Продолжаю делиться историей разработки аппаратной платформы GM-Box G1. В предыдущей статье я рассказал о первых шагах на пути создания продукта - прототипировании для проверки продуктовых гипотез. Этот этап позволил сформулировать требования к серийному изделию.

Сейчас речь пойдет о непростом пути от технического задания до решений промышленного дизайна и запуска серийного производства в России. Снова будет много технических деталей, фотографий и моих откровений инженера.

Запуск разработки серийного продукта

Наступил долгожданный момент, когда после множества презентаций мы получили инвестиции и начали подготовку к разработке серийной версии нашего продукта. GM-Box стал превращаться, конечно не из «гадкого утенка» в «прекрасного лебедя», но из прототипа во вполне симпатичное и рабочее серийное изделие. Собранные на этапе прототипирования инсайты и знания о нашем продукте мы оформили в виде технического задания (ТЗ). Формат выбрали в международной нотации - Product Requirement Document (PRD), потому что готовились к общению с иностранными подрядчиками.

Перед нами стояли следующие задачи:

• промышленный дизайн;

• разработка конструкции корпуса и молдинга для литья пластика;

• разработка схемотехники и трассировка печатных плат;

• разработка Firmware, системного, прикладного и серверного программного обеспечения;

• организация цепочки и снабжения компонентами, в том числе серийного литья пластика;

• сборка и тестирование печатных плат;

• узловая сборка, заливка софта, испытания (приемочные, приемо-сдаточные и т. д.);

• организация ремонта, технического обслуживания и поддержки;

• организация логистики (в т. ч. международной);

• управление качеством;

И, конечно же, мы бились над извечной дилеммой – делать всю разработку самим (In House Design - IHD) или заказать на стороне (Original Design and Manufacturing - ODM). Выполнение всех задач внутри требовало немаленькой команды профи разных направлений, а еще много специального оборудования и софта. Это недоступная роскошь для стартапа, и мы решили скомбинировать IHD и ODM. Вот какими были наши ключевые требования к потенциальным партнерам:

• опыт разработки x86 платформ на современных SoC, включая BIOS и EC;

• опыт разработки продуктов сегментов: планшеты, телефоны;

• опыт разработки сложных пластиковых корпусов;

• высокий уровень качества продукции, услуг;

• опыт организации и сопровождения крупносерийного производства собственных продуктов.

Изучив рынки России и Беларуси, мы с удивлением осознали, что не можем найти компанию, соответствующую всем нашим ожиданиям. Тогда, хоть и с тревогой, но мы приняли решение ехать в более дальнее зарубежье в поисках партнера. Шел 2017 год … Мы нашли азиатскую ODM компанию с нужным нам технологическим стеком, опытом и хорошим качеством. В итоге разделение между нами и ODM перечисленных выше задачах получилось такое: 60% (мы) на 40% (ODM). Работа закипела, и мы начали готовить требования к внешнему виду изделия.

Промышленный дизайн

Нам предстояло описать, как наше устройство будет выглядеть внешне, со стороны пользователя, взаимодействовать с ним и окружающим пространством, интерьером корпоративного офиса или его рабочего места дома в случае «удаленки». Функциональные и нефункциональные, технические требования, определяющие форму и содержание, были собраны в ТЗ, их было достаточно много. Одним из ключевых требований было обеспечить удобную и стильную реализацию синергии в продукте смартфона и GM-Box.

Наш дизайнер Михаил, зарядившись ТЗ, идеями и инсайтами команды, с учетом опыта, полученного на прототипах, принялся за работу, а мы стали ждать от него «волшебства». Сначала, как и на этапе прототипирования, появились черновые наброски – скетчи:

Дальше перешли к 3D моделированию в Autodesk Inventor. Было безумно много вариантов дизайна на разный вкус и цвет.

Внутри команды мы периодически проводили презентации очередной версии дизайна. Обсуждали решения, предлагали изменения, спорили и, конечно же, даже ругались (какой стартап без ссор?), но всегда договаривались.

В итоге родился промышленный дизайн будущего серийного продукта.

Корпус, механика

Мы глубоко проработали дизайн и даже элементы внутренней механики, но все это нужно было связать с начинкой нашего изделия – электроникой и обеспечить технологичность при серийном производстве. На базе 3D модели нашего дизайна и требований ТЗ наш ODM партнер начал проработку конструкции. Моделирование делали в Pro Engineer и присылали нам презентации с картинками и вопросами. В ответ мы моделировали в Autodesk Inventor и отправляли им свои идеи. Начитавшись про методологии разработки известных мировых брендов, мы погрузились в длительный итерационный процесс создания MDP (Minimum Desirable Product), сохраняя 3 его точки опоры:

• гештальт продукта;

• дизайн;

• качество.

Расскажу коротко о самых сложных узлах, «попивших у нас крови».

Раскладная опора (нога)

Мы искали решение, которое обеспечит складывание ноги в транспортном режиме. При этом в разложенном состоянии нога должна слегка фиксироваться, предотвращая складывание ноги при работе с устройством. А еще нужно чтобы петля занимала мало места и была недорогой.

Вентиляционная решетка

Необходимо было продумать такую защитную крышку, которая обеспечит эффективный отвод тепла от внутренней электроники, совместив это с размещением там же динамиков. При этом это должна сохраниться дизайнерская мысль и технологичность производства.

Интерфейс подключения смартфона

Необходимо было обеспечить разъемное соединение смартфона с Gm-Box. При этом, реализовать возможность подключения любого смартфона, удобство пользователя и высокую надежность узла.

Конечно, были непростые задачи и с другими частями конструкции. Вот самые запомнившиеся элементы:

• система охлаждения;

• клавиатура;

• трубка;

• держатель кабелей;

• внешние микрофоны;

• слот батарейки часов реального времени;

• собираемость изделия.

Финалом работы над корпусом стали:

• подробная 3D модель GM-Box;

• Mockup образец (неработающий опытный образец).

Целью изготовления Mockup образцов было подтвердить соответствие дизайна, 3D модели и материалов ожиданиям заказчика (нас) и пользователей. Технологически процесс их изготовления состоял из операций:

• 3D печать;

• фрезеровка напечатанной заготовки;

• ручная доработка: снятие заусенцев, ошкуривание, шлифование;

• покраска;

• финальная сборка и "доработка напильником".

Что-то пошло не так …

Пока мы не ушли далеко от разработки корпуса, расскажу о сложностях, с которыми мы столкнулись на этом этапе, и как мы с этим справились. Получив на руки Mockup образцы, мы стали оценивать его реальный дизайн, а не рендеринг. Разница между картинкой и физическим объектом значительная и именно поэтому изготовление и анализ Mockup так важен для получения качественного продукта. Нас не устраивал дизайн клавиатуры и трубки, с точки зрения их визуального восприятия. Получилось «не то». И мы решили переработать эти узлы.

В поисках нашего гештальта для MDP (писал об этом выше) мы потратили 4 месяца на дизайн и дополнительное прототипирование:

• искали альтернативные варианты дизайна клавиатуры и трубки;

• прототипировали;

• обсуждали;

• вносили изменения в дизайн изделия и его 3D модель;

• вносили изменения в 3D модель конструкции.

Электроника

Параллельно с созданием корпуса мы начали разработку электроники. Нам предстояло решить следующие задачи:

• разработка архитектуры;

• выбор элементной базы;

• компоновка печатных плат и устройства;

• расчет себестоимости, оптимизация;

• Design For Manufacturing (DFM) анализ и доработка;

• наладка (брингап) электроники.

Этапы разработки электронной части в связке с корпусом\механикой и софтом у нас получились такие:

• Mockup – прототип, пустышка, полноразмерный неработающий образец;

• EVT – инженерные образцы, частично работающие, позволяющие отлаживать софт;

• DVT – полнофункциональные опытные образцы с «косяками»;

• DVT2 - полнофункциональные опытные образцы без «косяков»;

• PVT – образцы, собранные на конвейере по серийной технологии;

• MP – серийные изделия.

Очень похоже на наш отечественный процесс разработки по ГОСТ 15: ЭП, ТП, РКД, постановка на производство.

Отрисовку схемотехники и топологию печатных плат выполнял ODM партнер. Использовали Cadence ORCAD. Буквально через 3 недели после готовности топологии появились первые образцы системных плат, и мы поехали их брингапить в Азию.

Сначала «железо» запускали и тестировали на Win10, т. к. много готовых утилит, примеров, референсов для наладки. После того как «железо» ожило на Win10 мы перешли к проверке и доработке на Linux Ubuntu. Это был итерационный процесс поузловой наладки и доработки BIOS и программы EC контроллера. Больше всего «досталось» нашим программистам, т. к. «железо» без софта не работает, а софт у нас на Linux Ubuntu и заточен под особенности продукта. Пришлось сильно попотеть в «раскуривании» работы чипов и общей логики работы устройства и отдельных узлов. Ну и конечно перед нами стояла задача финальной валидации работоспособности продукта на этом этапе разработки (EVT).

Снаружи GM-BOX все просто, а «под капотом» много интересных штук:

Программное обеспечение

«Железо» без софта – безжизненный организм, хотя мне больше по вкусу вот такая визуализация архитектуры программного обеспечения:

Если серьезно, то наш софт – это достаточно сложный набор компонентов:

• Firmware;

• системное ПО;

• серверное ПО;

• мобильное ПО.

У каждого компонента свое предназначение, история разработки, набор применяемых технологий, интересных фич. Поэтому про каждый элемент в отдельности мы расскажем в наших следующих статьях.

Вкратце расскажу сейчас только про устройство Firmware, как крайне важный компонент для оживления электроники. Это даст более цельное понимание устройства нашей аппаратной платформы.

Firmware GM-Box G1 состоит из:

• BIOS (Basic Input Output System) – обязательная часть х86 платформ;

• EC (Embedded Controller) – система управления аппаратной инфраструктурой (питание, сброс, периферия).

BIOS для x86 платформ на рынке предлагают несколько вендоров: AMI, Insyde и т.д. У каждого такого продукта есть свои преимущества и недостатки. Сделать оптимальный выбор и разработать BIOS под нашу аппаратную платформу нам помог наш ODM партнер с учетом: своего опыта, наличия лицензий, исходников и тулчейна для разработки. Итого, мы получили рабочий BIOS, исходники и тулчейн для возможности модификации.

EC контроллер аппаратно реализован на чипе IT8987. Это интегрированное решение для управления инфраструктурой простеньких ПК. Внутри ядро классического микроконтроллера х8051. Программа для EC тоже разрабатывалась ODM, но мы потом кое-что дописали сами. Итого, мы получили рабочую прошивку EC, исходники и тулчейн для возможности модификации. 

Упаковка

С дизайном GM-Box мы успешно справились и настал черед сделать красивую упаковку. С одной стороны, это продукт для B2B и B2G рынков, а значит коробку, скорее всего, выбросят сразу после приобретения, и нет необходимости заморачиваться над дизайном. С другой стороны, учитывая специфику нашего продукта, важно было обеспечить безопасную транспортировку и сохранить его презентабельный вид. К тому же мы выходили на рынок с новым продуктом, поэтому упаковка выполняла еще и задачу презентации устройства – показать, что внутри высокотехнологичный, качественный продукт. Так что мы продумывали все до мелочей.

Наша упаковка должна решать следующие задачи:

• защита изделия от повреждения во время транспортировки и хранения;

• удобное паллетирование и одиночное хранение;

• удобное размещение компонентов изделия для легкого доступа к ним пользователя;

• понятный процесс подготовки и включения изделия;

• дополнение образа качественного, инновационного продукта.

Мы снова воодушевились, взяли для примера лучшие бренды электроники и получилось вот такое решение:

Коробка выполнена из гофрокартона с нанесением цвета и дополнительной графики.

Нас очень сильно беспокоило транспортирование кабеля телефонной трубки. Он спиральный и легко деформируется. Мы не хотели, чтобы пользователь брал в руки изуродованный кабель. В жизни это выглядит так:

Решение нашлось, в виде специальной коробки с ложементом для кабеля:

В реальном производстве коробки выглядят также хорошо, но технологичность получилась не идеальная. Мы уже переработали конструкцию упаковки и ждем, когда она пойдет в серию.

Заключение

Успешное прохождение этапа прототипирования не означает, что при разработке серийного продукта все будет гладко. Неожиданности поджидают на каждом шаге разработки, к этому нужно быть готовым морально и технически. Самое важное в успешном преодолении этих трудностей – командная работа, вовлеченность (даже увлеченность) каждого члена команды и фокусирование на поиске лучшего решения для продукта. Тщательная подготовка к предстоящему этапу работ и формализация требований помогают «подстелить соломку» и снизить риски неудач.

В следующей публикации я расскажу об этапах тестирования и постановки на производство. Снова будет много технических деталей и фотографий.

Полезные ссылки

1.      В чем разница MVP и MDP?

2.      От дизайна до производства: Как обеспечивается качество продуктов Apple