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造王爷首登设计癖 πClub 公开课:产品(智能硬件)设计及其可制造性

产品设计及其可制造性,这是一个很大的话题,不是三言两语能说的清楚的,确是许多创业团队急需搞清楚的。为此,设计癖邀请了造王爷的三位老师做嘉宾,举办了一次线下分享活动,本次活动的主题就是:产品(智能硬件)设计及其可制造性。

说到造王爷,好多业外人士可能不太了解,但要是说到摩托罗拉,应该就没有人不知道了,设计癖从造王爷邀请来的三位分享嘉宾都曾经是摩托罗拉的技术大牛,在那里积累许多有关智能产品的制造经验,这些经验对那些想要做智能产品的创业团队来讲,实在是太珍贵了。为什么这么说?看活动现场的氛围小癖就能感受的到。而为了让这些经验帮到更多的人,设计癖特整理了一番,供癖粉儿们大快朵颐。

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在真正做一款智能产品的时候,其实是需要从很多的方面去考量的。虽然最终的目标都是把一个产品从创意变成样机,然后量产并推广出去,但这是一个非常复杂艰辛的过程。不过好在再大的困难总有解决的办法,接下来,设计癖就将和你一起聆听造王爷的干货,避开那些创业路上的坑。

有人说产品是看得见、摸得着的,也有人说我手机上的那些应用也是产品,造王爷把能够完成一定功能的东西都叫做产品。它包括软件、硬件和服务,它可以是一部智能手机,也可以是手机当中的一个 APP,甚至于还可能是一套服务网络,就像运营商提供的这种服务。所以,产品其实是包罗万象的概念。我们要想实现一个产品,有的时候是非常容易的,比如一些简单的软件,只要有一个平台就可以去测试,测试没问题就可以运营了。但有的就会比较复杂,比如服务,虽说用户直接连入到这个网络里面就 OK 了。但是在我们看不到的背后还有多少人在维护。而我们今天讲的智能硬件,实际是一套硬件和软件的结合体,甚至于它还绑定了服务。所以,在谈硬件的时候,很多情况下,我们还会说到软件和服务等等一系列问题。

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智能硬件都涉及哪些方面想必大家和设计癖一样都已经有所了解了,那么,问题来了:如何做呢?不要急,我们慢慢来看。首先,我们要清楚一个过程:生产的过程。所谓生产过程实际上是人、物料、设备、方法和资讯等所有东西整合在一起变成一个产品的过程,而这个过程往往是最为复杂的,具有很多不确定的因素的。比如说生产线上的人是不是受过非常好的培训,物料是不是有缺陷,设备是不是适合于生产,甚至于设备生产的效率是高还是低,这些都直接影响到生产结果。还有方法,ABC三步、ACB三步,它们都能做到同样的一个结果,但是殊优殊劣需要有人去衡量。而资讯在这里主要是说在生产过程中需要全线贯穿的一套指令,或者过程当中需要把一些物料的属性告诉特定人等等。这些所有东西合在一起才能完成一个生产过程。

生产过程不是只有流水线,它是有许多环节的,而每个环节都暗藏汹涌,你若想要避开,首先就要这些坑是什么,还要知道它怎么坑的你。那么下面设计癖就将和你一起深入下去,了解一下这些坑爹的 Design For X。

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有一句话叫做「会了不难,难了不会」,现学现卖的话,我们可以说「懂了不坑,坑了不懂」,Design For X 并没有多么的坑爹,只是不懂这些,想不掉坑里也挺不容易的。

面向装配的设计(Design For Assembly)

面向装配的设计就是提高装配的方便性以减少装配时间和成本的设计。所以这部分我们分两方面来谈:组装和装配时间。说到组装,就要明白在生产过程当中,不论是什么产品,最终都是要把它们整合到一起的,而在整合的过程中,以下五个方面是需要注意的:

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减少零件数。一个东西一件能做成,就没有必要把它拆成两件。拆成两件,会带来额外的库存量,而且一个零件需要一套模具。生产线上把它们组装在一起,需要人力、物力还有时间,而且这个人力还要进行培训,这么一算成本很高。

采用标准件。采用标准件的好处是易于采购,而且质量非常容易控制,这批不好我可以换另外一批,我不会说因为某一个零件不好就卡在那一步都做不了。

合理设置 BOM 结构,采用模块化的组件。这点在今天整个手机行业或者智能硬件行业都是非常重要的概念,为什么这么说呢?因为如果这个 BOM 结构设置的合理,将来在拆分产品去不同的供应商那里进行组装的时候就非常容易,而且也很容易在这个过程当中对产品进行进一步的优化。采用模块化也很容易理解,假设我想组装手机,我可以把它包给某一个供应商,比如让富士康来生产手机前盖的组件,我把设计好的 BOM 都给他们,然后他们按照我的要求去组装就可以了。

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设计可直接插入的零件,减少调整。也就是说装配动作越简单越好,最好是插接零件,不要焊接。就像早期摩托做手机的时候,那时的手机上的听筒是用两根小电线焊在板子上的,这个过程就是一个非常烦人的过程。首先生产的过程当中得人工去焊,焊完之后要组装,而组装过程当中如果要损坏了还必须等到下线了才能修理,而不是说重新组装就行。所以设计可直接插入的零件是很重要的。

使用必要的夹具和工具。在生产过程当中,如果组装是有一定的难度的,那么就需要配合必要的夹具和工具。而初创团队往往很容易忽视这一方面,有时候他们会觉得这个不难装啊,把电路板插进去就 OK 啊,我就可以做到。但是你在生产线上,面对那么多没有受过良好教育的操作工来说,一致性是很难保证的。所以采用必要的夹具和工具将能够非常有效的提升生产过程当中的效率,降低残次品率。

除了组装,装配时间也是可制造性当中的一个重要概念。装配过程中的生产时间表跟配制的资源人数以及需要准备的材料的数量都是息息相关的。一个智能硬件从创意到变成产品的这个过程实际上是一个跟时间赛跑的过程,而每个班能生产多少智能硬件是可以设计的,在生产线调配的时候,有的可以采用并行的线,而这里就又牵扯到一个匹配的问题:这边的产能是多少、那边的产能多少。比如装前盖的速度是50 秒装一个,装后盖是 30 秒装一个,那我这两个配制就应该是 3:5。当然了,3:5 只是一个理想状态,这里还需要考虑成品率,因为实际需求量乘以良品率才是实际的输出量,而实际输出量必须要匹配,才能保证生产线是顺滑的,不至于出现个别地方产能过剩,而其他地方又产能不足,造成整体的延后的现象。

也许有人会说,既然这么复杂,我把产品是外包给某一个方案商,让他来给我做好了。那么你真的就可以撒手不管了吗?当然不是,你需要算一下时间,要看看他的报价是否合理。所以只有了解这些,你才能清楚他给你报价合不合理,你的利润是不是真正的达到了最大化。

面向制造的设计(Design For Manufacture)

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简化零件的形状。这个很好理解,任何多余的加工都会造成成本的上升以及不良品的上升。所以零件越简单,就能够更为有效的节约成本、提升生产效率。

尽量避免高成本的工艺。其实在很多情况下,同样的效果可以有很多方式去实现。比如手机上面会有一层亮亮的感觉,这个东西叫 VM 镀膜,这个镀膜从上面看起来像镜子一样亮,非常舒服,但是成本会很高。因为它的生产工艺要求比较高:不能有气泡、不能有麻点,如果表面不平整,一旦做完 VM之后,历历在目,所有缺陷全部呈现出来。所以要采用这种工艺的话,需要考虑这个产品的市场定位,如果不是面向高端市场,那最好用喷漆替代,喷漆会比它差一些,但是会比它实现起来更容易很多。所以有的时候是要考虑如何用现有的比较成熟的工艺去替代现在新的工艺要求。

选用便于加工的材料。手机这个产品,用不锈钢做非常好,怎么个好法呢?它强度好,做出来漂亮,而且这个不锈钢材质还是个卖点。但是不锈钢由于不易被加工会导致成本上升,这就会阻碍你进行大批量的铺货。所以这时就会考虑用一种相对来说比较容易加工、比较容易量产的材料去做。当然,这并不是说就不能用不锈钢做手机,如果一定要采用这种材质的话,就需要考虑其他的方式提高可制造性。

尽量设置较大的误差。产品零件如果设置比较宽松的误差,意味着整个生产成本的降低、管控成本的降低,也意味着整个零件合格率的上升。

采用标准件和外购件。这个和 DFA 中的第二条一样,是以防由于某个零件而导致整条生产线都滞后。

PCB 符合设计规范。这点很重要,尤其是智能硬件,因为它牵扯到了电路,如果 PCB 设计的不符合规范的话,会带来很多问题。

除了这六条之外,产品在生产的过程中还有一个关于防呆的问题。在设计产品的时候要尽量采用一些具有方向性的元器件,像这个摄像头它是非对称的,它会有一些缺口,这样就只能一个方向把它装进去。

面向检验的设计(Design For Inspection)

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设计过程中会需要对产品进行一些检查和测试测试,而产品检验的方便性取决于色彩、零件内部可视性、结构等等诸多因素。例如 PCB 上会设定一堆的检测点,比如 RF 测试点、电源接入端、通讯接口端等等。还有一些简单的检测,比如说有些地方盖的保护膜尽量采用有颜色的,尤其摄像头,如果这个膜是透明的,在操作工的快速安装时,一看这里好象没有什么东西,就继续装的话,就出问题了:膜被留在里面了,这样还得把它拆掉。

说到这里,和大家分享个有关于苹果 3 的小故事:

iPhone3 有一圈不锈钢的外壳,当时就拿这圈不锈钢壳作为天线,这个是非常好的创意。但是出现了一个非常严重的问题:当用户的手接触到天线的时候信号就没有了,屏蔽接地了,所以苹果做出一大堆的硅胶套发给客户。当时摩托看了以后就幸灾乐祸,推出了自己的产品,然后打出一行字「我们不需要马甲」。这个就是苹果设计的不足,而工程师在做测试的时候,手机是放在某一个架子上做的,架子本身是绝缘的,所以并没有考虑到人用户手握手机之后的状态,也带来了很多问题。

面向维修的设计(Design For Service)

售后服务是现代企业非常重视的环节之一。产品的售后服务主要是指产品维护,而维护总是伴随着拆卸和重装,产品维护性主要取决于产品故障确定的容易程度、产品的可拆卸性和可重装性,减少拆卸重装的时间与成本就是 DFS 的重要问题。维护性还取决于产品的可靠性,要尽量使容易发生故障的零部件处于容易拆卸的位置, 从而有利于维修时间与成本的减少。如果这些在设计阶段不去考虑的话,麻烦将接踵而至。

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面向回收的设计(Design For Recycling)

这是近些年才提出来的一个概念。设计一款产品不单单只是把一个概念变现,还要考虑到它的每一个应用场景,即使是到它被丢弃的那一天。就是说当一个产品被弃之不用,当它的使用价值完全消失的时候,这个产品该何去何从?在过去,一个产品不用了,把它扔掉就行了,但现在就不能随便扔了。

我们会在每一个内制锂电池的手机上看到一个标识,这是国际上通用的一个要求。手机内部的锂电池是不允许随意丢弃的。所以在整个设计生产过程当中就要有这方面的考量,否则,你的产品是没有办法推向海外市场,甚至于我国目前的 3C 认证和其它一些认证都过不了。

智能硬件与其可制造性是个很大的概念,三言两语没办法阐释清楚,这需要长期的积累与沉淀。如今社会分工越来越细化,从设计到制造的过程中不同人在里面承担不同的角色,但是大家都有相同的目标,希望产品大卖,不要被召回。那么如何防止?杠杆原理大家都知道,在这里也有个杠杆。

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墨菲定律说:「Anything that can go wrong will go wrong」,改进越早、效果越好。一个好的产品设计,它一定能够帮我们避免很多生产中原本需要面对的问题,甚至于产品出售之后的售后问题。所以,在产品设计阶段,如果能够把一个产品设计好,将会带来一个非常好的起点。

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