IoT创业指南：智能硬件产品原型设计指南

Posted 2021-11-09 简一商业

对于硬件企业而言，了解硬件原型开发过程、需要创建的各种原型以及可以使用的电子原型制作工具至关重要。

原型制作的重要性

# 1 - 降低风险：原型 = 经验

产品开发是一个反复的过程，你创建的原型越多，你就可以了解更多有关下一版本要克服的挑战，以及改进原始思想的方法。

通常，开发新产品时越早确定改进的领域，进行这些更改和改进的成本就越低。

例如，对你的想法进行更改不会花费任何成本，但是如果你在产品交付后发现错误，那可能就是你事业的终点。

原型制作还可以让你很好地了解物料清单 BOM 的成本，并由此大致估算出产品的零售价。

# 2 - 获得资金

通过有形实物证明你的想法，更能激发潜在投资者的信心。

除了证明概念外，原型还是一种很好的方式，使你可以感受产品的外观，并在不同的条件下进行测试获得用户反馈。

原型类型

每个原型都有其目的：演示产品的功能，用于市场营销，确保资金投入，测试人体工程学，测试某些假设或收集有关该产品的更多数据。

因此，产品开发的不同阶段需要最适合该特定阶段的不同类型的原型。

# 1 - 概念验证原型

概念验证「POC」原型通常是你的想法的第一个有形表示，旨在证明其在现实世界中的技术可行性。

对于电子产品，通常使用现成的开发板，如，Arduino 、树莓派或面板板制成。

Arduino 是一个开放源代码的电子原型平台，它易于使用，可用于创建一些核心的电子项目。

POC 的唯一目的是演示产品创意的核心功能，因此，在当前阶段，诸如美学，定制 PCB 和设计之类的事情并不是优先考虑的事情。

可以将电子设备封装在现成的塑料盒中，或者封装在木盒中。

如果项目需要，还可以使用金属外壳，防水外壳和手持设备外壳等。

一些制造商还提供了根据你的要求，在外壳上切出孔和槽的服务。如果你需要更多定制产品，则可以使用 3D 打印和激光切割之类的过程来创建定制外壳。

# 2 - 功能性原型

虽然原型板在使用各种传感器和屏蔽罩时具有极大的灵活性，但在过渡到批量生产时，它们在经济上不可行且效率不高。

产品的功能通过验证后，你将需要定制设计 PCB。

定制 PCB 可以减少开发板中不必要的组件，并有助于减少外壳所需的内部空间，还可以帮助你用等效或更好的替代品替换电子组件，从而帮助你简化供应链并进一步降低成本。

# 3 - 外观原型

外观原型没有任何电子装置或功能，但具有最终产品的外观。

外观原型是工业设计过程的最终结果，该过程设计了产品的外观和感觉。

工业设计对于最终用户与底层电子产品互动有限的消费产品尤为重要，但是产品的外观和可用性是决定客户购买决定的主要因素。

工业设计师致力于产品的美学，CMF（颜色，材料和表面处理）以及用户体验。

由泡沫或粘土制成的模型在完善产品形式和测试人体工程学方面起着重要作用。

黏土模型在汽车工业中被广泛使用，而泡沫和 3D 打印模型对于消费类产品的设计者来说更为普遍。

在有形物体上进行工作有助于识别物体的真实比例和形式，这对于打算配戴或手持的产品而言显得尤为重要。

随着 3D 渲染软件的进步，无需制作原型就可以及早开始营销活动。

# 4 - Alpha 原型（ 工程原型 ）

这是将“类似作品”和“类似外观”的原型集成到一个功能齐全且外观接近最终产品的单个原型中的阶段。

这种类型的原型最常用于众筹活动和演示目的，定制设计的 PCB 被集成到定制设计的塑料外壳中。

在这个阶段，工业设计师可能会微调外观和形式，同时结构工程师需要确保产品符合工程要求。

这个阶段会使用更先进的技术，如，CNC 加工和 3D 打印。

但是，该原型仍未准备好进行批量生产，因为需要针对更大批量的制造工艺进行优化，如，注塑工艺等。

进行 DFM、DFA 优化，准备模具，准备制造并将所有零件整合在一起，需要花费大量时间和金钱。

设计良好的产品需要从一开始就考虑 DFM 和 DFA，以便顺利过渡到批量生产。

# 5 - Beta 原型

Beta 原型在外观和功能上与 Alpha 原型非常相似，但主要区别在于总体设计经过了 DFM 和 DFA 优化，并且原型由与大批量生产的工艺非常相似的制造工艺制成。

硅树脂成型是一种与注塑成型零件非常相似的常用工艺，可用于制造 20 至 50 个单位的样品。

外壳设计针对注塑过程进行了优化，塑料零件经过了模流仿真，以确保以后的塑料流不会在模具中引起问题。

在此阶段，将考虑工程分析，包括公差分析，热模拟和结构优化。

发送 Beta 测试版原型单元的目的是要获得电子产品的各种认证，例如 FCC，UL，CE，RoHS，SRRC 等，具体取决于产品和销售地区。

原型还经过测试和验证，以确保产品可靠地工作，并能够承受为其设计的使用环境和用例。

1）工程验证测试（EVT）

这是为了确保产品符合规范或 产品要求文档 「PRD」中定义的所有功能要求。

PCB 在热、功率和 EMI 相应环境下进行测试，如果满足所有功能要求，则表明已通过 EVT阶段。

2）设计验证测试（DVT）

根据产品必须承受的环境，对原型进行了水下浸没，从特定高度掉落，燃烧，磨损等的测试。

在经受了这些测试之后，原型仍应具有可靠的性能，并且不应损坏或磨损超过可接受的标准。

3）产品验证测试（PVT）

这种测试是使用实际生产工具在下线的第一个试点上进行的，这些是通过 PVT 阶段即可出售的单元。

此测试的目标是确保生产线上没有问题，工人了解组装过程，并消除生产过程中的任何低效率。

# 6 - 生产前原型

这是你最接近要大规模生产的最终产品，在此阶段，将切割用于注塑成型过程的钢模，并且不能对产品进行重大更改。

因此，在此阶段之前“冻结”设计很重要。

在开始批量生产之前，此阶段制造的零件用于设置质量控制和验收标准。

最终的 GOLD 样品可作为理想产品质量的参考，在逐步扩大到大规模生产之前，PVT 使用了总制造量的约 5-10％ 的单位。

在 Beta 原型阶段和预生产阶段中，当预计产品不会再发生任何更改时，你还需要开始并行处理产品包装和市场营销材料。 

THE END

-  祝 好  -