硬件原型的设计方法:产品需求和最终确定

2019年7月11日

穿着蒸汽朋克装备和盛装舞步的男人

1868年，爱德华·s·埃利斯(Edward S. Ellis)写了一本名为《大草原的蒸汽人》(The Steam Man of The prairie)的科幻小说，主人公是一位年轻的发明家约翰尼·布雷纳德(Johnny brainerd)。虽然历史已经忘记了那个时代的大多数廉价小说，但《大草原上的蒸汽人》(The Steam Man of The Prairies)却留在了我们的心中，因为它呈现了文学中的第一个机器人。约翰尼·布雷纳德的蒸汽人有10英尺高，使用蒸汽锅炉来产生拉一辆车所需的能量。

我想我们可以把“蒸汽人”称为最近获得宣传的人形机器人原型的原型。不幸的是，250年左右的时间并不是快速的原型。展望未来，硬件在其生产阶段的发展不应该像蒸汽机那样缓慢。学习硬件原型设计方法可以大大加快这一过程。

建立硬件原型的设计方法

根据定义，原型是产品的早期样本或模型，用于测试概念或过程。我们可以使用原型来了解模型是否与设计相匹配，或者功能是否满足消费者的期望。基本上，原型让我们能够收集反馈并评估想法。

在PCB设计中，我们使用用于快速原型设计的软件工具．在设计团队确定了项目的需求后，团队成员使用原理图和布局工具来开发和改进概念，使之具体化。设计软件中包含的仿真工具允许团队演示和测试设计。2D和3D计算机辅助设计工具提供了合并电气和机械方面的设计，并快速过渡到原型设计阶段的能力。所有这些都让我们绕了一圈，因为原型鼓励设计团队将原始需求与从原型中学到的经验进行比较，并更好地理解客户需要或想要的一切。

明确你的需求

在您的团队构建示意图或创建布局之前，您需要知道客户想要什么。一个好的需求文档可以识别产品的受众以及目标受众将如何使用产品。例如，为无人机制造的PCB需要从特定范围接收(可能还会发送)信号。这些信号可能包括告诉无人机从一侧到另一侧飞行或改变高度的信息。

脉动机显示心率监视器

医疗设备在原型设计中尤其需要密集的安全测试

接下来，需求文档提供关于产品环境的信息。由于潮湿或振动，用于控制地下矿山钻孔的PCB可能需要响应特定的公差，并适合于专门设计的外壳。遵守安全规则可能会促使采矿应用使用特殊组件。

拥有关于受众、产品使用和工作环境的详细信息，可以使需求对其他关键问题作出响应。您的团队将希望了解所需的电源，以及该产品如何与其他操作、产品或系统集成。为可穿戴技术设计的PCB将在一个小外壳内工作，需要电池供电，使用传感器捕获心率和其他医疗信息，运行软件应用程序，并可能需要与物联网中的分析软件通信。

一个完整的需求文档转换成一个工作声明(SOW)。您的设计团队可以使用SOW来建立项目进度，描述活动，定义职责，并为项目设置可交付成果。所有这些都导致了对工作水平、完成项目所需的资源以及这些资源的成本的协作性理解。

构建一个概念验证

PCB设计软件包括一套广泛的工具，可以将产品从想法阶段转移到设计团队可以测试和(如果需要)修改的阶段。概念验证测试产品中使用的功能和技术。设计规则和设计规则检查为PCB建立参数。电气规则检查确保概念的电气功能按预期运行。组件库允许您的设计团队选择最适合公差或任何合规性问题的组件。PCB设计软件中的一些工具还提供供应商库存的实时视图，设计团队可以选择与项目进度相匹配的交付日期。

许多PCB设计软件中都有3D设计工具应用程序允许设计团队匹配电气和机械功能。有了这些工具，设计团队可以确保外壳提供PCB及其组件所需的间隙。拥有3D设计的可用性还允许设计团队确定最佳选择是否涉及刚性PCB、刚性-柔性PCB或柔性PCB。

您的PCB设计软件还支持可制造性设计，并通过准确的输出文档加快原型制作过程。通过访问正确的Gerber文件、布局图、3D机械设计文件和材料清单，制造商可以快速移动。有了这些信息，还可以通过促进设计团队和制造商之间的合作来简化流程。