Валидационное тестирование при разработке продукта:от POC к EVT, DVT, PVT и массовому производству

Как показывает практика, чем дальше идет разработка продукта, тем дороже становится внесение изменений. Следовательно, ключевая всеобъемлющая цель любой инициативы по разработке продукта - решать проблемы на раннем этапе, снижая риск дорогостоящих итераций на последующих этапах.

Вот где вступает в игру валидационное тестирование. Валидационное тестирование - это фазовый процесс определения того, соответствует ли аппаратная часть требованиям, предъявляемым к ней на стадии зрелости, и готова ли она перейти к следующему этапу. В процессе конструкторы и инженеры создают множество видов прототипов. На каждом этапе есть место для обучения, изучения и адаптации, в то время как продукт должен соответствовать определенным критериям, прежде чем продвигаться вперед, чтобы обеспечить успешную индустриализацию.

В этой статье мы объясняем, как оптимизировать процесс разработки для массового производства, и выделяем различные этапы зрелости продукта, включая их цели, действия, решенные проблемы, созданные прототипы и критерии выхода.

Зачем проводить валидационное тестирование?

Проект продукта практически никогда не бывает готов к производству, начиная с самой первой модели САПР. Даже простой пластиковый предмет может иметь плохие раковины, линии потока или слабые участки из-за неоднородного охлаждения после формования первой серии. Площадь может оказаться слишком маленькой для размещения этикеток, требуемых законом. При определенных условиях могут возникнуть проблемы с допуском сопрягаемой детали. Или ведущая группа пользователей может выдвинуть новое высокоприоритетное требование, вынуждающее дизайнеров перейти к следующему этапу разработки.

Процесс проектирования постоянно требует таких изменений, доработок и поворотов, а также исследований таких аспектов, как технологичность, оценка стоимости, голос клиента (VOC), законодательство, стандарты интеллектуальной собственности и сертификации с самого начала.

По мере продвижения процесса к производству стоимость этих итераций растет в геометрической прогрессии. В то время как серия эскизов и моделей из пенопласта, выполненных дизайнером в начале разработки, обойдется компании в 50 долларов материалов, более совершенный быстрый прототип, основанный на 3D-принтах, покупных деталях и литье под вакуумом, может отбросить компанию. где-то порядка 500-1000 долларов. Смена инструментов на этапе производства может привести к общей стоимости до 50 000 долларов и задержке на несколько недель или месяцев.

Для сложных продуктов производственные инвестиции исчисляются миллионами. Самые сложные продукты, такие как самолеты, требуют тысяч сотрудников и миллиардов постоянных производственных затрат. Чтобы предотвратить такие катастрофы 1:10:100 и другие катастрофы, дизайнеры и инженеры думают о вероятности повторения и вероятности успеха на каждом своем шаге. Валидационное тестирование необходимо для подтверждения того, что статус проекта соответствует правильному набору требований на данном этапе. Разделение каждого этапа с четкими критериями выхода и результатами обеспечивает оптимальное использование ресурсов и повышение качества.

Потребительский продукт на разных стадиях зрелости продукта после первоначального макета. Сзади:сборка EVT с использованием SLS и SLA 3D-печати. В центре:«Первые выстрелы» DVT, построенный на основе мягких инструментов. Спереди:построение PVT с использованием жестких инструментов. Предоставлено:IDZone Product Design.

Этапы зрелости продукта

POC и прототипирование

После того, как руководители компании подтвердили планирование нового продукта (NPP) путем определения рыночных возможностей, позиционирования продукта, проведения оценки технологии, стратегии цепочки поставок и распределения ресурсов, процесс разработки обычно передается в руки продукта. команда, которая должна перевести их в документ требований к продукту (PRD) и предложить жизнеспособные концепции.

Сначала прототипы для подтверждения концепции (POC) используются для первоначального тестирования идеи, метода или продукта, чтобы показать их потенциал и осуществимость в реальных условиях. Эти концепции позже преобразуются в прототипы, которые представляют собой рабочие модели продукта, показывающие, как именно продукт будет функционировать с точки зрения механики, дизайна, взаимодействия с пользователем и т. Д.

Различные этапы развития продукта в направлении массового производства. (источник)

Прототип - это экземпляр дизайна продукта, который можно использовать для коммуникации и оценки его ценности с учетом определенных требований. Прототипы варьируются от низкокачественных «мягких» моделей ручной работы из таких материалов, как глина, картон, пена и дерево, до высокоточных функциональных прототипов, напечатанных на 3D-принтере или изготовленных в механическом цехе. Сфокусированные прототипы предназначены для воплощения только части требований к продукту и могут быть «внешне похожей» моделью, функциональной «похожей на работу» моделью или моделью, демонстрирующей частичную форму и функцию для тестирования определенных подфункций. Когда прототип объединяет все требования и функциональные возможности с дизайном, он называется инженерным прототипом.

Ранние прототипы широкоформатного SLA 3D-принтера Form 3L, похожие на рабочие.

В процессе могут быть созданы модели без форм-фактора (NFF), которые по сути являются гигантскими версиями дизайна продукта, предназначенными для размещения замещающих версий всех функциональных компонентов для разработки работающего демонстратора. Рудиментарные рабочие версии электроники представлены в виде комплектов для разработки оборудования, конструкций Arduino или Raspberry Pi.

Аналитические или виртуальные прототипы - это нефизические экземпляры продукта, такие как трехмерная модель для визуализации, математического моделирования или анализа методом конечных элементов. Даже эскиз - это грубая форма виртуального прототипа.

Тестируемые альфа-прототипы с разной точностью воспроизведения. Слева:«Внешние» модели кухонной техники из пенопласта. Предоставлено:Superior Prototype. В центре:макет из пенопласта / картона, демонстрирующий частичную форму и интерактивность. Предоставлено:Фриц ван Бик. Справа:частично интерактивный машинный прототип цифровой камеры. Обратите внимание, что это альфа-прототип, потому что он еще не предназначен для производственных целей. Предоставлено:Джоп Френс.

Этап прототипирования важен для уточнения деталей, касающихся простоты использования, эстетики, скрытых потребностей пользователей, мнений коллег-дизайнеров, менеджеров по продуктам, экспертов по теме, а также законодательных, а также технологических ограничений. Типичный процесс проектирования сложного электромеханического изделия включает в себя несколько концепций, каждая из которых поддерживается набором исследовательских эскизов, серией физических макетов и набором 3D-визуализаций.

Группе разработчиков IDEO потребовалось 80 моделей из пеноматериала, чтобы получить форму первой эргономичной компьютерной мыши прямо для Microsoft еще в 1987 году. А при более высоком уровне риска и сложности это число может достигнуть неуловимых 5127 прототипов. что Джеймс Дайсон в течение 15 лет разработал первый пылесос с «циклонной технологией». Чтобы ускорить процесс разработки нового продукта и избежать пресловутого «аппаратного болота», крайне важно сосредоточить прототипы на ключевых требованиях, принять во внимание риски, которые возникнут на более поздних этапах, и правильно спланировать предварительные пользовательские тесты.

В общем, цель этапа прототипирования - создать инженерный прототип, который работает и выглядит как конечный продукт. На этом этапе необходимо доказать, что используемая технология соответствует потребностям клиента, что ее можно производить и что продукт будет функционировать так, как задумано. Как только они будут подтверждены, цель последующих этапов валидации - гарантировать, что продукт может производиться в постоянном масштабе.

Тест технической проверки (EVT)

Этап инженерных проверочных испытаний (EVT) - это включение и оптимизация критически важного функционального объема, необходимого для продукта. В то время как результатом стадии прототипирования стал ограниченный «альфа»-прототип, здесь будет разработан «бета-прототип» инженерного уровня, в котором будет реализован более полный набор функций, обычно определяемых матрицей сборки. Инженерный прототип - это минимально жизнеспособная версия конечного коммерческого продукта, предназначенная для производства (DFM). Он используется для лабораторного пользовательского тестирования с избранной группой ведущих пользователей, для передачи производственного намерения специалистам по инструментам на последующих этапах и в качестве демонстратора на первых встречах по продажам.

Для всех компонентов в сборке выполняется производственно-закупочный анализ, проектирование компонентов выполняется на заказных деталях, и создается спецификация материалов (BOM) для запросов предложений контрактным производителям (CM), чтобы они могли подготовиться к первой сборочной линии и оснастка First Shots (FS). Что касается электронной продукции, то высококачественные печатные платы с «горячим стержнем» разрабатываются с использованием промышленных процессов. На этом этапе также будут выполнены испытания мощности, температуры и электромагнитных помех.

Типичные действия на этапе EVT. Слева:визуализация дизайна продукта с покомпонентным изображением производственного замысла. Предоставлено Oculus. Справа:литье под давлением малых объемов с использованием 3D-печатных форм.

Приблизительно от 20 до 50 единиц производятся с использованием высокоточных процессов, таких как аддитивное производство и обработка с ЧПУ, или серии отливок на основе мягких инструментов, таких как силикон или 3D-печатные формы. Общая цель состоит в том, чтобы разработать дизайн с полным производственным намерением и получить небольшое количество пригодных для производства инженерных прототипов.

Тест проверки конструкции (DVT)

На этапе проверки конструкции (DVT) продукт действительно начинает индустриализироваться. Если EVT - это проектирование на уровне архитектуры для производства, то DVT - это правильная детализация при продвижении к первой линии массового производства. Это этап, отмеченный экспериментами и оптимизацией. Печатные платы доводятся до совершенства благодаря усилиям по отладке и шумоподавлению. CM разработает первый надежный инструмент для каждой изготовленной детали, чтобы проверить производительность массового производства. Алюминиевые формы могут использоваться для оптимизации конструкции с точки зрения отделки поверхности, материалов, допусков, конфигурации формы, такой как ползунки и кулачки, методов соединения, а также параметров процесса.

Хотя обычно производится от 50 до 200 единиц, нередко можно увидеть более 1000 единиц, произведенных для крупных проектов. Эти устройства впоследствии отправляются обратно для внутренней оценки и внесения окончательных технических изменений, тогда как некоторые рассылаются в виде бета-модулей потенциальным клиентам и экспертам-рецензентам. На установках первого производственного уровня будет проведено множество испытаний:испытания в климатической камере, тепловые циклы, вибрация, электростатическое разрушение, биосовместимость, химическая стойкость, сертификаты, такие как FDA, FCC, UL, CE, EC и RoHS, старение, радиация, косметические испытания, испытания на износ и падение, среди прочего. Обширное пользовательское тестирование проводится на значительной части населения в реалистичном контексте.

Фаза DVT направлена ​​на оптимизацию деталей. Слева:прикрепленная к пластиковому корпусу тепловая плата PCB с помощью встроенных заклепок. Предоставлено:Hartmann. В центре:эксперимент по интеграции литого корпуса в тканевую основу. Предоставлено:Бемис Сьюфри. Справа:климатическая камера AES для испытаний на коррозию в соляном тумане. Предоставлено:Associated Environmental Systems.

Чтобы ускорить разработку продукта, можно обойти стадию DVT, вложив средства в твердые инструменты в конце фазы EVT, чтобы EP сразу соответствовал не только критерию выхода из EVT, а именно наличие пригодного для производства прототипа, но и выхода из DVT. критерии оценки выхода твердого инструмента и серийного производства. Тем не менее, инвестирование ресурсов в масштабе PVT так быстро сопряжено с огромными рисками, и такие меры вряд ли можно рекомендовать, если вообще когда-либо.

Рабочий тест проверки (PVT)

Проверочные испытания производства (PVT) - это заключительный этап перед запуском массового производства. Жесткий инструмент является фиксированным, что означает, что больше нельзя вносить изменения ни в конструкцию продукта, ни в производственные формы. Для начала пилотного производства (PP) должны быть на месте и утверждены приспособления, приспособления и испытательные стенды. Усилия, предпринимаемые на этом этапе, направлены на оптимизацию и стабилизацию производственных и сборочных линий с точки зрения скорости линии, опыта оператора, количества брака и суточного выхода.

Потенциальные риски, такие как поставки из одного источника - когда компонент ограничивается только одним выбранным CM - будут идентифицированы с помощью протоколов управления рисками, таких как FMECA, QA / QC и FAI. Электроника проходит первую загрузку, а также проходит проверку прошивки. На этом этапе также будут созданы упаковка продукта и руководства пользователя. Большая часть работ на этом этапе будет выполняться на стороне контрактного производителя.

Этап PVT направлен на оптимизацию производственной линии за счет контроля процесса и качества. Слева:стенд для тестирования панели для нескольких печатных плат. Предоставлено:Korea Jig. В центре:сборочное приспособление с несколькими станциями для потребительского продукта. Предоставлено:Aerosport Additive. Справа:сложная вращающаяся пресс-форма для литья под давлением из разных материалов. Предоставлено:Grosfilley In-Mold &Rotative Solutions.

Типичный результат этапа PVT составляет 500+ единиц или не менее 5% от количества первого производственного цикла. Цели состоят в том, чтобы проверить урожайность массового производства на скоростях массового производства и создать продаваемую продукцию. Именно здесь многие компании составляют план продаж и начинают свою работу с первыми покупателями. Построение PVT - это последний шанс для компании настроить производственный процесс. Иногда это состояние делится на красный, оранжевый и зеленый, в зависимости от успеха в соответствии с ключевыми производственными показателями. Когда загорится зеленый свет, можно начать массовое производство.

Сформируйте 3L PVT-единицы перед проверкой качества в штаб-квартире компании. На этапе PVT по-прежнему обычным явлением является отгрузка производственных единиц от контрактного производителя группе инженеров для окончательной проверки качества до того, как продукция будет готова к отправке клиентам, особенно когда глобальная пандемия требует личного контроля качества на месте. CM невозможно.

Массовое производство (MP)

Заключительным этапом эволюции зрелости продукта является переход к массовому производству (MP). Обычно минимальное количество начинается с 5000 единиц, но может достигать нескольких миллионов единиц в случае популярных потребительских товаров, таких как PlayStation, iPad, iPhone или кубик Рубика.

На этом этапе начальная производственная линия может быть воспроизведена на других линиях, которые будут работать параллельно. Анализ отказов и выхода на небольшой процент единиц гарантирует стабильное качество. Будут получены первые результаты, и анализ EFFA гарантирует, что все вышедшие из строя блоки вернутся группе инженеров. Чтобы еще больше гарантировать качество, необходимо контролировать фабрики и поставщиков, чтобы не вносить непредвиденных изменений в инструменты или параметры процесса, ведущие к изменениям качества. Основное внимание уделяется повышению урожайности, снижению затрат и, при необходимости, расширению. Команда по маркетингу и продажам может сосредоточиться на разработке сопутствующих материалов, рекламы, а также на прогнозировании объемов продаж.

Серийно выпускаемые блоки Form 3L после ОК / КК у контрактного производителя.

Различные этапы процесса разработки нового продукта для оборудования

Stage	АЭС	POC	EVT	DVT	PVT	MP
Срок погашения	Экономическое обоснование	Альфа-прототип	Бета-прототип	Опытные образцы	Полный коммерческий продукт	Полный коммерческий продукт
Продолжительность	1-3 месяца	от 3 месяцев до 3+ лет	3-6 месяцев	3 месяца	1 месяц	3+ месяца
Фокус	Понимание рыночных возможностей, PRD	Подтвердите желательность пользователей	Достойный для производства агрегат	Возможность масштабирования	Готовность МП	Гарантия качества
Количество	0	5	<50	<500	500+	5 000+
Продажи	Позиционирование	Маркетинговый план	Прогноз продаж	Подготовка к запуску	План продаж	Реклама
ЛОС	Интервью, фокус-группы	Исследовательские пользовательские тесты	Лабораторные пользовательские тесты	Пользовательские тесты на месте	Полевой анализ	Постоянная обратная связь
Местоположение	Собственные	Собственный + партнер по дизайну (необязательно)	Внутренний + технический партнер (необязательно)	CM + внутренняя проверка	CM	CM

Заключение

Принятие неправильных решений или игнорирование важных деталей на слишком позднем этапе разработки продукта может привести к высоким затратам и длительным задержкам. Компании также не могут позволить себе навредить своей репутации, рассылая ошибочные бета-версии. Подход к разработке, основанный на проверке, необходим для всех форм сложных продуктов, систем и услуг. Это обеспечивает оптимальную траекторию массового производства при ограничении ресурсов до минимума.

Если вспомнить фазы зрелости продукта, то цель фаз POC и прототипирования - убедиться, что концепция продукта жизнеспособна, люди нуждаются в ней и что ее можно разработать. На этапе EVT команда разработчиков стремится установить уверенность в том, что проект будет работать правильно. Стадия DVT проверяет, может ли конструкция быть успешно произведена в масштабе и проходит множество процедур тестирования, в то время как PVT обеспечивает соответствие производственной линии желаемым показателям. Во время массового производства основное внимание уделяется продажам, поддержанию качества, обработке возвратов, подготовке будущих изменений конструкции и окончанию срока службы.

Невозможно переоценить важность комплексного PRD, хорошо спланированного подхода к созданию прототипа и анализа на ранних этапах разработки продукта для предотвращения интенсивных изменений в будущем. Также не может быть удовольствия открывать первую картонную коробку, только что сошедшую с конвейера, и видеть плоды месяцев, если не лет упорной работы.

3D-печать - один из инструментов, который может поддерживать команды разработчиков на протяжении всего процесса разработки продукта. От высокоточных прототипов до быстрой оснастки, приспособлений и приспособлений для сборочной линии - 3D-принтеры могут помочь вам ускорить процесс разработки и проложить путь к успешному производству.