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从创意到制造若何从零开始设计一款硬件产品?

东易日盛家居装饰集团股份通讯 2025-04-17 0

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从构思到批量生产,硬件产品会经历许多不同的阶段,每个阶段都有不同制造技能,本钱也每每差异较大。

只管每种产品都有其独特的需求,但总体的开拓过程以及硬件原型设计和生产的流程是相似的:

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首先,你必须利用工程试验板对根本技能进行验证;然后,工业设计师、构造工程师和嵌入式工程师须要进行协作;之后,构建外不雅观/功能原型,常日利用快速原型制作或小批量制造技能。

常日,第一次迭代会暴露出设计中的毛病,这会导致第二次设计迭代……

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(图片来自网络侵删)

理解进度和制造工艺将有助于你尽快构建产品,并尽可能减少自付用度。

但是,你须要至少经历一次完全的产品生命周期,否则你很难弄清楚所有过程。

硬件产品开拓过程;工程面包板;附加工艺 – 3D 打印、SLA、SLS;注塑、热成型、滚塑;CNC 机加工或车削零件;挤压、钣金、粉末金属及其他;纸和织物;PCB;组装和包装;条约制造商;外包;……

与软件开拓不同,硬件产品具有研发周期长、本钱高的特性,同时互联网硬件产品常日会同时集成板载固件、云平台和移动软件。

随着开拓设计的深入,不太可能进行快速的迭代更新,也无法忍受需求的反复变更,整体开拓设计会倾向传统的瀑布式流程。

硬件和软件产品开拓之间存在几个关键差异。

1)设计子组件的韶光长。

你须要将具有以繁芜办法装置在一起的多个子组件设计在一起,组装寻衅越大,完成详细设计所需的韶光也就越长。

2)在设计全体组件之前,很难“完成”任何一个零件的详细设计。

在终极确定子装置体时,纵然是最精心设计的零件也可能须要在末了一刻进行变动,以适应装置体的把稳事变。

3)采购定制零件的交货韶光长。

精确实践的敏捷方法论可以随时产生可用的软件,并在 1 或 2 周的冲刺中达到关键的里程碑。

对付硬件,采购定制零件所花费的韶光可能比这更长。
快速原型制作技能可以在 2-3 天内打印出零件。

但是,如果你须要制造繁芜的 3D 金属零件,例如,定制的变速箱外壳,加工的交货韶光可能须要 4 到 6 周。

线束的交货韶光常日在 2-4 周内,PCB 采购须要 1-3 周,生产交货韶光常日更长。

4)顺序开拓导致从开始到结束的韶光更长。

只管可以并行处理许多工程任务,但终极还是须要在组装、调试以产生功能性原型时完成每个原型阶段。

5)功能性原型同时支持工程测试和用户测试。

工程和用户测试的结果为下一阶段供应了输入,从而导致了另一个交叉依赖性。

6)系统集成比纯软件项目须要更长的韶光。

对付纯软件产品,只要在编写代码之前严格进行软件设计,一旦完成设计并定义和记录 API,开拓职员便可以基于模块之间达成共识的 API 并行编写代码和测试代码。

7)对付在板上运行软件的硬件产品,无论系统体系构造和设计投入多少精力,首次组装和测试每个原型时,都会涌现意想不到的问题。

硬件产品的系统集成常日以几周或几个月(对付高度繁芜的产品)来衡量。

8)模具须要大量的资金投入,须要负责地尽职调查。

与软件项目不同,在设计和开拓硬件产品本身时常日会产生高水平的非常常性工程本钱(NRE),并且在每个阶段采购原型和预生产版本的本钱和前置韶光也很长。

在原型设计的早期阶段,你可以利用快速原型设计技能做快速迭代设计。
但是在某些时候,你必须对模具和工装进行进行资金投入。

9)工具的本钱可能在 5 千至 50 万元之间,工装本钱取决于产品的繁芜性。

现在,来详细看看这些设计阶段。

一、构想:每款产品都始于灵感时候

该想法须要经由某种审查过程,以确定它是否具有足够的经济前景。

你须要进行一些市场剖析,确定一个利基市场,进行大量研究,开拓买家和用户画像。

并提出一个有效的办理方案,以办理该市场中一些未知足的需求。

技能创始人常常会从技能角度设计产品,然后不加思虑地提高,终极结果每每是针对缺点市场设计产品,但从业务角度来看并不会成功。

二、开拓阶段

1. 开拓阶段1:可行性和早期架构

在此阶段,技能团队将构建一系列快速的工程试验板:

在此阶段天生的原型在某种程度上类似于终极产品,但看起来与终极产品完备不同;固件取决于要开拓的定制嵌入式平台;还该当致力于早期用户体验,并探索工业设计形式,以帮助推动系统架构决策。

在此阶段以及往后的所有阶段中,都应着重进行紧张的:

市场研究:确定客户是谁以及他们的需求和期望的样子;产品研究:确定建议的办理方案对付终极用户是否有用 。

开拓阶段 1 结束时,该当进行明确的审查,以决定是否连续进行下一个工程阶段。

连续提高须要两个条件:

首先,必须证明技能可行性;其次,市场研究必须有支持该产品向前发展的成功商业案例。
换句话说,你须要判断市场代价大不大,值不值得做?

大量的工程支出始于第一阶段,一定要进行一些详细的操持和回顾,以确保资金不摧残浪费蹂躏在缺点的产品上。

2. 开拓阶段2:工程原型「EP」

在此阶段中,你须要进行工业设计、构造及机器设计、嵌入式工程设计( PCB & 固件开拓 )和软件开拓( Web & 运用程序等 ),以创建一个完备集成的原型产品。

这个阶段你须要回答所有关键问题:

在此阶段,将面向制造的设计「DFM」思维纳入工程开拓至关主要,你须要做到在设计每个定制零件时都牢记目标制造技能。

然后,开始对每个零件的供应商进行审查,你须要尽早并常常约请首选供应商参加设计评审。

让供应商从一开始就参与进来,以确保所设计的零件以及制造过程与制造厂的能力相兼容。

这是缩短产品上市韶光并降落非常常性工程本钱的最有效方法,它还将你的公司与供应商之间建立关系,而供应商将是流程中的关键部分。

人们常日在此阶段创建 1-5 个原型,这是第一代设计,并且一定存在问题( 设计缺点,装置问题、功能问题等)。

该阶段会用到大量的原型技能:

对付塑料,可能涉及快速原型零件( 例如,SLA、SLS 或 3D 打印零件 );对付金属,可能涉及机器加工( CNC );对付 PCB 而言,海内有大量支持小批量生产 SMT 板的厂家。

终极组装常日由工程职员在内部完成,由于第一次没有任何精确的组合,你须要考试测验最佳组装流程。

组装过程对付突出须要办理的设计问题( 尤其针对制造问题 )非常有辅导意义。

你须要将组装过程以及开拓设计中碰着的所有问题汇总,以帮助天生简短的清单,以进行下一阶段的调度。

3. 开拓阶段 3:工程验证测试「EVT」

EVT 版本是工程原型的设计迭代,以办理或优化在第一代工程原型的组装、系统集成和测试过程中创造的所有问题。

在此阶段,你可以制作 50 个以内的产品原型,以促进有效的现场测试,终极组装仍在内部完成。

该阶段结束时,你须要输涌现场测试和早期耐久性测试的结果,并做出是否进入制造阶段的决定。

三、制造阶段1. 制造阶段1:设计验证测试「DVT」

与上一阶段的唯一差异是,DVT 版本常日由条约制造商的职员组装,而 EVT 版本常日由内部职员组装。

原型技能仍旧适用于此阶段,由于工装周期可能须要数月韶光,并且常日在须要组装 DVT 构建件时尚未完备准备好所有零件。

DVT 的紧张目的是教条约制造商如何制造产品,并在此过程中确定任何尚待办理的 DFM 问题。

DVT 阶段有一些独特的活动:CM 条约制造商利用这种履历与你互助进行过程开拓——如何重复生产产品并得到高质量的产品。

这也是为什么你须要停滞做设计上的变动,如果有变更,所有变更必须通过工程变更单流程进行严格掌握并记录在案。

DVT 阶段也是开拓装置夹具、测试夹具、测试软件、校准软件的时候。

DVT 原型常日适宜用于法规测试,例如,如果你的产品用到了蓝牙或 WiFi 之类的无线电模块,你须要通过 SRRC 无线电认证测试。

2. 制造阶段2:生产验证测试「PVT」

PVT 沿袭了 EVT 和 DVT 阶段探索的制造过程,换句话说,从 EVT 到 PVT 不应进行任何工程设计变动。

PVT 阶段将利用通过终极制造过程制造的零件,你须要担保产品具备良好装置性和光洁度,高质量的零件是必要的,以支撑可发卖的产品。

3. 制造阶段3:批量生产「MP」

在硬件产品开拓设计早期,你会创造并修复很多导致产品无法正常利用的严重问题。

卫 Sir 在做智能锁产品的早期,产品极度不稳定,碰着并办理了高概率重启、静电导致无法开门等等问题。

在那之后,低发率的毛病会让你沉迷数月。

如果某毛病的发生率为千分之一,并且在前三个月内每周仅生产 200 件产品,则精确识别毛病并采纳缓解方法可能须要花费数月的韶光。

这是正常征象,完备可以预期——每个硬件制造商都会经历这一过程。

作者:卫Sir,公众年夜众号:简一商业

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题图来自 Unsplash,基于 CC0 协议

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