快速硬件開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)介

2021-11-04

快速硬件開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)介

快速失敗意味著(zhù)通過(guò)快速開(kāi)發(fā)和測試產(chǎn)品并收集對無(wú)效的反饋以便快速迭代來(lái)盡快獲得答案。 

這種方法適用于軟件；新聞出版，接觸群眾，看看會(huì )發(fā)生什么。大多數情況下，如果有錯誤，它不會(huì )導致飛機從天上掉下來(lái)。

硬件快速失敗

硬件的快速失敗方法有點(diǎn)不同，盡管它比過(guò)去更容易實(shí)現。您需要花費大量的時(shí)間和精力才能將硬件發(fā)布到野外。

隨著(zhù)桌面3D打印機的出現，硬件的快速失敗方法變得更容易一些。如果狗是人類(lèi)最好的朋友，那么3D打印機就是硬件工程師的第二好朋友。 

機械工程師可以在早上設計一些東西，將它發(fā)送到他們的3D打印機，午餐吃一個(gè)三明治，他們將在同一天手中擁有一個(gè)物理部件。如果有什么不合適的地方，他們會(huì )調整3D模型，然后再次運行打印機。講一個(gè)光榮的迭代過(guò)程！

有各種各樣的3D打印機，其中一些可以非常接近您最終將用于產(chǎn)品的材料。

甚至還有金屬3D打印機可以實(shí)現使用傳統方法無(wú)法實(shí)現的復雜幾何形狀。還有一些公司專(zhuān)門(mén)使用3D打印部件生產(chǎn)定制PC游戲控制器。 

改變塑料甚至金屬不需要任何人搬山和修改鋼制工具以進(jìn)行注塑成型或重新運行銑床。不，這只是對3D模型的調整。今天就這樣吧。

我最近得知有一家公司在做3D打印火箭。是的，那些去太空的。他們正在將快速失敗的概念提升到一個(gè)全新的水平，這是令人印象深刻的見(jiàn)證。

電子產(chǎn)品已進(jìn)入對話(huà)

電子產(chǎn)品的原型設計和快速失敗可能是一個(gè)挑戰。自1970年代以來(lái)，面包板或原型板一直用于原型設計，它們是更換零件、值、損壞的芯片等的絕佳方式。

還有一些 Perfboards 允許將零件焊接在一起，從而成為一種“永久性”解決方案，而不是制造定制的PCB。

這兩種方法今天仍在使用，但是，它們是在表面貼裝技術(shù)幾乎不存在時(shí)引入的。到1986年，只有10%的市場(chǎng)使用表面貼裝元件。

快進(jìn)到2021年，幾乎所有設計都使用表面貼裝元件。關(guān)于為什么表面貼裝元件優(yōu)于通孔元件的原因有很多優(yōu)點(diǎn)。 

使用表面貼裝元件 的最大缺點(diǎn)是難以快速制作原型。

表面貼裝元件有各種各樣的封裝，盡管有些是標準化的。無(wú)源元件大多采用標準封裝，例如 0805s、0603s、0402s，甚至（拿出顯微鏡）0201s。

然后是具有大量不同封裝的集成電路(IC)，其中一些在原型設計過(guò)程中比其他封裝更難使用。IC也有各種形狀和尺寸。您甚至可能需要將顯微鏡放在外面才能使用它們。

使用表面貼裝元件

您可能希望在您的設計中使用僅采用球柵陣列(BGA) 封裝的部件，如果您沒(méi)有合適的工具和專(zhuān)業(yè)知識，幾乎不可能手工焊接。這些部件的所有引腳都位于部件的底部，以避開(kāi)手持式烙鐵。

您可以采用三種不同的方法來(lái)制作這樣的零件的原型：

焊膏和溫控烤箱——使用這種方法，您首先需要一塊具有正確焊盤(pán)的PCB，然后再涂上焊膏，最好使用模板。最后，您需要使用可以運行特定溫度曲線(xiàn)的烤箱。

外包焊接——這種方法可能會(huì )產(chǎn)生最好的結果，但肯定會(huì )花費最多的時(shí)間和金錢(qián)。同樣，您需要一個(gè)具有正確焊盤(pán)的PCB。然后，您可以將此PCB發(fā)送到PCB組裝廠(chǎng)，在那里他們肯定會(huì )向您收取焊接零件的費用。然后您可以支付隔夜運費以盡快將其退回給您。我想我剛剛從航運公司那里聽(tīng)到了“cha-ching”的聲音。 

購買(mǎi)開(kāi)發(fā)板- 這種方法與快速失敗方法很相似。幾乎所有制造商都有一個(gè)帶有問(wèn)題部件的預制開(kāi)發(fā)板。您可以簡(jiǎn)單地購買(mǎi)此開(kāi)發(fā)板，它甚至可能提供原理圖和PCB文件。制造商為您提供了最佳設計供您玩耍，非常劃算。

對于給定的部件，可以有多種開(kāi)發(fā)板可用。大多數時(shí)候，來(lái)自組件制造商的開(kāi)發(fā)板的成本可能在100美元或更多。 

也有第三方公司生產(chǎn)低成本開(kāi)發(fā)板以及完整的文檔和代碼。 

開(kāi)發(fā)周期

在設計新產(chǎn)品時(shí)，我通常會(huì )仔細閱讀這些第三方網(wǎng)站，以了解他們針對我需要的功能類(lèi)型提供哪些開(kāi)發(fā)板。 

這是測試零件以查看其是否滿(mǎn)足要求的最快、最有效的方法。

如果您生活在一個(gè)被亞馬遜的運輸速度寵壞的國家，那么在某些情況下，開(kāi)發(fā)板可以在早上訂購，下午甚至更短時(shí)間送到您家門(mén)口。這個(gè)開(kāi)發(fā)時(shí)間在我們眼前正在縮短。

將物理事物從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)需要時(shí)間，這是硬件開(kāi)發(fā)的瓶頸。還在等待星際迷航的傳送技術(shù)。 

當無(wú)人機送貨變得無(wú)處不在時(shí)，我懇求電子產(chǎn)品分銷(xiāo)商盡快采用這種送貨方式。想象一下，你拿到了你的開(kāi)發(fā)板，但忘記了它沒(méi)有包含任何上拉電阻，而你卻是新鮮出爐。 

在不久的將來(lái)，您可以訪(fǎng)問(wèn)電子產(chǎn)品分銷(xiāo)商的網(wǎng)站，訂購一個(gè)裝滿(mǎn)10kOhm電阻的拳頭，并在30分鐘內通過(guò)無(wú)人機交付。哇，一定要使用大量的漂白劑來(lái)清理你頭腦中的混亂。

當我們耐心等待技術(shù)趕上我們的需求時(shí)，使用開(kāi)發(fā)板是快速原型制作的好方法。 

這些電路板中的大多數都帶有間距為0.1英寸（2.54 毫米）的接線(xiàn)板，以便對面包板友好。一旦您擁有開(kāi)發(fā)板，就可以很容易地焊接在接頭上，將它們插入面包板上，并將它們連接在一起。 

一旦將所有部分連接起來(lái)，驗證就可以進(jìn)行得相當快。讓您的概念驗證按預期工作，讓您相信它會(huì )很好地轉化為您的定制設計。 

如果每個(gè)開(kāi)發(fā)板的文檔都可用，您可以將這些文檔用作自定義PCB的指南，然后去掉不需要的部分。

快轉PCB

讓開(kāi)發(fā)板按照您想要的方式運行是開(kāi)發(fā)的第一層。在您設計了自定義原理圖和PCB之后，您將需要在制作一堆之前測試此設計。 

PCB制造是一個(gè)非常討厭的化學(xué)過(guò)程，因此處理硫酸過(guò)氧化氫聽(tīng)起來(lái)并不有趣。它以自己動(dòng)手的方式可行，但最好將其留給專(zhuān)業(yè)人士。

有幾家公司提供快速的PCB制造服務(wù)。您當然需要支付額外費用才能在幾天內制作并運送給您的定制設計，但這是一種選擇。 

還有臺式銑床可以從一塊銅包層上切割出基本的設計。鑒于沒(méi)有電鍍通孔這樣的東西，這種方法非常有限。銑削PCB可能是快速制作自己的開(kāi)發(fā)板的有效方法。

無(wú)論哪種方式，組件仍然需要以某種方式焊接，我之前已經(jīng)詳細介紹過(guò)。 

結論

現在是開(kāi)發(fā)硬件的最佳時(shí)機?？捎玫墓ぞ?、大量的免費教育和有用的社區使任何人都能將他們的想法變?yōu)楝F實(shí)。進(jìn)入門(mén)檻已經(jīng)降低，唯一的限制是創(chuàng )造力和執行力。 

工程學(xué)并不全是難的數學(xué)和科學(xué)，它是一項非常有創(chuàng )造性的努力，并且有無(wú)數的想法可以迅速形成。拿出你的烙鐵和萬(wàn)用表，開(kāi)始吧！