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智能硬件企业如何开始?

434 2023-08-18

发布新的智能硬件产品是一个漫长而艰难的旅程,产品开发从来都不是一个平稳的线性过程。

但对于个人或小型团队来说,互联网时代会比以往任何时候都更容易开发出惊艳的电子产品。



1 – 前期工作


在进入实际的产品开发步骤之前,你必须完成一些前期工作。


# 1 – 市场研究、专利和产品验证

你需要首先研究市场竞争情况,并确认你的产品存在市场。

当企业进行竞争研究时,一个普遍的误解是认为发现任何竞争都是不好的。

实际上,面对竞争很可能会让大多数创业者感到恐慌,并认为他们的产品项目将止步于此。

进行竞争实际上是件好事,因为这从侧面「证明你的产品创意有市场」。

一旦确定你的产品存在市场,那么下一步就是「验证人们是否会真正购买你的产品」。

例如,验证你的新产品想法的一种方法是制作销售宣传手册,与使用或售卖类似产品的潜在客户或零售商分享,获取他们对你的硬件产品的反馈。

你还可以设计一个在线销售页面来测试你的想法,众筹是另一种很好的验证形式。

关键是你必须与许多潜在客户分享你的产品想法,这些人将为你提供有效的反馈。

但是,专利呢?在安全地告诉他人你的产品之前,你不需要一个吗?

对创意的过度保密可能是创业者最常犯的错误,实际上,硬件创业很少会因为他们的想法被盗而失败。

相反,创业者通常会因为他们在营销产品方面不成功而导致失败。

当然,你完成产品验证后,商标和专利保护也是很有必要的。

前段时间,因一碗面 3 元钱,15 年坚持不涨价,山东“拉面哥”程运付以其朴实的形象走红网络。

人红是非多,关于“拉面哥”的商标也被迅速抢注,商标的背后是巨额的网红流量,如今的互联网时代,流量更是直接与现金牛挂钩。


商标可以实现对个人或企业品牌价值的有效保护,而「专利」可以实现对产品外观和创新性等方面的保护。

尤其对于技术门槛低、同质化严重的品类,设计之初就需要同步考虑相关专利的申请,建立有效的专利护城河。

根据我国《专利法》,专利包括三类:实用新型专利、发明专利、外观设计专利。

关于专利的具体内容可以参考卫 Sir 的相关文章,在这里就不再详述。


# 2 – 简化你的产品

你需要尽可能简化产品,以便在资金链断裂或破产前及时地将产品推向市场,产品复杂性可能成为初创企业的致命陷阱。

大多数企业家,甚至大多数工程师,都不了解各种产品功能的所有后果,甚至是次要功能的添加通常会大大增加你的开发成本和上市时间。

例如,卫 Sir 曾负责过一个指纹加密 U 盘产品,试模过程中发现,电路板装配塑胶件后出现松动问题。


虽然只是调整了一下顶位柱,结果导致更改注塑模具,不仅多花费几千元 RMB,也浪费了一周的时间。

你需要了解整个开发和制造过程,否则很难知道每个产品决策的未来含义。

如果你采用将产品开发外包的方式做产品,请外包公司的开发人员帮助简化你的产品可能会引起利益冲突。

因为你的产品越复杂,他们得到的收益就会越多。

卫 Sir 也曾多次将 ID & 结构外包给个人或企业,甚至遇到过设计师跑路失联的情况,最终导致产品严重延期。

如果你是初创公司,尤其是消费类的初创企业。花点时间招聘至少一个经验丰富的电子工程师和结构工程师,这样,在产品后期你会减少很多麻烦。

简化产品也相对较为容易,对你更好地了解早期产品决策的长期影响有很大帮助。


# 3 – 概念验证「POC」原型

至此,你已经证明你的产品有市场,并且已尽可能简化了产品概念。

现在,你必须回答的问题是你的概念是否确实能够解决预期的问题。

这是概念验证 POC 原型的目标,一般是使用现有组件创建的早期原型。

POC 原型没有任何自定义电子设计,通常基于面包板或 Arduino 等开发套件。

POC 原型一般花费较低,开发灵活性高,但是,POC 原型很少能推向市场。



2 – 产品开发策略

初创企业开发新硬件产品基本上有五种选择或这五种发展策略的组合。

如果你不具备正确管理产品开发和判断工作质量的技术知识,那么无论你遵循哪种开发策略,都必须拥有技术顾问。

该技术顾问可以帮助你做出关键的技术决策,并对主要开发人员进行监督。

即使你是一位经验丰富的工程师,聘请一位了解从创意到市场的整个过程的顾问也是非常有帮助的。


# 1 – 自己开发产品

很少有人会完全依靠自己来开发面向市场的电子产品,即使你恰好是工程师,你是否也是电子设计,编程,3D 建模,注塑和制造方面的专家?

基本不可能,这些专业大多数都由众多子专业组成。如果你具备必要的技能,会对你节省成本大有裨益。

例如,卫 Sir 曾将自己的硬件产品推向市场,我是经过培训的电子工程师,但是不懂机械设计,因此我最初从外面找了一个兼职机械工程师。

开发设计过程中,经常突现很多问题,而设计师又无法做出决定。因此,我决定自己学习机械设计。

上述例子意在表明,在技能和时间允许的范围内尽可能多地学习,但也不要太过分。

因为,你学习的任何新技能都将花费时间,最终可能会延长产品上市时间。


# 2 – 聘请技术联合创始人

如果你是非技术创始人,那么绝对值得聘请技术联合创始人。你的创业团队的创始人,至少有一位需要对产品开发有足够的了解以便于管理流程。

对于大多数硬件初创公司而言,理想的联合创始人团队是硬件工程师,程序员和营销人员。

聘请联合创始人听起来可能是解决你的问题的完美解决方案,但也有一些严重的缺点。

首先,找到联合创始人很困难,可能会花费大量时间。那是宝贵的时间,没有花在开发产品上。

寻找共同创始人不是一件容易的事,你需要花一些时间来找到合适的人选。


# 3 – 外包给自由工程师

填补团队技术能力空白的最好方法之一就是外包给自由工程师。

大多数产品将需要具有不同专业的多个工程师,因此你需要自己管理各个工程师。

确保找到一位具有设计产品所需电子类型经验的电气工程师,电气工程是一个巨大的研究领域,许多工程师缺乏电路设计方面的经验。

对于 3D 设计师,请确保你找到了具有注塑技术经验的人,否则你最终可能会获得可以原型制作但不能批量生产的产品。


# 4 – 外包给开发公司

初创企业应避免使用大型设计公司,顶级设计公司可能会收取几十万元 RMB 以上的费用来全面开发你的新产品。

市面上有很多小的设计公司可以以更合理的价格开发你的产品,这些规模较小的公司的成本通常接近于雇用自由职业者的成本,同时具有更多的监督和更好的质量程序。

但同时,你必须要参与开发,并且至少要了解开发过程的基础以及所进行的各种设计折中处理。


# 5 – 与制造商合作

还有一种产品开发途径,是与生产相似产品的制造商合作。

大型制造商将拥有自己的工程师和开发部门,他们能够为你做任何事情 – 开发、工程、原型制作、模具生产和制造等。

此策略可以降低你的前期开发成本,但是,制造商将摊销这些成本,这意味着在首次生产运行时会为每种产品增加额外的成本。

从本质上讲,这就像无息贷款一样,使你可以缓慢地将开发成本偿还给制造商。

此策略要考虑的主要风险是,你要将与产品相关的所有内容都放到一家公司中。

他们肯定会想要一份独家制造协议,至少要等到其成本收回为止。

这意味着当你的产量增加时,你将无法迁移到更便宜的制造选项;许多制造商可能希望获得你产品的部分或全部知识产权。



3 – 开发电子产品

电子产品的开发可分为七个步骤:

  • 初步生产设计;

  • 原理图设计;

  • PCB 布局;

  • 最终 BOM;

  • 原型;

  • 测试和程序;

  • 最终认证。

以下是开发新的电子产品的步骤:


# 1 – 建立初步的生产设计

在开发新的电子硬件产品时,你首先需要进行初步的生产设计

初步的生产设计与概念验证「POC」原型不同,初步的生产设计侧重于产品的组件生产、成本、利润空间、性能、功能、开发可行性和可制造性。

而概念验证 POC 原型通常使用面包板或 Arduino 之类的开发套件构建,它们对于证明你的产品概念可以解决所需的问题很有用。

但是 POC 原型远远不是生产设计,你几乎不会在产品中嵌入 Arduino 的情况下进入市场。

你可以使用初步的生产设计来估算产品所需的每一项成本,准确知道开发,原型制作,编程,认证,扩展和制造产品的成本非常重要。

初步的生产设计将回答以下相关问题:

  • 我的产品开发是否可行?

  • 我可以负担得起开发该产品的费用吗?

  • 开发产品需要多长时间?

  • 我可以批量生产产品吗?

  • 我可以出售它赚钱吗?

许多创业者错误地跳过了初步的生产设计步骤,而是直接开始设计原理图的电路图。

你最终可能会发现自己已经花了所有这些努力和来之不易的钱购买了一种无法负担得起的开发,制造无法获利的产品。


# 1A – 系统框图

在创建初步生产设计时,你应该首先定义系统级框图。该图指定了每个电子功能以及所有功能组件的互连方式。

框图指定了每个功能和系统级连接

大多数产品需要具有各种组件(显示器,传感器,内存等)的微控制器或微处理器,这些组件通过各种串行端口与微控制器连接。

通过创建系统框图,你可以轻松确定所需的串行端口的类型和数量,这是为你的产品选择正确的微控制器必不可少的第一步。


# 1B – 选择生产组件

接下来,你必须根据所需的功能和产品的目标零售价格选择各种生产组件:微芯片,传感器,显示器和连接器。

然后,你可以创建初步的物料清单「BOM」。


选择生产组件是关键的第一步,在国内,有很多电子组件购买平台。


你可以购买大多数用于原型设计和初始测试电子组件,也可以购买多达数千个用于小批量制造的元器件。

一旦达到更高的产量,你将可以直接从制造商那里购买一些组件,从而省钱。


# 1C – 估算生产成本

现在,你应该估算产品的生产成本或销售成本「COGS」,尽快了解制造你的产品的成本至关重要。

你需要知道产品的制造单位成本,才能确定最佳的销售价格,库存成本,最重要的是你的利润。

当然,你选择的生产组件将对制造成本产生重大影响。

但是,要获得准确的制造成本估算,你还必须包括 PCB 组装,最终产品组装,产品测试,零售包装,报废率,退货,物流和仓储的成本。

# 2 – 设计原理图

现在是时候根据你在步骤 # 1 中创建的系统框图来设计电路原理图了。

示意图显示了从微芯片到电阻器的每个组件如何连接在一起。尽管系统框图主要集中在更高级别的产品功能上,示意图仅涉及一些小细节。

诸如原理图中组件上的引脚编号错误之类的简单问题,可能会导致功能的完全缺乏。

在大多数情况下,系统框图的每个模块都需要一个单独的子电路,然后将这些各种子电路连接在一起以形成完整的原理图。

流行的 PCB 设计软件包括 Altium Designer 和 Eagle。


# 3 – 设计印刷电路板 PCB

完成原理图后,你现在将设计印刷电路板 PCB,PCB 是固定并连接所有电子组件的物理板。

本质上,系统框图和原理图电路的开发主要是概念性的,但 PCB 设计是可以制造成实物的。

现在必须将原理图电路图转换为 PCB 布局设计:


使用与创建原理图相同的软件来设计 PCB。该软件将具有各种验证工具,以确保PCB 布局符合所用 PCB 工艺的设计规则,并且 PCB 与原理图匹配。

通常,产品越小,组件封装得越紧密,创建 PCB 布局所花费的时间就越长。

如果你的产品电路包含大量电源或提供无线连接,那么 PCB 布局就显得尤为关键和耗时。

对于大多数 PCB 设计而言,最关键的部分是电源电路、高速信号( 晶体时钟/地线/数据线等 )和任何其他无线电路。


# 4 –生成最终物料清单「BOM」

尽管你应该已经在初始生产设计中创建了一个初始 BOM,但是现在是时候使用完整生产 BOM。

两者之间的主要区别在于众多低成本组件,例如电阻器和电容器。

这些组件通常只花费几分钱,因此一般不会在初步 BOM 中单独列出它们。

但是,要实际制造 PCB,你需要一个完整的 BOM,其中列出了每个组件。

该 BOM 通常是由原理图设计软件自动创建的,BOM 表列出了零件号,数量和所有组件规格。


# 5 – 订购 PCB 原型

创建电子原型是一个分为两个步骤的过程:

第一步是生产裸露的印刷电路板 PCB,你的电路设计软件将允许你输出 Gerber 格式的 PCB 布局,每一 PCB 层都有一个文件。

可以将这些 Gerber 文件发送到工厂以进行小批量运行,相同的文件也可以提供给较大的制造商,以进行大批量生产。


第二步是将所有电子组件焊接到板上。

从设计软件中,你将能够输出一个文件,该文件显示了放置在板上的每个组件的确切坐标。

这使装配车间能够完全自动化焊接 PCB 上的每个组件。


# 6 – 评估、编程、调试和重复

现在是时候评估电子产品的原型了,一般情况下你的第一个原型很少能完美地工作。

在完成设计之前,你很可能会经历几次迭代。

这是你确定,调试和修复原型问题的时候。


大多数设计需要多次原型迭代才能为市场做好准备。

就成本和时间而言,这可能是一个难以预测的阶段。

你发现的任何错误当然都是意外的,因此需要花费一些时间来找出错误的来源以及如何最好地修复它。

评估和测试通常是在对微控制器进行编程的同时进行的。在开始编程之前,你需要进行一些基本测试,以确保开发板没有重大问题。

几乎所有现代电子产品都包含称为微控制器单元 MCU 的微芯片,该微芯片充当产品的“大脑”。

需要对微控制器进行编程以执行所需的功能,微控制器一般以常用的计算机语言“ C”进行编程。

该程序称为固件,存储在微控制器芯片内部的可重新编程的存储器中。


4 – 开发外壳

对于大多数产品,它至少包括将所有部件固定在一起的外壳,定制形状的塑料或金属件的开发将需要工业设计师做 3D 建模。

对于大多数新产品,必须开发定制外壳。

如果外观和人体工程学对你的产品至关重要,那么你最好雇用一名工业设计师。

例如,工业设计师是指设计像 iPhone 这样的便携式设备,并让产品看起来酷炫时尚的工程师。

如果外观对你的产品不是很关键,那么你可以聘请 3D 建模工程师来获得,通常它们比工业设计师便宜得多。


# 1 – 建立 3D 模型

开发产品外观的第一步是创建 3D 模型,用于创建 3D 模型的两个主要软件包是Solidworks 和 PROE。

工业或 3D 建模设计师完成 3D 模型后,即可将其转换为物理原型。

3D 模型也可以用于营销目的,尤其是在你可以使用功能性原型之前。

如果你打算将 3D 模型用于营销目的,则需要对该模型进行渲染,创建该模型的逼真的照片版本。

为你的外壳开发 3D 模型时,最大的风险是最终获得的设计可以原型设计,但无法批量生产。

最终,你的外壳将通过一种称为高压注塑成型的方法生产。

使用注模开发要生产的零件可能非常复杂,需要遵循许多规则。另一方面,几乎所有东西都可以通过 3D 打印制作原型。

因此,请确保你雇用完全了解注塑成型所有复杂性和设计要求的员工,深圳有大量的相关人才,如果你准备打造一款电子产品的话。


# 2 – 订购外壳原型

塑料原型是使用加性或减性来构建的,诸如 3D 打印之类的设备通过堆叠塑料薄层以创建最终产品来创建原型。

到目前为止,加性过程是最常见的,因为它们具有创建几乎可以想象的任何东西的能力。

减性过程,例如 CNC 加工,取而代之的是将一块固态生产的塑料,切出最终产品。

减法工艺的优点是你可以使用与最终使用的塑料完全匹配的塑料树脂,这对于某些产品很重要,但是对于大多数产品而言,这不是必需的。

在添加过程中,使用了特殊的原型树脂,并且与生产的塑料可能会有不同的手感。


# 3 – 评估外壳原型

现在是时候评估外壳原型并根据需要更改 3D 模型了,几乎总是需要多次原型迭代才能使外壳设计正确。


# 4 – 过渡到注塑成型

尽管电子产品可能是产品开发中最复杂,最昂贵的部分,但塑料将是制造中最昂贵的。

使用注射成型来制造塑料零件的生产成本非常昂贵。

今天售出的大多数塑料产品都是使用称为注射成型的制造技术制成的,你需要了解此过程。

注射成型技术有一个很大的优势,可以廉价制造数百万个相同塑料件。

当前的注射成型技术使用巨大的螺杆将塑料高压加压到模具中,这是 1946 年发明的工艺,与 3D 打印相比,注射成型是一种相对古老的工艺。

注塑模具能够以非常低的单位成本制造大量相同的东西,但是模具本身非常昂贵。

设计用于制造数百万种产品的模具可以达到几十万元 RMB,如此高的成本主要是因为塑料是在高压下注入模具的。

为了承受这些条件,模具是由用硬质金属制成的。所需的注射次数越多,所需的金属越硬,成本也越高。

例如,你可以使用铝制模具制造数千个单元。铝很软,因此会很快降解。

但是,由于它更柔软,也更容易制作成模具,因此成本较低,简单模具的成本仅为几千元 RMB。

生产硬质金属(如钢)的时间也增加了模具的生产时间,与较软的铝制模具相比,模具制造商需要更长的时间来机加工钢制模具。

你可以通过使用多个型腔模具来提高生产速度,它们使你可以一次注射塑料来生产零件的多个副本。


5 – 验证你的产品

所有出售的电子产品都必须具有各种认证,所需的认证取决于产品将在哪个国家/地区销售。

尽管这些都是电气认证,但在大多数情况下,它们将需要在包括外壳在内的成品上完成,而不仅仅是在裸露的电子产品上完成。

你需要从设计产品时就考虑到认证,但是实际的认证通常会在设置制造过程中尽可能晚地完成。

如果你认证得太早,那么任何设计更改都可能需要你重新认证,因此最好等到产品完成后再进行其他更改。

认证是一个复杂的过程,因你最好在深入开发产品之前咨询专业人士。如果一开始就实施这些技巧,可以大大降低你的认证成本。

# 1 – SRRC 认证

国家无线电认证,所有在中国境内销售及使用的无线电组件产品,必须取得无线电型号的核准认证,比如,带蓝牙或 WiFi 的智能家用门锁设备。

# 2 – 3C 认证

3C认证的 全称为“中国强制性产品认证”,英文名称 China Compulsory Certification。


# 3 – RoHS 认证

RoHS 认证可确保产品无铅,比如,指纹模组类产品需要过该认证。

不同的行业对认证的要求和种类不同,这里仅做示例性说明。


结论

本文为你详述了开发电子硬件产品的基本过程,通过选择最佳的开发策略,为你的产品开发电子设备和外壳。

THE END
-  祝 好  -
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