掌握快速物联网原型设计：三个关键因素

插图：© IoT For All → 你是否有一个很棒的物联网（IoT）产品或系统创意？成功推出产品的重要一步是创建早期原型，以获得关键性的学习经验。如果没有物联网原型设计的计划，请不要贸然进入开发阶段，而是要快速进行原型开发。快速原型设计可以确保产品在客户手中运行良好。 **物联网的快速原型设计** 快速原型设计是进入市场的一种催化剂，它使项目负责人可以在产品进入生产阶段之前降低风险，并获得有关产品投资回报率（ROI）的可见性。设计和开发团队可以验证他们的设计，尝试不同的配置和组件，并在进入生产阶段之前识别潜在的问题或限制。 物联网项目具有复杂性、不可预测性和高风险。因此，项目负责人需要尽早降低这些风险；在你对产品能否正常运行充满信心之前，不要投入大量资金。快速原型设计使你能够在不可逆转的决策点到来之前验证项目概念。 此外，利益相关者需要快速证明其价值主张。这意味着项目负责人必须能够生成实际的数据，从而形成可操作的见解，通过测试与客户达成一致，并在设计还具有灵活性时进行必要的调整。快速原型设计使这一切成为可能。 我们已经花费多年时间构建早期原型。在此过程中，我们确定了快速物联网原型设计成功的三个关键要素： 1. 利用敏捷方法（Agile methodology） 2. 早期和频繁测试 3. 使用合适的工具 ### 1. 敏捷方法（Agile methodology） 敏捷方法要求小规模、跨职能的团队密切合作，以短周期和迭代方式交付最小可行产品（MVP）。我们在IoT原型设计中始终坚持使用敏捷方法，从中获得了大量关于如何推动项目成功的知识。以下是一些我们的见解： - **选择最短路径前进** 快速前进有时意味着做出艰难的决定。要专注于目标，剔除冗余功能，以便保持快速前进。这同样适用于硬件。通过多次硬件迭代，你可以后期再添加额外的硬件功能。 - **避免孤立，实现并行开发** 按职能划分团队会使开发停滞不前。硬件工程师、软件工程师、数据科学家和设计师需要持续沟通，并并行工作以实现项目级别的目标。 例如，选型工作常常没有与固件开发人员进行沟通，这可能导致问题。当固件工程师发现某个特定组件集成起来非常困难，而使用类似组件会更简单时，就会产生问题。如果在选型过程中就让固件工程师参与进来，就能完全避免这个问题，从长远来看可以节省时间和成本。通过打破孤岛式工作模式，团队可以更早发现问题，并协作解决，从而实现更快、更好的解决方案。 - **将原型交给所有人** 你的电气工程师并不是唯一需要原型的人。固件工程师、机械工程师、项目管理团队和领导层也都应能接触到原型。更重要的是，将原型展示给潜在用户，以尽早获得反馈。尝试从各个角度收集观点。让高层领导亲自操作和“破坏”原型。你越鼓励人们实验性地使用产品，就越容易发现需要填补的空白。 - **保持模块化设计** 我们的意思是：从小处着手，然后更进一步地分解。构建由多个独立、模块化组件组成的大型系统，比同时开发每个组件要容易得多。 将你的工作分解为最小的单元，进行审查和交付。在分解任务时，要跳出框框思考。如果你只是在审查整个电路板，那就说明你没有“小”到足够。审查电源、核心微控制器组件、存储器和传感器布局。以更小的单元进行审查和交付，能让你更早发现并解决问题。 从根本上讲，模块化构建能加强跨职能之间的反馈循环，最重要的是与客户的反馈循环。这种早期反馈不仅能纠正错误的假设，还能释放隐藏的价值，使产品尽快进入市场。 ### 2. 早期并频繁测试 如果你是以模块化方式构建产品，那么你就可以（也应该）在早期并频繁地进行测试。你只有在实际应用中测试产品，才能真正了解其价值。因此，尽早开始测试，以便在投入过多资源之前识别问题。频繁测试也能保持进度的持续和一致性。 在为原型制定测试计划时，记住以下几点： - 在现实世界和实验室中进行测试。 - 不要仅仅依靠自己进行测试。如果可能，将原型交给预期用户。 - 想象原型可能失败的方式，并测试这些场景。 - 使用有效的测试工具。 ### 3. 使用合适的工具 **设计与沟通工具至关重要** 智能设计工具使团队能够无缝协作，无论他们身处何地或时区如何。在进行IoT快速原型设计时，要充分利用这些工具。例如，云端CAD软件如OnShape允许协作者从任何设备访问和编辑文件。流行的版本控制和文件存储工具如Git/GitHub，用于存储和管理软件与硬件设计，其功能相当于轻量级的产品数据管理系统（PDM），而没有过多的开销。 此外，用户友好的沟通平台，如Slack、Microsoft Teams和Discord，有助于整理信息并保持团队的一致性。 **本地化快速制造** 你可以在自己的办公桌上制造很多东西。利用3D打印机、印刷电路板（PCB）铣床和激光切割器，可以快速制造出初始原型，从而降低构建原型的门槛。但不要忘记结合传统的“老式”工具，如高质量的焊枪、回流焊炉和热风站。这些工具的结合可以帮助你快速制造和返工大多数基本电路板，从而节省大量时间，让你有更多时间进行测试。 **本地快速制造定制PCBAs** 市场上有许多短交期的PCBA制造商。如果你熟悉他们的设计规则，完全定制的PCBA可以在一周内完成。这可能不便宜，但可以视为今天投资1美元以节省明天10美元。Circuit Hub和Screaming Circuits等公司是快速获取原型板的绝佳选择。 **利用合适的组件** 无线电模块化组件是快速物联网原型设计的绝佳工具。虽然它们从长期来看可能不是最经济的，但可以节省几周的开发时间。它们消除了对复杂射频前端设计和调校的需求，只需将模块放在你的电路板上即可。 **最优秀的开发板和套件** 在我们使用过众多开发板和套件中，以下几种在快速原型开发中表现相当出色： - **nRF52840 DK单板开发套件** nRF52840 DK适用于蓝牙®设备和电池供电设备。它包括标准的硬件调试和原型接口，使你可以针对开发套件编写固件，从而加快产品上市时间。 - **i.MX6ULL开发套件** i.MX6ULL适用于网关应用，主要是因为它提供了参考设计文件，使调试定制硬件更容易、更快速。 - **mikroBUS™ Click Boards** mikroBUS™ Click Boards 是一个标准化的硬件接口，适用于成千上万种不同的组件。它非常适合快速进行软硬件原型设计。它们包含传感器、无线电、以太网接口芯片，以及其他多种设备。最终，mikroBUS Click Boards使你能够轻松地与这些外部设备接口，以更早地开始硬件和固件测试。 **自行制造PCBAs** 如果你想自己制造原型，3D打印机和数控机床（CNC）可以快速让你体验产品的形状。此外，如果你有内部3D打印机，你可以快速迭代和测试新功能，而无需等待第三方制造。 - **Formlabs SLA 3D打印机** 使用高分辨率的Formlabs打印机，可以快速测试和迭代复杂几何结构。 - **Nomad 3 CNC** PCB铣床可以非常快速地从铜板上制作出双层电路板，实现快速的原型设计。这种制造方式能生成强度很高的电路板，能够处理出人意料的高功率。 **关键流程** 快速原型设计是物联网产品开发中的一个关键流程。它允许项目经理和开发人员快速高效地测试和改进他们的想法，识别潜在问题，并在投入大量资源进行生产之前降低失败的风险。 在不可预测的物联网生态系统中，快速原型设计尤为重要，因为利益相关者的认可和价值主张的验证至关重要。通过采用敏捷方法、早期和频繁测试以及使用合适的工具，项目负责人可以确保其物联网产品设计精良、功能正常，并全面超越预期。 TweetShareShareEmail 硬件组件 · 物联网开发