Этапы разработки электроники

В процессе разработки нового продукта для рынка электроники мы придерживаемся определенной схемы работы, которая была проверена на десятках проектов для российских и зарубежных заказчиков. Пропуск любой фазы проектирования увеличивает риски и смещает их, как правило, на финальную стадию серийного производства.

Некоторые этапы могут повторяться итеративно, это нормальный процесс создания технически сложной и конкурентноспособной продукции. Также итеративный подход весьма часто используется при разработке программно-аппаратных платформ.

Разработку электронного продукта можно разделить на следующие этапы:

Создание концепции продукта

Именно на этом этапе идея принимает очертания коммерчески успешного продукта. Выясняется наличие конкурентной продукции и составляется сравнительная таблица – карта технического уровня (КТУ). Выбирается уникальное сочетание функционально-технических характеристик продукта и выбирается бизнес-модель для обеспечения коммерческого успеха создаваемого электронного устройства.

Техническими специалистами и экспертами отрасли подготавливается технико-коммерческое предложение и концепт-дизайн продукта с описанием функциональных особенностей и преимуществ. В это же время бизнес-аналитики на основе выбранной бизнес-модели и экспертных оценок создают бизнес-план. В этой стадии могут проводится дополнительные маркетинговые исследования, поиск инвестиций и многое другое.

Результатом данного этапа является пакет документов, отражающий концепцию продукта.

 

Техническая проработка изделия (Proof-of-Concept)

Создается эскизный проект, разрабатывается техническое задание (ТЗ), создаются спецификации и анализируются примеры использования продукта.

Уточняются цены у производителей компонент, подписываются соответствующие NDA с производителями компонентной базы для получения дополнительной технической информации. Выбираются базовые компоненты и выполняется предварительный расчет себестоимости продукта (BOM) с учетом стоимости производства в разных сериях.

Осуществляется проверка на реализуемость устройства, часто этот этап заканчивается сборкой и тестированием “настольного” прототипа изделия. Для разработки и сборки прототипа приобретается отладочный набор (Evalution Kit) для выбранной целевой платформы. Оцениваются выбранные аппаратные и программные технические решения, изучаются потенциально проблемные моменты с точки зрения последующей технической реализации, производительность платформы и другие важные характеристики. Формируется вывод о правильности выбора целевой платформы.

Результатом данного этапа является принятие решения о правильности выбранной платформы и обоснование технических решений; часто создается “настольный” прототип устройства, обладающий ограниченной функциональностью.

 

Разработка электронного устройства

Целью данного этапа является создание комплекта конструкторской и проектной документации на изделие. На данном этапе производится уточнение списка используемых компонентов, проектируется принципиальная электрическая схема. Формируется список компонент (BOM), цены уточняются у поставщиков.

Производится проектирование интерфейсов HMI (Human-Machine Interface), определяются органы управления и отображения информации, необходимые для обеспечения интерфейса с пользователем. Производится проектирование интерфейса, выстраивается дерево функций и создаётся концепция управления.

Параллельно с разработкой схемотехники производится проектирование корпуса устройства. На основе скетча и HMI интерфейса разрабатывается твердотельная модель и конструкция устройства. Выполняется трассировка печатных плат в необходимом форм-факторе.

Реализуется, разработанная на предыдущем этапе программная архитектура, адаптируется и дорабатывается программное обеспечение. Разрабатываются все виды тестов для проверки корректности работы программного обеспечения. Разрабатываются программные тесты, которые позволят проверить корректность работы как программного, так и аппаратного обеспечения.

Результатом данного этапа является комплект конструкторской документации на изделие предназначенный для производства опытных образцов.

 

Опытные образцы

Целью данного этапа является создание опытных образцов для проверки их работоспособности и устранения возможных ошибок допущенных на стадии проектирования. Также с помощью произведенных опытных образцов могут решаться маркетинговые задачи, например продемонстрированы на выставке или инвестору, либо образцы могут быть подготовлены для проведения сертификации.

На данном этапе закупаются компоненты, размещается производство на изготовление и монтаж печатных плат, корпус проверяется на собираемость и заказываются, близкие к серийному исполнению, корпуса изделия. После монтажа печатных плат образцов происходит «bring-up» («первое включение/подъем»). Осуществляется портирование операционной системы и загрузчика, доработка драйверов, низкоуровневых процедур и прикладного ПО. Все компоненты изделия собираются вместе и производится интеграционное тестирование.

По результатам тестирования и/или опытной эксплуатации функциональные требования к продукту могут быть доработаны, а также могут быть внесены изменения в конструкторскую документацию. Большинство функций реализованных программно не требуют аппаратных изменений, поэтому их реализацией можно заниматься на протяжении последующих этапов проектирования. Иногда клиентом может быть принято решение о повторении итерации разработки, что ведет к переработке схемотехники, конструкции, печатных плат и др. Риски возникновения такого сценария повышаются при пропуске 1 или 2 фаз разработки: “Концепция” и “Техническая проработка”.

Результатом данного этапа является получение действующих опытных образцов и внесение изменений в конструкторскую документацию по результатам интеграционного тестирования.

 

Сертификационные испытания

Практика показывает, что если не учитывать необходимость проведения предварительных сертификационных испытаний, то последующие финансовые потери могут оказаться значительными. На этой стадии надо определить класс устройства, необходимость проведения предварительных сертификационных испытаний, составить программу испытаний. По результатам предварительных сертификационных испытаний, должны быть сформированы протоколы с результатами проведенных измерений и при необходимости внесены изменения в конструкторскую документацию.

Результатом данного этапа является заключение соответствующей организации о результатах предварительных сертификационных испытаний.

 

Подготовка к производству и выпуск установочной партии

Основной целью выпуска установочной партии является подготовка продукта к серийному производству и проверка технологичности устройства на реальном производстве. На этом этапе могут быть выявлены недочёты продукции, которые не были выявлены на небольшом количестве опытных образцов и произведена незначительная корректировка схемы, конструкции корпуса, печатной платы.

Производится финальная оптимизация BOM, создается документация, в том числе технологические карты при участии технологов и ориентированные на конкретное производство. Детально планируется логистика, выясняются риски и узкие места серийного производства.

Разрабатываются и проверяются тестовые покрытия для JTAG анализатора, внедряется данная технология на производство. Разрабатывается инструментарий POST тестирования, пост-производственные тесты в случае если стоит задача увеличения тестового покрытия.

Результатом данного этапа является произведённая установочная партия устройств и комплект документации для серийного производства изделия.
 

Серийное производство

Целями этапа является промышленный выпуск продукции готовой к продаже конечному потребителю.

На данном этапе разработчиком осуществляется сопровождение серийного производства:

  • контроль за соблюдением технологического процесса
  • контроль качества продукции
  • оперативное реагирование на замены электронных компонентов по каким либо причинам не доступным, либо снимаемым с производства
  • определение причин появления бракованной продукции (некачественные компоненты, нарушение технологического процесса и т.д.)
  • совершенствование тестов и увеличение тестового покрытия для проблемных мест выясняемых в ходе производства
  • оптимизация производства с целью сокращения издержек

Результатом работы экспертов является контроль качества производства и выпускаемой продукции.