Unsere Erfahrung mit dem Lebenszyklus von Hardwareprodukten

Lesen Sie den Artikel über unsere langjährigen Erfahrungen mit dem Workflow bei der Hardware-Entwicklung.

Letzte Aktualisierung am

August 15, 2022

Unsere Erfahrung mit dem Lebenszyklus von Hardwareprodukten

Anschauliches Foto des PCB-Designs

Bei der Produktentwicklung für große Kunden oder Unternehmen, an der wir als Mitwirkender beteiligt sind, folgen wir den Prozessen des Kunden. Für die Entwicklung von Demonstratoren und Prototypen folgen wir diesem Ablauf.

HW-Produkt Lebenszyklus - Konzept

Konzept

  • Blockdiagramm  
  • Auswahl der Komponenten  
  • Durchführbarkeitsstudie 

Ziel ist es, die Zuversicht zu gewinnen, dass weitere Investitionen zu einem marktfähigen Produkt führen werden

Die Konzeptphase ist oft die wichtigste und am meisten vernachlässigte Phase im Produktdesign. Es braucht Erfahrung um sich zurückzuhalten und nicht gleich in die Programmierung oder den Entwurf von Schaltplänen einzusteigen.  

In dieser Phase führen wir eine ausführliche Diskussion mit den Kunden und arbeiten an einer detaillierten Anforderungsanalyse. Mehrere Teams kommen zusammen und tauschen ihre Standpunkte zur Spezifikation aus. Das Ergebnis der Konzeptphase hängt vom Input ab. Handelt es sich bei dem Input lediglich um eine "Serviettenzeichnung", erstellt Consilia die System-/Produktspezifikation. In Fällen, in denen ein solches Dokument bereits existiert, erstellen wir ein Blockdiagramm einer vorgeschlagenen Lösung und empfehlen eine Zieltechnologie.

Manchmal befassen wir uns mit Projekten, die spezifisch sind oder den Einsatz experimenteller und/oder modernster Technologien erfordern, für die nur technische Muster zur Verfügung stehen. In diesen Fällen führen wir eine Durchführbarkeitsstudie durch, in der wir die Technologie bewerten, die Parameter der Komponenten testen, das Energie-/Leitungsbudget analysieren oder die wichtigsten Bestandteile der geplanten Lösung simulieren. Ziel ist es, das Vertrauen zu gewinnen, dass weitere Investitionen zu einem marktfähigen Produkt führen werden.

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HW-Produktlebenszyklus - Entwurf

Gestaltung  

  • Simulation
  • Schaltungsentwurf  
  • Schematische Erfassung  
  • PCB-Layout  
  • 3D-Modell  
  • Beschaffung von Bauteilen
  • PCB-Prototyp
  • PCB Prototyp-Bestückung  
  • PCB-Montage  
  • Hardware Box Design 

Aufbereitete Produktionsdaten sind ein entscheidender Meilenstein des Projekts. Es ist die Aufgabe dieser Phase. 

Die Entwurfsphase ist die zweitwichtigste analytische Phase der Produktentwicklung. Sie ist durch eine intensive Zusammenarbeit zwischen allen Teams gekennzeichnet.  

In vielen Fällen ist das Hardware-Team das Team, um das sich die gesamte Projektentwicklung dreht. Ein Teil arbeitet eng mit dem Systemdesigner zusammen und bespricht die Auswahl und Verbindung von Peripheriegeräten und Bausteinen.  

Gleichzeitig werden die Peripheriegeräte aus SW-Sicht bewertet und geprüft, ob die vorhandene Treiberunterstützung und die Gesamtarchitektur den Kundenanforderungen, insbesondere dem Projektplan, entsprechen.  

Den dritten Beitrag leistet das Mechanikteam. Mechanische Beschränkungen, Einschränkungen bei der Platzierung von Komponenten und Fertigungszwänge werden berücksichtigt. Bei bestimmten Produkten ist die Wärmeableitung der kritischste Teil des Entwurfs. In diesen Fällen erweitern wir unsere Teams durch externe Wärmetechniker und führen thermische Analysen durch. Regelmäßige, sich wiederholende Besprechungen mit allen beteiligten Parteien bringen das Projekt voran.  

Consilia ist stolz darauf, ein hervorragender Partner und Integrator zu sein. Wir sind es gewohnt, mit vielen Teams über verschiedene Zeitzonen hinweg zusammenzuarbeiten. Die Arbeit mit Remote-Teams war jahrelang "unser tägliches Brot", schon bevor die Gesellschaft von Lockdowns heimgesucht wurde. Unsere Kunden berichten, dass die Zusammenarbeit mit uns oft reibungsloser verläuft als mit den Kollegen, die im Raum nebenan sitzen.  

Das Ergebnis der Entwurfsphase ist die Lieferung von Fertigungsdaten. Dies ist der häufigste Meilenstein im Projektplan. Consilia behandelt seine Kunden als Projekteigner. Bei der Datenübergabe liefern wir die Quelldaten für Schaltpläne und PCB, PCB-Fertigungsdaten, PCB-Bestückungsdaten und ein 3D-Modell des Produkts. Bei HF- oder Hochleistungsprodukten liefern wir auch die Frässpezifikationen für Abschirmkörper und Kühlkörper.

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HW Produktlebenszyklus - Verifizierung

Prüfung und Verifizierung

  • 3D-Prototyp
  • Test und Fehlersuche
  • Überprüfung
  • Verpackungsbox Prototyp

Jetzt werden wir erst einmal herausfinden, wie wir bei der Aufgabe abgeschnitten haben.

Das typische Bild eines Hardware-Ingenieurs ist ein Mann mittleren Alters in einem gebügelten weißen Kittel, der eine Platine untersucht und auf den Bildschirm eines teuer aussehenden Messgeräts schaut.

Test und Überprüfung sind in vielerlei Hinsicht der Höhepunkt der Produktentwicklung. In dieser Phase wird der Prototyp gemessen. Es ist eine spannende Zeit, in der alle Teams zusammenkommen und Schritt für Schritt ihren Prototyp entwickeln. Die SW- und HW-Teams prüfen die Funktionsblöcke. Und das HW- und das Mechanik-Team prüfen den Einbau des Produkts in das Gehäuse. Die gemessenen Parameter werden mit der Simulation und den Produktspezifikationen verglichen. Das Ergebnis ist ein detaillierter Test- und Verifizierungsbericht, in dem alle Messungen dokumentiert sind, so dass der Kunde leicht erkennen kann, inwieweit wir die Produktspezifikation erfüllt haben.   

Consilia besitzt keine eigene Produktionsstätte für Prototypen. Wir nutzen unser umfangreiches Netzwerk von Leiterplattenherstellern und Montagebetrieben, die von einzelnen bis zu Hunderten von Prototypen produzieren können. Unser Ziel ist es immer, nur einen Durchlauf zu haben. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass in vielen Fällen ein zweiter Durchlauf erforderlich ist. Der erste Durchlauf von Prototypen wird in der Regel in kleinen Stückzahlen gefertigt. Der zweite Durchlauf, wenn das Vertrauen gewonnen ist und die Fehler aus dem ersten Durchlauf behoben sind, wird in Dutzenden bis Hunderten von Prototypen durchgeführt.

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Lebenszyklus von HW-Produkten - Herstellung

Herstellung

  • Entwurf bis Fertigung
  • Entwurf zur Testbarkeit
  • Stücklistenkosten-Optimierung
  • PCB-Herstellung
  • PCB-Montage 
  • Dokumentation
  • Prüftechnik für die Produktionslinie

Der erste Schritt zu einer zuverlässigen und ertragreichen Produktion sind genaue Daten. 

Bevor wir die Daten freigeben, führen wir für jede Leiterplatte eine DFM-Analyse (Design for Manufacturing) durch. Die Analyse wird anhand der Leiterplattendaten durchgeführt und vom Leiterplattenhersteller ausgeführt. Vor der Fertigung geben wir die Daten auch an das Bestückungsunternehmen weiter um sicherzustellen, dass dessen Bestückungsmaschinen für die Leiterplatte geeignet sind. Wenn nötig, modifizieren wir die Leiterplatten um sicherzustellen, dass wir jedes potenzielle Risiko einer schlechten Bestückung vermeiden. Bei Boards mit hoher Zuverlässigkeit, bei denen der Kunde im Voraus weiß, welche Art von Tests auf dem Target geplant sind, nehmen wir an DFT (Design for Testability) und Analysen teil. Mit dieser Analyse soll sichergestellt werden, dass das Designteam alle Vorkehrungen getroffen hat, damit die gesamte Platine mit ICT-Testern (In-Circuit Test) oder Funktionstestern getestet werden kann.

Consilia ist ein Designbüro. Unser Ergebnis ist ein funktionsfähiger Prototyp mit laufender Firmware und, falls erforderlich, einer Steuerungsanwendung. Der Kunde ist Eigentümer der gesamten Produktionsdokumentation und des geistigen Eigentums an der Firmware/Software. Und obwohl wir keine Produktionsstätte haben, verfügen wir über eine Menge Erfahrung mit Produkteinführungen. Unsere Ingenieure sind oft bei der Herstellung der ersten Produkte, die vom Fließband kommen, anwesend und helfen bei der Abstimmung des Prozesses.

Die Prüfung ist ein untrennbarer Bestandteil des Herstellungsprozesses. Der Produktionsstandort deckt die wesentlichen Schaltkreistester und Flying Probes ab; für Funktionstester ist jedoch ein tiefes Wissen über die Produkte erforderlich. Das Produktentwicklungsteam ist oft das beste Team, um einen Fertigungstester zu entwerfen, und Consilia beteiligt sich aktiv an diesem Prozess. Ein üblicher Teil der Produktlieferungen ist eine Testbeschreibung. Aber wir hören hier nicht auf. Wir besitzen einen Anteil an einer Fabrik, die Tester entwickelt, und wir können Fertigungstester für unsere Produkte oder Produkte von Drittanbietern entwerfen und liefern.

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HW-Produktlebenszyklus - Lifetime Support

Unterstützung auf Lebenszeit

  • EOL- und Obsoleszenzminderung  
  • Unterstützung bei der Pflege und dem Austausch von Stücklisten  

Auch wenn wir alles tun, um die Lebensdauer eines Produkts zu verlängern, kommt irgendwann der Zeitpunkt, an dem einige Komponenten ersetzt werden müssen. 

Consilia fühlt sich für die entwickelten Produkte verantwortlich und bemüht sich bei der Entwicklung um die Auswahl von Komponenten, die eine lange Lebensdauer haben und für die geplante Lebensdauer des Produkts auf dem Markt erhältlich sind. Wir aktualisieren regelmäßig unsere Datenbank mit den Komponenten, die wir als veraltet kennzeichnen. Trotz all unserer Bemühungen kommt es gelegentlich vor, dass einige Komponenten obsolet sind. Dies ist in erster Linie auf Naturkatastrophen zurückzuführen, von denen die Komponentenhersteller betroffen sind. In solchen Fällen empfehlen wir entweder einen Ersatz oder arbeiten mit den Montagebetrieben zusammen und bewerten die vorgeschlagenen zweiten Quellen.

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