ツールの前にプロトタイプを作成する: ハードウェアの最初のレッスン

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2023 年 5 月 1 日

回路図が完成し、BOM も完成し、誰かがツールと時間を節約するための量の注文について話し始めます。通常、結果として非常に高価なレッスンが行われます。

繰り返される間違い

回路図が完成し、BOM が作成され、誰かが工具の切断や時間を節約するための大量注文について話し始めました。通常の結果は、取り付け穴が 1 ミリメートルずれており、ボードがエンクロージャに適合しないことです。電源は全負荷を支えることができません。熱設計によりプロセッサが強制的にスロットルされます。組み立て手順が非常にぎこちないため、オペレーターが立ち止まってしまいます。ツールを 1 回改訂するには、10 回以上のサンプルが必要です。廃棄されたバッチ 1 つで、初期段階の予算の 10 パーセントが消費される可能性があります。

その無駄に共通する特徴は、未知のものをあたかも既知であるかのように扱うことです。正しく見える図面と実際に適合する基板は、部品を握ったときにのみ現れる一連の問題によって分けられます。ツールや大量生産は、検証された設計を複製するために存在するものであり、検証するために存在するものではありません。順序を逆にするとコストが倍増します。

図面では解決できない答えをハードウェアが提供するもの

サンプルは非常に具体的な質問に答えます。穴の位置が合っているかどうか、基板がエンクロージャに落ちているかどうかは、組み立ててみないと分かりません。電源リップルとコントローラーの動作温度 - 測定のみがわかります。コンポーネントのレイアウトが適切かどうかは、配置オペレーターが教えてくれます。デバイスが手に正しくフィットするかどうかは、扱い方によってのみ決まります。これらはいずれも図面段階での想定です。

さらに重要なのは、それらは相互作用することです。熱の問題のように見えた問題がレイアウトを変更し、それによって電力の配線が変更され、リップルが再び間違った状態になります。もう 1 つのサンプル ラウンドでは、その結果の連鎖を最後まで確認します。 1 つ少ないと、完成品の段階ですべてが表面化します。ハードウェアの問題は何層にも重なっており、サンプリングはそれを 1 つずつ解決するシャベルのようなものです。

耐えられる注文

回路図と PCB の設計後、サンプルを迅速に構築し、ハードウェアで測定します。測定結果が「はい」の場合は、修正して再度サンプリングします。設計が収束するまで繰り返し、その後、実稼働に近い条件でプロセスの問題を解決するパイロット実行に移行します。それからボリュームについて話してください。各ステップは低コストであり、それぞれの段階でリスクを軽減します。

この原則は新しいものではありません。問題は、実行が常にスキップ可能であると感じられることです。よくある言い訳は、時間のプレッシャー、顧客が待っている、資金調達のマイルストーンが迫っているなどです。これを実際に 2 回実行したことのある人なら誰でも、スキップされたステップが消えるわけではなく、より高価な場所で待機しているだけであることがわかります。サンプリング資金は、間違っていないことを買うため、初期のハードウェア予算の中で最も高い収益をもたらします。

サンプリングを考えなくても済むほど安くする

私たちの工場ではサンプリングを日常業務として扱っています。図面またはサンプル要件を送信すると、解決策と見積もりが 24 時間以内に返信されます。共通コンポーネントは在庫されているため、その場で購入するまで待つ必要はありません。自社工場なので、下請け業者の後ろに並ぶことはありません。サンプルは最短 5 時間で生産でき、サンプリング、少量生産、大量生産は同じプラント内で行われるため、改訂間でプロセスのコンテキストが途切れることはありません。

サンプルラウンドが無視できるほど安価になると、ハードウェアチームの仕事のやり方が変わります。アプローチが機能するかどうかを会議で議論するのではなく、実際にプロジェクトを構築して確認することになります。ハードウェア スタートアップの方法論はシンプルなものに集約されます。つまり、できるだけ早く現実世界からフィードバックを得るということです。サンプリング サイクルが短いほど、フィードバックが速くなり、生き残る可能性がわずかに高くなります。今すぐ要件を送信し、ソリューションと見積もりを確認してから、次のステップを決定します。

プロトタイピングラウンドをスキップできる場合

すべてのボードが物理的なプロトタイプ ラウンドを必要とするわけではありません。設計が同じプロセスで既に構築されているもののマイナーなバリアントである場合 (コネクタの変更、ファームウェアの微調整、同じパッケージ内の異なる値)、リスクは待つに値しません。有用なテストは、設計内の仮定が実際のハードウェアでテストされたことがないかどうかです。答えが存在しない場合は、実稼働用にビルドします。 2 つまたは 3 つある場合は、プロトタイプを作成します。 4 つ以上の場合、通常、デザインがビルド スロットを獲得する前に紙の上でもう一度パスする必要があることを意味します。

名前を付ける価値のある 2 番目のケースは、エンクロージャ フィットです。ハウジング内の基板のソフトウェア シミュレーションは多くの場合正しいですが、それらが見落とす故障は機械的なものです。つまり、コネクタがボスを汚したり、ドライバーが侵入したキープアウトが破損したりするなどです。唯一の未解決の質問が適合する場合、1 つの印刷して組み立てたユニットは、1 週間のモデリングよりも安価です。ガーバーだけから、ビルドでプロトタイプ段階をスキップできるかどうか、または 1 ラウンドの物理検証で後で 2 ラウンドを節約できるかどうかをアドバイスできます。

プロトタイピングで節約したお金は別の場所に戻ってきます

プロトタイピングの予算を削減したチームは通常、1 か月後に別の品目で予算を使います。1 つの金型の修正にはプロトタイプの実行の 10 倍の費用がかかり、返品されたバッチには運賃と再作業が追加され、納期の遅れはチャネルのペナルティをもたらします。どれもプロトタイピングと名付けられていませんが、すべてはプロトタイピングを作成しなかったことの代償です。

プロトタイプの真の価値は、未知のものを既知のものに変えることです。穴の位置、エンクロージャのフィット感、供給規制、熱的挙動、組み立ての感触はすべて、ボードを手にした瞬間に答えが得られます。絵を描くことは、それを手に取って電源を入れることに代わるものではありません。ハードウェアの方法論を一文に要約すると、現実ができるだけ早くフィードバックされるようになります。

資本に余裕のないチームにとって、プロトタイピングには 2 番目の効果があります。オブジェクトが見えることで範囲を絞り込みやすくなります。多くのチームは、最初のサンプルが返された後、必須と思われる 2 つの機能を削除しており、節約された開発時間はプロトタイプのコストを小さく見せます。 メーカー製品の詳細を見る