システムエンジニアリングを理解する

以前の記事では、要件管理の重要性や、製造可能性を念頭に置いて製品を設計する必要性について議論しました。電子製品の設計は、電子設計タスクだけでなく、機械設計、ファームウェアおよびソフトウェア開発、プログラマブルロジック設計、シミュレーションなど、複数の分野にまたがる一連の活動を含むことを認識することが不可欠です。また、プロジェクト管理、マーケティング、販売などの分野も含まれます。

この記事では、エンジニアリングプロジェクトに関わるさまざまな領域と、プロジェクト実行の観点からの電子製品開発の異なる段階をナビゲートします。これには、開始フェーズだけでなく、計画、フォローアップ、設計と開発、検証、テスト、認証フェーズなどが含まれます。

電子製品開発：システムエンジニアリングとは何か？

システムエンジニアリングは、複数の技術的および非技術的領域をまたがる調整が必要な複雑な製品を開発するための構造化された、学際的なアプローチです。電子製品開発の文脈では、ハードウェア、ソフトウェア、機械設計、ファームウェア、コンプライアンス、さらにはビジネスプロセスまでが一体となって機能することを保証します。明確な要件、定義された開発フェーズ、堅牢な統合戦略、およびライフサイクル管理を強調し、信頼性が高く、製造可能で、市場に出せる製品を提供します。システムエンジニアリングを適用することで、チームは技術的な努力をビジネス目標と整合させ、コストのかかる後期段階の問題を減らすことができます。

以下は、製品開発プロジェクトにおける主要な役割とその主な機能のリストです。

プロジェクト管理

プロジェクト計画（ロードマップ、マイルストーン）、部門間のタスクの調整、リソースおよび構成管理、プロジェクトの追跡、およびリーダーシップへの進捗または遅延の報告を担当します。

製品管理

この領域は製品要件と機能を定義し、販売およびマーケティングと製品ベンチマーキング（価格、機能、デザイン）に協力し、設計をビジネスおよびマーケティング戦略と整合させます。また、最終製品が戦略的目標を満たしていることを保証します。

マーケティングおよび販売

商業化を目的とした製品は、市場調査およびポジショニングが必要です。この部門は価格戦略、販売チャネル、および立ち上げキャンペーンを扱います。

ハードウェアエンジニアリング

ハードウェアチームは、システムアーキテクチャ（CPU、メモリ、センサー、接続性など）を定義し、電子部品を選定します（供給チェーンおよび生産エンジニアと協力して）、回路図とPCBレイアウトを設計し、信号および電力の整合性シミュレーションを実施し、検証および認証テストをサポートします。

ソフトウェアエンジニアリング

電子製品開発プロジェクトでは、通常、低レベルソフトウェア開発（ブートローダー、低レベルドライバーなどを含む）と高レベルソフトウェア開発コンポーネント（オペレーティングシステム、アプリケーション、スクリプトなど）があります。この作業はソフトウェア開発部門の下で行われますが、組み込みソフトウェアと高レベルソフトウェアの領域がかなり異なることが一般的です。

機械/工業デザイン

機械または工業デザインエンジニアは、製品のエンクロージャを設計し、材料と仕上げを選択し、電子機器との互換性（機械的干渉、コネクタの配置、ボタンなど）、人間工学、および熱管理（プロセッサ、バッテリーの熱放散）を分析します。

品質とコンプライアンス

製品が市場に出されるためには、CEマーキングやFCC規制、RoHSなどの必須基準や規制に準拠していなければなりません。さらに、環境試験（温度、湿度、振動）、衝撃試験、IPx評価、特定の認証（Wi-Fi、Bluetooth）などが実施されなければなりません。品質・認証部門は、これらの活動全てと、材料、プロセス、最終製品の品質管理を担当しています。

製造/生産工学

製品がすべての設計と検証フェーズを完了したら、製造の段階に移ります。これは生産部門の責任であり、製造自体だけでなく、製造、組み立て、テストなどに必要なすべてのプロセスの設計も扱います。

サプライチェーン

同じく重要なタスクはサプライチェーン管理であり、これにはサプライヤーの管理と資格付け、必要な製造コンポーネントの調達、供給リスク分析、コンポーネントの陳腐化管理（ライフサイクル管理）、在庫管理、購入計画が含まれます。これらの活動はすべてサプライチェーン部門が扱います。

電子製品開発プロジェクトのフェーズとは何ですか？

前述の通り、電子製品開発プロジェクトは、特定のタスクを持つ異なる領域が関与するプロセスです。したがって、プロジェクトは、高レベルのタスクをより小さく、管理しやすいものに分割するために、明確なフェーズに分けられます。これらの小さなタスクは、さまざまな作業チームによって実行され、タイムリーな完成と品質を確保します。

エンジニアリングプロジェクトは、最低限、以下のフェーズに分けるべきです：

1. 定義とキックオフミーティング（KOM）
2. 計画
3. 設計
4. プロトタイピング
5. 検証
6. 産業化
7. 発売

1. 製品の定義

この初期段階での基本的な質問は、製品がどのような目的を果たし、どのような実際のニーズに対応しているかです。これらの質問に確固たる答えがなければ、プロジェクトを開始する価値はないかもしれません。そうでなければ、深い分析（ニーズの特定、競合他社、必要なリソース、開発タイムライン、製品開発コストの特定を含む）の後、キックオフミーティング（KOM）が開催されます。ここで、プロジェクトが正式に提示され、プロジェクトチーム、範囲、主要な日付（開始、終了、中間のマイルストーン）、コスト見積もり、ターゲット顧客、または製品が満たす特定のニーズが紹介されます。この会議は、プロジェクトの公式な開始を示します。

次に、おそらく最も重要なステップは、プロジェクト要件の定義です。定義されたすべての要件は、製品仕様を形成し、製品開発の基礎文書として機能します。

2. プロジェクト計画

プロジェクト計画は実行に不可欠であり、すべての関係者が開発タイムラインと主要なマイルストーンを認識していることを保証します。さらに重要なことは、ハードウェアとファームウェアや機械部品を統合する際に、特に横断的な依存関係を強調することです。プロジェクトは、計画のためにアジャイルまたはウォーターフォールの方法論をしばしば活用します。Altium Developは、回路図やレイアウトに直接リンクできるタスク管理ツール（カンバンボードに似ている）を提供しています。これにより、ワークフローが合理化され、外部ツールの必要性がなくなります。

3. 製品設計

設計について話すとき、私たちは単にハードウェア設計自体だけでなく、製品を構想するために一緒に来るすべての統合された部品や分野の設計を指します。これには、ハードウェア、機械設計、熱設計、ファームウェア、ソフトウェアが含まれます。

あらゆる設計プロセスは、初期の概念設計から始まります - これは、作成される製品の全体的なアーキテクチャを表す図です。この図は、設計を構造化するだけでなく、「BLE回路用のPCBアンテナ設計」や「電源設計」など、より専門的なタスクの分割を可能にします。アーキテクチャが明確になると、チームは詳細設計に移ります。これには、回路図の作成、コンポーネントの選択、シミュレーションの実行、コードの記述、PCBの設計、熱解析の実施、信号および電力整合性シミュレーションの実行が含まれます。

これらのシミュレーション中に不備が見つかった場合、シミュレーションが肯定的な結果をもたらすまで設計プロセスは繰り返されます。

4. プロトタイピングと統合

次のステップは、すべての技術領域を含む初期プロトタイプを構築することです：

• PCB / PCBA（プリント基板 / プリント基板アセンブリ）
• エンクロージャーの3Dプリント
• ファームウェア / ソフトウェアのリリース

各コンポーネントのバージョンが準備できたら、すべてを統合して最初の機能プロトタイプを形成する時です。

5. テストと検証

プロトタイプが機能し、初期の基本的な検証を受けた後、検証チームは、その正確な動作を検証するために、包括的なテストと評価のスイートを実行します。適切なテスト定義には、各テストを特定の要件にリンクさせ、すべての要件が検証と検証のために1つ以上の関連テストを持つことを確認することが含まれます。この検証は、単なる機能性を超えて、電気的テスト、熱評価、信号整合性テスト、電磁両立性（EMC）テスト、機械的ストレス、およびエンクロージャーの耐久性などの他の側面も含みます。

6. 産業化フェーズ

検証が成功し、再設計が必要ない場合は、製品を大量生産可能なアイテムに変換する、つまり産業化する時です。設計フェーズ中に製造可能性の設計（DFM）要件が考慮されていたことが重要で、製造上の問題のために製品の再設計が必要になるかもしれない予期せぬ驚きを避けるためです。 

さらに、製品の製造に関わる生産プロセスを検証する必要があります。これには、大量生産における信頼性を確認することが含まれます。通常、500から1000単位の大きなサンプルが製造され、包括的な検証を受け、製造された各ピースの結果がレビューされ、すべてのプロセスが検証されます。

このフェーズでは、必要なすべての認証を取得する（国や地域によって規制が異なることを考慮して）とともに、コンポーネントベンダーとの供給契約を最終化します。

7. 製品のローンチ

製品のローンチは、単に製造して顧客に出荷することだけではありません。成功したローンチには、よく設計された製品であっても、その最終的な成功または失敗を決定することができる一連の重要なステップが関わっています。

ローンチを入念に計画し、製造された部品の品質管理を強化し、効果的な販売チャネルを確立し、保証返品を管理し、優れた顧客サービスと技術サポートを提供し、将来のアップデートを正しく扱い、製品の物流（包装、輸送、リサイクル）に関して環境意識を持つことが重要です。

結論

• 電子製品の開発には多くの関係者が関与しています

電子製品開発において、ハードウェア設計エンジニアだけがパズルのピースではありません。通常、チームには少なくとも電子エンジニア、産業デザイナー、ファームウェア/ソフトウェア開発者、シミュレーション専門家、生産チーム、品質保証、営業、物流、計画部門が含まれます。

• 電子製品の開発には複数のフェーズが必要です

電子製品を開発するには、要件定義から始まり、設計、プロトタイピング、検証テスト、産業化を経て、製品の市場投入に至るまでの一連の段階的なステップが必要です。

幸いなことに、この全プロセスであなたは一人ではありません。Altium Developが製品開発の旅を通じてどのようにサポートできるかを探ってみましょう。