Entendendo a Engenharia de Sistemas

Em artigos anteriores, discutimos a importância do gerenciamento de requisitos em projetos de engenharia e a necessidade de desenhar produtos com a fabricabilidade em mente. É essencial reconhecer que o design de um produto eletrônico envolve não apenas tarefas de design eletrônico, mas também uma série de atividades que abrangem múltiplas disciplinas, como design mecânico, desenvolvimento de firmware e software, design de lógica programável, simulações e outras áreas como gerenciamento de projetos, marketing e vendas.

Neste artigo, navegaremos pelas várias áreas envolvidas em um projeto de engenharia e as diferentes etapas do desenvolvimento de produtos eletrônicos do ponto de vista da execução do projeto. Isso inclui a fase de iniciação, bem como o planejamento, acompanhamento, design e desenvolvimento, validação, testes e certificação, entre outros.

Desenvolvimento de Produtos Eletrônicos: O que é Engenharia de Sistemas?

A engenharia de sistemas é uma abordagem estruturada e interdisciplinar para o desenvolvimento de produtos complexos que requer coordenação entre múltiplos domínios técnicos e não técnicos. No contexto do desenvolvimento de produtos eletrônicos, garante que hardware, software, design mecânico, firmware, conformidade e até processos empresariais trabalhem juntos de forma coesa. Enfatiza requisitos claros, fases de desenvolvimento definidas, estratégias robustas de integração e gestão do ciclo de vida para entregar produtos confiáveis, fabricáveis e prontos para o mercado. Ao aplicar a engenharia de sistemas, as equipes podem alinhar esforços técnicos com objetivos empresariais e reduzir problemas caros em fases tardias.

Abaixo está uma lista dos principais papéis em um projeto de desenvolvimento de produto e suas funções primárias.

Gestão de Projetos

Responsável pelo planejamento do projeto (roteiro, marcos), coordenação de tarefas entre departamentos, gestão de recursos e configuração, acompanhamento do projeto e relatório de progresso ou atrasos para a liderança.

Gestão de Produto

Esta área define os requisitos e funcionalidades do produto, colabora com vendas e marketing na avaliação comparativa do produto (preço, características, design) e alinha o design com estratégias empresariais e de marketing. Também garante que o produto final atenda aos objetivos estratégicos.

Marketing e Vendas

Qualquer produto destinado à comercialização requer pesquisa de mercado e posicionamento. Este departamento lida com estratégias de preços, canais de vendas e campanhas de lançamento.

Engenharia de Hardware

A equipe de hardware define a arquitetura do sistema (CPU, memória, sensores, conectividade, etc.), seleciona componentes eletrônicos (em colaboração com engenheiros de cadeia de suprimentos e produção), projeta esquemáticos e layouts de PCB, realiza simulações de integridade de sinal e energia, e apoia testes de validação e certificação.

Engenharia de Software

Em projetos de desenvolvimento de produtos eletrônicos, tipicamente há um desenvolvimento de software de baixo nível (que inclui bootloaders, drivers de baixo nível, etc.) e um componente de desenvolvimento de software de alto nível (como o sistema operacional, aplicações e scripts). Este trabalho fica a cargo do departamento de desenvolvimento de software, embora seja comum que as áreas de software embarcado e software de alto nível sejam bastante distintas.

Design Mecânico/Industrial

Engenheiros de design mecânico ou industrial projetam a carcaça do produto, selecionam materiais e acabamentos, analisam a compatibilidade com a eletrônica (interferências mecânicas, posicionamento de conectores, botões, etc.), ergonomia e gestão térmica (dissipação de calor para processadores, baterias).

Qualidade e Conformidade

Para que um produto seja lançado no mercado, ele deve cumprir com padrões e regulamentações obrigatórias, como a marcação CE, regulamentações da FCC, RoHS, etc. Além disso, testes ambientais (temperatura, umidade, vibrações), testes de impacto, avaliações IPx e certificações específicas (Wi-Fi, Bluetooth) devem ser realizados. O departamento de Qualidade e Homologação é responsável por todas essas atividades, bem como os controles de qualidade para materiais, processos e o produto final.

Engenharia de Manufatura/Produção

Uma vez que o produto tenha completado todas as fases de design e validação, é hora da fabricação. Esta é a responsabilidade do departamento de produção, que lida não apenas com a própria fabricação, mas também com o design de todos os processos necessários para fabricação, montagem, testes e mais.

Cadeia de Suprimentos

Uma tarefa não menos crítica é gestão da cadeia de suprimentos, que abrange a gestão e qualificação de fornecedores, a aquisição de todos os componentes de fabricação necessários, análise de risco de fornecimento, controle de obsolescência de componentes (gestão de ciclo de vida), gestão de inventário e planejamento de compras. Todas essas atividades são gerenciadas pelo departamento de Cadeia de Suprimentos.

Quais são as Fases de um Projeto de Desenvolvimento de Produto Eletrônico?

Como mencionamos na introdução, um projeto de desenvolvimento de produto eletrônico é um processo que envolve diferentes áreas, cada uma com tarefas específicas. Portanto, o projeto é dividido em fases distintas para decompor tarefas de alto nível em menores e gerenciáveis. Essas tarefas menores são então executadas por várias equipes de trabalho, garantindo a conclusão pontual e a qualidade.

Um projeto de engenharia deve, no mínimo, ser dividido nas seguintes fases:

1. Definição e Reunião de Lançamento (KOM)
2. Planejamento
3. Design
4. Prototipagem
5. Validação
6. Industrialização
7. Lançamento

1. Definição do Produto

Durante esta fase inicial, as perguntas fundamentais são: Qual o propósito do produto e que necessidade real ele atende? Se não houver respostas sólidas para essas perguntas, iniciar o projeto pode não valer a pena. Caso contrário, após uma análise aprofundada (incluindo identificação de necessidades, concorrentes, recursos necessários, cronogramas de desenvolvimento e custos de desenvolvimento do produto), uma Reunião de Lançamento (KOM) é convocada. Aqui, o projeto é oficialmente apresentado, juntamente com a equipe do projeto, escopo, datas-chave (início, fim e marcos intermediários), estimativas de custo, o cliente-alvo ou a necessidade específica que o produto atende. Esta reunião marca oficialmente o lançamento do projeto.

O passo subsequente e, possivelmente, o mais crucial é a definição dos requisitos do projeto. Todos os requisitos definidos formarão coletivamente a especificação do produto, que servirá como o documento fundamental para o desenvolvimento do produto.

2. Planejamento do Projeto

O planejamento do projeto é crucial para a execução, garantindo que todas as partes envolvidas estejam cientes dos cronogramas de desenvolvimento e dos principais marcos. Mais importante ainda, destaca as dependências entre disciplinas, especialmente quando se integra hardware com firmware ou componentes mecânicos. Os projetos frequentemente utilizam metodologias ágeis ou em cascata para o planejamento. Altium Develop oferece uma ferramenta de gestão de tarefas (similar a um quadro Kanban) que pode ser vinculada diretamente a esquemáticos e layouts. Isso agiliza o fluxo de trabalho e elimina a necessidade de ferramentas externas.

3. Design de Produto

Quando falamos sobre design, não estamos nos referindo apenas ao design de hardware em si, mas ao design de todas as partes integradas ou disciplinas que se unem para conceber o produto. Isso inclui hardware, design mecânico, design térmico, firmware e software.

Qualquer processo de design começa com um design conceitual inicial – um diagrama representando a arquitetura geral do produto a ser criado. Esse diagrama serve não apenas para estruturar o design, mas também permite a divisão de tarefas mais especializadas, como "design de antena PCB para circuito BLE" ou "design de fonte de alimentação". Uma vez que a arquitetura está clara, a equipe passa para o design detalhado. Isso envolve criar esquemáticos, selecionar componentes, realizar simulações, escrever código, projetar PCBs, conduzir análises térmicas e realizar simulações de integridade de sinal e potência.

Caso sejam encontradas deficiências durante essas simulações, o processo de design é iterado até que as simulações produzam resultados positivos.

4. Prototipagem e Integração

O próximo passo é construir um protótipo inicial que envolve todas as áreas técnicas:

• PCB / PCBA (Placa de Circuito Impresso / Montagem de Placa de Circuito Impresso)
• Impressão 3D da Caixa
• Lançamento de Firmware / Software

Uma vez que uma versão de cada componente esteja pronta, é hora de integrar tudo e formar o primeiro protótipo funcional.

5. Testes e Validação

Uma vez que o protótipo esteja funcional e tenha passado por uma verificação básica inicial, a equipe de validação executa um conjunto abrangente de testes e avaliações para validar sua operação correta. A definição adequada de testes envolve vincular cada teste a requisitos específicos, garantindo que cada requisito tenha um ou mais testes associados para verificação e validação. Esta validação estende-se além da mera funcionalidade, abrangendo outros aspectos como testes elétricos, avaliações térmicas, testes de integridade de sinal, testes de compatibilidade eletromagnética (EMC), estresse mecânico e durabilidade da caixa.

6. Fase de Industrialização

Se a validação for bem-sucedida e não forem necessárias redesenhos, é hora de industrializar o produto, ou seja, transformá-lo em um item produzível em massa. É crucial que requisitos de Design para Fabricação (DFM) tenham sido considerados durante a fase de design para evitar surpresas inesperadas que possam necessitar de um redesenho do produto devido a problemas de fabricação. 

Além disso, os processos de produção envolvidos na fabricação do produto devem ser validados. Isso envolve verificar a confiabilidade deles em uma grande série de produção. Tipicamente, uma amostra significativa de 500 a 1000 unidades é fabricada e submetida a uma validação abrangente, com os resultados de cada peça fabricada revisados e cada processo validado.

Esta fase também é quando todas as certificações necessárias são obtidas (levando em conta que as regulamentações variam por país ou região), e os acordos de fornecimento com os vendedores de componentes são finalizados.

7. Lançamento do Produto

O lançamento de um produto não é simplesmente sobre fabricá-lo e enviá-lo ao cliente. Um lançamento bem-sucedido envolve uma série de etapas críticas que podem determinar seu sucesso ou fracasso final, mesmo para um produto bem projetado.

É crucial planejar o lançamento meticulosamente, manter um controle de qualidade robusto sobre as peças fabricadas, estabelecer canais de vendas eficazes, gerenciar devoluções de garantia, fornecer um excelente serviço ao cliente e suporte técnico, lidar corretamente com futuras atualizações e ter consciência ambiental em relação à logística do produto (embalagem, transporte e reciclagem).

Conclusões

• O desenvolvimento de produtos eletrônicos envolve numerosos stakeholders

No desenvolvimento de produtos eletrônicos, os engenheiros de design de hardware não são as únicas peças do quebra-cabeça. A equipe envolvida normalmente inclui pelo menos engenheiros eletrônicos, designers industriais, desenvolvedores de firmware/software, especialistas em simulação, equipes de produção, garantia de qualidade, vendas, logística e departamentos de planejamento.

• O desenvolvimento de produtos eletrônicos requer múltiplas fases

Desenvolver um produto eletrônico necessita de uma série de etapas sequenciais, começando com a definição de requisitos e progredindo através do design, prototipagem, testes de validação e industrialização, culminando no lançamento do produto no mercado.

Felizmente, você não está sozinho em todo esse processo.Explore como o Altium Develop pode apoiá-lo ao longo de sua jornada de desenvolvimento de produto.