Hiểu Biết về Kỹ Thuật Hệ Thống

Trong các bài viết trước, chúng tôi đã thảo luận về tầm quan trọng của việc quản lý yêu cầu trong các dự án kỹ thuật và sự cần thiết của việc thiết kế sản phẩm với tính khả thi về sản xuất trong tâm trí. Điều quan trọng cần nhận ra là việc thiết kế một sản phẩm điện tử không chỉ bao gồm các nhiệm vụ thiết kế điện tử mà còn bao gồm một loạt các hoạt động trải dài qua nhiều lĩnh vực khác nhau, như thiết kế cơ khí, phát triển firmware và phần mềm, thiết kế logic có thể lập trình, mô phỏng, và các lĩnh vực khác như quản lý dự án, tiếp thị, và bán hàng.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ đi qua các lĩnh vực khác nhau liên quan đến một dự án kỹ thuật và các giai đoạn khác nhau của việc phát triển sản phẩm điện tử từ góc độ thực hiện dự án. Điều này bao gồm giai đoạn khởi đầu, cũng như lập kế hoạch, theo dõi, thiết kế và phát triển, xác nhận, kiểm tra, và chứng nhận, cùng các giai đoạn khác.

Phát triển Sản phẩm Điện tử: Kỹ thuật Hệ thống là gì?

Kỹ thuật hệ thống là một phương pháp tiếp cận có cấu trúc, liên ngành nhằm phát triển các sản phẩm phức tạp đòi hỏi sự phối hợp giữa nhiều lĩnh vực kỹ thuật và phi kỹ thuật. Trong bối cảnh phát triển sản phẩm điện tử, nó đảm bảo rằng phần cứng, phần mềm, thiết kế cơ khí, firmware, tuân thủ và thậm chí cả quy trình kinh doanh làm việc cùng nhau một cách đồng nhất. Nó nhấn mạnh vào việc xác định rõ ràng yêu cầu, các giai đoạn phát triển đã định, chiến lược tích hợp mạnh mẽ và quản lý vòng đời để cung cấp các sản phẩm đáng tin cậy, có thể sản xuất và sẵn sàng cho thị trường. Bằng cách áp dụng kỹ thuật hệ thống, các nhóm có thể điều chỉnh nỗ lực kỹ thuật với mục tiêu kinh doanh và giảm thiểu các vấn đề đắt đỏ ở giai đoạn muộn.

Dưới đây là danh sách các vai trò chính trong một dự án phát triển sản phẩm và chức năng chính của họ.

Quản lý Dự án

Chịu trách nhiệm về việc lập kế hoạch dự án (lộ trình, các mốc quan trọng), phối hợp nhiệm vụ giữa các bộ phận, quản lý nguồn lực và cấu hình, theo dõi dự án và báo cáo tiến độ hoặc sự chậm trễ cho ban lãnh đạo.

Quản lý Sản phẩm

Lĩnh vực này định nghĩa yêu cầu và chức năng sản phẩm, hợp tác với bộ phận bán hàng và tiếp thị về việc đánh giá sản phẩm (giá, tính năng, thiết kế) và điều chỉnh thiết kế với chiến lược kinh doanh và tiếp thị. Nó cũng đảm bảo sản phẩm cuối cùng đáp ứng các mục tiêu chiến lược.

Tiếp thị và Bán hàng

Mọi sản phẩm dành cho thương mại hóa đều yêu cầu nghiên cứu thị trường và định vị. Bộ phận này xử lý các chiến lược giá cả, kênh bán hàng và chiến dịch ra mắt.

Kỹ thuật Phần cứng

Nhóm phần cứng xác định kiến trúc hệ thống (CPU, bộ nhớ, cảm biến, kết nối, v.v.), chọn lựa linh kiện điện tử (phối hợp với kỹ sư chuỗi cung ứng và sản xuất), thiết kế sơ đồ mạch và bố trí PCB, thực hiện mô phỏng tính toàn vẹn tín hiệu và nguồn, và hỗ trợ kiểm tra xác nhận và chứng nhận.

Kỹ Thuật Phần Mềm

Trong các dự án phát triển sản phẩm điện tử, thường có phần phát triển phần mềm cấp thấp (bao gồm bootloader, trình điều khiển cấp thấp, v.v.) và một thành phần phát triển phần mềm cấp cao (như hệ điều hành, ứng dụng và kịch bản). Công việc này thuộc về bộ phận phát triển phần mềm, mặc dù thường thấy rằng lĩnh vực phần mềm nhúng và phần mềm cấp cao khá rõ ràng.

Thiết Kế Cơ Khí/Công Nghiệp

Kỹ sư thiết kế cơ khí hoặc công nghiệp thiết kế vỏ sản phẩm, chọn vật liệu và hoàn thiện, phân tích tính tương thích với điện tử (sự can thiệp cơ khí, vị trí kết nối, nút bấm, v.v.), ergonomics, và quản lý nhiệt (tản nhiệt cho bộ xử lý, pin).

Chất Lượng và Tuân Thủ

Để một sản phẩm được tung ra thị trường, nó phải tuân thủ các tiêu chuẩn và quy định bắt buộc, như dấu CE, quy định FCC, RoHS, v.v. Hơn nữa, các bài kiểm tra môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, rung động), kiểm tra va đập, đánh giá IPx và các chứng nhận cụ thể (Wi-Fi, Bluetooth) cũng phải được thực hiện. Phòng ban Chất lượng và Homologation chịu trách nhiệm cho tất cả các hoạt động này, cũng như kiểm soát chất lượng cho vật liệu, quy trình và sản phẩm cuối cùng.

Kỹ thuật Sản xuất

Sau khi sản phẩm hoàn thành tất cả các giai đoạn thiết kế và xác nhận, đến lúc cho sản xuất. Đây là trách nhiệm của bộ phận sản xuất, không chỉ xử lý việc sản xuất mà còn thiết kế tất cả các quy trình cần thiết cho việc chế tạo, lắp ráp, kiểm tra và hơn thế nữa.

Chuỗi Cung Ứng

Một nhiệm vụ không kém phần quan trọng là quản lý chuỗi cung ứng, bao gồm quản lý và đánh giá nhà cung cấp, thu mua tất cả các thành phần sản xuất cần thiết, phân tích rủi ro cung ứng, kiểm soát lỗi thời của linh kiện (quản lý vòng đời), quản lý hàng tồn kho và lập kế hoạch mua hàng. Tất cả các hoạt động này được xử lý bởi bộ phận Chuỗi Cung Ứng.

Các Giai Đoạn của Dự án Phát Triển Sản Phẩm Điện Tử Là Gì?

Như chúng tôi đã đề cập trong phần giới thiệu, một dự án phát triển sản phẩm điện tử là một quá trình liên quan đến các lĩnh vực khác nhau, mỗi lĩnh vực có những nhiệm vụ cụ thể. Do đó, dự án được chia thành các giai đoạn riêng biệt để chia nhỏ các nhiệm vụ cấp cao thành các nhiệm vụ nhỏ hơn, dễ quản lý hơn. Những nhiệm vụ nhỏ hơn sau đó được thực hiện bởi các nhóm làm việc khác nhau, đảm bảo hoàn thành đúng thời hạn và chất lượng.

Một dự án kỹ thuật nên, ít nhất, được chia thành các giai đoạn sau:

1. Định nghĩa và Cuộc họp Khởi động (KOM)
2. Lập kế hoạch
3. Thiết kế
4. Làm mẫu
5. Validation
6. Công nghiệp hóa
7. Khởi chạy

1. Định nghĩa Sản phẩm

Trong giai đoạn ban đầu này, những câu hỏi cơ bản là: Sản phẩm phục vụ mục đích gì và đáp ứng nhu cầu thực tế nào? Nếu không có câu trả lời vững chắc cho những câu hỏi này, việc bắt đầu dự án có thể không đáng giá. Ngược lại, sau một phân tích kỹ lưỡng (bao gồm việc xác định nhu cầu, đối thủ cạnh tranh, nguồn lực cần thiết, lịch trình phát triển và chi phí phát triển sản phẩm), một Cuộc họp Khởi động (KOM) được tổ chức. Tại đây, dự án được chính thức trình bày, cùng với đội ngũ dự án, phạm vi, các ngày quan trọng (bắt đầu, kết thúc và các mốc quan trọng trung gian), ước tính chi phí, khách hàng mục tiêu, hoặc nhu cầu cụ thể mà sản phẩm đáp ứng. Cuộc họp này chính thức đánh dấu sự khởi đầu của dự án.

Bước tiếp theo và có lẽ là quan trọng nhất là định nghĩa yêu cầu dự án. Tất cả các yêu cầu được định nghĩa sẽ cùng nhau tạo thành thông số kỹ thuật sản phẩm, sẽ phục vụ như một tài liệu cơ sở cho việc phát triển sản phẩm.

2. Kế hoạch Dự án

Kế hoạch dự án rất quan trọng cho việc thực hiện, đảm bảo tất cả các bên liên quan đều biết về lịch trình phát triển và các mốc quan trọng. Quan trọng hơn, nó làm nổi bật sự phụ thuộc giữa các lĩnh vực, đặc biệt khi tích hợp phần cứng với firmware hoặc các thành phần cơ khí. Các dự án thường tận dụng các phương pháp luận linh hoạt hoặc tuần tự cho việc lập kế hoạch. Altium Develop cung cấp một công cụ quản lý công việc (tương tự như bảng Kanban) có thể được liên kết trực tiếp với sơ đồ và bố cục. Điều này giúp tối ưu hóa quy trình làm việc và loại bỏ nhu cầu sử dụng các công cụ bên ngoài.

3. Thiết kế Sản phẩm

Khi chúng ta nói về thiết kế, chúng ta không chỉ đề cập đến thiết kế phần cứng mà còn đến thiết kế tất cả các bộ phận hoặc lĩnh vực tích hợp đến với nhau để tạo nên sản phẩm. Điều này bao gồm thiết kế phần cứng, thiết kế cơ khí, thiết kế nhiệt, firmware và phần mềm.

Quy trình thiết kế bắt đầu với một thiết kế khái niệm ban đầu - một sơ đồ đại diện cho kiến trúc tổng thể của sản phẩm sẽ được tạo ra. Sơ đồ này không chỉ giúp cấu trúc thiết kế mà còn cho phép phân chia các nhiệm vụ chuyên môn hóa hơn, như "thiết kế ăng-ten PCB cho mạch BLE" hoặc "thiết kế nguồn cung cấp." Một khi kiến trúc đã rõ ràng, nhóm chuyển sang thiết kế chi tiết. Điều này bao gồm việc tạo sơ đồ, chọn linh kiện, thực hiện mô phỏng, viết mã, thiết kế PCB, phân tích nhiệt, và thực hiện mô phỏng tính toán tín hiệu và nguồn điện.

Nếu có bất kỳ thiếu sót nào được phát hiện trong quá trình mô phỏng, quy trình thiết kế được lặp lại cho đến khi mô phỏng mang lại kết quả tích cực.

4. Chế tạo mẫu và Tích hợp

Bước tiếp theo là xây dựng một mẫu ban đầu bao gồm tất cả các lĩnh vực kỹ thuật:

• PCB / PCBA (Bảng Mạch In / Lắp Ráp Bảng Mạch In)
• In 3D Vỏ
• Phát Hành Firmware / Phần Mềm

Khi mỗi thành phần đã sẵn sàng, đã đến lúc tích hợp tất cả và tạo ra nguyên mẫu đầu tiên có chức năng.

5. Kiểm Tra và Xác Nhận

Sau khi nguyên mẫu hoạt động và đã trải qua việc kiểm tra cơ bản ban đầu, nhóm xác nhận thực hiện một loạt các bài kiểm tra và đánh giá toàn diện để xác nhận hoạt động chính xác của nó. Việc định nghĩa kiểm tra đúng đắn bao gồm việc liên kết mỗi bài kiểm tra với các yêu cầu cụ thể, đảm bảo rằng mỗi yêu cầu đều có một hoặc nhiều bài kiểm tra liên quan để xác minh và xác nhận. Việc xác nhận này mở rộng không chỉ là chức năng, mà còn bao gồm các khía cạnh khác như kiểm tra điện, đánh giá nhiệt, kiểm tra tính toàn vẹn tín hiệu, kiểm tra khả năng tương thích điện từ (EMC), căng thẳng cơ khí, và độ bền của vỏ.

6. Giai Đoạn Công Nghiệp Hóa

Nếu việc xác nhận thành công và không cần thiết kế lại, đã đến lúc công nghiệp hóa sản phẩm, có nghĩa là chuyển đổi nó thành một mặt hàng có thể sản xuất hàng loạt. Điều quan trọng là yêu cầu Thiết Kế cho Khả Năng Sản Xuất (DFM) đã được xem xét trong giai đoạn thiết kế để tránh những bất ngờ không mong muốn có thể yêu cầu thiết kế lại sản phẩm do vấn đề sản xuất. 

Ngoài ra, quá trình sản xuất liên quan đến việc chế tạo sản phẩm phải được xác nhận. Điều này bao gồm việc kiểm tra độ tin cậy của chúng qua một lô sản xuất lớn. Thông thường, một mẫu đáng kể từ 500 đến 1000 đơn vị được sản xuất và trải qua quá trình xác nhận toàn diện, với kết quả của từng sản phẩm được sản xuất được xem xét và mọi quá trình được xác nhận.

Giai đoạn này cũng là lúc tất cả các chứng nhận cần thiết được thu thập (nhớ rằng quy định thay đổi tùy theo quốc gia hoặc khu vực), và các thỏa thuận cung cấp với nhà cung cấp linh kiện được hoàn tất.

7. Ra mắt sản phẩm

Việc ra mắt sản phẩm không chỉ đơn giản là sản xuất nó và giao nó cho khách hàng. Một sự ra mắt thành công bao gồm một loạt các bước quan trọng có thể quyết định thành công hoặc thất bại cuối cùng của sản phẩm, ngay cả đối với một sản phẩm được thiết kế tốt.

Việc lên kế hoạch cho việc ra mắt một cách tỉ mỉ, duy trì kiểm soát chất lượng mạnh mẽ đối với các bộ phận được sản xuất, thiết lập các kênh bán hàng hiệu quả, quản lý việc trả lại bảo hành, cung cấp dịch vụ khách hàng và hỗ trợ kỹ thuật xuất sắc, xử lý đúng cách các bản cập nhật tương lai, và ý thức về môi trường liên quan đến hậu cần của sản phẩm (đóng gói, vận chuyển và tái chế) là rất quan trọng.

Kết luận

• Phát triển sản phẩm điện tử liên quan đến nhiều bên liên quan

Trong quá trình phát triển sản phẩm điện tử, kỹ sư thiết kế phần cứng không phải là những thành phần duy nhất của bức tranh. Đội ngũ tham gia thường bao gồm ít nhất các kỹ sư điện tử, nhà thiết kế công nghiệp, nhà phát triển firmware/phần mềm, chuyên gia mô phỏng, đội ngũ sản xuất, đảm bảo chất lượng, bán hàng, hậu cần và các bộ phận kế hoạch.

• Phát triển sản phẩm điện tử đòi hỏi nhiều giai đoạn

Phát triển một sản phẩm điện tử đòi hỏi một loạt các bước tuần tự, bắt đầu từ việc định nghĩa yêu cầu và tiến triển qua thiết kế, chế tạo mẫu, kiểm tra xác nhận, công nghiệp hóa, kết thúc bằng việc ra mắt sản phẩm trên thị trường.

May mắn thay, bạn không đơn độc trong quá trình này. Khám phá cách Altium Develop có thể hỗ trợ bạn trong suốt hành trình phát triển sản phẩm của mình.