淺析智能硬件及其生命周期

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編輯導語:狹義上的智能硬件產品,是在傳統的電子產品上增加了聯網通信的能力,通過云端實現了更復雜的邏輯判斷、遠程操作及多設備間的協調聯動等。本文作者對智能硬件產品的系統及生命周期等進行了分析,希望能給你帶來幫助。

一、什么是智能硬件產品

硬件是“由電子,機械和光電元件等組成的各種物理裝置”,是我們看得見摸得著的實體。典型的硬件產品就是綠油油的印刷電路板,我們日常生活中用到的普通風扇、充電器、耳機等都是硬件產品;純粹的硬件產品,就像是提線木偶,智能化程度極低,只能對人的指令做出簡單的響應,功能單一,對環境的適應性低。

軟件是“一系列按照特定順序組織的計算機數據和指令的集合”,簡單的說就是程序員們敲的一串串代碼。軟件的類型有很多,電腦/手機/平板的操作系統如win系列、OS系列,安卓系列,手機上跑的應用程序app如微信、釘釘;我們打開的網站等等都屬于軟件。

如果將硬件產品比作是身體,那軟件就像是“大腦”,軟件結合硬件的產品相當于具有了簡單的“智力”,可以對周圍的環境做出反應,根據環境的變化來自動調整功能。典型的就是我們用的小家電如冰箱、空調等。

雖然軟件結合硬件的產品已經比純粹的硬件產品更加復雜、自動化了,但是依然不能稱之為智能硬件產品。因為這些產品的自動化是通過編譯好的程序實現的,其本身并不具備學習能力,以及基于所獲得的信息做出推理判斷的能力。

智能硬件產品,其核心在于“智能化”。我們狹義上理解的智能硬件產品,是在傳統的電子產品上增加了聯網通信的能力,通過云端實現了更復雜的邏輯判斷、遠程操作及多設備間的協調聯動等;典型的就是我們所用的智能手機,AR/VR設備等。

還有一些“AI+”設備,已可根據已有的條件或知識,實現一定程度上推理判斷,甚至可以自動泛化的學習知識。如小愛同學、小度AI等。這些也是智能硬件產品。

智能硬件產品一般都具備聯網能力,在使用時需進行聯網配對。如套件內置4G模塊,在插入sim卡后,開機即可自動聯網;

相比于傳統的電子產品如老式家電、空調,智能硬件產品在交互方式上增加了APP/小程序操控、語音操控、事件觸發等方式。不同的應用場景或環境對智能硬件產品會產生影響,或者說智能硬件產品會針對不同的環境做出調整。

二、智能硬件系統概覽

智能硬件系統,總的來說包括硬件、本地系統、云服務三部分。

硬件,包括殼體和PCBA兩部分,殼體就是產品的外殼,材質可以是金屬、塑料、玻璃、木材等,用來收納保護脆弱的電子元件,將產品內部組件統一為一個整體,也起著便于使用,視覺美觀的功能。

PCBA,已焊接貼片的印刷電路板,是電子元件的承載基體。PCBA上一般焊接有處理器、通信模塊、傳感器。通過線纜的方式,也可以與顯示器、執行器、傳感器相連接。

  • 處理器:包括MCU、CPU、GPU等,是智能硬件產品的心臟,承擔著收集、處理、轉發信號的功能
  • 通信模塊:有多種類型,包括常見的4G、wifi、藍牙,也有不常見的NB-IOT、Lora等,用于聯網傳輸數據
  • 顯示器:常見的如我們手機的顯示屏,承擔著信息展示、操作交互的重要功能,是使用者與產品的重要溝通渠道,就像是人的面部和嘴巴
  • 傳感器:也有多種類型,可以按照需求監測多種物理量,例如溫度、氣壓、方向、角度等,就像是人的眼、耳、鼻、舌、皮膚
  • 執行器:例如電磁閥、繼電器,電機等,是將數字信號轉換為顯示世界的各種動作,就像是人的四肢

在處理器內,一般都運行著本地系統,簡單的說就是電腦、手機、平板等的操作系統。不同的硬件平臺支持不同的本地系統,包括安卓、IOS、RTOS嵌入式系統等;同一個硬件平臺上,因編譯的優劣程度不同,同種類型的本地系統也有很大的性能差異。

傳統的電子設備受限于本地計算能力和儲存能力,無法運行復雜的程序和存儲更多的數據,從而為用戶提供更好的服務。智能硬件產品,借助通信模塊與互聯網相連接,與云服務器及其他互聯網設備緊密聯系,從而獲得了更多的能力。智能硬件產品之間通過云服務器進行互通協作,將多種數據進行融合處理和儲存;同時,產品與用戶之間也增加了更多的交互方式,從點按物理按鍵的傳統方式,進化成了手勢操作、語音控制、APP遠程操作等,交互方式更多樣,操作更加簡便高效

總的來說,智能硬件產品融合了很多功能與技術,當前的產品可能做不到完全的智能化,但是相比于傳統的電子設備,其功能的豐富程度,操作的簡便程度已極大提高。

三、智能硬件產品的生命周期

一款典型的智能硬件產品,其全生命周期一般涵蓋6個階段。需求確認階段、產品設計階段、產品落地階段、產品推廣階段、售后維護階段、產品消亡階段。

1. 需求確認階段

俗話說“知己知彼,百戰不殆”,在需求確認階段,調研信息收集資料是最重要的工作。智能硬件產品的研發及迭代成本很高,因此必須重視決策。

需求確認階段分為四部分,不一定是完全按照先后順序進行執行,可以交錯進行。大致包括“收集需求并定義產品”,“可行性分析”,“市場分析和競品分析”,“項目立項”。

在做一款智能硬件產品之前,需要考慮的是這款產品能解決怎樣的用戶痛點,為客戶帶來怎樣的價值,客戶愿意為這款產品付出多少。因此,產品的功能點絕對不是拍腦袋想出來的,而是通過大量的調研、需求收集、甄別篩選出來的。

在項目立項之前,需要對市場規模、用戶需求、產品的優劣勢、產品切入的方向進行分析;同時,要對目標用戶的購買力、同類產品的優劣勢、定價、利潤,產品核心器件的種類價格,以及上下游供應商等做到心中有數。

在立項前,產品經理需要將產品規格、可行性分析報告…等準備就緒,并發起公司內部的評審,需得到高管層和開發團隊的認可。

一個標準的智能硬件項目團隊主要包含兩方面的人才,軟件層面包括UI設計師、后臺開發、前端開發、安卓/IOS/RTOS工程師、軟件測試工程師等;硬件層面包括ID設計師、結構工程師、硬件工程師、硬件測試工程師、采購員、質量工程師等。此外還需要產品經理及項目經理,這是產品能順利誕生的靈魂人物。有些時候,產品經理會兼職項目經理。

2. 產品設計階段

產品設計階段是影響產品型態的最關鍵階段,可以說需求階段決定了產品的上限,設計階段決定了產品的下限。設計階段也是產品經理參與最多的環節。

產品經理將需求梳理清楚后,以軟硬件PRD的文檔形式,進行需求的內審和外審。評審完成后,工業設計師、結構工程師、硬件工程師、電氣工程師等就會在產品經理的帶領下有序的展開工作,具體各個角色應該完成哪些設計工作,將在第四章節詳細闡述。

設計階段最終的輸出,是產品需求文檔以及各組件的樣品。

3. 產品落地階段

設計階段是將腦海里的想法轉化為實物的過程,但是要讓想法真正落地,成為可用的產品,不能離開落地階段的付出。

落地階段又被稱為研發樣機階段,主要有打樣和測試兩部分工作。需研發人員進行物料備料及打樣,需完成各項測試并修復嚴重設計缺陷。

打樣就是將設計階段的各種樣品,包括板卡、天線、殼體、連接器、線纜等組裝成整機,并連接好外設(如果有的話)。我們稱其為手板樣,一般不超過30套。

而測試分為硬件和軟件兩部分,硬件部分包含PCBA單板測試、整機功能測試、整機可靠性測試等。根據每款智能硬件的產品差異,具體的測試項目有所區別。

軟件部分包含固件全量測試、平臺端全量測試、移動端全量測試、接口壓力測試等。因為軟件迭代比較快,所以落地階段的軟件測試,往往針對的某一階段性軟件版本,測試進行的同時,新版本的軟件可能還在同步規劃開發。

經過完善的測試和修復,我們可以認為手板樣試制成功,可以開啟下一階段。

4. 產品推廣階段

在產品落地階段,技術出身的產品經理常常會囿于技術視野,將大量的精力投入到難點問題的攻克,致力于打造一款“完美”的產品。其實這是得不償失的,智能硬件產品也需講究快速試錯快速迭代。

在產品推廣階段,需要將手板樣快速投放到市場中去,讓種子用戶上手使用。在這一過程中不斷收集用戶反饋的有用信息,藉此實現符合用戶需求的優化迭代;

在推廣階段,需要進行產品的相關認證如CCC認證、CE認證等,這些認證往往是為符合主流市場當地的政策要求而做的,沒有認證證書,產品無法售賣;

同樣的,為了使產品更易觸達用戶,銷售話術提煉、宣傳資料如渲染圖、說明書、產品彩頁等也需在此階段準備好。

產品推廣階段,必然伴隨著生產規模的擴大。一般會經歷三個小環節:

  1. 小批試制階段(NPI開始介入;研發備料,少量樣機,一般不超過100套;形成SOP),整體工藝盤清楚,且解決九成五以上的生產問題,無法從研發層面解決的問題由產線提供方法修補。研發層面完成物料封樣,產品完成資料準備,完成產測工裝的設計打樣。產品及研發支持,必要時跟產
  2. 生產導入(研發備料,一半不超過1000套),需對生產流程及生產工藝進行梳理細化,形成工藝指導文件SOP;需基于SOP、產測工裝等開始批量生產
  3. 正式量產(生產備料,視銷售預期而定)

5. 售后維護階段

其實從第一套產品以“商品”的身份被送到客戶的手上開始,售后的過程就開始了。售后維護階段的工作更偏向于運營,一方面需要持續收集客戶的意見和建議,收集競品的優勢與亮點,和并將其傳導到產品經理及研發處,進行產品的優化迭代;另一方面也要對市場的不良品進行處理,需有一套完整的售后服務體系,及時修復或更換問題產品。

售后維護階段,往往占據智能硬件生命周期的接近50%,這一階段的重點在于服務好客戶,保障用戶粘性,維持穩定銷量。

6. 產品消亡階段

打敗一匹馬的往往不是另一匹更快的馬,而是一輛汽車。產品的本質是解決用戶的痛點,滿足用戶的需求。當需求發生變化,產品也就失去了存在的土壤,而需求又是隨著時間的流逝不斷發生變化。因此產品的消亡不可避免。

在繁華落幕的階段,我們能做的可以是緊跟潮流及時推出新的產品,可以是提前洞悉趨勢提前落子布局,甚至可以是創造需求引導需求。

如果時代的大潮落在頭上,猝不及防,也需要對庫存的產品進行處理,結清尾款,盡量保障資金的回籠。

總的來說,就像人類從胎兒開始,經歷的生老病死的一生,智能硬件產品也是從最開始的靈感或想法出發,通過研發而落地,在面向市場的過程中不斷打磨自己的棱角,成長壯大,最后也會因為跟不上時代的發展而最終沉寂消亡。

四、核心硬件設計環節簡述

下面帶大家了解典型智能硬件產品的核心硬件研發設計過程,一般包含四個部分:ID設計、結構設計、硬件設計、電氣設計。

ID設計,Industry Design,又叫工業設計,關注著產品是否好看,像是描畫人的皮囊。本質上分為三個方向,三維設計方向、平面設計方向、UI設計方向。這里說的ID設計,特指三維設計方向,主要是對智能硬件產品的外觀進行設計,關注外形曲線、人體工程學、材質、表面處理方式等,力求做到美觀、便于用戶使用和市場接受。工業設計帶給產品美好的“皮囊”。

MD設計,Mechanic Design,又叫結構設計,是對產品的內部結構和機械部分進行設計,關注著產品是否經久耐用,如同打造人的筋骨。工業設計負責的是產品的外觀造型,而結構設計負責的是產品的骨架,結構設計的好壞直接影響產品的成本、質量和壽命,可以說造就了產品的“筋骨”。結構設計關注安裝和使用的便捷性、散熱、防水防塵等。

硬件設計,針對板卡進行設計,直接影響一款產品好不好用,類比創造人的大腦。沒有焊接元器件的叫做印刷電路板,英文簡稱PCB;焊接了元器件的就是我們一般所說的板卡,簡稱PCBA。PCBA是一款智能硬件產品核心運行邏輯的承載體,可以說是產品的“大腦”,硬件設計重點關注元器件的選型和連接,信號傳導的效率、電磁兼容能力等。

電氣設計,針對各種組件的供電及通信進行設計,是一款產品能順暢使用的關鍵所在,好似疏通人的經絡。電氣設計重點關注過流能力、屏蔽干擾的能力、安裝使用的易用性及便捷性等。

請注意,智能硬件產品還需進行軟件設計,包括UI設計、APP、固件等的設計,重點關注業務邏輯和交互方式,這里不做重點闡述。

1. 工業設計

工業設計主要包含三部分的工作。

首先是由工業設計師和產品經理共同確定方案,需設計師繪制ID線框和工藝圖,標注部件、材料、工藝等;

其次是外觀建模,設計師需在三維軟件上確定大型,調整細節;

最后需輸出輸出手板工藝文件,三維設計需輸出三維文件和CMF;平面設計需輸出菲林文件等。

2. 結構設計

結構設計主要包含四部分的工作。

  1. 進行工業設計評審,評審ID手板,確認外觀是否符合要求
  2. 進行結構設計,結構工程師需完成3D結構設計,考慮材質、加工工藝、散熱方式,結構強度等
  3. 打樣,需輸出手板打樣文件,含2D/3D圖紙,BOM;需完成3D打印或CNC加工手板樣
  4. 測試,需配合測試工程師輸出測試用例;結構工程師跟進振動沖擊測試、防護能力測試等并輸出測試報告

3. 硬件設計

硬件設計主要包含四部分的工作。

  1. 由硬件工程師和產品經理對齊需求并確認方案。需確定功能列表、主要器件、外圍電路等;準備好PCB元件庫與SCH元件庫
  2. 原理設計及Layout,硬件工程師需設計繪制原理圖;配合結構工程師進行PCB結構設計,合理布局器件和數字電路、模擬電路等;需布通并優化電路
  3. 打樣,需準備好BOM并進行電子料備料;需輸出光繪文件(含鋼網資料)并外發打樣及貼片;。樣品最終成品是焊接了器件的PCBA
  4. 測試,需配合測試工程師輸出測試用例;硬件工程師獨立進行單板測試、配合進行功能測試、可靠性測試等并輸出測試報告

4. 電氣設計

電氣設計也包含四部分的工作。

  1. 由電氣工程師和產品經理、硬件工程師、結構工程師等對齊需求并確認方案。需設計電氣控制原理圖,計算主要技術參數
  2. 工藝設計,電氣工程師需設計組件布置圖、安裝圖及接線圖等
  3. 打樣,需準備好BOM并進行器件備料;需輸出接線圖紙、線序文件并外發打樣。最終形成線束樣品
  4. 測試,需配合測試工程師輸出測試用例;電氣工程師跟進通斷測試、插拔測試、防護能力測試等并輸出測試報告

一款智能硬件產品的誕生,需要眾多不同學科,不同專業的人才相互配合,產品經理在其中起著決定性作用。專業的設計交給專業的人去做,而產品經理要進行方向把控、需求梳理、架構設計、人員安排、成品驗收等工作,是如同領航員一樣的存在。

正如領航員往往是船上知識最淵博的人,在智能硬件行業,智能硬件產品經理自身的知識儲備也需要非常豐厚,才能帶領團隊做正確的事情,和正確的做事。

 

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評論
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  1. 難得在這看到硬件產品的解析,而且框架比較全面,期待作者更詳細的文章~

    來自上海 回復
  2. 結合目前的工作,作者描述十份準確。
    關于智能硬件產品中軟件工作的描述更多些就好了,暫時無法把控和理解

    來自廣東 回復