浅析智能硬件及其生命周期

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编辑导语:狭义上的智能硬件产品,是在传统的电子产品上增加了联网通信的能力,通过云端实现了更复杂的逻辑判断、远程操作及多设备间的协调联动等。本文作者对智能硬件产品的系统及生命周期等进行了分析,希望能给你带来帮助。

一、什么是智能硬件产品

硬件是“由电子,机械和光电元件等组成的各种物理装置”,是我们看得见摸得着的实体。典型的硬件产品就是绿油油的印刷电路板,我们日常生活中用到的普通风扇、充电器、耳机等都是硬件产品;纯粹的硬件产品,就像是提线木偶,智能化程度极低,只能对人的指令做出简单的响应,功能单一,对环境的适应性低。

软件是“一系列按照特定顺序组织的计算机数据和指令的集合”,简单的说就是程序员们敲的一串串代码。软件的类型有很多,电脑/手机/平板的操作系统如win系列、OS系列,安卓系列,手机上跑的应用程序app如微信、钉钉;我们打开的网站等等都属于软件。

如果将硬件产品比作是身体,那软件就像是“大脑”,软件结合硬件的产品相当于具有了简单的“智力”,可以对周围的环境做出反应,根据环境的变化来自动调整功能。典型的就是我们用的小家电如冰箱、空调等。

虽然软件结合硬件的产品已经比纯粹的硬件产品更加复杂、自动化了,但是依然不能称之为智能硬件产品。因为这些产品的自动化是通过编译好的程序实现的,其本身并不具备学习能力,以及基于所获得的信息做出推理判断的能力。

智能硬件产品,其核心在于“智能化”。我们狭义上理解的智能硬件产品,是在传统的电子产品上增加了联网通信的能力,通过云端实现了更复杂的逻辑判断、远程操作及多设备间的协调联动等;典型的就是我们所用的智能手机,AR/VR设备等。

还有一些“AI+”设备,已可根据已有的条件或知识,实现一定程度上推理判断,甚至可以自动泛化的学习知识。如小爱同学、小度AI等。这些也是智能硬件产品。

智能硬件产品一般都具备联网能力,在使用时需进行联网配对。如套件内置4G模块,在插入sim卡后,开机即可自动联网;

相比于传统的电子产品如老式家电、空调,智能硬件产品在交互方式上增加了APP/小程序操控、语音操控、事件触发等方式。不同的应用场景或环境对智能硬件产品会产生影响,或者说智能硬件产品会针对不同的环境做出调整。

二、智能硬件系统概览

智能硬件系统,总的来说包括硬件、本地系统、云服务三部分。

硬件,包括壳体和PCBA两部分,壳体就是产品的外壳,材质可以是金属、塑料、玻璃、木材等,用来收纳保护脆弱的电子元件,将产品内部组件统一为一个整体,也起着便于使用,视觉美观的功能。

PCBA,已焊接贴片的印刷电路板,是电子元件的承载基体。PCBA上一般焊接有处理器、通信模块、传感器。通过线缆的方式,也可以与显示器、执行器、传感器相连接。

  • 处理器:包括MCU、CPU、GPU等,是智能硬件产品的心脏,承担着收集、处理、转发信号的功能
  • 通信模块:有多种类型,包括常见的4G、wifi、蓝牙,也有不常见的NB-IOT、Lora等,用于联网传输数据
  • 显示器:常见的如我们手机的显示屏,承担着信息展示、操作交互的重要功能,是使用者与产品的重要沟通渠道,就像是人的面部和嘴巴
  • 传感器:也有多种类型,可以按照需求监测多种物理量,例如温度、气压、方向、角度等,就像是人的眼、耳、鼻、舌、皮肤
  • 执行器:例如电磁阀、继电器,电机等,是将数字信号转换为显示世界的各种动作,就像是人的四肢

在处理器内,一般都运行着本地系统,简单的说就是电脑、手机、平板等的操作系统。不同的硬件平台支持不同的本地系统,包括安卓、IOS、RTOS嵌入式系统等;同一个硬件平台上,因编译的优劣程度不同,同种类型的本地系统也有很大的性能差异。

传统的电子设备受限于本地计算能力和储存能力,无法运行复杂的程序和存储更多的数据,从而为用户提供更好的服务。智能硬件产品,借助通信模块与互联网相连接,与云服务器及其他互联网设备紧密联系,从而获得了更多的能力。智能硬件产品之间通过云服务器进行互通协作,将多种数据进行融合处理和储存;同时,产品与用户之间也增加了更多的交互方式,从点按物理按键的传统方式,进化成了手势操作、语音控制、APP远程操作等,交互方式更多样,操作更加简便高效

总的来说,智能硬件产品融合了很多功能与技术,当前的产品可能做不到完全的智能化,但是相比于传统的电子设备,其功能的丰富程度,操作的简便程度已极大提高。

三、智能硬件产品的生命周期

一款典型的智能硬件产品,其全生命周期一般涵盖6个阶段。需求确认阶段、产品设计阶段、产品落地阶段、产品推广阶段、售后维护阶段、产品消亡阶段。

1. 需求确认阶段

俗话说“知己知彼,百战不殆”,在需求确认阶段,调研信息收集资料是最重要的工作。智能硬件产品的研发及迭代成本很高,因此必须重视决策。

需求确认阶段分为四部分,不一定是完全按照先后顺序进行执行,可以交错进行。大致包括“收集需求并定义产品”,“可行性分析”,“市场分析和竞品分析”,“项目立项”。

在做一款智能硬件产品之前,需要考虑的是这款产品能解决怎样的用户痛点,为客户带来怎样的价值,客户愿意为这款产品付出多少。因此,产品的功能点绝对不是拍脑袋想出来的,而是通过大量的调研、需求收集、甄别筛选出来的。

在项目立项之前,需要对市场规模、用户需求、产品的优劣势、产品切入的方向进行分析;同时,要对目标用户的购买力、同类产品的优劣势、定价、利润,产品核心器件的种类价格,以及上下游供应商等做到心中有数。

在立项前,产品经理需要将产品规格、可行性分析报告…等准备就绪,并发起公司内部的评审,需得到高管层和开发团队的认可。

一个标准的智能硬件项目团队主要包含两方面的人才,软件层面包括UI设计师、后台开发、前端开发、安卓/IOS/RTOS工程师、软件测试工程师等;硬件层面包括ID设计师、结构工程师、硬件工程师、硬件测试工程师、采购员、质量工程师等。此外还需要产品经理及项目经理,这是产品能顺利诞生的灵魂人物。有些时候,产品经理会兼职项目经理。

2. 产品设计阶段

产品设计阶段是影响产品型态的最关键阶段,可以说需求阶段决定了产品的上限,设计阶段决定了产品的下限。设计阶段也是产品经理参与最多的环节。

产品经理将需求梳理清楚后,以软硬件PRD的文档形式,进行需求的内审和外审。评审完成后,工业设计师、结构工程师、硬件工程师、电气工程师等就会在产品经理的带领下有序的展开工作,具体各个角色应该完成哪些设计工作,将在第四章节详细阐述。

设计阶段最终的输出,是产品需求文档以及各组件的样品。

3. 产品落地阶段

设计阶段是将脑海里的想法转化为实物的过程,但是要让想法真正落地,成为可用的产品,不能离开落地阶段的付出。

落地阶段又被称为研发样机阶段,主要有打样和测试两部分工作。需研发人员进行物料备料及打样,需完成各项测试并修复严重设计缺陷。

打样就是将设计阶段的各种样品,包括板卡、天线、壳体、连接器、线缆等组装成整机,并连接好外设(如果有的话)。我们称其为手板样,一般不超过30套。

而测试分为硬件和软件两部分,硬件部分包含PCBA单板测试、整机功能测试、整机可靠性测试等。根据每款智能硬件的产品差异,具体的测试项目有所区别。

软件部分包含固件全量测试、平台端全量测试、移动端全量测试、接口压力测试等。因为软件迭代比较快,所以落地阶段的软件测试,往往针对的某一阶段性软件版本,测试进行的同时,新版本的软件可能还在同步规划开发。

经过完善的测试和修复,我们可以认为手板样试制成功,可以开启下一阶段。

4. 产品推广阶段

在产品落地阶段,技术出身的产品经理常常会囿于技术视野,将大量的精力投入到难点问题的攻克,致力于打造一款“完美”的产品。其实这是得不偿失的,智能硬件产品也需讲究快速试错快速迭代。

在产品推广阶段,需要将手板样快速投放到市场中去,让种子用户上手使用。在这一过程中不断收集用户反馈的有用信息,藉此实现符合用户需求的优化迭代;

在推广阶段,需要进行产品的相关认证如CCC认证、CE认证等,这些认证往往是为符合主流市场当地的政策要求而做的,没有认证证书,产品无法售卖;

同样的,为了使产品更易触达用户,销售话术提炼、宣传资料如渲染图、说明书、产品彩页等也需在此阶段准备好。

产品推广阶段,必然伴随着生产规模的扩大。一般会经历三个小环节:

  1. 小批试制阶段(NPI开始介入;研发备料,少量样机,一般不超过100套;形成SOP),整体工艺盘清楚,且解决九成五以上的生产问题,无法从研发层面解决的问题由产线提供方法修补。研发层面完成物料封样,产品完成资料准备,完成产测工装的设计打样。产品及研发支持,必要时跟产
  2. 生产导入(研发备料,一半不超过1000套),需对生产流程及生产工艺进行梳理细化,形成工艺指导文件SOP;需基于SOP、产测工装等开始批量生产
  3. 正式量产(生产备料,视销售预期而定)

5. 售后维护阶段

其实从第一套产品以“商品”的身份被送到客户的手上开始,售后的过程就开始了。售后维护阶段的工作更偏向于运营,一方面需要持续收集客户的意见和建议,收集竞品的优势与亮点,和并将其传导到产品经理及研发处,进行产品的优化迭代;另一方面也要对市场的不良品进行处理,需有一套完整的售后服务体系,及时修复或更换问题产品。

售后维护阶段,往往占据智能硬件生命周期的接近50%,这一阶段的重点在于服务好客户,保障用户粘性,维持稳定销量。

6. 产品消亡阶段

打败一匹马的往往不是另一匹更快的马,而是一辆汽车。产品的本质是解决用户的痛点,满足用户的需求。当需求发生变化,产品也就失去了存在的土壤,而需求又是随着时间的流逝不断发生变化。因此产品的消亡不可避免。

在繁华落幕的阶段,我们能做的可以是紧跟潮流及时推出新的产品,可以是提前洞悉趋势提前落子布局,甚至可以是创造需求引导需求。

如果时代的大潮落在头上,猝不及防,也需要对库存的产品进行处理,结清尾款,尽量保障资金的回笼。

总的来说,就像人类从胎儿开始,经历的生老病死的一生,智能硬件产品也是从最开始的灵感或想法出发,通过研发而落地,在面向市场的过程中不断打磨自己的棱角,成长壮大,最后也会因为跟不上时代的发展而最终沉寂消亡。

四、核心硬件设计环节简述

下面带大家了解典型智能硬件产品的核心硬件研发设计过程,一般包含四个部分:ID设计、结构设计、硬件设计、电气设计。

ID设计,Industry Design,又叫工业设计,关注着产品是否好看,像是描画人的皮囊。本质上分为三个方向,三维设计方向、平面设计方向、UI设计方向。这里说的ID设计,特指三维设计方向,主要是对智能硬件产品的外观进行设计,关注外形曲线、人体工程学、材质、表面处理方式等,力求做到美观、便于用户使用和市场接受。工业设计带给产品美好的“皮囊”。

MD设计,Mechanic Design,又叫结构设计,是对产品的内部结构和机械部分进行设计,关注着产品是否经久耐用,如同打造人的筋骨。工业设计负责的是产品的外观造型,而结构设计负责的是产品的骨架,结构设计的好坏直接影响产品的成本、质量和寿命,可以说造就了产品的“筋骨”。结构设计关注安装和使用的便捷性、散热、防水防尘等。

硬件设计,针对板卡进行设计,直接影响一款产品好不好用,类比创造人的大脑。没有焊接元器件的叫做印刷电路板,英文简称PCB;焊接了元器件的就是我们一般所说的板卡,简称PCBA。PCBA是一款智能硬件产品核心运行逻辑的承载体,可以说是产品的“大脑”,硬件设计重点关注元器件的选型和连接,信号传导的效率、电磁兼容能力等。

电气设计,针对各种组件的供电及通信进行设计,是一款产品能顺畅使用的关键所在,好似疏通人的经络。电气设计重点关注过流能力、屏蔽干扰的能力、安装使用的易用性及便捷性等。

请注意,智能硬件产品还需进行软件设计,包括UI设计、APP、固件等的设计,重点关注业务逻辑和交互方式,这里不做重点阐述。

1. 工业设计

工业设计主要包含三部分的工作。

首先是由工业设计师和产品经理共同确定方案,需设计师绘制ID线框和工艺图,标注部件、材料、工艺等;

其次是外观建模,设计师需在三维软件上确定大型,调整细节;

最后需输出输出手板工艺文件,三维设计需输出三维文件和CMF;平面设计需输出菲林文件等。

2. 结构设计

结构设计主要包含四部分的工作。

  1. 进行工业设计评审,评审ID手板,确认外观是否符合要求
  2. 进行结构设计,结构工程师需完成3D结构设计,考虑材质、加工工艺、散热方式,结构强度等
  3. 打样,需输出手板打样文件,含2D/3D图纸,BOM;需完成3D打印或CNC加工手板样
  4. 测试,需配合测试工程师输出测试用例;结构工程师跟进振动冲击测试、防护能力测试等并输出测试报告

3. 硬件设计

硬件设计主要包含四部分的工作。

  1. 由硬件工程师和产品经理对齐需求并确认方案。需确定功能列表、主要器件、外围电路等;准备好PCB元件库与SCH元件库
  2. 原理设计及Layout,硬件工程师需设计绘制原理图;配合结构工程师进行PCB结构设计,合理布局器件和数字电路、模拟电路等;需布通并优化电路
  3. 打样,需准备好BOM并进行电子料备料;需输出光绘文件(含钢网资料)并外发打样及贴片;。样品最终成品是焊接了器件的PCBA
  4. 测试,需配合测试工程师输出测试用例;硬件工程师独立进行单板测试、配合进行功能测试、可靠性测试等并输出测试报告

4. 电气设计

电气设计也包含四部分的工作。

  1. 由电气工程师和产品经理、硬件工程师、结构工程师等对齐需求并确认方案。需设计电气控制原理图,计算主要技术参数
  2. 工艺设计,电气工程师需设计组件布置图、安装图及接线图等
  3. 打样,需准备好BOM并进行器件备料;需输出接线图纸、线序文件并外发打样。最终形成线束样品
  4. 测试,需配合测试工程师输出测试用例;电气工程师跟进通断测试、插拔测试、防护能力测试等并输出测试报告

一款智能硬件产品的诞生,需要众多不同学科,不同专业的人才相互配合,产品经理在其中起着决定性作用。专业的设计交给专业的人去做,而产品经理要进行方向把控、需求梳理、架构设计、人员安排、成品验收等工作,是如同领航员一样的存在。

正如领航员往往是船上知识最渊博的人,在智能硬件行业,智能硬件产品经理自身的知识储备也需要非常丰厚,才能带领团队做正确的事情,和正确的做事。

 

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评论
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  1. 很系统化结构化的总结,期待更多好文章!

    来自广东 回复
  2. 难得在这看到硬件产品的解析,而且框架比较全面,期待作者更详细的文章~

    来自上海 回复
  3. 结合目前的工作,作者描述十份准确。
    关于智能硬件产品中软件工作的描述更多些就好了,暂时无法把控和理解

    来自广东 回复