快速硬件开发简介

2021-11-04

快速硬件开发简介

快速失败意味着通过快速开发和测试产品并收集对无效的反馈以便快速迭代来尽快获得答案。 

这种方法适用于软件；新闻出版，接触群众，看看会发生什么。大多数情况下，如果有错误，它不会导致飞机从天上掉下来。

硬件快速失败

硬件的快速失败方法有点不同，尽管它比过去更容易实现。您需要花费大量的时间和精力才能将硬件发布到野外。

随着桌面3D打印机的出现，硬件的快速失败方法变得更容易一些。如果狗是人类最好的朋友，那么3D打印机就是硬件工程师的第二好朋友。 

机械工程师可以在早上设计一些东西，将它发送到他们的3D打印机，午餐吃一个三明治，他们将在同一天手中拥有一个物理部件。如果有什么不合适的地方，他们会调整3D模型，然后再次运行打印机。讲一个光荣的迭代过程！

有各种各样的3D打印机，其中一些可以非常接近您最终将用于产品的材料。

甚至还有金属3D打印机可以实现使用传统方法无法实现的复杂几何形状。还有一些公司专门使用3D打印部件生产定制PC游戏控制器。 

改变塑料甚至金属不需要任何人搬山和修改钢制工具以进行注塑成型或重新运行铣床。不，这只是对3D模型的调整。今天就这样吧。

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。他们正在将快速失败的概念提升到一个全新的水平，这是令人印象深刻的见证。

电子产品已进入对话

电子产品的原型设计和快速失败可能是一个挑战。自1970年代以来，面包板或原型板一直用于原型设计，它们是更换零件、值、损坏的芯片等的绝佳方式。

还有一些 Perfboards 允许将零件焊接在一起，从而成为一种“永久性”解决方案，而不是制造定制的PCB。

这两种方法今天仍在使用，但是，它们是在表面贴装技术几乎不存在时引入的。到1986年，只有10%的市场使用表面贴装元件。

快进到2021年，几乎所有设计都使用表面贴装元件。关于为什么表面贴装元件优于通孔元件的原因有很多优点。 

使用表面贴装元件 的最大缺点是难以快速制作原型。

表面贴装元件有各种各样的封装，尽管有些是标准化的。无源元件大多采用标准封装，例如 0805s、0603s、0402s，甚至（拿出显微镜）0201s。

然后是具有大量不同封装的集成电路(IC)，其中一些在原型设计过程中比其他封装更难使用。IC也有各种形状和尺寸。您甚至可能需要将显微镜放在外面才能使用它们。

使用表面贴装元件

您可能希望在您的设计中使用仅采用球栅阵列(BGA) 封装的部件，如果您没有合适的工具和专业知识，几乎不可能手工焊接。这些部件的所有引脚都位于部件的底部，以避开手持式烙铁。

您可以采用三种不同的方法来制作这样的零件的原型：

焊膏和温控烤箱——使用这种方法，您首先需要一块具有正确焊盘的PCB，然后再涂上焊膏，最好使用模板。最后，您需要使用可以运行特定温度曲线的烤箱。

外包焊接——这种方法可能会产生最好的结果，但肯定会花费最多的时间和金钱。同样，您需要一个具有正确焊盘的PCB。然后，您可以将此PCB发送到PCB组装厂，在那里他们肯定会向您收取焊接零件的费用。然后您可以支付隔夜运费以尽快将其退回给您。我想我刚刚从航运公司那里听到了“cha-ching”的声音。 

购买开发板- 这种方法与快速失败方法很相似。几乎所有制造商都有一个带有问题部件的预制开发板。您可以简单地购买此开发板，它甚至可能提供原理图和PCB文件。制造商为您提供了最佳设计供您玩耍，非常划算。

对于给定的部件，可以有多种开发板可用。大多数时候，来自组件制造商的开发板的成本可能在100美元或更多。 

也有第三方公司生产低成本开发板以及完整的文档和代码。 

开发周期

在设计新产品时，我通常会仔细阅读这些第三方网站，以了解他们针对我需要的功能类型提供哪些开发板。 

这是测试零件以查看其是否满足要求的最快、最有效的方法。

如果您生活在一个被亚马逊的运输速度宠坏的国家，那么在某些情况下，开发板可以在早上订购，下午甚至更短时间送到您家门口。这个开发时间在我们眼前正在缩短。

将物理事物从A点移动到B点需要时间，这是硬件开发的瓶颈。还在等待星际迷航的传送技术。 

当无人机送货变得无处不在时，我恳求电子产品分销商尽快采用这种送货方式。想象一下，你拿到了你的开发板，但忘记了它没有包含任何上拉电阻，而你却是新鲜出炉。 

在不久的将来，您可以访问电子产品分销商的网站，订购一个装满10kOhm电阻的拳头，并在30分钟内通过无人机交付。哇，一定要使用大量的漂白剂来清理你头脑中的混乱。

当我们耐心等待技术赶上我们的需求时，使用开发板是快速原型制作的好方法。 

这些电路板中的大多数都带有间距为0.1英寸（2.54 毫米）的接线板，以便对面包板友好。一旦您拥有开发板，就可以很容易地焊接在接头上，将它们插入面包板上，并将它们连接在一起。 

一旦将所有部分连接起来，验证就可以进行得相当快。让您的概念验证按预期工作，让您相信它会很好地转化为您的定制设计。 

如果每个开发板的文档都可用，您可以将这些文档用作自定义PCB的指南，然后去掉不需要的部分。

快转PCB

让开发板按照您想要的方式运行是开发的第一层。在您设计了自定义原理图和PCB之后，您将需要在制作一堆之前测试此设计。 

PCB制造是一个非常讨厌的化学过程，因此处理硫酸过氧化氢听起来并不有趣。它以自己动手的方式可行，但最好将其留给专业人士。

有几家公司提供快速的PCB制造服务。您当然需要支付额外费用才能在几天内制作并运送给您的定制设计，但这是一种选择。 

还有台式铣床可以从一块铜包层上切割出基本的设计。鉴于没有电镀通孔这样的东西，这种方法非常有限。铣削PCB可能是快速制作自己的开发板的有效方法。

无论哪种方式，组件仍然需要以某种方式焊接，我之前已经详细介绍过。 

结论

现在是开发硬件的最佳时机。可用的工具、大量的免费教育和有用的社区使任何人都能将他们的想法变为现实。进入门槛已经降低，唯一的限制是创造力和执行力。 

工程学并不全是难的数学和科学，它是一项非常有创造性的努力，并且有无数的想法可以迅速形成。拿出你的烙铁和万用表，开始吧！