Наглядное пособие по разработке продуктов. Часть 3: Конструирование
Руки совместно с Клубом производственников Московской школы управления Сколково публикует перевод третьей части канонического гида по разработке продукта от Бена Эйнштейна (Ben Einstein), промышленного дизайнера и одного из основателей калифорнийского hardware-инкубатора Bolt.io.
Часть 3: Конструирование
Каждый шаг на стадии конструирования (составление технических требований, создание функционирующего прототипа, разработка прошивки / софта) позволяет убедиться, что продукт работает надежно, а его производство будет рентабельным.
После завершения этого этапа вы получите прототип, который хорошо функционирует, но выглядит не слишком презентабельно, а его UX-характеристики нуждаются в доработке. Процессы конструирования и дизайна почти всегда проходят одновременно.
Рисунок 3.1 Этапы конструирования продукта
Технические требования (Engineering Specification)
Верный признак грамотно спроектированного продукта — это тщательно проработанная техническая документация.
Рисунок 3.2 Место технических требований в цикле разработки продукта
Технические требования (spec) — это ключевой документ при создании hardware-продукта. Хотя многие стартапы считают, что любой вид документации — это пустая трата времени и ресурсов. Но я не раз наблюдал, как компании теряли месяцы и десятки тысяч долларов из-за того, что не проработали технические требования.
Рисунок 3.3 Требования к конструкции и функционалу продукта
Существует семь ключевых категорий характеристик, которые подходят для описания большинства продуктов:
● Коммерческие и нормативные — страны продаж и рекомендованная производителем розничная цена (РРЦ, или MSRP), нормативные требования, допустимая структура извлечения прибыли, график обновления продукта, в том числе определение окончания срока службы (End-of-life, или EOL).
● Железо и датчики — полная схема всей аппаратной системы, список основных компонентов по ведомости материалов (Bill of Materials, или BOM), требования к датчикам.
● Электроника — размер печатных плат (Printed Circuit Boards, или PCB), объем памяти, требования к процессорам и коммуникациям, размер / срок службы / химический состав элементов питания.
● Прошивка и библиотеки — операционная система или встроенная среда, используемая прошивкой; API-спецификации, требования к внешним библиотекам.
● Программное обеспечение и веб — стек софта и среда для разработки, требования к серверной инфраструктуре, план конфигурационного управления (Software Configuration Management, или SCM), маркировка ошибок.
● Долговечность и упаковка — требования к сроку службы, цикл работы отдельных подсистем, требования к упаковке.
● Внешние факторы и сервис — допустимые показатели температуры и влажности, описание условий обслуживания и возврата / замены, система клиентской поддержки, допустимые отклонения продукта.
Рисунок 3.4 Пример сформированных требований
Для многих крупных компаний горы бумаг — это необходимость. Их кропотливо составляют и дополняют таблицами и графиками с указанием мельчайших подробностей. В некоторых случаях в таком подходе действительно есть смысл, но для большинства стартапов это слишком накладно.
Рисунок 3.5 Пример рабочей спецификации требований
На мой взгляд, намного эффективнее полагаться на "рабочие спецификации" (working spec). Вы создаете документ с открытым доступом (для этого хорошо подойдет Google Drive) и делите его на отдельные блоки в зависимости от категории требований.
Многие стартапы регулярно дополняют документ по мере формирования новых требований. Желательно учесть все возможные требования к продукту. Те категории, которые вы пока не сформулировали, обозначьте пометкой "Уточнить" жирным шрифтом.
Функционирующий прототип
После того, как вы внесете в документ достаточно информации, приступайте к поиску технических решений. Ваша задача — создать прототип, который внешне, возможно, отличается от конечного продукта, но при этом работает так, как надо, и отвечает всем заявленным требованиям.
Рисунок 3.6 Место создания функционирующего прототипа в цикле разработки
Функционирующий прототип помогает ответить на многочисленные вопросы, которые возникают в процессе составления технических требований. Ключевая функция устройства, выбор компонентов, печатные платы, механика, ощущение от продукта и сборка — каждая деталь будет определена на этом этапе.
Рисунок 3.7 Итерации считывающего устройства для оценки ключевой функции
Большинство продуктов обладают ключевой функцией, то есть самой важной системой, которая обеспечивает корректную работу устройства. В случае с DipJar (стартап, с которым сотрудничала Bolt) ключевая функция — это считывание данных банковской карты и обработка транзакций.
На фотографии выше показ����но, как менялась конструкция компонента для считывания данных — разработчики начали с грубой модели, напечатанной на 3D-принтере, а закончили прототипом, созданным с помощью пресс-формы. Дизайн считывающей головки также поменялся в процессе, поскольку компания подобрала оптимальный вариант для более эффективного считывания магнитной полосы карты.
Рисунок 3.8 Подбор компонентов: пример выбора динамиков
Подбор компонентов может потребовать несколько месяцев, которые уйдут на оценку и тестирование. Но только так можно с точностью определить, насколько комплектующие соответствуют базовым требованиям функциональности и надежности.
На фото выше показано несколько модулей динамиков, которые тестировали в DipJar. Испытания помогли подобрать оптимальную комбинацию цены, качества звука, долговечности, а также доступности комплектующих с учетом скорости поставки.
Рисунок 3.9 Эволюция печатной платы DipJar
Если ваш продукт оснащен печатной платой, то перед стартом массового производства вы поменяете дизайн PCB примерно 5-10 раз. Процесс разработки платы начинается с отбора компонентов. Следующие этапы — это создание макетной платы (bread-boarding, на фото слева) и нескольких моделей, готовых к серийному производству. Перед тем, как заказать партию готовых PCB у подрядчика, DipJar провела шесть итераций печатной платы.
Рисунок 3.10 Корпусные работы
Все компоненты и платы должны быть заключены в надежную оболочку. Если в состав корпуса входит металл, то цикл разработки требует больше времени. На создание подходящей внешней "оболочки" у DipJar ушло несколько месяцев.
Рисунок 3.11 Пластиковые детали
Почти каждый продукт, над которым я работал, содержал хотя бы одну пластиковую деталь. На разработку и отладку литых пластиковых деталей обычно уходит 8-12 недель, поэтому с дизайном лучше определиться как можно раньше.
На фото видно, как DipJar меняла дизайн пластиковой панели — компания начинала с компонента со сложной конструкцией, но в итоге создала более простую модель. Многие характеристики удалось оптимизировать. Это касается толщины стенок, углублений, закруглений, отверстий для шурупов, склеек, внешней оболочки, текстуры и целостности конструкции.
Рисунок 3.12 Утяжелители для формирования ощущения продукта
Ощущение от продукта также играет важную роль. Иногда продукты оснащают внутренними утяжелителями или специально утолщают стенки, чтобы тактильные свойства соответствовали внешнему виду устройства. У DipJar центр тяжести расположен достаточно высоко, поэтому основу пришлось дополнительно утяжелить — для этого разработчики использовали стальной элемент, изготовленный с помощью лазерного станка. При изготовлении второй партии стальной противовес заменили алюминиевым, чтобы сократить затраты.
Рисунок 3.13 Сборка
Когда все компоненты подобраны, пластиковые детали спроектированы, а итерации плат завершены, важно определить, готов ли продукт к сборке. На раннем этапе создания функционирующего прототипа простого ответа "да" или "нет" вполне достаточно.
По мере приближения к этапу серийного производства важно просчитать возможные ошибки и провести оптимизацию как денежных, так и временных затрат.
Этот этап также включает сборку кабелей, подбор крепежей и клеящих материалов, регулировку различных элементов и зазоров, а также оценку доступности инструментов.
Прошивка и софт (Firmware and Software)
Большинство продуктов, в которые инвестировала Bolt, обладали одновременно и прошивкой, и ПО. К сожалению, работу над ними можно начинать только после создания прототипа, поскольку ПО зависит от аппаратной части продукта.
Рисунок 3.14 Прошивка и софт
Инженеры-электротехники и специалисты по встроенным системам практикуют разные методы разработки прошивки. Наиболее популярный подход выстроен по принципу "снизу-вверх".
Рисунок 3.15 Прошивка и софт
Процесс начинается на нижнем уровне, то есть на уровне hardware, а затем идет вверх к веб-разработке:
1. Аппаратный тест — тестирование основных функций для оценки корректной работы плат и схем. Для этого проводится тестовая перепрошивка, подключение и отключение питания, проверка светодиодов и коммуникаций. Чаще всего этого достаточно, чтобы выявить серьезные недостатки на первом этапе оценки.
2. Команды — проверка всех цифровых компонентов (I2C, SPI, USB и др.). Это базовая оценка функционала, которая гарантирует, что все компоненты выдают корректные параметры.
3. Функции — преобразование каждого набора команд и последовательных логических операций в пользовательские функции. В случае DipJar ключевая функция — это введение суммы в долларах и ее отображение на LED-матрице.
4. Библиотека — разработка групп функций, которые входят в одну категорию и зависят друг от друга. Например, все функции дисплея или все функции модема.
5. Управление — многие продукты работают в многопоточном режиме, и порой бывает сложно наладить четкую работу каждого потока. Задача DipJar — это снятие денег с карты за несколько секунд. В процессе важно, чтобы корректно работала система связи, а также срабатывал дисплей и динамики, то есть активируются три потока одновременно.
6. API / веб — отдельные потоковые функции должны эффективно взаимодействовать с веб-сервисами. Многие продукты поддерживают двустороннюю связь, то есть оборудование коммуницирует с сервером, а сервер коммуницирует с оборудованием. Тщательная проработка API гарантирует эффективность и стабильность связи.
Рисунок 3.16 Итерации: работа над ошибками и недостатками
После сборки первого функционирующего прототипа вы наверняка обнаружите массу несовершенств. Может оказаться, что в спецификацию вошли неполные или неверные требования. Или обнаружится, что компоненты не отвечают установленным нормам.
Обычно требуется создать 3-4 функционирующих прототипа, прежде чем приступать к финальной стадии разработки.
Рисунок 3.17 Финальный функционирующий прототип
В результате проделанной работы вы получите прототип, который подтвердит возможность серийного производства качественного продукта.
На фото выше – финальный рабочий прототип с деталями, которые пока нуждаются в доработке (красная стрелка указывает на нечеткие светодиоды, неподходящий цвет пластика и слишком грубые швы на металлическом кожухе). Однако продукт уже подключается к сотовой сети и обладает функциональным API, что позволяет снимать деньги с банковских карт.
Как только рабочий прототип будет соответствовать всем установленным техническим требованиям, можно начинать подготовку к серийному производству. Следующая стадия – это валидация продукта. О ней мы расскажем в финальной части гида.
- Прототипирование и производство в Китае
- Подбор фабрик с расчетом стоимости продукта
- CAD-моделирование, DFM-анализ
- Прототипы: 3D-печать и CNC от 1 до 500 шт.
- Настройка производственной линии
- Контроль качества OEM/ODM