Hardware-ul este greu…dar nu imposibil.

procesul de dezvoltare a produselor hardware și IoT este lung și costisitor, având provocări și capcane pentru neofiți și pentru cei care subestimează riscurile asociate și stadializarea proiectelor. În acest articol, descompunem ajutorul pentru a sparge proiectarea produsului și dezvoltarea ingineriei în fazele și etapele pe care le utilizează orice casă de design profesională sau o companie de dezvoltare a produselor noi sau ingineri.

pe scurt, noul ciclu de viață al dezvoltării produsului este împărțit în 3 faze majore:

  1. idee, definiția produsului, fezabilitate, conceptualizare
  2. dezvoltare și prototipare
  3. producție de volum

există o întreagă gamă de acronime care reprezintă diferite tipuri de prototipuri hardware între Concept și producția de masă (MP). În faza de dezvoltare și prototipare, se fac diferite prototipuri și toate servesc unor scopuri foarte diferite.

ciclul de viață al dezvoltării produsului

indiferent dacă construiți un difuzor inteligent IoT, un robot, o bicicletă electrică sau un dispozitiv de bucătărie pentru consumatori, va trebui să progresați prin aceste faze și să atingeți etapele POC – EVT – DVT – PVT în afacerea dvs., altfel învățarea pietrelor de temelie ale procesului de proiectare vă va costa mult mai mult timp și bani și va depăși bugetul estimat. Mai jos este un plan’ cum să’, care se aplică pentru orice proiect de dezvoltare de produs și de fabricație.

demonstranți și machete.

în timp ce prima fază a dezvoltării conceptului și definirea produsului este foarte importantă, nu depinde prea mult de inginerie. În această primă etapă, realizarea de demonstranți și machete asemănătoare din materiale disponibile, cum ar fi hârtie, lut, plastilină, lemn, cu ajutorul lipiciului și a benzii scotch este extrem de benefică pentru canalizarea gândirii centrate pe consumator cât mai curând posibil. Designerii industriali își pot exersa creativitatea și pot livra diverse schițe și redări care sunt departe de aspectul final al prototipului, dar acest lucru este pentru a ajuta la gândirea și încadrarea dezvoltării viitoare a designului.

demonstranți și buzunare
încă o redare a unui produs de consum care trebuie să progreseze prin diferite etape extinse de proiectare și dezvoltare

dovada conceptelor (POCs).

strict vorbind, orice inginerie de produs pornește de la un prototip POC (proof-of-concept). Scopul POC este de a dovedi conceptul fundamental din spatele produsului la cel mai mic cost posibil. De aceea, POC prototyping beneficiază foarte mult de kituri de dezvoltare disponibile pe piață, cum ar fi Arduino și Raspberry Pi sau kituri de Dezvoltare hardware/software (HDK/SDK). În proiectele deep / hard tech care se concentrează pe comercializarea unei tehnologii științifice, termenul POT (proof-of-technology) este de obicei utilizat.

dovada conceptelor
placă de Dezvoltare Hardware (HDK) Stm32 Nucleo – o platformă de dezvoltare deschisă de la ST microelectronics-ideală pentru testele de prototipare și validare a ingineriei POC (EVT )

ar trebui să se diferențieze POC și MVP (produs minim viabil) care sunt foarte des confundate în dezvoltarea hardware. Funcționalitatea POC este limitată și nu este identică cu produsul final, în timp ce hardware MVP este un prototip care poate fi prezentat/vândut clienților reali pentru a aduna feedback valoros despre produs.

dezvoltare și prototipare.

acronimele EVT – DVT – PVT reprezintă diferitele etape ale ingineriei și industrializării produselor. Aceste faze ale dezvoltării prototipului există pentru a minimiza riscurile, defectele, Erorile, erorile și defectele de proiectare înainte de a intra în producția de masă. Este extrem de important să identificați și să faceți față acestor riscuri în timpul fazei de proiectare inginerească, altfel producerea și vânzarea a 1000 de produse defecte v-ar costa mult mai mult în bani și reputație.

tabelul de mai jos combină cele mai comune terminologii utilizate pentru ciclul de viață al dezvoltării produsului:

terminologie inginerească terminologie comună utilizată pentru prototipuri nivelul de pregătire tehnologică (TRL) terminologie explicație
dezvoltarea conceptului: Idee, definiție Produs, fezabilitate, conceptualizare machete conceptuale (prototipuri asemănătoare) TRL-1 idee
TRL-2 tehnologia există pe o bancă de laborator și / sau un Concept bine descris dezvoltat
POC Proof-Of Concept prototip Proof-Of-Concept prototip TRL-3 primul POC sau POT (proof of Technology prototip)
TRL-4 POC/POT validat
testarea validării ingineriei EVT prototipuri asemănătoare lucrărilor TRL-5 prototipuri testate și validate în mediul de dezvoltare
lucrări asemănătoare + prototipuri de inginerie asemănătoare. Early Alpha TRL-6 prototip aproape de aspectul final. Teste ghidate cu utilizatorii
TVP MVP: Lucru-ca + look-alike prototip gata (prototipuri alfa târziu) TRL-7 MVP pentru teste de utilizator nesupravegheate
testarea validării producției PVT prototipul Beta sau Beta MVP pot fi produse în loturi TRL-8 prototipuri Beta produse în loturi. Încă scump pe unitate de cost de producție
MP1 volumul producției TRL-9 costul unitar de producție vizat. Vânzări

faza EVT (engineering validation testing)

reușește primul prototip POC. Faza EVT preia o serie (sau chiar un lot mic) prototipuri de diferite module (sau subsisteme). EVT se referă la dezvoltarea prototipurilor de tip work-like și (uneori) work-like + look-alike pentru a valida, testa și rafina funcționalitatea de bază a produsului. Aceste prototipuri pot fi orice între un prototip electronic breadboard, PCB(a) și un prototip funcțional cu o carcasă imprimată 3D. EVT este intrinsec iterativ și se pot face mai multe iterații înainte de a elimina defectele de proiectare prin testare și analiză funcțională.

EVT
așa arată prototipurile EVT timpurii tipice: un suport imprimat 3D și fire incluse

obiectivul EVT este de a combina prototipuri de subsisteme asemănătoare și de lucru Realizate din componente destinate pentru a îndeplini cerințele funcționale în factorul de formă conform PRD (documentul privind cerințele produsului).

cantități prototip EVT: 3-50 de unități, în funcție de complexitatea designului și de costul BOM. În medie, sunt necesare 5-12 prototipuri pentru a finaliza EVT.

tehnologii: imprimare 3D, PCB-uri tăiate/măcinate cu laser, scule moi (matrițe de siliciu), kituri profesionale de Dezvoltare hardware (HDK), piese tăiate/măcinate rapid;

ieșiri / livrabile: prototip complet funcțional cu componente cheie performante conform destinației.

limitări: prototipurile livrate pe parcursul fazei EVT pot părea oarecum urâte, crude și au o lipsă de finisaj cosmetic frumos. Prototipul EVT poate lipsi, de asemenea, unele caracteristici mecanice non-cheie, cum ar fi mânerele, curbele în incintă, vopsirea etc.

numai după finalizarea fazei EVT, se împinge cu adevărat designul industrial pentru a dezvolta aspectul final al produsului. Orice desen sau model industrial (realizat în randări, schițe sau în CAD) înainte de această etapă nu este relevant pentru dimensiunile, greutatea și aranjamentele reale ale modulelor. Prototipurile alfa târzii „work-like + look-alike” intenționează să realizeze aspectul real al designului industrial.

faza TVP (Design Validation Testing)

servește necesității de a valida designul produsului dezvoltat și de a începe implementarea DFM (design for manufacturability) împreună cu alte reguli DF-X. După finalizarea prototipurilor EVT, ar trebui să se blocheze pentru a livra designul prototipurilor și incintelor care arată ca produsul final. De exemplu, dacă construiți o stație meteo în aer liber, prototipul TVP ar trebui să fie rezistent la apă în această etapă.

este ultima etapă înainte de începerea vânzărilor și trebuie să vă asigurați că designul este conform cu diferitele standarde și cerințe de certificare pentru piețele vizate: CE, CE, FCC, UL, RoHS etc. Și aici, din nou, este important ca produsul dvs. să respecte sursa de curent electric înainte de a finaliza proiectarea și de a solicita certificarea (pe care mai bine o gândiți înainte atunci când vă definiți produsul într-un PRD).

pot exista mai multe iterații TVP și pot fi livrate diferite prototipuri TVP. Acestea variază de la prototipuri scumpe Artizanale cu un finisaj fin la un lot mic produs cu matrițe de oțel” rapide ” și/sau convenționale în mașina de turnare prin injecție.

astfel, rezultatele inițiale ale TVP este ceea ce ne-ar referi ca MVP.

obiectivul TVP este de a fixa designul (adică dimensiunile, greutatea, materialele, finisajul, piesele mecanice în mișcare) și de a raționaliza caracteristicile produsului final.

  1. în această etapă, ar trebui să revizuiți cu atenție și să luați în considerare caracteristicile vs calitatea produsului/finisajul vs producția și costul BOM vs volumul producției.
  2. completați certificările necesare;
  3. dezvoltați și finalizați boxul și ambalajul
  4. începeți să solicitați RFQ-uri de la producătorii de masă și să elaborați planuri pentru logistică.

cantități prototip TVP: de obicei 20-200 de unități, în funcție de complexitatea de proiectare și costul BOM. Prototipurile vor fi utilizate din diverse motive: teste de laborator de certificare, „teste beta” cu clienți/testeri timpurii.

tehnologii: carcase imprimate 3D + acoperite cu gel cu finisaj „de la fabrică”, piese tăiate/măcinate rapid; echipamente industriale (de ex. turnare prin injecție) și scule de generația 1 (de exemplu, „matrițe rapide”).

ieșiri / livrabile: un prototip funcțional pregătit pentru producția în masă cu BOM și un pachet de documentație de proiectare. Box și design de ambalare finalizat. Estimați randamentele producției în masă

limitări: prototipurile și documentația TVP sunt aproape finale și pot fi ușor modificate în continuare în dezvoltare. Este posibil ca unele piese mecanice și componente electronice să nu fie finale din motive economice (de exemplu, este mai ieftin să frezați CNC unele piese metalice în loc să folosiți turnarea colorantului).

dacă planificați orice campanie de crowdfunding, cum ar fi Kickstarter sau IndieGoGo, nu vă riscați reputația, arătând prototipul POC sau early EVT susținătorilor. Faza EVT poate fi lungă și necesită o mulțime de R&D. Deci, este important să vă prezentați prototipul MVP / TVP care a fost proiectat și testat cu utilizatorii. Cu crowdfunding de succes, puteți finanța ajustările finale de proiectare și puteți intra ușor și rapid în producția PVT și pilot

POC și EVT
un prototip de matriță rapidă din aluminiu și un exemplu de scule. Astfel de” matrițe rapide ” pot beneficia cu adevărat de testele de validare a proiectării în proiecte în care imprimarea 3D și matrițele din siliciu nu oferă toleranțele necesare sau finisajul necesar pentru a permite validarea adecvată a sistemului/produsului.

PVT sau testarea de validare a producției.

este ultimul pas înainte de a începe oficial producția în masă. De obicei, 5-10% din producția de producție este livrată în PVT, cu scopul de a stabiliza calitatea produsului fabricabil.

deși PVT nu este etapa cea mai scumpă, rezultatele pot avea un impact crucial asupra calității și costului producției de volum. La PVT sunt permise doar modificări minore. orice modificare semnificativă a designului duce proiectul înapoi la TVP.

prototipurile lansate în această fază sunt, de asemenea, numite „Betas” și eșantioane achiziționate de la producătorul de masă denumit „eșantioane goldens”.

DF-X suferă unele corecții care au ca rezultat dezvoltarea mucegaiului și a sculelor. Băncile de testare pentru testele PCBA sunt proiectate. Toate componentele, materialele, ambalajele și logistica sunt planificate în această etapă.

obiective PVT:

  1. verificați randamentele producției în masă;
  2. finalizați DF-X cu ajutorul CM cu scopul de a minimiza deșeurile și de a face asamblarea mai eficientă;
  3. faceți prima producție pilot și asigurați-vă că calitatea produsului respectă așteptările dvs.;
  4. eliminați ultimele defecte de proiectare în timpul producției pilot;

cantitățile prototipului PVT variază de obicei între 50 și 500 pentru a verifica randamentele producției în masă și pentru a furniza eșantioane de produse.

tehnologii: tehnologii industriale adecvate numai pentru producția în volum;

Rezultate / Rezultate: produs Final produs într-o cantitate limitată prin utilizarea instrumentelor pentru producția în masă. Aspectele și componentele electronice sunt revizuite folosind șabloane PCB pentru lipirea componentelor. DFM mecanic este finalizat și piesele din plastic sunt fabricate folosind matrițe de generația a 2-a.

durată: 3-6 luni în general.

limitări: timpul necesar pentru proiectarea și producerea instrumentelor personalizate este în general lung.

EVT PVT PVT
un bun exemplu al ciclului de viață al proiectării incintei EVT – DVT – PVT. O fotografie luată din acest studiu de cazhttps://encata.net/industries-case/ip-66-enclosure

producție în masă (MP)

sau MP1 pentru primul volum rulat pe liniile de fabricație/asamblare. Aceasta înseamnă că ați plasat comanda de achiziție (PO) și ați convenit asupra cantităților de producție cu CM

MP1 este de obicei pornit de la 1000-2000 de unități care sunt supuse testării calității și funcționalității. Acest lucru este asigurat prin măsuri QC (controlul calității) și QA (asigurarea calității).

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

acum sunteți plecat cu „lucruri simple”, care sunt vânzări, asistență pentru clienți și servicii, care se ocupă cu returnări de produse și defecte și de gândire despre următoarea versiune de produs.

și nu uitați de sfârșitul ciclului de viață (EOL), care presupune respectarea diferitelor proceduri de eliminare și protocoale de gestionare a deșeurilor, în timp ce vă gândiți să înlocuiți vechiul produs cu un nou SKU!