Как создать хардверный продукт с нуля на примере «умной» колонки

В мире существует печальная статистика — 97% хардверных стартапов закрываются в первые 20 месяцев после привлечения первых инвестиции. Hardware is hard, но это и делает железные проекты интересными.

Меня зовут Вера Козырь, я CEO и соосновательница дизайн-хауса NotAnotherOne. В этой статье я на примере «умной» колонки и других устройств расскажу, какие этапы разработки проходит техника перед тем, как попасть на полки магазинов.

С 2013 года мы помогаем крупным компаниям и стартапам превращать их идеи в реальные продукты. NotAnotherOne в первую очередь оказывает услуги индустриального дизайна.

При этом клиенты зачастую приходят к нам с верхнеуровневым концептом, и мы помогаем им проработать требования, разработать продукт, а также найти поставщиков комплектующих и наладить серийный выпуск. Поэтому за время работы у нас накопилась большая экспертиза по организации всего цикла производства железных продуктов.

Больше 20 устройств, над промышленным дизайном которых мы работали, — проекты в сфере телемедицины, «умного» дома, носимой электроники, электроники для автомобиля — уже выпущены на рынок.

Среди них: «Яндекс.Станция» и «Яндекс.Станция Мини», «умные» колонки с «Алисой» внутри, система «умного» дома LifeControl от «Мегафона». Также у нас есть свой собственный продукт — Atmotube, серия портативных датчиков качества воздуха.

Перед вами типовой цикл разработки продукта – «умной» колонки или «умного» экрана – от идеи до запуска в продажу.

Всё начинается, конечно, с идеи. Их у всех очень много, но большинство отваливаются на этапе исследования или proof-of-concept. Этими этапами ни в коем случае не стоит пренебрегать.

В противном случае на более поздних стадиях проекта может выясниться, что продукт технически нереализуем, либо себестоимость конечного устройства настолько велика, что сводит коммерческий успех устройства к нулю.

Важнейшая часть продуктового исследования – feasibility study, исследование реализуемости и целесообразности продукта.

Начать его можно с анализа существующих платформ и решений. Это можно сделать, изучив teardowns (разборы) нескольких популярных устройств из целевой категории, а также составив список основных компонентов и их поставщиков. Даташиты (листы со справочной информацией) на эти компоненты позволят получить полное представление о том, насколько компоненты соответствуют той спецификации, которую вы планируете реализовать.

Несколько слов про MVPr (minimum viable prototype), который не надо путать с MVP (minimum viable product). MVPr — это ранний рабочий прототип с минимальным функционалом, который создаётся, прежде всего, чтобы подтвердить состоятельность идеи и протестировать ряд продуктовых гипотез.

Собирается MVPr чаще всего из имеющихся в продаже модулей или HDK (hardware developer kits), чтобы минимизировать время, необходимое для разработки. Ещё 3-4 года назад, чтобы создать MVPr «умной» колонки, разработчикам пришлось бы изрядно попотеть.

Сейчас smart speaker hardware developer kits (HDK) доступны как от небольших компаний (могут стоить до $100), так и от компаний-лидеров рынка, таких как Qualcomm, Amazon, Google (часто такие HDK стоят дороже: от нескольких сотен до нескольких тысяч долларов).

Зачастую в комплекте с HDK предоставляется доступ к SDK и документации разработчика, тестовой прошивке / примерам приложений.

Выбор HDK зависит от нескольких факторов:

Маркетинговое исследование позволяет взглянуть на супер-идею глазами пользователя и ответить на ряд важных вопросов:

Ещё один важный начальный этап — конкурентный анализ. Какой бы свежей и уникальной ни казалась ваша идея, вполне возможно, что что-то похожее уже было придумано до вас. Постарайтесь найти хотя бы нескольких конкурентов и проанализировать их сильные и слабые места, набор технических характеристик, ценовую политику.

Возможно, это уже кто-то сделал до вас: teardown и disassembly-обзоры популярных устройств очень часто можно найти в интернете.

Полезными на первоначальных этапах будут как традиционный SWOT-анализ, так и реже используемый Porter’s Five Forces model.

А теперь давайте посмотрим, что происходит с теми идеями, которые решено воплощать в продукты.

Всем рекомендуем думать про патенты в самую первую очередь.

Если у вас нет бюджета или времени подать полноценную патентную заявку, помните, что всегда можно начать с предварительной заявки или Provisional patent, как это называется за рубежом.

Эта заявка позволяет вам сохранить за собой авторство изобретения на один год до момента подачи полноценнои патентнои заявки. Стоимость процедуры составляет в среднем около $200-500.

Не стоит пренебрегать патентным поиском. Также совершенно необязательно сразу прибегать к помощи дорогостоящих патентных бюро для патентного поиска. Предварительныи поиск можно сделать самостоятельно и бесплатно. Ниже список основных открытых баз патентов по регионам.

Проводить предварительныи самостоятельныи патентныи поиск полезно не только, чтобы убедиться, что ваше изобретение уникально и не нарушает чьи-то авторские права.

Для более тщательного поиска можно привлечь патентных поверенных и проверить идею на патентную чистоту не только по выпущенным патентам в открытых реестрах, но и по базе заявок.

Из нашей практики: многие стартапы сразу же бегут прототипировать, разводить платы, моделировать корпуса устройства, ищут фабрики. На самом деле, чтобы создать по-настоящему качественный уникальный продукт, мы рекомендуем немножко выдохнуть и уделить время разработке дизайн-языка.

Во-первых, чтобы создать уникальныи, узнаваемыи дизаин, который отличит ваш продукт от всех конкурентов на рынке.

Во-вторых, очень важно подружить внешний вид вашего устройства с брендом компании. Дизаин-язык для деваисов аналогичен брендбуку в digital-дизаине. Ваш продукт должен восприниматься как единое целое вместе с интерфеисами, пользовательскими приложениями и прочими составляющими.

Ну и наконец, нужно задать правила и принципы, которые лягут в основу промышленного дизайна всей линейки устройств.

Например, довольно известный радиус Apple является одной из дизайнерских особенностей этого бренда:

При разработке устроиств на каждом этапе процессы разработки делятся на несколько параллельных потоков, плотно взаимосвязанных между собои.

В разработке это и корпус, и плата, и огромный стек по программному обеспечению — тому, что крутится на самом устройстве и тому, что живет вне устройства.

Так как нашей целью является рассказать про процесс промышленного дизайна, остановимся подробнее на железе и корпусах.

Промышленный дизайн начинается с создания скетчеи продукта. Скетч — это эскизы будущего дизайна, задающие общие линии и форму устроиства. Удачные скетчи моделируют и рендерят.

Как правило на этапе концептуального моделирования мы прорабатываем от двух до четырёх вариантов ID (industrial design) продукта. Потом команда проекта делает несколько нефункциональных прототипов, так называемых мокапов.

Их печатают на 3D-принтере, иногда вырезают на станках. Иногда делаются размерные мокапы 1:1, иногда необходим приближенный к реальности прототип, например, с реальным дисплеем.

После тестирования мокапов и их эргономики команда выбирает одно из направлений дизайна для дальнеишеи работы над промышленным дизайном.

Для голосовых умных колонок такими элементами являются, например, динамики, микрофонная матрица, возможно, дисплей или батарея – всё, что влияет на размер и форму устройства.

На фазе промышленного дизайна концепт претерпевает множество изменений. Для примера мы добавили фото, которое иллюстрирует эволюцию дизайна YotaPhone.

Для этого устройства было проведено более 30 итераций промышленного дизайна, прежде чем удалось скомпоновать все технологии и компоненты в устройство, которое пользователи в итоге увидели на полках.

Последней фазой, завершающей поток промышленного дизайна, является Mechanical Design или разработка механической структуры. Эта фаза обычно прорабатывается параллельно с началом производства.

MD является более детально-проработаннои версиеи ID. Осуществляется доработка ребер жёсткости, анализ mold-flow simulations, разрабатываются концепты будущей сборки продукта, прорабатываются контуры охлаждения, и осуществляется подготовка модели для создания пресс-форм.

Этот процесс называется DFM (design for manufacturing, дизайн под производство), в результате которого рождается параметрическая 3D-модель продукта, готовая к передаче в производство.

У процесса DFM много стадий: от создания первых CNC прототипов до последней тулинг итерации. Мы больше расскажем о них в следующей статье, посвящённой производственному процессу.

Для создания деталеи корпуса применяют три основных процесса: штамповка, отливка (пресс-формы или тулинг) и резка.

Кратко расскажем, что они из себя представляют.

Штамповка как правило используется для металлических деталей и представляет собой деформацию металла под заданные формы под давлением.

Тулинг или пресс-формы — процесс производства деталей методом литья, когда под большим давлением в металлические огромные формы заливается расплавленный пластик. После того, как пластик принял форму, извлекают детали.

Это самыи долгии процесс – изготовление промышленнои (твёрдои) пресс-формы занимает от 30 до 50 днеи и стоит довольно дорого. При этом стоимость единицы изготавливаемои детали получается низкои.

Как выглядят пресс формы? Существуют мягкие (soft tooling) и жёсткие пресс-формы.

Soft tooling изготавливается из силикона либо мягких металлов, например, алюминия. Такие формы рассчитаны на небольшое, как правило пробное, количество деталеи. Ресурс алюминиевои пресс-формы от нескольких сотен до тысячи комплектов.

Твёрдые пресс-формы изготавливаются из стали и позволяют достичь высокои размерной точности деталей при литье. Вы можете работать с любыми типами пластика, потому что такие пресс-формы выдерживают большую температуру. Большинство девайсов, которыми вы пользуетесь, сделаны именно таким способом.

Контракт с тулинг-хаусом лучше заключать напрямую, а не через фабрику, которая будет осуществлять массовое производство, чтобы ownership (права на тулинг) перешли вам. В будущем это позволит вам сменить или продублировать фабрику без смены тулинг-производителя.

Резка (CNC/ЧПУ), напротив, не требует вложении в пресс-форму, но стоимость детали получается очень высокая. Как правило резку используют для мелких или очень сложных деталеи, не поддающихся вышеупомянутым способам производства.

Печатную плату разрабатывают параллельно с MD. Ниже вы видите её возможную эволюцию. Зачастую первые прототипы собираются на базе девкитов (демонстрационных комплектов), и такая демо-плата с проводами не соответствует размерам планируемого корпуса.

Согласно MD-требованиям инженер-электротехник подгоняет размер платы под габариты корпуса и расположение внутренних элементов, таких как коннекторы, светодиоды. На это может потребоваться несколько итераций.

Ниже вы видите упрощённую схему разработки умных колонок. Как показывает схема, вам необходимо заботиться сразу о нескольких подсистемах в процессе разработки. Для синхронизации всех потоков задач и требований важна правильная и полная документация.

Для гаджетов есть три основных больших документа:

Не будем останавливаться на SRS, так как наша цель — рассказать про разработку железа.

PRD (Product Requirements Specification) описывает девайс, все его технические характеристики, функциональные требования, показатели производительности, требования к сертификации и так далее.

Разработка PRD начинается практически с того момента, как у вас появилась идея продукта. Этот документ продолжает эволюционировать практически до запуска продукта в массовое производство, включая все новые поступающие дополнения.

Почему правильныи PRD так важен?

Этот документ с самых ранних стадии разработки позволяет синхронизировать команды инженеров, дизаинеров, продуктологов и привлекаемых к разработке партнёров, формулируя, что конкретно будет представлять из себя продукт.

PRD — ещё и приложение к контракту на производство. С его помощью будет осуществляться приёмка первых партии произведённых продуктов.

Пример основных разделов, которые должен включать PRD:

Помимо этого, есть смысл прописать требования к прототипам, которые будут изготавливаться на каждом этапе: что обязательно должно работать в каждои итерации, а чем можно пренебречь.

Следующий документ – CMF (Colors, Materials, Finishings) — может являться самостоятельным документом или быть включенным в PRD. Этот документ описывает внешний вид устройства и параметры всех его деталей: требования к цветам, материалам, исполнению, покрытию.

Ниже представлена часть CMF-документа первого поколения Atmotube, портативного датчика качества воздуха, полностью разработанного нашей компанией.

Также он содержит QAC (quality acceptance criteria) или CS (cosmetic specification). Это информация по допустимым отклонениям при производстве деталей, например, по цвету или по мелким дефектам поверхностеи, таким как мелкие сколы или царапины.

Контроль качества на производстве и документация, используемая при приёмке готовои продукции, основывается на этих требованиях.

Помимо указания максимально-допустимого числа дефектов для каждого из типов поверхностей, в документе чётко регламентируется процедура проверки (освещение, расстояние от проверяемого устройства до проверяющего и так далее), а также описываются типы дефектов.

Надеемся, что вышеописанные процессы и документы помогли раскрыть часть производственных процессов и помогут начинающим HW стартапам (и, возможно, большим компаниям) в разработке будущих продуктов.

В следующей части статьи мы расскажем о критериях выбора фабрики и всех этапах тестирования и производства продукта.

С уважением, Вера Козырь и команда NotAnotherOne.

#производство #хардвер #notanotherone