快速硬件開發簡介

2021-11-04

快速硬件開發簡介

快速失敗意味著通過快速開發和測試產品并收集對無效的反饋以便快速迭代來盡快獲得答案。 

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

硬件快速失敗

硬件的快速失敗方法有點不同，盡管它比過去更容易實現。您需要花費大量的時間和精力才能將硬件發布到野外。

隨著桌面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，將它發送到他們的3D打印機，午餐吃一個三明治，他們將在同一天手中擁有一個物理部件。如果有什么不合適的地方，他們會調整3D模型，然后再次運行打印機。講一個光榮的迭代過程！

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品的材料。

甚至還有金屬3D打印機可以實現使用傳統方法無法實現的復雜幾何形狀。還有一些公司專門使用3D打印部件生產定制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全新的水平，這是令人印象深刻的見證。

電子產品已進入對話

電子產品的原型設計和快速失敗可能是一個挑戰。自1970年代以來，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幾乎不存在時引入的。到1986年，只有10%的市場使用表面貼裝元件。

快進到2021年，幾乎所有設計都使用表面貼裝元件。關于為什么表面貼裝元件優于通孔元件的原因有很多優點。 

使用表面貼裝元件 的最大缺點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，如果您沒有合適的工具和專業知識，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，以避開手持式烙鐵。

您可以采用三種不同的方法來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的烤箱。

外包焊接——這種方法可能會產生最好的結果，但肯定會花費最多的時間和金錢。同樣，您需要一個具有正確焊盤的PCB。然后，您可以將此PCB發送到PCB組裝廠，在那里他們肯定會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到了“cha-ching”的聲音。 

購買開發板- 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帶有問題部件的預制開發板。您可以簡單地購買此開發板，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，可以有多種開發板可用。大多數時候，來自組件制造商的開發板的成本可能在100美元或更多。 

也有第三方公司生產低成本開發板以及完整的文檔和代碼。 

開發周期

在設計新產品時，我通常會仔細閱讀這些第三方網站，以了解他們針對我需要的功能類型提供哪些開發板。 

這是測試零件以查看其是否滿足要求的最快、最有效的方法。

如果您生活在一個被亞馬遜的運輸速度寵壞的國家，那么在某些情況下，開發板可以在早上訂購，下午甚至更短時間送到您家門口。這個開發時間在我們眼前正在縮短。

將物理事物從A點移動到B點需要時間，這是硬件開發的瓶頸。還在等待星際迷航的傳送技術。 

當無人機送貨變得無處不在時，我懇求電子產品分銷商盡快采用這種送貨方式。想象一下，你拿到了你的開發板，但忘記了它沒有包含任何上拉電阻，而你卻是新鮮出爐。 

在不久的將來，您可以訪問電子產品分銷商的網站，訂購一個裝滿10kOhm電阻的拳頭，并在30分鐘內通過無人機交付。哇，一定要使用大量的漂白劑來清理你頭腦中的混亂。

當我們耐心等待技術趕上我們的需求時，使用開發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）的接線板，以便對面包板友好。一旦您擁有開發板，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，驗證就可以進行得相當快。讓您的概念驗證按預期工作，讓您相信它會很好地轉化為您的定制設計。 

如果每個開發板的文檔都可用，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

讓開發板按照您想要的方式運行是開發的第一層。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制造是一個非常討厭的化學過程，因此處理硫酸過氧化氫聽起來并不有趣。它以自己動手的方式可行，但最好將其留給專業人士。

有幾家公司提供快速的PCB制造服務。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發板的有效方法。

無論哪種方式，組件仍然需要以某種方式焊接，我之前已經詳細介紹過。 

結論

現在是開發硬件的最佳時機?？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為現實。進入門檻已經降低，唯一的限制是創造力和執行力。 

工程學并不全是難的數學和科學，它是一項非常有創造性的努力，并且有無數的想法可以迅速形成。拿出你的烙鐵和萬用表，開始吧！