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  • 2019-12-07 17:03:19

    title: 中国智能硬件调研报告
    update: 2019-12-07 14:53:27
    description: 中国智能硬件调研

    一、介绍

      随着万物互联时代的到来,硬件智能化成为全社会的共识,在此背景下,智能硬件成为全球发展 最快、市场潜力最大的行业之一。由于政府、科技企业的高度重视和大力投入,智能硬件产业得到了快速发展,出货量、装机量和市场规模显著提升。

      随着智能化、互联网化与社会经济、人民生活的结合日益紧密,以可穿戴设备、智能家居设备、机器人等为代表的智能硬件正在蓬勃兴起,掀起新一轮的终端产业变革。近几年,相关产品形态快速创新,向生产生活各领域渗透,并通过对传统设备的智能化改造,大大提升原有产业附加值、延伸产业链,加速推动新的生产组织模式变革。

      根据市场研究机构数据,2015年我国智能硬件市场规模达到2750亿元,2016年达到3310亿元, 同比增长21%。2018年,我国智能硬件产业规模超过4700亿元,接近5000亿元,同比增速维持15%以上,产业发展格局初步形成,产业应用水平明显提升。智能硬件在大众消费市场逐步普及,在全球市场将具有较强国际竞争力。[1]

    二、什么是智能硬件

      智能硬件是继智能手机之后的一个科技概念,通过软硬件结合的方式,对传统设备进行改造,进而让其拥有智能化的功能。智能化之后,硬件具备连接的能力,实现互联网服务的加载,形成“云端”的典型架构,具备了大等附加价值。

      智能硬件是一个科技概念,指通过将硬件和软件相结合对传统设备进行智能化改造。而智能硬件移动应用则是软件,通过应用连接智能硬件,操作简单,开发简便,各式应用层出不穷,也是企业获取用户的重要入口。

      改造对象可能是电子设备,例如手表、电视和其他电器;也可能是以前没有电子化的设备,例如门锁、茶杯、汽车甚至房子。

      智能硬件已经从可穿戴设备延伸到智能电视、智能家居、智能汽车、医疗健康、智能玩具、机器人等领域。比较典型的智能硬件包括Google Glass、三星Gear、FitBit、麦开水杯、咕咚手环、Tesla、乐视电视等。

      智能硬件是以平台性底层软硬件为基础,以智能传感互联、人机交互、新型显示及大数据处理等新一代信息技术为特征,以新设计、新材料、新工艺硬件为载体的新型智能终端产品及服务。随着技术升级、关联基础设施完善和应用服务市场的不断成熟,智能硬件的产品形态从智能手机延伸到智能可穿戴、智能家居、智能车载、医疗健康、智能无人系统等,成为信息技术与传统产业融合的交汇点。[2]

    三、典型产品简介

      目前在智能硬件行业比较大的一些公司有谷歌,苹果,百度,奇虎360,JAWBONE NIKE,Microsoft,三星,华为,小米等。对于智能硬件应用领域大致有如下几种:智能家居,智能可穿戴设备,智能交通,智能医疗以及其他领域的智能硬件。

    (一)智能家居

      智能家居是在互联网影响之下物联化的体现。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备(如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等)连接到一起,提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比,智能家居不仅具有传统的居住功能,兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化,提供全方位的信息交互功能,甚至为各种能源费用节约资金。[3]

      比较典型的智能家居产品如百度近期发布的小度在家1S。
    小度在家1s

      小度在家1S采用全球顶级设计与全新硬件配置,它由来自加州的Sonos智能音响工业设计师Wai-loong Lim操刀设计,造型典雅,自然融入家居,线条简洁,稳重大气;在音质方面,通过18项硬件升级和28项算法改进,为用户带来更澎湃的音效;相比小度在家,小度在家1S无线数据传输速度提升100%,视频通话更清晰、追剧听歌更流畅,家庭影音娱乐体验更上一层楼。

      在内容资源上,小度在家1S通过与爱奇艺、QQ音乐、蜻蜓FM、斗鱼等多品牌合作,已拥有千万级音乐曲库,海量视频内容及优质的有声及儿童教育资源,不止于此,小度在家1S还最新引入了百度视频资源,并与喜马拉雅达成合作,接入喜马拉雅开放平台全量内容,涵盖喜马拉雅最优质的1亿+精品音频内容,为用户提供更丰富的声音内容收听体验。

      值得一提的是,小度在家1S儿童模式全面升级,拥有行业最优儿童唤醒识别、儿童专属TTS音色和对话以及更适合儿童的交互界面,让孩子全程交互无障碍。儿童模式还专为孩子再增加三重保护:时长保护、距离保护和内容保护,不论是孩子离屏幕太近还是观看时间过长,小度都会及时提醒,同时会过滤掉不宜儿童视听的内容,呵护孩子的身心健康。

    (二)智能可穿戴设备

    &emps; “穿戴式智能设备”是应用穿戴式技术对日常穿戴进行智能化设计、开发出可以穿戴的设备的总称,如眼镜、手套、手表、服饰及鞋等。广义穿戴式智能设备包括功能全、尺寸大、可不依赖智能手机实现完整或者部分的功能,例如:智能手表或智能眼镜等,以及只专注于某一类应用功能,需要和其它设备如智能手机配合使用,如各类进行体征监测的智能手环、智能首饰等。随着技术的进步以及用户需求的变迁,可穿戴式智能设备的形态与应用热点也在不断的变化。

      典型的智能可穿戴设备如小米手环。
    小米手环
      小米手环的主要功能包括查看运动量,监测睡眠质量,智能闹钟唤醒等。可以通过手机应用实时查看运动量,监测走路和跑步的效果,还可以通过云端识别更多的运动项目。

      小米手环能够自动判断是否进入睡眠状态,分别记录深睡及浅睡并汇总睡眠时间,帮助用户监测自己的睡眠质量。

      小米手环配备了低功耗蓝牙芯片及加速传感器,待机可达30天。另外,它支持IP67级别防水防尘,意味着日常生活,甚至是洗澡都无须摘下。

    (三)智能交通

      智能交通:智能交通是一个基于现代电子信息技术面向交通运输的服务系统。它的突出特点是以信息的收集、处理、发布、交换、分析、利用为主线,为交通参与者提供多样性的服务。

      智能交通的发展跟物联网的发展是离不开的,只有物联网技术概念的不断发展,智能交通系统才能越来越完善。智能交通是交通的物联化体现。

      21世纪将是公路交通智能化的世纪,人们将要采用的智能交通系统,是一种先进的一体化交通综合管理系统。在该系统中,车辆靠自己的智能在道路上自由行驶,公路靠自身的智能将交通流量调整至最佳状态,借助于这个系统,管理人员对道路、车辆的行踪将掌握得一清二楚。

      如百度地图今年推出的智能停车系统。
    百度智能停车
      该系统不仅可以有效地解决当地车主出行“停车难”的问题,而且也为银川的智能城市建设提供了助力,为其它城市的交通问题提供了参考。据悉,此次百度在银川推出的智能停车系统,基于多维停车大数据之上,然后进一步结合政府的实时监控,实现了停车场资源的规范化、智能化,甚至可以平均减少车主寻找车位10%的停车时间。同时该系统不仅可以方便驾驶员导航出行时的停车位,甚至还能在停车后准确的找到车辆的停放位置。

      该系统可在一定程度上查询到目的地附近的停车位,以及了解其车位的使用情况,如果车位紧张,系统将自动提醒并及时提供替换方案。甚至驾驶员还能够使用停车助手,提前预约车位并在地图上一键发起导航,再也不用担心遇见停车位正好停满的情况。

      同时在陌生的停车场停车,很容易发生找不到车辆停放位置的尴尬情况。如今在百度地图智能停车系统的帮助之下,驾驶员在抵达车位并一键降锁之后,系统将自动记录车辆停放位置。所以在反向寻车时,车主只需用百度地图一键发起寻车,即可在步行导航的指引下轻松找到车辆的停放位置。

    (四)智能医疗

      智能医疗是通过打造健康档案区域医疗信息平台,利用最先进的物联网技术,实现患者与医务人员、医疗机构、医疗设备之间的互动,逐步达到信息化。 在不久的将来医疗行业将融入更多人工智慧、传感技术等高科技,使医疗服务走向真正意义的智能化,推动医疗事业的繁荣发展。在中国新医改的大背景下,智能医疗正在走进寻常百姓的生活。

      典型产品如结合了人工智能技术的达·芬奇手术机器人系统。
    手术机器人
      它主要分为两个部分:手术台和由医生远程操控的系统终端。在手术台设有一个拥有三个机械臂的机器人,由它负责进行手术,精准度和灵活性都比人类医生来得好,尤其适用于高难度的手术。而在系统终端,医生所操控的计算机拥有可拍摄二维图像的摄像机,并将人体内的情况利用三维图像清晰地显示出来,让医生可以监控整个手术过程。目前这款手术机器人已经协助完成了近300万例的手术。

    四、特点

      各大厂商纷纷在智能硬件领域长线布局,智能硬件产业飞速发展,主流产品如智能手环、智能 手表、智能插座、智能路由器、智能电视、智能家居与智能健康、智能驾驶汽车、消费级无人机等产品等纷纷涌现,智能硬件开始向大众市场渗透。智能硬件是一个快速发展的产业领域,新产品、 新技术、新应用、新模式层出不穷,产业边界在不断变化,并呈现以下主要特点[4]。

      根据目前的产业状况,以产品的形态来看智能硬件包括可穿戴设备、智能家居、智能车载、智能无人系统、智慧健康以及其他面向消费和工业领域的智能化产品。智能硬件在本质上,是基于智能芯片、大规模集成电路、互联网及移动互联网、软件与应用、大数据和云计算、人工智能和虚拟现实、新能源和新材料以及生物技术等前沿技术领域的发展,跨界融合而形成的全新的产品形态。

      目前,发达国家均认可智能硬件是抢占未来信息化制高点的重要的途径和战略举措。在国际上, 以苹果、谷歌、微软、Facebook、特斯拉、高通等为代表的国际巨头,投入大量资源进行智能硬件技术研发和市场培育;在国内,百度、阿里、腾讯、小米、京东、乐视、360、华为、联想等企业也投入巨资构建自己的产业生态体系,快速推动智能硬件产业的发展。
    当前,全球正处于万物互联时代,物联网社会已经到来。随着前沿技术发展、企业和资本的广泛参与,智能硬件正快速的拓展到经济与社会的各个领域,释放和催生工业、农业、服务业、节能 环保、商贸流通、交通能源、公共安全、社会事业、城市管理等各个领域的新需求。智能硬件通过产生全新的生产制造和商业应用模式,激发大众创业、万众创新活力,大幅提高产业发展的质量和效率,为经济结构调整和产业转型升级创造了全新的发展空间,形成新的经济增长极。

      伴随各大领域企业竞相构建智能硬件生态,行业发展已从单品之争转向平台之争,平台的重要 性日益凸显。在智能硬件底层软硬件技术公共服务平台方面,国内外直接或间接竞争对手有苹果智能家居平台HomeKit和车载信息平台CarPlay、三星智能家居平台SmartHome、Google智能家居系统Brillo和车载信息平台Android Auto、百度智能健康设备平台dulife、小米生活服务平台 MIUI 6、阿里巴巴物联网平台、腾讯“QQ 物联”智能硬件开放平台、杰升科技机智云等。

    五、发展现状

    (一)智能硬件产品形成一定的比较优势

      可穿戴设备发展较快,企业保持全球前列。从全球市场看,据IDC最新数据显示,2016年第三季度全球可穿戴设备出货量排名中,小米公司占据第二,市场份额约为16.5%。我国企业步步高凭借儿童智能手表等产品,出货量也处于全球领先地位。从国内市场看,2016年第二季度中国可穿戴设备市场出货量为954万台,同比增长81.4%。中国可穿戴设备市场的高速增长主要依靠本土厂商在细分市场的精耕细作,及其综合实力的快速成长,这主要体现在4个方面:产品由硬向软的转变;功能由小到大的成长;渠道由点向面的覆盖;市场由内向外的扩张。智能家居稳步增长,应用标准和平台逐步形成。由于智能电视渗透率即将步入瓶颈,增长速度逐步放缓,而小家电及其他智能家居产品还未进入爆发期,因此国内智能家居市场总体仍将保持增长,但是增长速度在缓慢下降。家居平台和应用标准逐步形成,我国企业海尔、阿里巴巴、百度、小米等均已建立不同类型 的智能家居应用平台,如海尔的平台具备较完善的软 件和硬件开发API标准、大数据平台、开放的SDK等。 此外,互联网企业在布局智能家居时都在寻求适合的 跨界模式,与传统家居跨界合作频繁,以求相互取长补短增强竞争力。 我国无人机企业一家独大,带动形成成熟的区域产业链。我国企业大疆科技占据全球无人机市场约70%的份额,其中80%销量出口国外。核心技术方面,大疆自主研发的无人机飞控系统和航拍设备的性能业界领先,除自用外,还为下游制造企业提供飞控系统、任务设备和动力设备,加强产业主导能力的大疆的快速发展带动珠三角地区形成完整的无人机产业链,涵盖机架、电池、电机、云台、飞控系统、整机集成、投资、供应链服务、爱好者社区等关键节点,并辐射北京、上海。但如今Intel、高通、3DRobotic等国际企业布局加 快,加强了在消费级无人机芯片、飞控技术上的研发,同时“效仿”安卓的产业生态策略,以基础技术开源为手段加快对产业链下游的控制,我国无人机产业面临开源技术生态竞争,存在控制力下降的风险。

    (二)核心技术环节仍然薄弱

      MCU与短距离芯片仍处于追赶阶段,低功率广域网芯片抢占先机。在MCU方面,中国本土的MCU供应商在2016年稳步增长,代表企业如中颍、Gigadevice 和晟矽微都保持14%的年增长速度,但国产MCU主要仍以低端4/8位单片机为主,大部分仍用于消费电子、 家电、水表等专用市场。在短距离通信芯片方面,2015年国内Wi-Fi芯片迅速增长,国内大多厂商均成立于2000年以后,以中小型企业为主,成熟应用产品仍较少。在NB-IoT方面,我国相关技术发展较早,并利用先发优势,计划推出相应芯片,如华为海思作为 NB-Io主导方,计划推出NB-IoT商用芯片。新型传感器缺乏布局,产品性能与国外差距明显。我国传感器总体水平较国外差距较大,对于新型传感器缺乏布局。运动传感器普及度较高,ST、博世等国际大厂技术领先(性能稳定)、规模大(ST累计90亿 颗)。而国内传感器品类单一、规模小,技术水平总体较低。如格科威和豪威CMOS传感器出货量占据全球一半的市场份额,但是市场规模合计只有15%,充分体现我国CMOS传感器主要面向低端市场,缺少高端产品。此外,在光线、温湿度、距离、心率传感器等趋势性 应用领域基本空白。AMOLED产业为韩国三星垄断,柔性显示发展较慢。在AMOLED方面,小尺寸AMOLED面板三星的市占率逾95%,为打破垄断现状,国内厂商在此领域纷纷布局,京东方(2013年年底)、和辉光电(2014年年底)成功量产,华星光电、国显光电、天马、信利等企业也积极建设AMOLED生产线。在柔性显示方面,三星 显示器主宰了市场,国内企业仍处于追赶状态,产业链相对不够成熟,相关材料及设备均要依赖进口,人才和技术仍是弱项。

    六、未来发展趋势

    (一)随着国家战略性扶持力度的加大,智能硬件的发展将呈现出不断增长的趋势[5]。

      在中央及地方政策不断完善。国家出台一系列政策,成立联盟或产业基地,发力支持智能硬件产业的发展。包括国务院《关于积极推进“互联网+”行动的指导 意见》、发改委《“互联网+”人工智能3年行动实施方 案》、工信部《新兴智能硬件产业创新发展专项行动》、北京成立中关村智能硬件联盟、上海成立“科技50”智能硬件产业基地等。此外,产业相关标准正在完善,包括《智能硬件白皮书》、《中国可穿戴联盟标准》等。

    (二)智能机器人的使用将会是未来发展的重头戏。

      现在智能产品普及率高,人们享受到了科技带给人们的便利。但是,相对于智能手表,智能手环等智能产品而言,智能机器人的使用还不是很广泛,普及性不高。国外科学家们正在努力开发智能机器人,使之成为未来智能硬件产业的一个“开拓者”。在未来可能会面临一种情况,如:繁重的家务活、精细的手术、有危险的技术操作等一些体力劳动工作,都可以依靠机器人来完成,甚至一些脑力活动也能被机器人所取代。在未来,智能机器人的使用也将会实现爆炸式的增长。相关数据显示,在 2014 年,美国、德国等国家每10个工业人员,就会使用1台以上工业机器人。全球工业已经进入以大数据、云计算、智能机器人和 3D 打印技术等为典型代表的“第四次工 业革命”[6]。在未来,智能机器人将在工业领域大展身手。

    七、参考文献

    [1]赛迪智库. 智能硬件产业发展白皮书[N]. 中国计算机报,2018-12-24(008).
    [2]2019-2023年中国智能硬件行业深度调研及投资前景预测报告.
    [3]李天祥编. ANDROID物联网开发细致入门与最佳实践[M]. 2016 第14页.
    [4]AVC.2016上半年智能硬件行业发展总结与趋势展望[R]. AVC,2016.
    [5]易观智库.中国创新智能硬件市场发展专题研究报告[R]. 易观智库,2015.
    [6]李碧生.把握智能制造机遇 推动工业转型升级——西安工业经济智能制造革命浅析[J].经济研究导刊,2018,(19):46-47.

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  • 智能硬件设计开发流程

    千次阅读 2021-01-28 15:45:52
    一、总体流程说明 由于硬件部分研发周期长、成本高...在纵向上(按时间特性)我将智能硬件项目流程分成了8个阶段:市场阶段、立项阶段、EVT阶段、DVT阶段、PVT阶段、MP阶段、销售阶段和产品维护阶段,如下图所示: ...

     

    一、总体流程说明
    由于硬件部分研发周期长、成本高的特性,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,所以偏向传统的瀑布式流程可能是更适合的,实际过程中多个部分可以同时进行。
    整体流程如下图所示:



    以上流程也只是在实际产品开发过程中的一种应用案例,根据公司和产品的不同情况,具体流程可能不太一样,但总体上表现出一种阶段性。
    在纵向上(按时间特性)我将智能硬件项目流程分成了8个阶段:市场阶段、立项阶段、EVT阶段、DVT阶段、PVT阶段、MP阶段、销售阶段和产品维护阶段,如下图所示:
     


    实际产品研发中会发现有些工作模块的工作在穿插在整个流程中的不同阶段,所以抛开工作的阶段性,按照角色特性在横向上我将智能硬件项目分成了6个部分,分别是:产品项目、外观结构、嵌入式、互联网平台、工厂试制和销售。这几个部分之间,可能同步进行,也可能先后进行,需要根据实际情况进行灵活调整。如下图所示:



    下面先从纵向上介绍一下每个阶段的大概内容,然后再针对其中重复的模块进行横向的说明,希望这样能够把整个流程说的更清楚一些。


    二、纵向流程
    1、市场阶段
    硬件产品和软件产品一样,当我们有了一个关于产品的创意或大概的判断后,需要进行市场研究,这个阶段最重要的目标是确定这个产品创意靠不靠谱?以及市场价值大不大,值不值得做?
    不同的是,做一款硬件产品需要投入更多的人力物力财力和时间,如果产品不被市场认可,不仅打击团队的信心,也容易错失市场机会。而软件产品可以用极小的成本做一个MVP进行市场验证,如果产品不行,只需要半个月甚至更短的时间就能调整方向直到获得成功。所以做智能硬件时更需要做好市场调研。如下图所示:



    比如我在做智能车充产品的市场阶段:

    • 通过行业报告了解每年的新车销售数量和汽车存量规模;

    • 通过淘宝等销售渠道统计车充类产品的功能、价格和销量;

    • 和车充供应链中的模具厂、电源板方案商、五金厂等产业链供应商聊聊市场需求量;

    • 和不同用户(企业客户、滴滴司机、白领、老板、女性用户、货车司机等)针对产品的概念(包括对充电协议、位置、驾驶行为、保险、违章、SOS等方面)进行测试,了解其使用产品功能的动机;

    最终,在立项之前,通过对市场的综合分析产出一份市场需求文档,这份文档至少应该包括目标市场描述、用户特征、用户需求列表、产品价位、利润空间、上下游供应商、营销策略等信息。

    2、立项阶段
    经过市场阶段的各种调研分析之后,产品创意经过了重重考验,终于要开始要立项开动了,没有什么比做新产品更让人激动的事情了。市场需求有了,那么接下来就需要拉团队来做了吗?其实在立项阶段还有很多事情要做,如下图所示:



    在市场阶段,我们得到的需求更多的是用户需求,我们需要将用户需求转化为产品需求,其中首要考虑的就是转化过程中的需求可行性。记得之前某手机公司产品经理提了一个需求就是手机的主题跟随外壳的颜色自动适应,差点没被程序员拍死。这可能是个笑话,但我们在做实际产品过程中遇到的这样的问题不少,有些需求可能技术上暂时无法实现,或者实现的成本太高,我们需要对产品设计方案进行调整或让用户对产品进行妥协。
    这个阶段的需求分析包括了嵌入式软硬件和互联网平台(App和Web后台)的需求分析,最终形成一份产品需求规格说明书,并对产品的各种软硬件功能、性能、成本、安全性、外观结构等做出明确的要求。
    在一般的互联网产品团队里面,主要成员为产品经理、UI设计师、后台开发、IOS开发、Android开发、测试工程师、运维为数不多的几个角色,就可以完成一个App或网站等互联网产品的开发。产品研发流程分为产品规划、产品设计、技术研发、测试调整、提审发布5个阶段产品设计。
    那么智能硬件呢?智能硬件除了包含了互联网软件的部分,还涉及ID、结构、包装、硬件、软件、生产、认证和销售等环节,所以一个完整的硬件团队需要ID设计师、结构工程师、嵌入式硬件工程师、嵌入式软件工程师、硬件测试工程师、认证工程师、品质管理、FAE工程师、采购、项目经理等。
    出于对成本、周期和质量的考虑,其中ID、结构、模具外包给一家实力比较强的模具厂,嵌入式和互联网平台由自己研发,成品的生产和组装由代工厂负责、包装找了一家包装厂进行设计和生产,认证部分找了专业的检测代理机构。
    通过综合分析最后要产出一个项目分析报告,包括项目所需资金、人员、周期、利润、营销方案以及产品迭代计划等,然后组织相关人员召开立项会议正式进入研发阶段。

    3、EVT阶段
    EVT(Engineering Verification Test)指工程验证,此阶段是针对工程原型机做验证,对象很可能是一大块开发板,或是很多块开发板,关键是要有足够时间和样品。
    通常,如果是新平台,需要花的时间和精力可能更多,会有很多问题要解决,甚至有很多方案要对比;而修改既有产品的话,这个阶段会简单很多。
    这一阶段的重点是尽可能多的发现设计问题,以便及早修正,或者说设计可行性的验证。同时检查是否有规格被遗漏。一般不会开模,但会做外观设计,通过3D打印的手模进行验证, DVT开始才是模具品验证。


    EVT阶段外观结构(ID、结构、模具)、嵌入式软硬研发、互联网软件研发开始同步进行,如下图所示:


    需要注意的是:

    • ID、结构设计封板后就可以开始嵌入式硬件的layout了,在此之前,硬件部分可以做方案设计和原理图设计;

    • EVT阶段可以不投模,毕竟模具的成本不菲,等待工程验证通过后再进行投模,可以降低项目风险;

    • 嵌入式软件则不完全依赖硬件,可以在模拟环境中实现嵌入式应用开发;如果硬件部分完成就需要立即转移到在硬件部分继续开发固件或进行调试;

    • 互联网平台部分可以完全独立进行开发,只是在于硬件通信的部分需要在方案设计阶段定好数据协议,并通过模拟终端实现设备端和互联网平台之间开发的解耦。

    这个阶段需要确定好外观结构并打印出3D打印的结构手模,完成嵌入式软硬件开发,互联网平台也完成了1.0版本,然后烧录程序,组装样机并进行测试,包括:

    • 功能测试(测试不通过,可能是有BUG);

    • 压力测试(测试不通过,可能是有BUG或哪里参数设计不合理);

    • 性能测试(产品性能参数要提炼出来,供将来客户参考,这个就是你的产品特征的一部分);

    • 其他专业测试:包括工业级的测试,例如含抗干扰测试,产品寿命测试,防潮湿测试,高温和低温测试(有的产品有很高的温度或很低的温度工作不正常,甚至停止工作)。

    测试完成后需要将测试过程中的结果和问题记录到《样机整机测试报告中》,下个阶段可以参考这个报告进行调整优化。


    无论何时,建议尽早找一些真实用户对产品进行真实场景中的使用测试,也许能够发现一些之前没有想到的问题,从而避免后续发现问题后推倒重来。
    如果顺利的话,整机的测试效果理想,结构上、硬件性能上、固件功能逻辑上可能还有一些小问题,但是方向上是对的。项目经理可以组织大家对这个阶段进评审,总结一下外观结构、硬件PCB、BOM表、固件和互联网平台目前发现的问题以及后续优化的建议,开始进入下一阶段;如果不顺利的话,可能发现结构上的大问题需要改结构设计,或硬件需要重新打板验证、固件和互联网平台存在较大的bug,那么则需要再次进行EVT阶段个各项工作,直到通过样机的整机验证确认无方向性问题和重大问题为止。


    4、DVT阶段
    DVT(Design Verification Test)设计验证测试,是硬件生产中不可缺少的一个检测环节,包括模具测试、电子性能、外观测试等等。
    上一阶段已经看到产品的稚形了,这一阶段要继续完成各部分的研发,包括模具、嵌入式软硬件和互联网平台,验证整机功能的完整性和设计的正确性,并可作出可以进入生产的结论。因为生产意味着更大的投入,所以,这将是最后的查错机会,你需要把设计和制造的问题全部考虑几遍。


    这个阶段可开始进行包材的设计与生产了,包括外包装、内托和说明书,如果离真正出货时间还较远的话可以先完成设计验证,等到量产时再进行生产。
    这个阶段会继续对结构模具和嵌入式软硬件进行优化调整,可能会多次试模或打板,直到通过整机验证达到可进入生产环节的标准。
    整机验证时需要按照生产标准进行组装和测试,并产生全面的测试报告,当然也要找真实用户使用产品,看一下用户对产品外观结构、品质、功能上有什么感受和意见。
    如果经过测试发现产品有问题,那么一定要优化完成后再次进行整机验证,直到能够达到生产要求,同时要输出《生产指导书》给代工厂进行参考。


    5、PVT阶段
    PVT(Process Verification Test)生产过程验证测试,属于硬件测试的一种,主要验证新机型的各功能实现状况并进行稳定性及可靠性测试。
    上一阶段我们应该已经完成了产品的设计验证,也就是说外观结构、嵌入式软硬件已经完成了,互联网平台也完成了对应的1.0版本。这一阶段将严格按照该产品生产时的标准过程来进行,包括仪器、测试工具、生产工具等都需要到位。测试得出的结论,是大规模生产的重要基础,包括工序是否太复杂,零部件是否容易损坏、烧录工具和产测工具是否好用等Design for Manufacturering Fact的考量。

    如下图所示:


    理想情况下,在PVT阶段嵌入式、结构模具和互联网平台已经完成了,不需要任何调整,但也可能在小批量之前或过程中发现一些小问题,比如结构接合处不平整,按键手感不佳,硬件板框调整、某些元器件位置调整或替换等,需要重新进行小批量生产验证,直到达到量产要求为止。
    小批量完成后,我们已经有了一小批可量产的产品了,这时候就可以进行相关的认证了,一般认证时间都需要比较长的时间,可能3-8周,所以能够越早进行越好。
    PVT阶段完成后需要进行对这一阶段进行总结评审,确认量产需要的模具、PCB、BOM表、生产作业指导书、零部件签样等。


    6、MP阶段
     


    经过试产也就基本没有什么问题与工厂也都应该磨合好了,下面就按照生产排期进行生产即可。不过在这个过程中还是需要相关同事进行驻场监督,以免出现问题不能得到有效及时的解决。
    在这里需要对产品的加工处理、员工的操作标准、以及质检的规范程度等方面进行有效的监督和保证,只有这样才可以保证产品不会出现质量问题。


    7、销售阶段


    在生产过程中产品经理还有一个重要的工作要开始执行了,那就是与产品销售相关的工作。这一部分主要包括产品销售材料的制作,比如宣传文件或宣传视频等资料。
    同时也要对销售同事进行培训,帮助他们理解产品在市场的定位以及自家产品的优劣势,同教授产品的使用,便于他们进行宣传和销售,配合市场部门和销售部门对产品的营销推广活动。
    此时还要和售后、技术支持等同事进行培训,告诉他们产品使用方法和可能出现的问题以及应对的方法和话术,并对技术支持进行维修和故障诊断进行培训。
    销售阶段主要是跟进产品问题,当市场和销售在遇到产品问题时,及时地帮助解决,也可以请FAE同事处理一些简单的产品问题,保持持续的关注。

    8、产品维护阶段
     


    在产品的前期生产和销售后,基本上这个产品进入了一个稳定的状态,只需要跟进生产相关问题即可。


    智能硬件区别于传统硬件的地方是智能两个字,所谓智能就是让机器具有一定的理解能力,知道用户想要如何使用它。这离不开对设备运行数据和环境数据的收集与分析,设计更好的算法,对嵌入式软件部分进行更新。所以产品维护阶段需要保持的产品使用数据的关注,不断优化用户体验,迭代产品,提高App的使用率等。


    另外一个重要的事情就是对项目进行整体的复盘总结,分析在项目进行中的各项问题以及后续规避方案,提取研发过程中通用模块减少再次开发的时间,完善设计规范减少犯错误的几率、维护各个阶段的自检表,维持供应商关系等。


    最后,要开始规划下一代的产品了,也许早已经开始了。。。。。

    三、横向管理


    在整个纵向流程中关于产品项目、工场试制、销售部分已经在各自的阶段进行了详细的说明,而外观结构、嵌入式、互联网平台在EVT、DVT、PVT阶段中都有相应的工作要做,为了将流程说的更清楚一些,这里有必要对这几个部分进行单独说一下。


    1、外观结构
    我这里说的外观结构部分包括ID、结构、模具和包装,一般新产品开发顺序如下:



    流程说明:

    • 新产品一般是先有ID、后做结构设计,结构设计封板后再进行模具制作的;也有情况是产品模具使用公模或已有产品模具,只需要改一下ID和包装即可;

    • 包装设计一般比较简单,所以可以在ID阶段一起做了或者在DVT阶段完成,如果包装设计完成后离量产时间还有一定距离的话,只需要完成设计即可,等量产阶段再进行生产,减少包装损坏或更改的风险;

    • 结构设计时结构设计师需要多跟硬件工程师交流结构问题,讨论电子元器件的摆放和板框尺寸厚度等结构问题;设计完成后一定要3D打印出来反复组装零部件确认结构问题,这也是EVT阶段需要完成的任务;

    • 投模后,至少需要3~5次试模和修模,由于模具费用比较高且周期长,一般进入DVT阶段后才会开始投模,当然如果对结构比较有信心,也可以在EVT阶段投模,提前完成外壳部分;首次试模时最好采用透明壳料,这样方便观察结构上的问题,然后采用黑白双色,最后做表面工艺处理,不断优化外观。

    2、嵌入式
    组建团队时,一度很纠结,嵌入式软件部分到底属于硬件还是软件(互联网软件)团队,考虑到嵌入式软件跟硬件的联系非常紧密,嵌入式应用一般更新次数极少,且嵌入式软件开发人员对互联网软件部分了解不多,所以将嵌入式软件和嵌入式硬件放在一起,统称为嵌入式部分。
    实际嵌入式开发时,硬件部分和软件部分是同时进行的,前期嵌入式软件可以在开发平台上虚拟硬件环境进行应用开发,但后面还是要基于真实的板子进行开发,需要调试驱动,实现一些虚拟环境中没有功能。一般开发流程如下:


    在EVT阶段,前期的硬件设计方案非常重要,不仅关系到项目的成本、周期,甚至是成败,所以在设计时很有必要注意一下几点:

    • 正确、 完整地实现《产品需求规格说明书》中各项功能需求的硬件开发平台,充分考虑项目要求、性能指标及其它需求;

    • 方案设计过程中需要对产品需求规格说明书中的规格要求进行补充完善,如果尝试各种方法有无法实现的地方或指标相差很多时要及时反馈给产品项目方,对产品需求进行调整;

    • 综合对比多种实现方案,选择适合本项目的设计方法。若系统使用了新技术,为了确认该新技术,可以采用搭建实验板方法或购买开发板进行技术预研;

    • 考虑从成熟产品中进行复用,吸取以往设计的经验教训,避免重新出现同样或类似的问题;

    • 对于重要的和复杂度较高的部分要参考其它同类产品的实现方法或要求有相当经验的设计人员担任;

    • 进行对外接口的设计,考虑运行的安全性、用户使用的方便性与合理性。

    同样进行嵌入式软件设计时,也需要遵循一些通用的要求和原则:

    • 正确、完整地反映《产品需求规格说明书》的各项要求,充分考虑其功能、性能、安全保密、出错处理及其它需求。

    • 保证设计的易理解性、可追踪性、可测试性、接口的开放性和兼容性,考虑健壮性( 易修改、可扩充、可移植)、重用性;

    • 采用适合本项目的设计方法。若系统使用了新工具和新技术,需提前进,行准备;考虑选用合适的编程语言和开发工具;

    • 吸取以往设计的经验教训,避免重新出现同样或类似的问题;

    • 对于重要的和复杂度较高的部分要求有相当经验的设计人员担任;

    • 考虑从成熟项目中进行复用。

    好的设计是成功的一半,特别是在嵌入式开发过程中,一定不要急于动手,先想清楚,做好设计和评审,再依据设计行动,不说事半功倍,最起码不会走冤枉路,降低项目风险。

    3、互联网平台
    我这里说的互联网平台主要是指配合硬件的App、小程序、H5和Web等应用,有些硬件互联平台只是个辅助,必要时用户才会想到去使用,比如行车记录仪App;有些硬件的互联网平台提供了丰富的内容供用户配合硬件进行使用,比如智能音箱。不管这样,企业总希望能够提高App的打开率,跟用户有更多互动,挖掘更多的商业价值。
    关于互联网平台产品开发流程,网上的内容很多,这里也简单说一下,如下图所示:
     


    需要强调的是,产设计完成并评审通过后,研发部门最好对产品实现方案进行设计,并和产品一起评审。需求评审时,研发人员往往在短时间内很难消化需求的细节,产品也无法确定研发人员是否完全理解了需求内容。而方案设计是研发人员反客为主地跟产品经理从技术上对产品的理解,这样就很容易消除了需求的歧义,从而也让产品经理对产品的质量更加有把握。
    顺便贴一张日常工作的流程示意图:



    四、过程文档
    文档在产品开发过程中非常重要,需要引起足够的重视。写文档是深入思考的过程,有写逻辑和场景以为想清楚了,但是进行书面表达的时候往往发现没想清楚。如果这篇总结文章一样,在写的过程中发现了很多问题,反复整理了很多次才觉得稍微满意了一些,这块我会持续优化。
    产品过程中的常见文档如下图所示:



    如果还有其他需要的过程文档,欢迎在公众号内留言补充。。。

    五、项目里程碑
    一款硬件产品往往需要4~6个月时间,这比互联网产品的周期要长多了,互联网产品开发通过一个一个版本控制节奏,硬件开发时也可以为整个相对比较长的周期建立几个里程碑,这样不仅更方便项目管理,对团队也是一个很好的激励方式。


    我这里主要立了8个里程碑供大家参考,如下图所示:



    六、总结
    以上就是我从互联网行业转做智能硬件6个月后的总结,由于对硬件技术和流程的不熟悉,这个过程中也踩了不少坑。另外互联网思维和做硬件的思维存在很大的不同,总结几点自己的经验教训,希望能够给大家带来一些启示:


    1、欲速则不达:做互联网软件讲究敏捷,小步快跑,效率至上;做硬件虽然也讲究效率,但必须踏踏实实一步一步做好,解决好当前问题再开始下一步,不然很有可能会全部推倒重来,得不偿失;
    2、强依赖设计:项目进行过程要遵循前期的外观结构设计和软硬件方案设计,不要轻易改动,一个小的改动可能会起到连锁反应,拉长项目周期;
    3、在寻找供应商的时候,要找已经有做过类似产品的供应商合作,尤其是我们第一次做硬件的时候,供应商能够帮助提供很多建议,可以少走很多弯路;
    4、在互联网行业,如果需要寻找一些系统和服务的供应商,需要对方有一定的规模,但是在硬件领域,提供方案的公司规模并不那么重要,只要方案稳定可靠就可以合作;
    5、做硬件不像软件那样,硬件的利润很薄,市场越成熟,价格降的越快,这也是为什么硬件对成本特别敏感,所以要选择出货量比较大的产品,同时想各种办法降低整体成本;
    6、在硬件的定价上,可以像效率至上的小米那样永远只保持5%的利润率,但是小公司最好在推出新产品的时候选择合理偏上的价格,等市场铺开同类产品涌入后再不断降低售价,将无可降的时候再推出第二代产品,这样既能保持充足的利润,也能保持一定的市场领先;
    7、硬件产品如果对品质要求高的话需要把握三个关键点,首先是设计公司的工业设计水平,然后是选择靠谱的模具长,最后找一家品控做的很好的组装工厂,任何一个环节出现问题对产品的影响都非常大;
    8、不管硬件产品还是互联网产品,都是一个妥协的过程,高标准肯定会带来高成本、长周期,面对市场的压力有时候需要做一下妥协;
    9、硬件产品相比互联网产品整个链条要长很多,需要打交道的角色也多很多,有很多坑在等你,所以最好有一个比较懂硬件产品流程的人,不管是产品经理还是项目经理,对项目交付来说都是一个很好的保证。

    关注公众号,并回复“流程”二字可以,获取文中的思维导图源和图片源文件和其他相关资料。

     

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    智能硬件产品开发分享一、产品定位二、研发工作分解团队成员需求设计硬件电路设计固件开发互联网软件开发ID设计MD设计PCBA设计样机手板整机验证三、批量生产结构开模电子备料整机验证小批量试产大批量生产四、整体...


    文章系原创,转载请说明,谢谢!

    一、产品定位

    一个智能硬件产品的需求从哪里来?主要是公司定位,比如智能家居公司做智能开关,智能插座,智能锁,智能教育公司做陪伴机器人等等。

    确定要做的产品后,就要给产品进行定位,首先要看产品的用户群体,用户群体的消费能力决定了你的产品成本价格。一个产品要做成高档,还是中档或低档,也直接影响了产品功能的确定。

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    上图中是智能家居产品中的智能开关的竞品,第一个是Lifesmart,这个公司目前大概做了有6年左右,推出了一系列的产品,其中第一个图片中的这款,大家可以注意到右上角有“Works with Apple Homekit”的标志。这个标志的意思是,这款开关可以使用苹果的homekit软件进行控制。这也决定了它的成本不会低,因为苹果对于接入homekit的产品有严格的规定,甚至一度限制到使用哪款芯片。下图是小米的一个标准产品,一般小米的性价比是最高的,通过米家可以和小米的其他智能家居产品联动。

    那么如果我们想做一款产品,要做哪种呢,肯定不能和小米比价格,小米已经把所有环节的费用几乎都压到了行业最低。因为当时我们公司孵化于一个装修公司,有一些豪华酒店高档住宅的项目,那么我们选择做一款中高档的开关,要和小米做出区别,我们定义的用户群体和小米不同,我们的用户是豪华酒店或豪宅的前装市场,或高档社区的前装。

    确定了这些,市场定位和成本控制基本都有了范围。

    二、研发工作分解

    在这里插入图片描述

    一个智能硬件产品的工作内容比一个纯软件项目要多出2/3的工作量:除了互联网部分的工作要做外,嵌入式和产品形态两大部分的工作,都是工期比较长,比较复杂的工作内容。其中嵌入式分为嵌入式硬件和嵌入式软件,嵌入式硬件通常就是指PCBA,即电路板的设计。嵌入式软件一般称之为固件,是要烧写在产品的主芯片内的程序,嵌入式软件的编程语音一般都是采用C语言,近几年,随着安卓系统的发展,很多智能硬件产品也会采用安卓系统,就直接开发APP就可以了。
    产品形态包括两部分工作,一个是外观,也称之为ID,工业设计,一个是结构,也称之为MD设计。工业设计主要是确定产品的外观和大小尺寸,为用户呈现视觉效果;结构设计一般涉及到产品的组装以及实际使用功能,比如开关的按键,就是由结构设计来实现的。

    团队成员

    在这里插入图片描述

    确定好工作内容后,就要组建团队了,一个智能硬件团队都需要哪些人员,首先灰色的部分就是我们熟悉的纯软件开发人员,智能硬件产品一样也需要,还有我们比较熟悉的测试人员和产品人员,但是这两个职位和纯软件的产品和测试还是有所不同的,智能硬件的测试人员要懂得硬件测试知识,有些还是比较专业的,比如测试一个无线开关,除了基本的硬件功能外还可能要测试它的射频参数等。产品也一样,也要懂得硬件知识,比如在PCBA设计,ID设计,MD设计,固件开发过程中,纯软件的产品经理是很难把控这些环节的。
    剩下红色部分的就是新增的开发人员,ID工业设计师,MD结构设计师,硬件开发(有些比较大的公司,画原理图和画PCB板的还会分开,或者直接把画PCB外包出去),固件开发就是嵌入式开发工程师,另外还必须有采购人员,因为在开发过程中经常会有样机制作的情况而且不止一次,这些硬件都需要采购跟进。最后量产阶段还需要有品控人员。
    智能硬件的团队相较于纯软件团队,更庞大,分工也更复杂,当然小的创业公司也可能会一个人身兼数职,比如产品经理,测试,采购、项目经理全部有一个人承担。硬件开发、固件开发一个人搞定,ID和MD有时也可以一个人搞定,后端和APP一个人,UE/UI一个人或者外包。一个5-6人小团队有时也可以搞定这项工作,但是对于每个人需要掌握的技能就比较多了。

    需求设计

    在这里插入图片描述

    同样,在开发之前也需要出详细的需求设计文档,首先要先确定智能硬件的主要功能需求,根据功能需求再划分成各个细项的需求文档。
    产品外观需求,提出基本要求,比如产品的颜色,大概期望的样式,主要的结构功能,比如一个开关,需要几个按键,按键是触摸还是机械的等等。
    嵌入式软硬件需求是产品功能实现的一个核心需求,其中硬件详细需求根据产品的定位和功能需求,可以确定硬件的主要参数,比如内存、速度、存储、通信方式、指示灯等。软件需求主要是根据产品要实现的功能确定产品的功能逻辑,比如实现定时功能,开关功能,指示灯闪烁方式等等。
    互联网软件我们在这里就不多讲了。

    硬件电路设计

    在这里插入图片描述
    原理图设计是智能硬件产品中最重要的一步,这一步牵动了后面所有的开发内容。
    右边这个图就是一个电路原理图,学工科的一般在大学也都接触过,目前经常使用的画图软件是Altium Designer(简称AD),当前最高版本为:AD20.1.7,这款软件在2002年以前叫protel98,protel99, 后来到了2004年推出一版DXP2004,这也是比较经典的一版,后来又改名为现在的AD,我用过的版本是AD15,也是比经典的一版。
    在一个原理图中,最核心的就是它的主芯片。就是右图中红框中的芯片。怎么说呢,如果我们把一个原理图比作一个人体的设计的话,一颗主芯片就相当于人大大脑,一个原理图就是围绕着这颗主芯片展开的,大脑工作需要血液,那芯片需要电能,人有心跳,那电路板也有晶振,向主芯片提供脉冲,这个脉冲的频率往往和芯片的工作速度有关。人体的四肢,就相当于电路的配件,比如开关的按键。
    那么在原理图设计中,一切的工作基本都是围绕着这颗主芯片展开的。主芯片的选择,决定了后续一切工作的开展。这里我就讲一个自己亲身经历的例子。
    我们当时要设计一个zigbee通信的智能开关。而ZigBee芯片当时主要有3个厂家在生产,TI(德州仪器,CC2530)、 XXXXX 的xxx、 NXP(恩智浦)的JN5168。当时使用最多的是TI的芯片,价格也比较优惠,拆过小米的开关,他们用的是NXP的,xxx 是性能最好的,当时我们产品定位是高档,所以芯片就选了这款,但是这颗芯片为后续工作埋了很多深坑。
    首先在原理图阶段就有一个坑,因为这款芯片虽然性能好,但是价格较高,导致使用的人很少,那么可以参考的电路也就比较少,在这里zigbee的射频电路部分一些电感电容的参数只能自己摸索,在后续整机测试时,这部分电路返工好几次才确定最终的参数值。
    另外关键配件的选择也很重要,比如开关的按键还有继电器都是核心配件,这个阶段都要确定好。原理图出来以后,基本就可以做接下来的工作了。

    固件开发

    在这里插入图片描述

    原理图输出后,接下来有几项工作可以同时开展:嵌入式软件,互联网软件还有ID设计。其中,嵌入式软件的开发和原理图是关系最紧密了,原理图阶段对主芯片的选型直接影响到嵌入式软件的开发进度和质量。开发人员对这颗芯片是否熟悉,是否用过此系列芯片很重要。刚才以我之前经历的一个智能开关项目为例,当时ZigBee芯片选型时选择了XXXX公司的芯片,就为嵌入式买下了大坑,因为XXXX公司的芯片普及度不高,所以在北京基本找不到能开发此芯片的嵌入式软件工程师,项目一度受阻,最后是采用外包的形式,在厦门找了一个兼职工程师做了软件。
    在嵌入式软件开发过程中,关于各引脚的功能定义要和原理图紧密结合,根据原理的设计,写软件的底层控制逻辑。
    程序写好之后,要等PCBA生产出来,烧写到芯片上面才可以调试及测试。
    右上图是单片机烧写程序的工具,下图是烧写仿真器。没有烧写仿真器,嵌入式程序是无法进行调试的。

    互联网软件开发

    这个时候互联网软件也可以开发了,在这里就不多讲了。大家都比较熟悉。

    ID设计

    在这里插入图片描述

    原理图输出后,ID设计也可以开始了,为什么推荐必须原理图确定之后,才能开始结构设计呢,因为原理图确定后,电路板上面的大件电子元器件尺寸就可以确定了,这个时候设计外观会更准确,避免返工。
    ID设计的原则是什么呢,ID是外观,所以美观当然很重要,但是也不能一味的追求美观,一个ID设计师最好也要懂一点结构设计,因为不是所有的外观设计都能够进行MD设计并能开出合适的模具,比如右图这种ID设计,基本是没有办法开模具了。
    这里给大家讲一个小故事,就是有一次我参加一个小米的产品培训,当时讲师问了一个问题,为什么小米的产品都是圆角而不是直角,当时有一个CEO给出了答案,从美学的角度讲了很多圆的优点。但是讲师给出的答案是,用圆角不用直角的原因只有一个就是为了省钱,因为从结构开模上讲,圆角比直角好实现,并且成本低,在注塑阶段也是一样,圆角省料并且更好实现。所以一个好的外观,不但要美观还要易实现、成本低。

    MD设计

    在这里插入图片描述

    ID设计输出后,就可以进行MD设计了,MD设计是根据ID设计的6面图进行的,在MD设计的过程中,还需要知道PCBA的主要元器件的摆放位置,当然这两者户互相制约影响的,一般都是根据外观确定好PCBA的几个大件摆放,比如智能开关的按键,按键放在什么地方,ID阶段基本就确定了,还有电池等大件,大概确定范围,就可以开始MD设计了。MD设计除了考虑以上因素外,还要考虑组装的复杂度,尽量要组装简单,并且要做防呆设计,防呆两个字表面意思理解就是防止痴呆症患者,其实意思就是你这种设计组装时要简单到连傻瓜都能装对,一般是通过接口的特殊设计来实现,主要没有安装对就装不上。就像上面图片里面电路板和外壳标红的地方就是防呆设计,电路换个方向就会装不进壳体。
    MD设计完之后,一般需要打手板来验证,这个过程不但周期长,而且成本高,一般一只开关的壳做出来就要700左右,可以手工来做,也可以选择3D打印来做,但是3D打印的效果其实还不够好,只能简单验证下结构的功能。在做智能货柜时,货柜两边的摄像头,上面的壳体就是我们自己设计生产的,3D打印的话,一个壳体大概100多,后来开模生产的壳体,一个才1块多,样品阶段确实非常费钱,而且费时。

    PCBA设计

    在这里插入图片描述

    MD设计完后就可以输出PCB的轮廓图了,一般我们见到的板子可能都是四方的,因为四方的好生产,所以一般没有特殊结构要求我们都会把板子做成四方的,但是大家可看到我这里放的几个PCB板子就是奇形怪状的,这个就是由于产品结构的限制,使板子必须设计这样才能够安装。
    其中PCB也是用前面提到的AD软件来设计的,是根据原理图生成的,然后再那个生成的图的基础上再进行布线等一系列操作。PCB设计一般如果没有高速信号或者射频电路等,两层板就可以了,但是如果有射频类的电路就要用到4层板,防止电信号对射频信号造成干扰,当然板子的层数越多,制造成本也就越高。
    设计的PCB图纸发给PCB印刷厂印刷出来的板子就叫做PCB板子,上面是没有电子元器件的。由于PCB印刷是有污染的,所以北京及北京周边是没有工厂的,这个一般需要南方的工厂帮忙代工,在样机阶段,可以选择像嘉立创这样的工厂帮忙生产,比较便宜而且快,因为他们有专门想样机阶段板子的流水线,会把不同客户的板子拼在一起,节省原材料。一般一个板子,根据面积和层数收钱,之前我们设计的开关的板子,一次打样费用大概500元左右。
    PCB印刷好之后,需要把芯片电子元器件焊接到板子上,焊机好的成品就叫做PCBA。焊接北京还是有一些工厂在做,但是样机阶段找大厂做比较不划算,找小厂稍微省点钱,但是这个阶段也是一样费钱,一般贴片机开一次就要3000以上,无论你焊接几块,这是最低开机费用,因为他要根据你的PCB生成贴片程序,还要上料,这个阶段一般也就做10块板子,只这一项代工费就差不多300元一个了。一个PCBA做好,如果没有特别贵的元器件的话,一般400-500元。在开发过中,很少有一次就成功的,所以这个过程会反复好多次。硬件开发真的是费钱又费时。在南方的话可能还方便点,所有代工厂都在一起,做起来比较快。

    样机手板整机验证

    在这里插入图片描述

    MD的手板件,PCBA成品,固件程序,互联网程序都开发完后,就可以整机验证了。整机验证首先要看手板件和PCBA组装后是否有问题,有问题是修改结构还是PCB布线。另外还要验证固件程序烧写到PCBA后功能是否都能实现,有没有Bug。最后还要和互联网软件联调,测试功能实现情况。
    经过修改后进行再次验证,这里验证过程测试人员需要跟进,做完整的测试方案。测试没有问题后,就可以找一个真实场景的用户进行试用。在试用过程中发现问题,还需要继续解决,直到试用不再出现问题,研发阶段基本就可以告一段落了。

    三、批量生产

    在这里插入图片描述

    再接下来就要进入批量生产环节了。批量生产分为三个阶段,一个是量产前的准备,再接着是小批试产,最后是大批量生产,能撑到大批量生产的产品一般都算是比较成功的产品了。接下来我们看看量产前的准备都有哪些工作。

    结构开模

    在这里插入图片描述

    第一个工作就是给结构开模具,通过刚才的MD设计部分我们知道打手板是非常贵的,如果不开模具是不可能进行小批试产的。但是开模具也是需要非常谨慎的一步,因为花钱太多,上图中的铁块就是一个模具,你可以看到铁块里面有一些凹进去的部分,那个就是产品的结构件,注塑的时候就会在凹进去的部分新程结构件。
    在做模具之前,一定要反复确认MD设计,做的过程中,要确定一些参数,最重要的是结构件的使用寿命,比如是可以出10万件还是1万件,5000件。我们做的摄像头壳,那么小,只能出5000件的模具还需要上万。如果使用寿命长,体积大,那么成本会更高。最后这个模具费用都会被平摊到产品上去,所以你的产品最终想出多少量,这里就要有个预估。
    另外产品的表面是光面还是磨砂面,也要在这个阶段确定,产品的表面就是由模具的材质决定的。
    模具做好之后,要注塑试模,一般主要看表面有没有瑕疵,我记得当时好像是如果结构件的背面有很大的柱子,表面就容易塌陷,一般或多或少都会有点瑕疵,就需要反复修改模具。
    去过一次模具厂,模具的 加工就是慢工出细化的工种,会有一个很小的钻头还有水慢慢的磨,是大型机器,确实不是立等可取的东西,一般模具的生产周期都在40天左右。

    PS: 模具的使用寿命影响因素(网上搜的)
    1,模具钢材中夹杂物的含量增加:模具钢中的夹杂物是引起模具内部产生裂纹的起源,特别是脆性氧化物和硅酸盐等夹杂物,在热加工中会时不时的发生塑性变形,由此会引起脆性的碎裂形成微裂纹,当我们在进一步的热处理和使用中,该裂纹会进一步的引起模具的开裂。
    2,碳化物分布不均匀引起的失效:我们用的注塑模具钢材中,有大量的共晶碳化物,当我们进行模具钢材锻造时,锻造比小或者是浇注温度控制不适当,在钢材中容易呈带状或者是网状碳化物的偏移,这样会使模具零件在淬火时出现沿着带状或者是网状碳化物严重的部位出现裂纹,当我们在使用的过程中内部裂纹会进一步的扩展进而引起失效,或者是出现断裂的现象。
    3,模具钢材的锻造质量不好引起的失效:钢材锻造质量的好坏会直接影响着模具的使用寿命,如果锻造的加热制度与变形工艺不当,这样会直接引起钢材产生过热,出现表面裂纹,内裂,角裂等缺陷的现象。这些都会降低模具的使用寿命,或者出现直接报废的现象,对于高碳高铬的莱氏体钢,导热性相对较差,如果在锻造加热时加热速度过快,或者是保温时间不足,造成锻造时钢坯内外温差大,这样也会产生内部裂纹。
    4,还有一点就是模具钢材的表面质量太差:如果模具钢材出现表面脱碳严重的现象,当我们在进行机加工后,仍然有残留的脱碳层,在对模具进行热处理时,由于内外层组织不同造成明显的应力不同,这样会出现模具淬火裂纹,如果在进行淬火之后,模具表面层的硬度偏低,截面的硬度分布还不均匀,都会影响模具的使用寿命。

    电子备料

    在这里插入图片描述

    这个阶段电子元器件就需要备料了,在前面讲到当时我们主芯片选择的是silicon公司的芯片,导致在电子备料阶段也有一个大坑,就是市场上这款芯片非常少,购买渠道太少,而芯片的订货周期很长,并且对起订量也有要求,所以不是很好备货,备少买不到,备多了会压自己的资金。
    其他普通的电子元器件一般都比较好购买,也比较好备货,渠道也多,但是尽量还是从打代理商处买。电子元器件有时工期超长,比如2017年时贴片电容,由于一家大供应商停产了,导致市场上电容紧缺,价格从10几块一盘上涨到300-400元,涨了几十倍,而且正规代理商处还哦度拿不到货,货期都排到了4个月-6个月。
    上图中是一些常用的电子元器件。现在的电子元器件大都是贴片的,极少数还有一些是插件的,插件的就是这种带脚的。一般大的电容都是插件的。

    整机验证

    在这里插入图片描述

    小批量试产前还有一次整机验证,这次整机验证的产品外壳就是由模具生产的结构件,整机组装后再次进行测试,最后进行产品内测,这次的生产个数会比样机阶段要多,但是比小批试产要少,一般是几十一百的样子,放在真实场景进行内测。继续监测产品的性能、功能、稳定性等。

    小批量试产

    在这里插入图片描述

    通过产品内测后,就可以进行小批量产了,这个阶段一定要选准代工工厂,一个成熟的代工工厂可以帮助你少走很多弯路,现在有工厂可以做到一条龙服务,从结构件生产,PCB印刷,贴片,电子元器件供应到组装包装,全部搞定。在这个阶段还有几个设计要做,都是和生产相关的,如果电路板上有插件的元器件,还需要制作治具帮助进行焊接,还有生产好的板子要进行测试的话,也需要设计测试治具,进行电路的检测。这两种治具一般工厂都会帮忙待做,但是有费用。
    最后生产完毕,还要看看产品需要进行哪些相关认证。一般电器产品,国内都要多3C认证,这个认证最后是需要到现场进行验厂的,所以工厂的配合很重要,如果出口国外一般还要做其他认证,比如欧盟的CE认证,东南亚的PSE认证等。

    大批量生产

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    小批量产过后就到大批量生产了,到这个阶段产品基本都比较成功了。主要就是细化工艺,质量把控、售后准备等内容了,大批量阶段在这里就不和大家多讲了。

    四、整体流程回顾

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    最后回顾一下整个流程,这是一个总图。有15个环节,其中可以看到原理图设计在一个非常重要的位置上。其他几个重要的开发过程都依赖于它的输出,所以在产品设计的前期非常重要,不能单一得只从技术或者只从成本角度考虑,要有一个全局的考虑,才能给后来的开发少挖坑。一个智能硬件产品的问世经历了研发、产品、测试、项目经理、采购,品控等各环节工作人员的辛苦努力和付出,需要耗费大家很多心血加上运气及各种因素才能成就一款产品,在这里向各位奋战在产品研发一线的同学们致敬!

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空空如也

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