Наглядное пособие по разработке продуктов: валидация

Это последняя, четвёртая часть из цикла статей о процессе разработки физических продуктов. Если вы пропустили Часть 1: Формирование идеи, или Часть 2: ДизайнЧасть 3: Конструирование, обязательно их прочтите. Автор: Ben Einstein. Оригинал Перевод выполнен командой FABINKA.

Часть 4: Валидация

Валидация является самым стандартизированным этапом в создании продукта.  Это строгий процесс объединения инженерной разработки и дизайна, который проводится для подтверждения того, что продукт можно производить в промышленных масштабах. Валидация начинается с инженерного прототипа, с которым проводятся инженерные, дизайнерские и производственные тестирования и испытания. Цель каждой части – оптимизация продукта для массового производства.

Рисунок 4.1 Валидация продуктов

Инженерный прототип (Engineering Prototype, EP)

Инженерный прототип — это первый этап в процессе разработке, где встречаются дизайн и конструирование.

Рисунок 4.2 Конструкторский прототип

Наверняка вы помните, что каждая из стадий дизайна и конструирования завершилась своим прототипом.

Рис. 4.3. Работает (но смотрится ужасно) Отлично смотрится (но не работает)

Совместить их в один сложно и зачастую требует жертв с обеих сторон. Основные шаги на этом этапе:

●        Производство пяти или меньше устройств (часто достаточно одного)

●        Отсутствие технологической оснастки и оптимизации затрат. Ничего страшного, если прототип будет стоить очень дорого (часто в 10 раз дороже, чем производственная версия)

●        База данных (полный список всех деталей и файлов моделей), которую можно отправлять производителю для запроса цены и условий производства (RFQ, request for quotation)

Этот этап – самое лучшее время для получения инвестиций. Инженерный прототип представляет самый большой шаг в процессе разработки продукта. Для B2B компаний инженерного прототипа будет достаточно для начала продаж. Так как циклы продаж обычно занимают долгое время, разумным шагом будет демонстрация инженерного прототипа с гарантированием выпустить производственную версию через несколько месяцев.

Рисунок 4.4. Финальная оптимизация печатных плат

Если в вашем продукте есть печатная плата – пришло время сделать финальную оптимизацию производительности и затрат. На фото выше вы можете видеть четыре итерации DipJar LED-платы в попытках сократить затраты при сохранении надежности.

Рисунок 4.5 Технологичность конструкции

Один из самых значимых этапов разработки инженерного прототипа – это подготовка пластиковых и металлических частей для массового производства (проектирование с учётом технологических требований, технологичность продукта, design for manufacture, DFM). Пластиковые детали разделяются на нескольких частей для формовки (красная стрелка); добавляются ребра жёсткости для придания прочности и неизменяемости формы стенок (синяя стрелка); также добавляются кольца (желтая стрелка).

Рисунок 4.6 Особенности технологичности конструкции

И ещё работа над технологичностью! В процессе проектирования DipJar очень сложно было добиться чёткого изображения на LED матрице (в функционирующем прототипе обнаружились значительные потери света). Эта проблема была решена с помощью специальной техники формовки и LED рамки (красная стрелка на рис. 4.6). Винтовые базы также были оптимизированы для формовки и сборки (синяя стрелка).

Рисунок 4.7 Технологичность сборки

Также важно обеспечить легкий процесс сборки именно для технического персонала, а не для инженеров (технологичность сборки). Сборка включает в себя укладку плат нагреванием (красная стрелка рис. 4.7), фиксацию в разъемах и укладку кабелей для подключения платы (желтая стрелка) и оптимизацию конструкции для свободного доступа к любой части (синяя стрелка).

Рисунок 4.8 Контроль собираемости

Когда эти детали оптимизированы, инженеры обычно проводят несколько пробных прогонов сборки, чтобы проверить длину кабелей, очередность сборки, зазоры и размеры/функциональность. Это параметры будут в дальнейшем оптимизированы при валидации функциональности.

Рисунок 4.9 Проверка функций продукта

Когда всё приведено в порядок, вы получаете окончательный инженерный прототип. На фото слева изображен очень важный момент для команды создания продукта – первое списание чаевых с кредитки с использованием DipJar.

Валидация функциональности (Engineering Validation Test, EVT)

Рисунок 4.10 Валидация функциональности

Валидация функций продукта – последний тест основной части разработки продукта. Вопрос, который необходимо задать: «отвечает ли мой продукт требованиям к функциональности из спецификации?». Общие шаги проведения таких испытаний:

●        Тестирования на 20-50 единицах продукции

●        Первая сборка контрактным производителем (здесь может быть очень много ошибок)

●        Используется недоработанная оснастка (первая попытка), поэтому в результате может получиться неправильный цвет, отсутствие текстуры или даже значительные проблемы с подгонкой частей

●       Проведение основных тестов, включая мощностной, температурный и электромагнитный

Часто проводится ещё один тест после внесения исправлений.

Рисунок 4.11 Прошивка и диагностика продукта

Во время данного тестирования печатные платы впервые попадут в производственные условия (хотя и могут идти с тестовой прошивкой). Чтобы контрактный производитель делал все согласно спецификации, обычно на производстве присутствует хотя бы один инженер.

Рисунок 4.12 Работа со сборочными единицами

Продукты на данном этапе производятся с использованием сборочных операций, спланированных на стадии инженерного прототипа.  Эти операции включают сборку сборочных единиц и последующее их объединение.  На рисунке 4.12 вы можете видеть 25 основ с припаянными динамиками, мобильными антеннами и установленными утяжелителями.

Рисунок 4.13 Результаты первой сборки

Когда сборочные единицы готовы и соединены, первую партию изделий в стадии инженерного прототипа можно в первый раз подключить к питанию.

Рисунок 4.14 Функциональное тестирование

Далее эти изделия проходят через серию функциональных тестов. На фото выше можно увидеть несколько основных тестов энергопотребления. Также необходимо протестировать изделия на перегрев и способность выдерживать повышение электро-магнитного излучения и статического электричества. При обнаружении крупных конструктивных недостатков проводится еще одна валидация функциональности. Если их нет, начинается стадия валидации дизайна.

Валидация дизайна (Design Validation Test, DVT)

Рисунок 4.15 Валидация дизайна

На этом этапе впервые главным направлением становится процесс производства. Основной вопрос здесь: «отвечает ли продукт всем возможным требованиям, включая визуальные и экологические?». Основными шагами на этом этапе являются:

●        Создание 50-200 единиц продукции

●        Заключительный тест перед производством

●        Оптимизация производительности (количество рабочих единиц продукта, выходящих с линии сборки) и времени (количество производимых в день единиц)

●        Продукты на этом этапе проходят через большое количество испытаний

Рисунок 4.16 Контроль скриптов

Из-за производства большого количества продуктов, на данном этапе фокусируются на инструментах и приемах, которые позволяют продукту стабильно работать. Если для этого ещё не созданы производственные условия, самое время это сделать.

Рисунок 4.17. Сборка

Обратите внимание, что сборочные операции – такие же, как и на этапе валидации функциональности, но количество изделий гораздо больше.

Рисунок 4.18 Испытания, испытания, испытания

Продукты на стадии валидации дизайна проходят через многочисленные тесты. Слева на фото вы можете видеть DipJar в тестовой климатической камере. Некоторые компании предпочитают делать испытания на ударную нагрузку в специальных лабораториях. Команда DipJar пошла по более простому пути (фото справа).

Рисунок 4.19 Нормативные испытания

При валидации дизайна с изготовленными изделиями проводятся также нормативные тесты. На фото выше DipJar проходит FCC (Federal Communications Commission) сертификацию на активное излучение сотового модуля.

Рисунок 4.20 Испытания визуальных деталей

Если в вашем продукте есть визуальные особенности (к примеру, интегрированные в пресс-форму элементы декора, тампопечать (pad printing), цвета пластиков, трафаретная печать (screen printing)) продукты на этом этапе разработки будут первыми, созданными с учетом этих особенностей. У DipJar есть лого сверху и спереди, сделанное с помощью тампопечати. DipJar также предлагает крупным клиентам цвета и печать логотипа под заказ. Слева на фото можно увидеть первые тестовые партии для Salvation Army и The Children’s Miracle Network.

Рисунок 4.21 Валидация производственных операций

На этапе валидации производства впервые официально запускается производство продукта. В этот момент очень важно сконцентрироваться только на производстве и не вносить изменения в продукт (только если не будут обнаружены критические ошибки). Типичные шаги на этом этапе:

●        Производство 500+ единиц (или 5–10% от первой партии)

●        Если всё в порядке, их можно продать!

●        Не вносить изменения в оснастку

●        Внимательно проанализировать метрики для прогноза массового производства (прибыль, объем, время, время переделки и т.д)

●        Полная отладка сборочной линии и обучение процедурам в цеху

●        Финальные процессы обеспечения и контроля качества.

Рисунок 4.22 Оснастка и приспособления

Оснастка и зажимные приспособления очень важны для надёжной сборки. В зависимости от загрузки вашего контрактного производителя, иногда вам самим придется их сделать. На фото слева – оснастка для сборки основания, справа – зажим для программирования платы.

Рисунок 4.23 Инструменты и процессы

Этап валидации производства – последний шанс отладить инструменты и процессы. Инструмент слева позволяет производить укладку головки кард-ридера нагреванием. QR код слева (красная стрелка) – элемент системы контроля соответствия серийных номеров различных деталей с серийным номером продукта DipJar и упаковки.

Рисунок 4.24 Обеспечение и контроль качества

После того, как продукты покинут сборочную линию, необходимо разработать и протестировать процедуры обеспечения качества (quality assurance (QA)) и контроля качества (quality control(QC)). Выше мы видим продукты, загружающиеся в первый раз. Они подключаются к сети и обновляются с помощью производственной прошивки. Такой автоматический процесс – достаточно эффективное тестирование методом «черного ящика» для проверки электроники и прошивки.

Рисунок 4.25 Финальная комплектация

После контроля качества пора собрать комплект аксессуаров, произвести упаковку и подготовиться к отправке.

Рисунок 4.26 Наблюдение за клиентскими операциями

Самая интересная часть этапа валидации производства – смотреть, как покупатели используют первые приборы. На рисунке 4.26 – команда наблюдает за первыми операциями клиентов с созданным ими продуктом.

Рисунок 4.27. Массовое производство как часть процесса валидации

Массовое производство (MP или увеличение объема выпуска (ramp)) — это первый полный цикл производства, часто равный минимальному объему заказа у большинства производителей. Типичные шаги на этом этапе:

●        Производство 5000+ единиц (для потребительских товаров)

●        Анализ отказов и доходности на выбранных единицах (обычно 1%)

●        Продумывание оптимизации системы поставок для последующих производственных циклов

●        Прогноз по объему продаж и спросу

Рисунок 4.28 Результаты массового производства

Наблюдение за тысячами частей, выходящими из формовочной машины, достаточно увлекательный процесс.

Рисунок 4.29. Окончательная сборка

Такая же увлекательная, как и видеть тысячи собранных единиц продукта. Удивительно, сколько места они могут занимать. Команда DipJar сделала специальные полки, чтобы максимально эффективно использовать пространство.

Рисунок 4.30. Отгрузка

Финальные подарочные упаковки (слева) и картонные коробки (справа) наполняются продукцией и отгружаются покупателям.

Рисунок 4.31 Активности маркетинга

Начинается большая работа маркетинга и дистрибьюции. К счастью, она сопровождается приятными моментами, к примеру, возможностью увидеть, как клиенты пользуются продуктом, любят его и рассказывают о том, как он изменил их жизнь.  Также очень важно начать фокусироваться на клиентской поддержке, для эффективного решения возникающих проблем.

Рисунок 4.32 Подготовка ко второму циклу производства

Теперь можно и поспать! Второй цикл производства ближе, чем кажется.                    

Обычно для второго запуска важно внедрить несколько изменений:

●        Снижение цены.

●        Увеличение соотношения доходности и качества

●        Полевой анализ ошибок (гарантировать, что все изделия с браком будут отправлены вашей инженерной команде для диагностики)

●        Установка второй сборочной линии при необходимости.

На этом цикл из четырех статей о разработке материальных продуктов для команд технологических предпринимателей окончен. Мы надеемся, что он смог показать важность технологического процесса. Отдельная благодарность команде DipJar за возможность детального анализа их процессов.

Это последняя, четвёртая часть из цикла статей о процессе разработки физических продуктов. Если вы пропустили Часть 1: Формирование идеи, или Часть 2: ДизайнЧасть 3: Конструирование, обязательно их прочтите.Автор: Ben Einstein. Оригинал Перевод выполнен командой FABINKA.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *