Проектирование электронных устройств: от идеи до устройства / Хабр

Процесс разработки электронных устройств | CRASIIS

РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Презентации новых гаджетов от топовых брендов — это всегда яркое событие, которое приковывает внимание миллионов зрителей со всего мира. В то же время, такие красочные шоу являются только вершиной айсберга, под которой скрывается многолетний труд команд из сотен или даже тысяч инженеров, программистов, дизайнеров, управленцев и людей множества других специальностей. Каждое электронное устройство, прежде чем попасть на рынок, проходит долгий путь, который обычно остается в тени и не вызывает интереса широких масс. Попробуем приоткрыть завесу и подробно рассказать об этапах разработки практически любых гаджетов.

• Стадия 1  — проектирование. На этом этапе происходит четкое определение концепции продукта. Оно учитывает запросы потребителей, бюджет проекта, требования производственных площадок, выбор материалов и компонентов и многое другое. Если же речь идет о планировании совершенно нового продукта, то здесь не обойтись без продакт-менеджмента. Результатом стадии проектирования является подготовка техзадания с указанием функциональных и других требований к изделию и проработкой технического дизайна.
• Стадия 2 — собственно разработка. Этот этап включает работы по созданию аппаратного и программного обеспечения, определения технологии производства и промышленного дизайна. Разработка технической части является достаточно стандартизированным процессом, который подразумевает использование современных САПР-систем. Основная сложность — правильное формирование конструкции устройства, так как расположение отдельных компонентов друг относительно друга может серьезно повлиять на работоспособность и функциональность продукта. Также большое значение имеет соответствие дизайна корпуса существующим технологиям производства. В то же время, многие лидеры рынка в погоне за уникальностью своей продукции вынуждены постоянно создавать новые технологии, что делает товары более дорогими, но зато не имеющими аналогов.
• Стадия 3 — создание опытных образцов и их тестирование. На этом этапе по ранее разработанной конструкторской документации выполняется прототип устройства. Он проходит всевозможные испытания, включая функциональное тестирование, проверку электромагнитной совместимости, электробезопасности, тесты в реальных условиях эксплуатации и пр. В рамках одного проекта может потребоваться производство огромного количества опытных образцов, которые помогают до мелочей учесть все нюансы. Например, тактильные ощущения при использовании устройства, маркость пластика и т.д. Для изготовления прототипов используется обычно оборудование для серийного выпуска, но с использованием других технологий — например, вместо литья используется фрезерование или распечатка на 3D-принтере, чтобы сэкономить на создании пресс-форм.
• Стадия 4 — подготовка серийного производства. Она подразумевает выбор промплощадки с оптимальными показателями стоимости и качества услуг. После этого нужно разработать и изготовить оснастку, которая позволит осуществлять необходимые технологические операции — литье, штамповку, гибку и пр.
• Стадия 5 — выпуск установочной партии и контроль качества. Сначала производится небольшая серия устройств, у которых выявляются возможные проблемы и недоработки. После устранения неисправностей на заводе-изготовителе организуется контроль качества, призванный поддерживать уровень брака на минимальном уровне — желательно чтобы он был в районе 0,1% или ниже.
• Стадия 6 — серийное производство. В идеале на этом этапе происходит превращение набора комплектующих и материалов со склада в изделия, готовые к отправке потребителям. На практике же часто приходится устранять проблемы, которые просочились через «сито» предыдущих проверок, улучшать программное обеспечение и решать множество других текущих вопросов.
• Стадия 7 — поддержка и сервис. Подготовку к ним нужно начинать заранее — еще на этапе разработки. Для этого необходимо ответить на такие вопросы, как «кто и где будет обслуживать выпускаемое устройство». В зависимости от этого, либо формируются собственные центры техподдержки, расположенные рядом с центрами продаж, либо эти работы передаются на аутсорсинг.

Перечисленные стадии являются «епархией» технического отдела. Но помимо него в работе по созданию и продвижению продукта также принимают участие и другие подразделения предприятия. Они занимаются такими важными вопросами, как упаковка, логистика, защита интеллектуальной собственности, создание бренда, поддержка инфраструктуры и пр. Чаще всего за эти задачи решаются под контролем продакт-менеджера, в функциональные обязанности которого входит конечный успех товара.

РАЗРАБОТКА

ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Разработка электроники и производство электронных устройств на заказ

• Skip to navigation
• Skip to content

---

Встраиваемые системы

Микропроцессорные устройства систем управления

Прикладное программное обеспечение

Принципиальные схемы и печатные платы

 

 

Разработка и производство электронных устройств

Разработка программного обеспечения для микроконтроллеров, ПК и мобильных платформ Android\IOS

Серийное производство

Внедрение разработанных решений

 

Разрабатываем электронные устройства, аппаратно-программные комплексы и инструменты для их эффективной настройки и тестирования. Основной принцип нашей работы – неизменная гарантия качества и индивидуальный подход к требованиям каждого заказчика. Наша главная цель — воплотить в реальность задачи клиента и предоставить ему готовый к использованию продукт с соблюдением всех технических требований.

 

Ключевые преимущества работы с нашей компанией:

• Полный цикл разработки проекта под ключ

• Собственное производство

• Ответственность за качество на всех стадиях производства

• Решение сложных инженерных задач

• Своевременное согласование каждого этапа производства

• Использование современных, эффективных и проверенных технологий

• Сотрудничество с учетом ваших целей и финансовых возможностей

• Отсутствие посредников в работе и четкое соблюдение сроков

Большой опыт в проектировании и производстве широкого спектра электронной продукции

Системы управления оборудованием автомобиля

Диагностическое    оборудование и CAN — модули управления для авто и мототехники

Контрольно-измерительные приборы

Блоки управления DC     и BLDC двигателями

Преобразователи     интерфейсов

LED светильники и прожекторы

Дополнительное оборудование для торговых автоматов

Климатические установки электропоездов

Блоки спутникового мониторинга с поддержкой функций диагностики и управления

Медицинское оборудование

Мы оказываем следующие услуги:

• Разработка программного обеспечения для микроконтроллеров и персонального компьютера

  Программное обеспечение для персонального компьютера в зависимости от задачи разрабатывается в Visual Studio (C#), QT (C++), Delphi. При разработке программного обеспечения для микроконтроллеров используется Keil, ImageCraft, AVR Studio.

• Разработка технической и пользовательской документации

  Составим технические требования (ТТ), техническое задание (ТЗ), технические условия (ТУ). Напишем паспорт устройства, руководство по эксплуатации (РЭ), руководство оператора (РО).

• Серийное производство

  Печатные платы, закупка комплектующих, монтаж компонентов, сборка, настройка, тестирование и упаковка.

Вот как спроектировать электронику для нового устройства

star_borderПодписаться на статью

MeganRNichols 2 мар 2020

3star_border 2вопрос_ответ 7thumb_up

Ваша следующая статья

 

Дэйв из DesignSpark

Как вы относитесь к этой статье? Помогите нам предоставить лучший контент для вас.

Дэйв из DesignSpark

Спасибо! Ваш отзыв получен.

Дэйв из DesignSpark

Не удалось отправить отзыв. Повторите попытку позже.

Дэйв из DesignSpark

Что вы думаете об этой статье?

Если вы создаете новое электронное устройство, важно наметить этапы вашего проектирования. Наличие полностью функционального прототипа, готового к демонстрации, всегда впечатляет. Вот как спроектировать электрические компоненты, которые заставят ваше устройство работать.

1. Концепция, исследования и предварительный проект

Разработка нового электронного устройства начинается с концептуализации и исследований. Начните с разработки идеи для нового продукта или устройства или идеи для устройства, основанного на существующем продукте. Определившись с идеей, приступайте к предварительному проектированию схем устройства и перечисляйте необходимые компоненты. Создайте смету расходов на окончательный прототип и определите основные риски, с которыми столкнется проект при производстве.

Если у вас нет опыта проектирования электронных схем, 3D-моделирования и литья под давлением, вам, вероятно, потребуется помощь со стороны хотя бы на одном этапе процесса проектирования. На этом этапе вы должны начать поиск людей, которые смогут помочь вам довести ваш проект от проектирования до завершения. Если у вас нет опыта проектирования схем, вам, вероятно, потребуется найти кого-то, кто разбирается в проектировании схем, прежде чем вы сможете двигаться дальше.

2. Проектирование схемы

После завершения исследования вам необходимо разработать принципиальную схему, которая позволит вам изготовить печатную плату. Используйте компьютерное программное обеспечение для проектирования печатной платы. Проектирование схемы обычно выполняется с помощью программного обеспечения для компьютерного черчения. После проектирования запустите все необходимые симуляции, чтобы убедиться, что плата будет работать правильно, прежде чем переходить к проектированию печатной платы.

3. Проект печатной платы

На этом этапе вам нужно будет выбрать компоненты, которые будут использоваться в вашей схеме, что поможет вам определить стоимость продукта. Если вам нужна помощь в исследовании компонентов и оценке стоимости, вы можете использовать онлайн-инструмент, чтобы спланировать и оценить, сколько будут стоить ваши готовые платы.

На этом этапе вам нужно будет учесть все возможные варианты отказа при проектировании печатной платы. Например, на протяжении многих лет печатные платы становились все более плотными, что увеличивает вероятность нарушения электромагнитной совместимости (ЭМС), когда различные компоненты печатной платы мешают друг другу, ухудшая их способность функционировать и отправлять сигналы.

Ряд различных компонентов, таких как те, которые отправляют и принимают радиосигналы, и высокоскоростные процессоры, такие как микропроцессоры, могут увеличить вероятность того, что печатная плата выйдет из строя тем или иным образом. Обязательно проведите соответствующие тесты перед созданием прототипа, чтобы избежать потенциальных отказов печатной платы.

4. Прототипирование печатной платы

После завершения проектирования вам необходимо распечатать прототипы плат, чтобы их можно было протестировать. Стоимость печатных плат может значительно различаться: простые платы стоят всего несколько центов, а некоторые из самых сложных плат стоят сотни или тысячи долларов. Время изготовления платы также будет разным. Это может быть от одной или двух недель до месяца или более, прежде чем вы получите свои печатные платы после размещения заказа. Начните тестирование печатных плат после их получения. Если ваши платы содержат микроконтроллеры, вам необходимо сначала их запрограммировать.

5. Программирование микроконтроллера

Если ваша конструкция содержит микроконтроллер, вам необходимо запрограммировать его, чтобы убедиться, что устройство работает. Микроконтроллер на печатной плате служит «мозгом» микросхемы и управляет работой различных встроенных компонентов на печатной плате. Здесь также хранится память на микросхеме, если печатной плате требуется встроенная память. После программирования пришло время перейти к тестированию.

6. Проверка конструкции и тестирование

Проверьте плату на предмет ее функциональности. Отладьте любые возникающие проблемы. Воспользуйтесь этой возможностью, чтобы увидеть, где можно улучшить плату и где могут быть возможности для снижения затрат.

7. Прототипирование и производство корпуса

Теперь вам нужно разработать корпус, в котором будет размещена ваша печатная плата. предоставление доступа к любым переключателям ввода-вывода или портам, которые необходимы для правильной работы устройства.

В прототипах часто используются простые проектные коробки, которые можно изготовить самостоятельно с помощью простых инструментов. Вы можете купить проектную коробку, которая более или менее соответствует вашему проекту, и просверлить необходимые отверстия, чтобы соответствовать плате и обеспечить доступ снаружи.

Если вы планируете производить устройство в больших масштабах, вам необходимо предусмотреть более прочную конструкцию корпуса. Вы можете спроектировать корпус с помощью технологии 3D-моделирования и использовать литье под давлением для массового производства устройства. Возможны и альтернативные методы производства, такие как 3D-печать. После проектирования корпуса вам необходимо будет изготовить его, чтобы иметь хорошее представление о том, как он выглядит, и оценить его функциональность. Затем вам нужно будет подготовиться к производству и спланировать все производственные испытания, необходимые для производственного процесса.

8. Документация и производство

Соберите воедино все готовые схемы и чертежи, а также соответствующие схемы или конструкторские документы для корпуса вашего изделия. Подготовьте документацию, в которой показано, какие тесты должен выполнить производитель вашей платы, чтобы убедиться, что плата работает правильно. После завершения этого шага ваш продукт готов к производству.

Разработка электроники для вашего устройства

Процесс проектирования, тестирования и прототипирования новых электронных устройств может быть сложным, но все они объединяются, чтобы гарантировать, что ваш продукт будет максимально функциональным после того, как он будет запущен в производство. Наиболее важными этапами этого процесса будут исследования, проектирование и тестирование, поскольку эти этапы гарантируют, что электроника будет функционировать должным образом.

Хотите продолжить чтение статей из DesignSpark?

Станьте участником, чтобы бесплатно получить неограниченный доступ ко всему контенту DesignSpark!

Зарегистрируйтесь, чтобы стать участником

Уже являетесь участником DesignSpark? Логин

Поделиться этой записью

thumb_upМне нравится star_borderПодписаться на статью

Меган Р. Николс — независимый технический писатель и блогер. Она регулярно пишет для таких сайтов, как American Machinist, DZone и Electronic Design.

Меган также любит писать простые для понимания статьи о науке и технологиях в своем блоге Schooled By Science, чтобы побудить других проявить интерес к STEM. Когда она не пишет, Меган любит смотреть фильмы и гулять с друзьями.

Рекомендуемые статьи

Ваша следующая статья

 

Как разработать новый продукт для рынка электроники: пошаговое руководство | Иван Кутен | Promwad Electronics

Рассмотрим весь процесс разработки нового аппаратного продукта от идеи до запуска в серийное производство

Примеры аппаратных электронных продуктов. Изображение от Promwad

Когда журнал Time назвал ведущие мировые высокотехнологичные продукты, они установили высокую планку для разработчиков аппаратного и программного обеспечения, разрабатывающих новые устройства для рынка электроники. Лидером стал iPad — планшет Apple, выпущенный в 2010 году и ставший иконой портативных гаджетов. Tesla Model S. заняла второе место. Этот электромобиль доказал, что смелый дизайн и крутые аккумуляторы могут составить конкуренцию титанам автомобильной промышленности. Одноплатный компьютер Raspberry Pi замкнул ТОП-3, на его основе появилось огромное количество DIY-гаджетов. В список Time также вошли Apple Watch и умная колонка Amazon Echo с голосовым помощником Alexa.

Лидирующие на рынке продукты вдохновляют основателей высокотехнологичных стартапов по всему миру. Несомненно, для их создания потребовался титанический труд инженеров и менеджеров. Давайте рассмотрим это подробнее и рассмотрим весь процесс разработки нового продукта для рынка электроники — от идеи до запуска в серийное производство.

Как правило, крупные и средние высокотехнологичные компании четко планируют сроки и затраты при создании больших партий продукции. Они осторожно настраивают управление, планируя весь процесс делегирования задач.

Если мы говорим о договорной разработке, то весь процесс завязан на интересах и пожеланиях заказчика.

Перед анализом необходимо определить целевую аудиторию и составить портрет потенциального клиента. Например, гаджет для мужчины 20–40 лет со средним достатком и ведущим активный образ жизни.

Прототип умного браслета здоровья. Предварительное исследование рынка показало, что запуск данного продукта нецелесообразен, поэтому он остался на стадии прототипа. Такие вещи случаются.

Подготовка технического задания (SoW) подытоживает аналитическую часть. Весь процесс контролируется продакт-менеджером, который следит за тем, чтобы креативность дизайнера не привела к резкому росту цен, и в то же время соответствовала требованиям производственных площадок. Кроме того, менеджер отвечает за обеспечение надлежащего использования материалов, чтобы не усложнять ситуацию на этапе сертификации.

Однако даже блестящий продакт-менеджер не застрахован от ошибок. В аппаратном бизнесе ошибки могут привести к огромным денежным потерям и значительному увеличению сроков проекта.

В большинстве случаев электронное устройство состоит из следующих компонентов:

1) Аппаратное обеспечение.
2) Программное обеспечение.
3) Корпус.
4) Изготовление прототипа (печатная плата + корпус).
5) Запуск серийного производства.

1. Разработка аппаратного обеспечения

Разработка аппаратного обеспечения занимает от нескольких недель до двух месяцев благодаря системам автоматизированного проектирования (САПР). Наиболее важной частью является конструкция печатной платы. Вся «начинка» должна быть размещена предельно аккуратно, так как правильное расположение компонентов напрямую влияет на правильное функционирование устройства.

Инженер-программист Promwad отлаживает свой программный код на плате разработки

2. Разработка программного обеспечения

Разработчики встраиваемого программного обеспечения, в отличие от разработчиков прикладного программного обеспечения, несколько ограничены физическими параметрами оборудования, но эта проблема делает задачу более интересной.

Программное обеспечение в электронике работает в условиях ограниченных ресурсов. Встраиваемые ОС вроде Linux Embedded, RTEMS и т.п. кардинально отличаются от своих десктопных собратьев.

Разработчики встраиваемого программного обеспечения неразрывно связаны с железом, ведь даже идеально написанный код будет выдавать ошибки на устройстве с плохой сборкой или отказом процессора.

3. Корпус: промышленный и механический дизайн

Конструкторам, технологам и инженерам необходимо объединить усилия. Иногда не получается воплотить крутые эскизы в реальность из-за более высоких цен на этапе производства или технических ограничений.

Промышленный дизайнер рисует эскиз нового устройства. Фото Promwad

Подробности этого этапа я рассказывал в своей предыдущей статье «Как промышленные дизайнеры создают корпуса для новых электронных продуктов».

4. Прототипы плат и корпусов

В середине процесса разработки вы должны изготовить свои первые прототипы. Детали, заказанные со всего мира, бережно распаковываются и собираются в единый организм. Доставка этих комплектующих существенно влияет на время сборки, поэтому приходится выбирать между относительно дешевым Китаем и быстрым прототипированием на местных площадках. Разработчики десктопного софта вообще не испытывают таких временных затрат.

Цель прототипирования — проверка идей разработчиков на реальном устройстве и устранение возможных дефектов или недостатков перед серийным производством.

Инженер Promwad проверяет работу светодиодного освещения на прототипе музыкального устройства

Вот примеры испытаний прототипов: электробезопасность, функциональные испытания, предсертификационные испытания, климатические испытания. При тестировании корпусов-прототипов также оцениваются тактильные ощущения и удобство использования устройства, но даже самые современные тестовые программы не могут учесть такие параметры, как ощущение веса в руке и ощущение прикосновения к поверхности.

Итак, тестов много не бывает, а синтетические не дадут 100% гарантии, только полевой пользовательский тест может полностью подготовить устройство.

5. Разработка и изготовление форм для корпусов

После того, как вы определились с конкретным производителем для начала серийного производства ваших корпусов, вы приступаете к изготовлению формы — жесткого каркаса для литья пластмасс. Помимо пластика, для изготовления корпусов могут использоваться и другие материалы: металлы, резина и даже дерево, стекло или керамика.

Примеры корпусов из необычных материалов: кварцевого стекла и алюминия, керамики и дерева. Фотографии взяты из кейсов Promwad по производству электроники.

Как правило, качество пресс-формы проверяется путем изготовления эталонного образца вашего корпуса.

Наступает желанный для любого разработчика этап — производство. Правильная производственная площадка – залог успеха на данном этапе. Крупные продуктовые компании с самого начала знают, с кем из своих производственных партнеров они будут работать, но стартапы часто выбирают своего производителя только после выпуска рабочего прототипа.

В общем, как и в любом деле, если хотите качественный продукт — выбирайте проверенные производственные площадки напрямую или сотрудничайте с контрактным производителем, который берет на себя ответственность за выбор правильной производственной площадки, контроль вашего бюджета и сроков.

Мелкие партии и запуск производства

Компьютерная симуляция показывает точку впрыска термопластичного полимера

Перед запуском крупносерийного производства необходимо произвести небольшую партию (до ста штук). Так можно устранить все неточности: проблемы с комплектующими, тестами и т.д. Потом нужно будет апскейлить (до двухсот штук) и повторить процесс.

Чтобы приблизиться к массовым продажам небольшими партиями, в зависимости от законодательства ваших целевых стран, вы уже можете подготовиться к сертификации. В результате на ваших устройствах появятся буквы CE, FCA и т.д.

Массовое производство и поставка

Кажется, наконец-то можно выдохнуть. Массовое производство успешно запущено: вы можете отгружать продукцию и перевозить ее по всему миру, получая заслуженную прибыль. Но правда жизни не позволяет расслабиться даже на стадии серийного производства.

Вам следует поддерживать контакт с инженерами для устранения возможных проблем и предоставления послепродажного и гарантийного обслуживания, которое вы заложили в бюджет в начале проекта (не так ли?).

Конструкции для рынка электроники на разных стадиях разработки: от печатной платы до собранных прототипов и серийных образцов

Как вы могли заметить, здесь отсутствует часть процесса разработки продукта, такая как бренд, упаковка, логистика, маркетинг и каналы сбыта и т.