hårdvaran är svår…men inte omöjligt.

hårdvaru-och IoT-produktutvecklingsprocessen är lång och kostsam och har utmaningar och fallgropar för neofyter och de som underskattar tillhörande risker och projektuppläggning. I den här artikeln bryter vi ner Hjälp för att knäcka produktdesign och teknisk utveckling i de faser och milstolpar som alla professionella designhus eller nya produktutvecklingsföretag eller ingenjörer använder.

i ett nötskal är den nya produktutvecklingslivscykeln uppdelad i 3 huvudfaser:

  1. Idea, Produktdefinition, genomförbarhet, konceptualisering
  2. utveckling och prototyper
  3. volymproduktion

det finns en hel rad akronymer som står för olika typer av hårdvaruprototyper mellan koncept och massproduktion (MP). I utvecklings-och prototypfasen görs olika prototyper och de tjänar alla mycket olika syften.

produktutveckling livscykel

oavsett om du bygger en smart IoT – högtalare, en robot, en elektrisk cykel eller en konsumentköksapparat, måste du gå vidare via dessa faser och uppnå POC – EVT – DVT-PVT-milstolpar i ditt företag, annars lär du dig hörnstenarna i designprocessen skulle kosta dig mycket mer tid och pengar och kommer att överskrida den beräknade budgeten. Nedan följer en ’how to’ – plan som är tillämplig för alla produktutvecklings-och tillverkningsprojekt.

demonstranter och Mockups.

medan den första fasen av konceptutveckling och produktdefinition är mycket viktig, är den inte mycket beroende av teknik. I det här första steget är det mycket fördelaktigt att kanalisera konsumentcentrerat tänkande så tidigt som möjligt att göra olika likadana demonstranter och mock-ups gjorda av tillgängliga material som papper, lera, plasticine, trä med hjälp av lim och scotch tape. Industridesigners kan öva sin kreativitet och leverera olika skisser och gör som är långt ifrån den slutliga prototypen utseende, men det är allt för att hjälpa tänkande och ram kommande designutveckling.

demonstranter andMockups
ännu en återgivning av en konsumentprodukt som måste utvecklas genom olika omfattande milstolpar för design och utveckling

bevis på begrepp (POCs).

strängt taget börjar någon produktteknik från en POC-prototyp (proof-of-concept). Syftet med POC är att bevisa det grundläggande konceptet bakom produkten till lägsta möjliga kostnad. Det är därför som POC-prototyper drar stor nytta av marknadens tillgängliga utvecklingssatser som Arduino och Raspberry Pi eller hårdvaru – /mjukvaruutvecklingssatser (HDK/SDK). I djupa / hårda tekniska projekt som är inriktade på att kommersialisera en vetenskaplig teknik används termen POT (proof-of-technology) vanligtvis.

Proof of Concepts
Hardware Development board (HDK) STM32 Nucleo – en öppen utvecklingsplattform från ST microelectronics-idealisk för POC-prototyper och tekniska valideringstester (EVT )

man bör skilja POC och MVP (minsta livskraftiga produkt) som ofta förväxlas i hårdvaruutveckling. POC-funktionaliteten är begränsad och är inte identisk med slutprodukten, medan hårdvara MVP är en prototyp som kan presenteras/säljas till riktiga kunder för att samla värdefull produktåterkoppling.

utveckling och prototyper.

evt – DVT – PVT akronymer står för de olika stadierna av produktteknik och industrialisering. Dessa faser av prototyputveckling finns för att minimera risker, defekter, fel, buggar och designfel innan de går in i massproduktion. Det är oerhört viktigt att identifiera och hantera dessa risker under konstruktionsfasen, annars skulle produktion och försäljning av 1000-tals felaktiga produkter kosta dig mycket mer i pengar och rykte.

tabellen nedan kombinerar de vanligaste terminologierna som används för produktutvecklingslivscykel:

teknisk terminologi Gemensam terminologi som används för prototyper Teknikberedskapsnivå (TRL) terminologi förklaring
konceptutveckling: Idea, Produktdefinition, genomförbarhet, konceptualisering konceptuella modeller (look-alike prototyper) TRL-1 Idea
TRL-2 teknik finns på en labbbänk och/eller väl beskrivet koncept utvecklat
POC Proof-of Concept prototyp Proof-of-Concept prototyp TRL-3 första POC eller POT (proof of Technology prototyp)
TRL-4 validerad POC / POT
EVT teknisk valideringstestning Arbetsliknande prototyper TRL-5 prototyper testade och validerade i utvecklingsmiljö
Work-like + look-alike tekniska prototyper. Tidig Alfa TRL-6 prototyp nära det slutliga utseendet. Guidade tester med användare
DVT MVP: Work-like + look-alike prototyp klar (sena alfa prototyper) TRL-7 MVP för obevakade användartester
Pvt produktion validering testning Beta prototyp eller Beta MVP kan produceras i omgångar TRL-8 Beta prototyper som produceras i omgångar. Fortfarande dyrt per enhet produktionskostnad
MP1 volymproduktion TRL-9 riktad enhet produktionskostnad. Försäljning

evt-fasen (engineering validation testing)

lyckas med den första POC-prototypen. EVT-fasen tar upp en serie (eller till och med en liten sats) prototyper av olika moduler (eller delsystem). EVT handlar om att utveckla arbetsliknande och (ibland) arbetsliknande + likadana prototyper för att validera, testa och förfina produktens kärnfunktionalitet. Dessa prototyper kan vara allt mellan en breadboard electronics prototyp, PCB (A) och funktionell prototyp med ett 3D-tryckt hölje. EVT är i grunden iterativ och flera iterationer kan göras innan du eliminerar designfel genom funktionell testning och analys.

EVT
så här ser typiska tidiga evt-prototyper ut: ett 3D-tryckt stöd och buntade ledningar

syftet med EVT är att kombinera look-alike och arbetsliknande delsystem prototyper tillverkade av avsedda komponenter för att uppfylla de funktionella kraven i formfaktorn enligt din PRD (product requirements Document).

evt prototypmängder: 3-50 enheter, beroende på design komplexitet och BOM kostnad. I genomsnitt krävs 5-12 prototyper för att slutföra EVT.

teknik: 3D-utskrift, laserskurna / frästa PCB, mjuka verktyg( kiselformar), professionella hårdvaruutvecklingssatser (HDK), snabbt skurna/frästa delar;

utgångar / leveranser: fullt fungerande prototyp med nyckelkomponenter som fungerar som avsett.

begränsningar: prototyper som levereras under hela EVT-fasen kan se lite fula ut, råa och sakna vacker kosmetisk finish. Evt-prototypen kan också sakna några icke-viktiga mekaniska funktioner som handtag, kurvor i hölje, målning etc.

först efter att ha slutfört EVT-fasen fortsätter man verkligen med den industriella designen för att utveckla produktens slutliga utseende. Varje industriell design (oavsett om det görs i renderingar, skisser eller i CAD) före det steget är inte relevant för de faktiska storlekarna, vikten och modularrangemangen. De sena alpha” work-like + look-alike ” prototyperna avser att förverkliga det verkliga utseendet på industriell design.

DVT-fasen (Design Validation Testing)

tjänar behovet av att validera den utvecklade produktens design och börja implementera DFM (design for manufacturability) tillsammans med andra DF-X-regler. Efter avslutad evt-prototypning bör man låsa på för att leverera designen av prototyperna och kapslingarna som ser ut som slutprodukten. Om du till exempel bygger en meteo-station utomhus i alla väder, bör DVT-prototypen vara vattentät i detta skede.

det är det sista steget innan försäljningen påbörjas och man måste se till att designen överensstämmer med de olika standarderna och certifieringskraven för riktade marknader: CE, EC, FCC, UL, RoHS, etc. Och här igen är det viktigt att din produkt överensstämmer med den elektriska strömkällan innan du slutför designen och ansöker om certifiering (vilket du bättre tänker framåt när du definierar din produkt i en PRD).

det kan finnas flera DVT-iterationer, och olika DVT-prototyper kan levereras. Dessa sträcker sig från handgjorda dyra prototyper med fin finish till ett litet parti producerat med ”snabba” och/eller konventionella stålformar i formsprutningsmaskinen.

således är initiala resultat av DVT vad vi skulle referera till som MVP.

målet med DVT är att fixa designen (dvs. dimensioner, Vikt, Material, finish, rörliga mekaniska delar) och rationalisera slutproduktens egenskaper.

  1. i detta skede bör du noga revidera och överväga funktioner vs produktkvalitet / finish vs produktion och bom kostnad vs produktionsvolym.
  2. Slutför de nödvändiga certifieringarna;
  3. utveckla och slutföra boxning och förpackning
  4. börja begära RFQs från massproducenter och utarbeta planer för logistik.

DVT prototypkvantiteter: typiskt 20-200 enheter, beroende på designkomplexitet och BOM-kostnad. Prototyperna kommer att användas av olika skäl: certifieringslabbtester, ”betatester” med tidiga kunder/testare.

teknik: 3D-tryckta + gelbelagda höljen med finishen ”från fabriken”, snabbt skurna/frästa delar; industriell utrustning (t. ex. formsprutning) och 1: a generationens verktyg (t.ex. ”snabbformar”).

utgångar / leveranser: en funktionell prototyp redo för massproduktion med BOM och ett designdokumentationspaket. Boxning och förpackningsdesign klar. Uppskatta massproduktionsutbyten

begränsningar: DVT-prototyperna och dokumentationen är nästan slutgiltiga och kan ändras något ytterligare i utvecklingen. Vissa mekaniska delar och elektroniska komponenter kanske inte är slutgiltiga på grund av ekonomiska skäl (det är t.ex. billigare att CNC-fräsa vissa metalldelar istället för att använda färggjutning).

om du planerar någon crowdfunding-kampanj som Kickstarter eller IndieGoGo, riskera inte ditt rykte genom att visa upp POC eller early EVT-prototypen för backers. EVT-fasen kan vara lång och kräver mycket R&D. Så det är viktigt att du presenterar din MVP / DVT-prototyp som har konstruerats och testats med användare. Med framgångsrik crowdfunding kan du finansiera dina slutliga designjusteringar och enkelt och snabbt gå in i pvt-och pilotproduktionen

POC och EVT
en snabb aluminiumformprototyp och verktygsexempel. Sådana ”snabbformar” kan verkligen gynna designvalideringstesterna i projekt där 3D-utskrift och kiselformar inte levererar nödvändiga toleranser eller den finish som krävs för att möjliggöra adekvat system/produktvalidering.

Pvt eller produktion validering testning.

är det sista steget innan officiellt börjar massproduktion. Vanligtvis levereras 5-10% av produktionskörningen i PVT, som syftar till att stabilisera kvaliteten på den tillverkbara produkten.

även om PVT inte är det dyraste steget kan resultaten ha en avgörande inverkan på kvaliteten och kostnaden för volymproduktion. Endast mindre ändringar är tillåtna på PVT. någon betydande förändring i design sparkar projektet tillbaka till DVT.

prototyper som släpptes i denna fas kallas också” Betas ”och prover som förvärvats från massproducenten kallas”goldens samples”.

DF-X genomgår vissa korrigeringar som resulterar i mögel och verktygsutveckling. Testbänkar för PCBA-tester är utformade. Alla komponenter, material, förpackningar och logistik planeras i detta skede.

Pvt-mål:

  1. verifiera massproduktionsutbyten;
  2. Slutför DF-X med hjälp av CM som syftar till att minimera avfall och göra montering effektivare;
  3. gör den första pilotproduktionskörningen och se till att produktkvaliteten följer dina förväntningar;
  4. rensa bort de senaste konstruktionsfel under pilotproduktionskörningen;

Pvt-prototypmängder varierar vanligtvis mellan 50 och 500 för att verifiera massproduktionsutbyten och tillhandahålla produktprover.

teknik: industriell teknik som endast är lämplig för volymproduktion;

resultat / resultat: slutprodukt som produceras i en begränsad mängd med hjälp av verktygen för massproduktion. Elektroniska layouter och komponenter ses över med PCB-stenciler för lödkomponenter. Mekanisk DFM är färdigställd och plastdelar tillverkas med hjälp av 2: a generationens formar.

varaktighet: 3-6 månader i allmänhet.

begränsningar: den tid som krävs för att designa och producera anpassade verktyg är i allmänhet lång.

EVT PVT Pvt
ett bra exempel på evt – DVT – Pvt kapslingsdesign livscykel. En bild tagen från denna fallstudie https://encata.net/industries-case/ip-66-enclosure

massproduktion (MP)

eller MP1 för den första volymkörningen på tillverknings – /monteringslinjerna. Detta innebär att du har lagt din inköpsorder (PO) och kommit överens om produktionskvantiteterna med CM

MP1 startas vanligtvis från 1000-2000 enheter som genomgår kvalitets-och funktionstestning. Detta säkerställs genom QC (kvalitetskontroll) och QA (kvalitetssäkring) åtgärder.

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

nu är du kvar med ”enkla saker” som är försäljning, kundsupport och service, hantera produktreturer och defekter och tänka på nästa Produktversion.

och glöm inte slutet på livscykeln (EOL) som innebär att följa olika bortskaffningsförfaranden och avfallshanteringsprotokoll samtidigt som du tänker byta ut din gamla produkt med en ny SKU!