編輯導(dǎo)語(yǔ)：構(gòu)思設(shè)計(jì)一款硬件產(chǎn)品，研發(fā)團(tuán)隊(duì)往往需要從多方面進(jìn)行考量，如技術(shù)、成本、成員協(xié)作等?；诖耍粝霃牧愕揭辉O(shè)計(jì)一款硬件產(chǎn)品，我們可以從哪些方面入手？本篇文章里，作者對(duì)此進(jìn)行了分析總結(jié)，一起來(lái)看一下。

從構(gòu)思到批量生產(chǎn)，硬件產(chǎn)品會(huì)經(jīng)歷許多不同的階段，每個(gè)階段都有不同制造技術(shù)，成本也往往差異較大。

盡管每種產(chǎn)品都有其獨(dú)特的需求，但總體的開(kāi)發(fā)過(guò)程以及硬件原型設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的流程是相似的：

• 首先，你必須使用工程試驗(yàn)板對(duì)基礎(chǔ)技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證；
• 然后，工業(yè)設(shè)計(jì)師、結(jié)構(gòu)工程師和嵌入式工程師需要進(jìn)行協(xié)作；
• 之后，構(gòu)建外觀/功能原型，通常使用快速原型制作或小批量制造技術(shù)。

通常，第一次迭代會(huì)暴露出設(shè)計(jì)中的缺陷，這會(huì)導(dǎo)致第二次設(shè)計(jì)迭代……

了解進(jìn)度和制造工藝將有助于你盡快構(gòu)建產(chǎn)品，并盡可能減少自付費(fèi)用。

但是，你需要至少經(jīng)歷一次完整的產(chǎn)品生命周期，否則你很難弄清楚所有過(guò)程。

• 硬件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程；
• 工程面包板；
• 附加工藝 – 3D 打印、SLA、SLS；
• 注塑、熱成型、滾塑；
• CNC 機(jī)加工或車(chē)削零件；
• 擠壓、鈑金、粉末金屬及其他；
• 紙和織物；
• PCB；
• 組裝和包裝；
• 合同制造商；
• 外包；
• ……

與軟件開(kāi)發(fā)不同，硬件產(chǎn)品具有研發(fā)周期長(zhǎng)、成本高的特性，同時(shí)互聯(lián)網(wǎng)硬件產(chǎn)品通常會(huì)同時(shí)集成板載固件、云平臺(tái)和移動(dòng)軟件。

隨著開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的深入，不太可能進(jìn)行快速的迭代更新，也無(wú)法忍受需求的反復(fù)變更，整體開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)會(huì)偏向傳統(tǒng)的瀑布式流程。

硬件和軟件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)之間存在幾個(gè)關(guān)鍵區(qū)別。

1）設(shè)計(jì)子組件的時(shí)間長(zhǎng)。

你需要將具有以復(fù)雜方式裝配在一起的多個(gè)子組件設(shè)計(jì)在一起，組裝挑戰(zhàn)越大，完成詳細(xì)設(shè)計(jì)所需的時(shí)間也就越長(zhǎng)。

2）在設(shè)計(jì)整個(gè)組件之前，很難“完成”任何一個(gè)零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

在最終確定子裝配體時(shí)，即使是最精心設(shè)計(jì)的零件也可能需要在最后一刻進(jìn)行更改，以適應(yīng)裝配體的注意事項(xiàng)。

3）采購(gòu)定制零件的交貨時(shí)間長(zhǎng)。

正確實(shí)踐的敏捷方法論可以隨時(shí)產(chǎn)生可用的軟件，并在 1 或 2 周的沖刺中達(dá)到關(guān)鍵的里程碑。

對(duì)于硬件，采購(gòu)定制零件所花費(fèi)的時(shí)間可能比這更長(zhǎng)?？焖僭椭谱骷夹g(shù)可以在 2-3 天內(nèi)打印出零件。

但是，如果你需要制造復(fù)雜的 3D 金屬零件，例如，定制的變速箱外殼，加工的交貨時(shí)間可能需要 4 到 6 周。

線束的交貨時(shí)間通常在 2-4 周內(nèi)，PCB 采購(gòu)需要 1-3 周，生產(chǎn)交貨時(shí)間通常更長(zhǎng)。

4）順序開(kāi)發(fā)導(dǎo)致從開(kāi)始到結(jié)束的時(shí)間更長(zhǎng)。

盡管可以并行處理許多工程任務(wù)，但最終還是需要在組裝、調(diào)試以產(chǎn)生功能性原型時(shí)完成每個(gè)原型階段。

5）功能性原型同時(shí)支持工程測(cè)試和用戶測(cè)試。

工程和用戶測(cè)試的結(jié)果為下一階段提供了輸入，從而導(dǎo)致了另一個(gè)交叉依賴性。

6）系統(tǒng)集成比純軟件項(xiàng)目需要更長(zhǎng)的時(shí)間。

對(duì)于純軟件產(chǎn)品，只要在編寫(xiě)代碼之前嚴(yán)格進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，一旦完成設(shè)計(jì)并定義和記錄 API，開(kāi)發(fā)人員便可以基于模塊之間達(dá)成共識(shí)的 API 并行編寫(xiě)代碼和測(cè)試代碼。

7）對(duì)于在板上運(yùn)行軟件的硬件產(chǎn)品，無(wú)論系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)投入多少精力，首次組裝和測(cè)試每個(gè)原型時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)意想不到的問(wèn)題。

硬件產(chǎn)品的系統(tǒng)集成通常以幾周或幾個(gè)月（對(duì)于高度復(fù)雜的產(chǎn)品）來(lái)衡量。

8）模具需要大量的資金投入，需要認(rèn)真地盡職調(diào)查。

與軟件項(xiàng)目不同，在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)硬件產(chǎn)品本身時(shí)通常會(huì)產(chǎn)生高水平的非經(jīng)常性工程成本（NRE），并且在每個(gè)階段采購(gòu)原型和預(yù)生產(chǎn)版本的成本和前置時(shí)間也很長(zhǎng)。

在原型設(shè)計(jì)的早期階段，你可以使用快速原型設(shè)計(jì)技術(shù)做快速迭代設(shè)計(jì)。但是在某些時(shí)候，你必須對(duì)模具和工裝進(jìn)行進(jìn)行資金投入。

9）工具的成本可能在 5 千至 50 萬(wàn)元之間，工裝成本取決于產(chǎn)品的復(fù)雜性。

現(xiàn)在，來(lái)詳細(xì)看看這些設(shè)計(jì)階段。

一、構(gòu)想：每款產(chǎn)品都始于靈感時(shí)刻

該想法需要經(jīng)過(guò)某種審查過(guò)程，以確定它是否具有足夠的經(jīng)濟(jì)前景。

你需要進(jìn)行一些市場(chǎng)分析，確定一個(gè)利基市場(chǎng)，進(jìn)行大量研究，開(kāi)發(fā)買(mǎi)家和用戶畫(huà)像。

并提出一個(gè)有效的解決方案，以解決該市場(chǎng)中一些未滿足的需求。

技術(shù)創(chuàng)始人經(jīng)常會(huì)從技術(shù)角度設(shè)計(jì)產(chǎn)品，然后不加思索地前進(jìn)，最終結(jié)果往往是針對(duì)錯(cuò)誤市場(chǎng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，但從業(yè)務(wù)角度來(lái)看并不會(huì)成功。

二、開(kāi)發(fā)階段

1. 開(kāi)發(fā)階段1：可行性和早期架構(gòu)

在此階段，技術(shù)團(tuán)隊(duì)將構(gòu)建一系列快速的工程試驗(yàn)板：

• 在此階段生成的原型在某種程度上類似于最終產(chǎn)品，但看起來(lái)與最終產(chǎn)品完全不同；
• 固件取決于要開(kāi)發(fā)的定制嵌入式平臺(tái)；
• 還應(yīng)該致力于早期用戶體驗(yàn)，并探索工業(yè)設(shè)計(jì)形式，以幫助推動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)決策。

在此階段以及以后的所有階段中，都應(yīng)著重進(jìn)行主要的：

• 市場(chǎng)研究：確定客戶是誰(shuí)以及他們的需求和期望的樣子；
• 產(chǎn)品研究：確定建議的解決方案對(duì)于最終用戶是否有用 。

開(kāi)發(fā)階段 1 結(jié)束時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行明確的審查，以決定是否繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)工程階段。

繼續(xù)前進(jìn)需要兩個(gè)條件：

1. 首先，必須證明技術(shù)可行性；
2. 其次，市場(chǎng)研究必須有支持該產(chǎn)品向前發(fā)展的成功商業(yè)案例。換句話說(shuō)，你需要判斷市場(chǎng)價(jià)值大不大，值不值得做？

大量的工程支出始于第一階段，一定要進(jìn)行一些詳細(xì)的計(jì)劃和回顧，以確保資金不浪費(fèi)在錯(cuò)誤的產(chǎn)品上。

2. 開(kāi)發(fā)階段2：工程原型「EP」

在此階段中，你需要進(jìn)行工業(yè)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)及機(jī)械設(shè)計(jì)、嵌入式工程設(shè)計(jì)（ PCB & 固件開(kāi)發(fā) ）和軟件開(kāi)發(fā)（ Web & 應(yīng)用程序等 ），以創(chuàng)建一個(gè)完全集成的原型產(chǎn)品。

這個(gè)階段你需要回答所有關(guān)鍵問(wèn)題：

• 市場(chǎng)接受度；
• 技術(shù)可行性；
• 關(guān)鍵系統(tǒng)架構(gòu)決策等。

在此階段，將面向制造的設(shè)計(jì)「DFM」思維納入工程開(kāi)發(fā)至關(guān)重要，你需要做到在設(shè)計(jì)每個(gè)定制零件時(shí)都牢記目標(biāo)制造技術(shù)。

然后，開(kāi)始對(duì)每個(gè)零件的供應(yīng)商進(jìn)行審查，你需要盡早并經(jīng)常邀請(qǐng)首選供應(yīng)商參加設(shè)計(jì)評(píng)審。

讓供應(yīng)商從一開(kāi)始就參與進(jìn)來(lái)，以確保所設(shè)計(jì)的零件以及制造過(guò)程與制造廠的能力相兼容。

這是縮短產(chǎn)品上市時(shí)間并降低非經(jīng)常性工程成本的最有效方法，它還將你的公司與供應(yīng)商之間建立關(guān)系，而供應(yīng)商將是流程中的關(guān)鍵部分。

人們通常在此階段創(chuàng)建 1-5 個(gè)原型，這是第一代設(shè)計(jì)，并且必然存在問(wèn)題（ 設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，裝配問(wèn)題、功能問(wèn)題等）。

該階段會(huì)用到大量的原型技術(shù)：

• 對(duì)于塑料，可能涉及快速原型零件（ 例如，SLA、SLS 或 3D 打印零件 ）；
• 對(duì)于金屬，可能涉及機(jī)械加工（ CNC ）；
• 對(duì)于 PCB 而言，國(guó)內(nèi)有大量支持小批量生產(chǎn) SMT 板的廠家。

最終組裝通常由工程人員在內(nèi)部完成，因?yàn)榈谝淮螞](méi)有任何正確的組合，你需要嘗試最佳組裝流程。

組裝過(guò)程對(duì)于突出需要解決的設(shè)計(jì)問(wèn)題（ 尤其針對(duì)制造問(wèn)題 ）非常有指導(dǎo)意義。

你需要將組裝過(guò)程以及開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中遇到的所有問(wèn)題匯總，以幫助生成簡(jiǎn)短的清單，以進(jìn)行下一階段的調(diào)整。

3. 開(kāi)發(fā)階段 3：工程驗(yàn)證測(cè)試「EVT」

EVT 版本是工程原型的設(shè)計(jì)迭代，以解決或優(yōu)化在第一代工程原型的組裝、系統(tǒng)集成和測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的所有問(wèn)題。

在此階段，你可以制作 50 個(gè)以內(nèi)的產(chǎn)品原型，以促進(jìn)有效的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，最終組裝仍在內(nèi)部完成。

該階段結(jié)束時(shí)，你需要輸出現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和早期耐久性測(cè)試的結(jié)果，并做出是否進(jìn)入制造階段的決定。

三、制造階段

1. 制造階段1：設(shè)計(jì)驗(yàn)證測(cè)試「DVT」

與上一階段的唯一區(qū)別是，DVT 版本通常由合同制造商的人員組裝，而 EVT 版本通常由內(nèi)部人員組裝。

原型技術(shù)仍然適用于此階段，因?yàn)楣ぱb周期可能需要數(shù)月時(shí)間，并且通常在需要組裝 DVT 構(gòu)建件時(shí)尚未完全準(zhǔn)備好所有零件。

DVT 的主要目的是教合同制造商如何制造產(chǎn)品，并在此過(guò)程中確定任何尚待解決的 DFM 問(wèn)題。

DVT 階段有一些獨(dú)特的活動(dòng)：CM 合同制造商使用這種經(jīng)驗(yàn)與你合作進(jìn)行過(guò)程開(kāi)發(fā)——如何重復(fù)生產(chǎn)產(chǎn)品并獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品。

這也是為什么你需要停止做設(shè)計(jì)上的更改，如果有變更，所有變更必須通過(guò)工程變更單流程進(jìn)行嚴(yán)格控制并記錄在案。

DVT 階段也是開(kāi)發(fā)裝配夾具、測(cè)試夾具、測(cè)試軟件、校準(zhǔn)軟件的時(shí)候。

DVT 原型通常適合用于法規(guī)測(cè)試，例如，如果你的產(chǎn)品用到了藍(lán)牙或 WiFi 之類的無(wú)線電模塊，你需要通過(guò) SRRC 無(wú)線電認(rèn)證測(cè)試。

2. 制造階段2：生產(chǎn)驗(yàn)證測(cè)試「PVT」

PVT 沿襲了 EVT 和 DVT 階段探索的制造過(guò)程，換句話說(shuō)，從 EVT 到 PVT 不應(yīng)進(jìn)行任何工程設(shè)計(jì)更改。

PVT 階段將使用通過(guò)最終制造過(guò)程制造的零件，你需要保證產(chǎn)品具備良好裝配性和光潔度，高質(zhì)量的零件是必要的，以支撐可銷(xiāo)售的產(chǎn)品。

3. 制造階段3：批量生產(chǎn)「MP」

在硬件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)早期，你會(huì)發(fā)現(xiàn)并修復(fù)很多導(dǎo)致產(chǎn)品無(wú)法正常使用的嚴(yán)重問(wèn)題。

衛(wèi) Sir 在做智能鎖產(chǎn)品的早期，產(chǎn)品極度不穩(wěn)定，遇到并解決了高概率重啟、靜電導(dǎo)致無(wú)法開(kāi)門(mén)等等問(wèn)題。

在那之后，低發(fā)率的缺陷會(huì)讓你沉迷數(shù)月。

如果某缺陷的發(fā)生率為千分之一，并且在前三個(gè)月內(nèi)每周僅生產(chǎn) 200 件產(chǎn)品，則正確識(shí)別缺陷并采取緩解措施可能需要花費(fèi)數(shù)月的時(shí)間。

這是正?，F(xiàn)象，完全可以預(yù)期——每個(gè)硬件制造商都會(huì)經(jīng)歷這一過(guò)程。

作者：衛(wèi)Sir，公眾號(hào)：簡(jiǎn)一商業(yè)

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