硬件原型的类型:需求和验证

20世纪50年代似乎是新开端和新技术的十年。大洋两岸的科学家开始发射卫星和小型航天器，将猴子和狗送入太空。北约成长为一个重要的军事联盟。电视遥控器、商用太阳能电池、微芯片、电脑硬盘和土豆先生都成了美国挂毯的一部分。

1956年，阿特·英格尔斯和卢·博雷利合作建造了第一辆卡丁车原型车。硬化油管支持三辐条方向盘，拖动链接，转向柱，和座椅箍。西本德发动机曾经驱动割草机和链锯，现在转型为推动卡丁车绕赛道行驶。在对原型车进行测试后，英格尔斯和博雷利对设计进行了重大修改，并开发了另一款具有更快速度、更小转弯半径和更大动力的原型车。

构建产品设计原型允许电子和机械设计团队更多地了解产品功能。当原型失败时，团队通常会获得关于产品的有价值的信息。原型还可以带来准确的需求，以及对设计、技术和功能问题的更好理解。通过使用原型，设计师可以确定产品是否满足预期受众的需求，风险是否存在，以及是否需要进行修改。不同类型的硬件原型——有时称为“类外观”原型——处理产品的外观和感觉，而“类工作”原型演示功能。每种类型的原型都是将设计投入生产的策略的一部分。

构建硬件原型需要关注过程

卡丁车原型的工作记录没有显示Ingels和Boreli是否开发了产品需求文档(PRD)，也没有显示他们是如何规划项目预算和时间表的。然而，我们知道，如果没有一个可靠的过程，他们的项目和原型将会失败。通过展示项目的用途、项目的可能受众，以及受众将如何从使用中受益，项目需求文档为设计和制造具有一组不可协商的需求和约束的产品奠定了基础。

除了说明观众的要求，PRD还讨论了产品的电源，尺寸，和选项，如防水，防火，耐风化，化学品，和冲击。每一个需求都应该与受众和产品的整体使用相联系。其他要求包括精度水平和与其他产品或软件集成的能力。

PRD还包含关于原型的典型组件的信息。这些组件包括外壳和外壳材料、任何印刷电路板信息、可能的嵌入式软件要求以及在产品上运行的任何可能的软件应用程序。设计公司使用从一个PRD收集的信息来产生工作陈述(SOW)，概念草图和初步预算。工作说明概述了具体项目活动、项目时间表、预计可交付成果和所需资源。

硬件原型需求的类型

设计公司制作的概念草图成为原型的3D模型的基础。在这个阶段，工程师指定所需的公差可制造性设计,任何程序集、组件或支持原型功能的部件。工程规范文件提供了控制硬件开发功能通过处理包括下表中所列项目的需求。

PCB设计团队可以将3D CAD文件——以及2D图纸——导入到机械计算机辅助(MCAD)软件中，以便通过电子计算机辅助(ECAD)软件制作PCB布局。的使用ECAD和MCAD图纸允许设计团队检查外壳内的部件间隙，并进行概念验证。在PCB设计阶段的最后，准确的文档—包括Gerber文件和材料清单—帮助构建原型。

概念验证原型验证假设

设计和项目团队希望发现产品中可能存在的任何问题。概念验证原型允许这些团队评估解决方案，并确定哪个解决方案最适合目标受众。在概念验证的早期，团队可能会提供许多宽泛的想法。在产品开发的这个阶段，资源关注的是速度而不是质量。思维导图、模型和小组头脑风暴等技术允许团队成员缩小解决方案列表，优先考虑承诺最佳结果的解决方案，并测试假设。在某些情况下，测试假设可能涉及焦点小组进行的测试。

看起来像原型，只是看起来不错

产品的初步、高级草图与外观原型有直接的联系。基于美学和吸引力的概念，外观相似的原型并不能发挥作用。外观原型过程的一部分产生了产品的高质量数字表示。产品的数字表示包括颜色、质地、正确的大小和比例。设计公司要求客户焦点小组对产品的外观、感觉和形式做出反应，并提供反馈。

作品原型具有完整的功能

与外观原型相比，作品原型不像最终产品。相反，一个类似工作的原型将工程需求与技术解决方案结合起来。通过构建作品样原型确定的核心功能、组件、PCB布局和机械部件满足规范的每个要求。对类似作品的原型进行测试，以检查该产品是否可以可靠地过渡到大规模生产的产品。

工程原型合并设计和工程

工程原型对设计团队来说是最大的挑战，因为从原型转移到产品制造的可能性很大。准确性和精确度成为优先考虑的问题。工程原型过程通常限于1 - 5个单元，每单元成本很高。在产品开发的这个阶段，设计和工程团队需要完整的组件、组件和模型文件库，为可制造性设计(DFM)做准备。工程原型确保易于组装，适当的电缆长度，功能，以及组件和部件适合外壳。

原型在像led这样简单的任务和像lga这样艰巨的任务中发挥了巨大的作用

工程验证测试起作用

工程验证测试(EVT)确保产品设计符合原始设计和规范中列出的功能需求。构成测试的上电模拟检测可能的电源、热和电磁干扰问题。此外，测试还包括零件和组件的配合以及组件之间的连通性。

公司还使用设计验证测试(DVT)来确定产品是否满足所有的美学和环境要求。DVT例程还可以验证制造商能够在特定的时间范围内生产既定比例的产品。DVT的结果表明产品是否符合监管指南。在DVD结束后，生产验证测试(PVT)确认产品已经准备销售，并包括一系列的质量保证检查，包括产量、体积、时间和返工。

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