotowy do masowej produkcji z BOM i pakietem dokumentacji projektowej. Projekt boksu i opakowania zakończony. Szacowanie wydajności masowej produkcji

ograniczenia: prototypy i dokumentacja DVT są prawie ostateczne i można je nieco zmienić w dalszym rozwoju. Niektóre części mechaniczne i elektroniczne mogą nie być ostateczne ze względów ekonomicznych (np. tańsze jest frezowanie CNC niektórych części metalowych zamiast odlewania barwnika).

jeśli planujesz jakąkolwiek kampanię crowdfundingową, taką jak Kickstarter lub IndieGoGo, nie ryzykuj swojej reputacji, pokazując sponsorom prototyp POC lub wczesnego EVT. Faza EVT może być długa i wymagać dużo R& D. Dlatego ważne jest, aby przedstawić prototyp MVP / DVT, który został zaprojektowany i przetestowany z użytkownikami. Dzięki udanemu finansowaniu społecznościowemu możesz sfinansować ostateczne zmiany projektu i łatwo i szybko rozpocząć produkcję PVT i pilotażową

POC i EVT
szybki prototyp formy aluminiowej i przykład oprzyrządowania. Takie „Szybkie formy” mogą naprawdę przynieść korzyści testom walidacji projektu w projektach, w których druk 3D i formy silikonowe nie zapewniają wymaganych tolerancji ani wykończenia wymaganego do umożliwienia odpowiedniej walidacji systemu/produktu.

badania PVT lub walidacji produkcji.

to ostatni krok przed oficjalnym rozpoczęciem produkcji seryjnej. Zwykle 5-10% cyklu produkcyjnego jest dostarczane w PVT, mające na celu stabilizację jakości produktu produkcyjnego.

chociaż PVT nie jest najdroższym etapem, wyniki mogą mieć decydujący wpływ na jakość i koszty produkcji seryjnej. W PVT dozwolone są tylko drobne zmiany. każda istotna zmiana w projekcie powoduje powrót projektu do DVT.

prototypy wypuszczone w tej fazie nazywane są również „Betas”, a próbki pozyskane od masowego producenta określane są jako „goldens samples”.

DF-X podlega pewnym korekcjom, które skutkują rozwojem formy i oprzyrządowania. Zaprojektowano stanowiska testowe do testów PCBA. Wszystkie komponenty, materiały, opakowania i logistyka są zaplanowane na tym etapie.

cele PVT:

  1. zweryfikuj wydajność produkcji masowej;
  2. sfinalizuj DF-X za pomocą CM, aby zminimalizować ilość odpadów i zwiększyć wydajność montażu;
  3. wykonaj pierwszą pilotażową serię produkcyjną i upewnij się, że jakość produktu jest zgodna z Twoimi oczekiwaniami;
  4. wyeliminuj Ostatnie wady konstrukcyjne podczas pilotażowej serii produkcyjnej;

prototypowe ilości PVT zazwyczaj wahają się od 50 do 500 w celu weryfikacji wydajności produkcji masowej i dostarczenia próbek produktów.

technologie: technologie przemysłowe odpowiednie tylko do produkcji seryjnej;

produkty / rezultaty: produkt końcowy wytwarzany w ograniczonej ilości przy użyciu narzędzi do produkcji masowej. Układy elektroniczne i komponenty są ponownie odwiedzane za pomocą szablonów PCB do lutowania komponentów. Mechaniczne DFM jest finalizowane i części z tworzyw sztucznych są produkowane przy użyciu form 2 generacji.

: 3-6 miesięcy w ogóle.

ograniczenia: czas potrzebny na zaprojektowanie i wyprodukowanie niestandardowych narzędzi jest zazwyczaj długi.

EVT PVT PVT
dobry przykład cyklu życia obudowy EVT – DVT – PVT. Zdjęcie z tego studium przypadku https://encata.net/industries-case/ip-66-enclosure

produkcja masowa (MP)

lub MP1 dla pierwszego wolumenu przebiega na liniach produkcyjnych / montażowych. Oznacza to, że złożyłeś zamówienie zakupu (PO) i uzgodniłeś ilości produkcyjne z CM

MP1 zwykle rozpoczyna się od 1000-2000 jednostek, które przechodzą testy jakości i funkcjonalności. Jest to zapewnione za pomocą środków kontroli jakości (QC) i kontroli jakości (quality assurance).

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

teraz pozostajesz z „prostymi rzeczami”, którymi są Sprzedaż, Obsługa klienta i serwis, zajmowanie się zwrotami i wadami produktów oraz myślenie o następnej wersji produktu.

i nie zapomnij o zakończeniu cyklu życia (EOL), który wiąże się z przestrzeganiem różnych procedur usuwania i protokołów gospodarowania odpadami, jednocześnie myśląc o wymianie starego produktu na nowy SKU!