浅析智能硬件及其生命周期

1、浅析智能硬件及其生命周期一、什么是智能硬件产品硬件是“由电子，机械和光电元件等组成的各种物理装置”，是我们看得见摸得着的实体。典型的硬件产品就是绿油油的印刷电路板，我们日常生活中用到的普通风扇、充电器、耳机等都是硬件产品；纯粹的硬件产品，就像是提线木偶，智能化程度极低，只能对人的指令做出简单的响应，功能单一，对环境的适应性低。软件是“一系列按照特定顺序组织的计算机数据和指令的集合”，简单的说就是程序员们敲的一串串代码。软件的类型有很多，电脑/手机/平板的操作系统如win系列、OS系列，安卓系列，手机上跑的应用程序app如微信、钉钉；我们打开的网站等等都属于软件。如果将硬件产品比作是身体，那软件

2、就像是“大脑”，软件结合硬件的产品相当于具有了简单的“智力”，可以对周围的环境做出反应，根据环境的变化来自动调整功能。典型的就是我们用的小家电如冰箱、空调等。虽然软件结合硬件的产品已经比纯粹的硬件产品更加复杂、自动化了，但是依然不能称之为智能硬件产品。因为这些产品的自动化是通过编译好的程序实现的，其本身并不具备学习能力，以及基于所获得的信息做出推理判断的能力。智能硬件产品，其核心在于“智能化”。我们狭义上理解的智能硬件产品，是在传统的电子产品上增加了联网通信的能力，通过云端实现了更复杂的逻辑判断、远程操作及多设备间的协调联动等；典型的就是我们所用的智能手机，AR/VR设备等。还有一些“AI+”

3、设备，已可根据已有的条件或知识，实现一定程度上推理判断，甚至可以自动泛化的学习知识。如小爱同学、小度AI等。这些也是智能硬件产品。智能硬件产品一般都具备联网能力，在使用时需进行联网配对。如套件内置4G模块，在插入sim卡后，开机即可自动联网；相比于传统的电子产品如老式家电、空调，智能硬件产品在交互方式上增加了APP/小程序操控、语音操控、事件触发等方式。不同的应用场景或环境对智能硬件产品会产生影响，或者说智能硬件产品会针对不同的环境做出调整。二、智能硬件系统概览智能硬件系统，总的来说包括硬件、本地系统、云服务三部分。硬件，包括壳体和PCBA两部分，壳体就是产品的外壳，材质可以是金属、塑料、玻璃

4、、木材等，用来收纳保护脆弱的电子元件，将产品内部组件统一为一个整体，也起着便于使用，视觉美观的功能。PCBA，已焊接贴片的印刷电路板，是电子元件的承载基体。PCBA上一般焊接有处理器、通信模块、传感器。通过线缆的方式，也可以与显示器、执行器、传感器相连接。处理器：包括MCU、CPU、GPU等，是智能硬件产品的心脏，承担着收集、处理、转发信号的功能通信模块：有多种类型，包括常见的4G、wifi、蓝牙，也有不常见的NB-IOT、Lora等，用于联网传输数据显示器：常见的如我们手机的显示屏，承担着信息展示、操作交互的重要功能，是使用者与产品的重要沟通渠道，就像是人的面部和嘴巴传感器：也有多种类型，可

5、以按照需求监测多种物理量，例如温度、气压、方向、角度等，就像是人的眼、耳、鼻、舌、皮肤执行器：例如电磁阀、继电器，电机等，是将数字信号转换为显示世界的各种动作，就像是人的四肢在处理器内，一般都运行着本地系统，简单的说就是电脑、手机、平板等的操作系统。不同的硬件平台支持不同的本地系统，包括安卓、IOS、RTOS嵌入式系统等；同一个硬件平台上，因编译的优劣程度不同，同种类型的本地系统也有很大的性能差异。传统的电子设备受限于本地计算能力和储存能力，无法运行复杂的程序和存储更多的数据，从而为用户提供更好的服务。智能硬件产品，借助通信模块与互联网相连接，与云服务器及其他互联网设备紧密联系，从而获得了更多

6、的能力。智能硬件产品之间通过云服务器进行互通协作，将多种数据进行融合处理和储存；同时，产品与用户之间也增加了更多的交互方式，从点按物理按键的传统方式，进化成了手势操作、语音控制、APP远程操作等，交互方式更多样，操作更加简便高效总的来说，智能硬件产品融合了很多功能与技术，当前的产品可能做不到完全的智能化，但是相比于传统的电子设备，其功能的丰富程度，操作的简便程度已极大提高。三、智能硬件产品的生命周期一款典型的智能硬件产品，其全生命周期一般涵盖6个阶段。需求确认阶段、产品设计阶段、产品落地阶段、产品推广阶段、售后维护阶段、产品消亡阶段。1. 需求确认阶段俗话说“知己知彼，百战不殆”，在需求确认阶

7、段，调研信息收集资料是最重要的工作。智能硬件产品的研发及迭代成本很高，因此必须重视决策。需求确认阶段分为四部分，不一定是完全按照先后顺序进行执行，可以交错进行。大致包括“收集需求并定义产品”，“可行性分析”，“市场分析和竞品分析”，“项目立项”。在做一款智能硬件产品之前，需要考虑的是这款产品能解决怎样的用户痛点，为客户带来怎样的价值，客户愿意为这款产品付出多少。因此，产品的功能点绝对不是拍脑袋想出来的，而是通过大量的调研、需求收集、甄别筛选出来的。在项目立项之前，需要对市场规模、用户需求、产品的优劣势、产品切入的方向进行分析；同时，要对目标用户的购买力、同类产品的优劣势、定价、利润，产品核心器

8、件的种类价格，以及上下游供应商等做到心中有数。在立项前，产品经理需要将产品规格、可行性分析报告等准备就绪，并发起公司内部的评审，需得到高管层和开发团队的认可。一个标准的智能硬件项目团队主要包含两方面的人才，软件层面包括UI设计师、后台开发、前端开发、安卓/IOS/RTOS工程师、软件测试工程师等；硬件层面包括ID设计师、结构工程师、硬件工程师、硬件测试工程师、采购员、质量工程师等。此外还需要产品经理及项目经理，这是产品能顺利诞生的灵魂人物。有些时候，产品经理会兼职项目经理。2. 产品设计阶段产品设计阶段是影响产品型态的最关键阶段，可以说需求阶段决定了产品的上限，设计阶段决定了产品的下限。设计阶

9、段也是产品经理参与最多的环节。产品经理将需求梳理清楚后，以软硬件PRD的文档形式，进行需求的内审和外审。评审完成后，工业设计师、结构工程师、硬件工程师、电气工程师等就会在产品经理的带领下有序的展开工作，具体各个角色应该完成哪些设计工作，将在第四章节详细阐述。设计阶段最终的输出，是产品需求文档以及各组件的样品。3. 产品落地阶段设计阶段是将脑海里的想法转化为实物的过程，但是要让想法真正落地，成为可用的产品，不能离开落地阶段的付出。落地阶段又被称为研发样机阶段，主要有打样和测试两部分工作。需研发人员进行物料备料及打样，需完成各项测试并修复严重设计缺陷。打样就是将设计阶段的各种样品，包括板卡、天线、

10、壳体、连接器、线缆等组装成整机，并连接好外设（如果有的话）。我们称其为手板样，一般不超过30套。而测试分为硬件和软件两部分，硬件部分包含PCBA单板测试、整机功能测试、整机可靠性测试等。根据每款智能硬件的产品差异，具体的测试项目有所区别。软件部分包含固件全量测试、平台端全量测试、移动端全量测试、接口压力测试等。因为软件迭代比较快，所以落地阶段的软件测试，往往针对的某一阶段性软件版本，测试进行的同时，新版本的软件可能还在同步规划开发。经过完善的测试和修复，我们可以认为手板样试制成功，可以开启下一阶段。4. 产品推广阶段在产品落地阶段，技术出身的产品经理常常会囿于技术视野，将大量的精力投入到难点问

11、题的攻克，致力于打造一款“完美”的产品。其实这是得不偿失的，智能硬件产品也需讲究快速试错快速迭代。在产品推广阶段，需要将手板样快速投放到市场中去，让种子用户上手使用。在这一过程中不断收集用户反馈的有用信息，藉此实现符合用户需求的优化迭代；在推广阶段，需要进行产品的相关认证如CCC认证、CE认证等，这些认证往往是为符合主流市场当地的政策要求而做的，没有认证证书，产品无法售卖；同样的，为了使产品更易触达用户，销售话术提炼、宣传资料如渲染图、说明书、产品彩页等也需在此阶段准备好。产品推广阶段，必然伴随着生产规模的扩大。一般会经历三个小环节：小批试制阶段（NPI开始介入；研发备料，少量样机，一般不超过

12、100套；形成SOP），整体工艺盘清楚，且解决九成五以上的生产问题，无法从研发层面解决的问题由产线提供方法修补。研发层面完成物料封样，产品完成资料准备，完成产测工装的设计打样。产品及研发支持，必要时跟产生产导入（研发备料，一半不超过1000套），需对生产流程及生产工艺进行梳理细化，形成工艺指导文件SOP；需基于SOP、产测工装等开始批量生产正式量产（生产备料，视销售预期而定）5. 售后维护阶段其实从第一套产品以“商品”的身份被送到客户的手上开始，售后的过程就开始了。售后维护阶段的工作更偏向于运营，一方面需要持续收集客户的意见和建议，收集竞品的优势与亮点，和并将其传导到产品经理及研发处，进行产品

13、的优化迭代；另一方面也要对市场的不良品进行处理，需有一套完整的售后服务体系，及时修复或更换问题产品。售后维护阶段，往往占据智能硬件生命周期的接近50%，这一阶段的重点在于服务好客户，保障用户粘性，维持稳定销量。6. 产品消亡阶段打败一匹马的往往不是另一匹更快的马，而是一辆汽车。产品的本质是解决用户的痛点，满足用户的需求。当需求发生变化，产品也就失去了存在的土壤，而需求又是随着时间的流逝不断发生变化。因此产品的消亡不可避免。在繁华落幕的阶段，我们能做的可以是紧跟潮流及时推出新的产品，可以是提前洞悉趋势提前落子布局，甚至可以是创造需求引导需求。如果时代的大潮落在头上，猝不及防，也需要对库存的产品进

14、行处理，结清尾款，尽量保障资金的回笼。总的来说，就像人类从胎儿开始，经历的生老病死的一生，智能硬件产品也是从最开始的灵感或想法出发，通过研发而落地，在面向市场的过程中不断打磨自己的棱角，成长壮大，最后也会因为跟不上时代的发展而最终沉寂消亡。四、核心硬件设计环节简述下面带大家了解典型智能硬件产品的核心硬件研发设计过程，一般包含四个部分：ID设计、结构设计、硬件设计、电气设计。ID设计，Industry Design，又叫工业设计，关注着产品是否好看，像是描画人的皮囊。本质上分为三个方向，三维设计方向、平面设计方向、UI设计方向。这里说的ID设计，特指三维设计方向，主要是对智能硬件产品的外观进行设

15、计，关注外形曲线、人体工程学、材质、表面处理方式等，力求做到美观、便于用户使用和市场接受。工业设计带给产品美好的“皮囊”。MD设计，Mechanic Design，又叫结构设计，是对产品的内部结构和机械部分进行设计，关注着产品是否经久耐用，如同打造人的筋骨。工业设计负责的是产品的外观造型，而结构设计负责的是产品的骨架，结构设计的好坏直接影响产品的成本、质量和寿命，可以说造就了产品的“筋骨”。结构设计关注安装和使用的便捷性、散热、防水防尘等。硬件设计，针对板卡进行设计，直接影响一款产品好不好用，类比创造人的大脑。没有焊接元器件的叫做印刷电路板，英文简称PCB；焊接了元器件的就是我们一般所说的板卡

16、，简称PCBA。PCBA是一款智能硬件产品核心运行逻辑的承载体，可以说是产品的“大脑”，硬件设计重点关注元器件的选型和连接，信号传导的效率、电磁兼容能力等。电气设计，针对各种组件的供电及通信进行设计，是一款产品能顺畅使用的关键所在，好似疏通人的经络。电气设计重点关注过流能力、屏蔽干扰的能力、安装使用的易用性及便捷性等。请注意，智能硬件产品还需进行软件设计，包括UI设计、APP、固件等的设计，重点关注业务逻辑和交互方式，这里不做重点阐述。1. 工业设计工业设计主要包含三部分的工作。首先是由工业设计师和产品经理共同确定方案，需设计师绘制ID线框和工艺图，标注部件、材料、工艺等；其次是外观建模，设计

17、师需在三维软件上确定大型，调整细节；最后需输出输出手板工艺文件，三维设计需输出三维文件和CMF；平面设计需输出菲林文件等。2. 结构设计结构设计主要包含四部分的工作。进行工业设计评审，评审ID手板，确认外观是否符合要求进行结构设计，结构工程师需完成3D结构设计，考虑材质、加工工艺、散热方式，结构强度等打样，需输出手板打样文件，含2D/3D图纸，BOM；需完成3D打印或CNC加工手板样测试，需配合测试工程师输出测试用例；结构工程师跟进振动冲击测试、防护能力测试等并输出测试报告3. 硬件设计硬件设计主要包含四部分的工作。由硬件工程师和产品经理对齐需求并确认方案。需确定功能列表、主要器件、外围电路等；准备好PCB元件库与SCH元件库原理设计及Layout，硬件工程师需设计绘制原理图；配合结构工程师进行PCB结构设计，合理布局器件和数字电路、模拟电路等；需布通并优化电路打样，需准备好BOM并进行电子料备料；需输出光绘文件（含钢网资料）并外发打样及贴片；。样品最终成品是焊接了器件的PCBA测试，需配合测试工程师输出测试用例；硬件工程师独立进行单板测试、配合进行功能测试、可靠性测试等并输出测试报告4. 电气设计电气设计也包含四部分的工作。由电气工程师和产品经理、硬件工程师、结构工程师等对齐需求并确认方案。需设计电气控制原理图，计算主要技术参数工艺设计，电气工程师需设计组件布