I dispositivi elettronici:dalla pianificazionealla progettazione

Elettronica LDispense del corso

Sommario

IntroduzionePianificazione- Sviluppo del concetto di base- Formulazione dei requisiti

Progettazione- Architettura e trade-off- Circuiti e schede

Introduzione (I)

Lo sviluppo di un nuovo dispositivo elettronico è un processo complesso e multidisciplinareIntuizione e creatività centrali nello sviluppo di un prodotto di successo, ma non sufficientiNecessaria un’accurata pianificazione e suddivisione dei compitiDiverse fasi corrispondono a diversi gruppi di lavoro nelle grandi industrie

Introduzione (II)Valutazione di fattibilità, margini di guadagno e stesura del business plan per il nuovo dispositivoDefinizione del target di mercato e stima del mercato disponibileRiduzione del concetto base del dispositivo ad un set di requisitiStime iniziali circa tutte le fasi di produzione: costi, tempi, mezzi...

Pianificazione

Progettazione

Acquisizione

Produzione

Vendita

Supporto

Introduzione (III)Derivazione delle specifiche del dispositivo a partire dai requisitiIndividuazione di architettura, com-binazione ottima dei componenti e partizionamento del sistema con successive analisi di trade-offProgettazione fisica/circuitale del dispositivo e verifica del raggiungi-mento dei requisiti

Pianificazione

Progettazione

Acquisizione

Produzione

Vendita

Supporto

Introduzione (IV)Stima accurata dei costi dei singoli componenti e sottosistemiVerifica di disponibilità ed affidabi-lità dei fornitoriLavoro a stretto contatto fra reparto progettazione e reparto acquisizioneStipula dei contratti di fornitura

Pianificazione

Progettazione

Acquisizione

Produzione

Vendita

Supporto

Introduzione (V)Verifica della producibilità del dispositivo con gli strumenti già disponibili o tramite contratti con altre industrieAcquisto della strumentazione

macchinari, maschere, stampi, software...

Stipula di ulteriori contratti di produzione

Pianificazione

Progettazione

Acquisizione

Produzione

Vendita

Supporto

Introduzione (VI)Pianificazione di adeguate cam-pagne informative e/o pubblicita-rie sia presso gli utenti finali che presso i rivenditoriRiduzione dei rischi finanziari con bassi volumi di produzione inizialiSupporto all’infrastruttura di ven-dita con ampio spazio riservato al marketing del dispositivo

Pianificazione

Progettazione

Acquisizione

Produzione

Vendita

Supporto

Introduzione (VII)Semplificazione delle procedure di assistenza e riparazione del dispo-sitivo con un progetto adeguatoUtilizzo di connessioni in rete per diagnostica ed assistenza remota

“I prodotti vincenti sonoprogettati per non rompersi!”

Bert Haskell(1)

Pianificazione

Progettazione

Acquisizione

Produzione

Vendita

Supporto

(1): Portelligent Inc. Senior Board Member e presidente di Wireless Age Inc.

Introduzione (VIII)Impatto critico dei requisiti stesi durante la pianificazione sullo sviluppo del dispositivoOltre 70% dei costi del dispositivo fissati durante la fase di progetta-zione

“Pianificazione e progettazione sono la chiave di un prodotto

di successo.”Douglas Dayton(2)

Pianificazione

Ideazione

Requisiti

Progettazione

Architettura

Trade-off

Circuiti

Schede

(2): Founder & Manager IDEO Boston Office e progettista del primo mouse Apple

IdeazioneInterpretabile maggiormente come processo creativo che come meto-do scientificoConcorso di diverse competenzeNecessità di soddisfare le diverse esigenze presenti nel contesto di utilizzo del dispositivoPossibile delineare un approccio sistematico per creare dispositivi innovativi

Ideazione

Requisiti

Innovazione

Creazione

Validazione

Comunicazione

Innovazione (I)Cambiamenti radicali

modo d’uso, interfaccia, interazioni...

Piccoli miglioramentinuove funzionalità, aggiornamenti...

Cambio di fascia di mercatoriduzione di prezzo, riutilizzo...

Combinazione di tecnologie abilitanti per ottenere idee innovative

Ideazione

Requisiti

Innovazione

Creazione

Validazione

Comunicazione

Innovazione (II)

×

××OOOO

Novità

OI/OAudio (I/O)

×

×

O

I/OGPS

Localizzazione×Connessione locale×Connessione remota×Connessione wireless×Immagazzinamento datiOFilmati (I/O)OVideo (I/O)

I/OTesto (I/O)PortatileTecnologie abilitanti

CreazioneDescrizione delle funzionalità del dispositivo e del modo d’uso sulle basi dell’innovazione introdottaScelta del contesto applicativo basandosi sulle capacità del dispositivoConcezione di scenari d’uso plausibili e realistici

Ideazione

Requisiti

Innovazione

Creazione

Validazione

Comunicazione

Validazione (I)Verifica della realizzabilità del dispositivo a livello tecnico ed economicoRicerca delle caratteristiche dello utente medioRicerca di dispositivi concorrentiEvidenziazione di vantaggi e svantaggi rispetto ai concorrenti

Ideazione

Requisiti

Innovazione

Creazione

Validazione

Comunicazione

Validazione (II)Stima del prezzo iniziale e delle reali capacità di assorbimento del mercatoValutazione dell’ampiezza del bacino di utenzaIndividuazione dei possibili proble-mi d’uso e commercializzazione

Ideazione

Requisiti

Innovazione

Creazione

Validazione

Comunicazione

ComunicazioneNecessario presentare in modo efficace il nuovo dispositivo- Idea di base- Tecnologie impiegate- Casi d’uso- Validazione

Utilizzo di dispositivi multimedialiAnteprima del dispositivo finito

Ideazione

Requisiti

Innovazione

Creazione

Validazione

Comunicazione

Requisiti (I)Primo passo verso la progettazio-ne del dispositivo, sebbene saltati troppo spessoPermettono di dirigere gli sforzi progettuali in una direzione ben precisaRiducono i costi di progetto del dispositivo evitando sprechi di tempo e risorse

Requisiti

Ideazione

Funzionalità

Interfaccia

Prestazioni

Affidabilità

Requisiti (II)Creare un set completo e chiaro di requisiti per il dispositivoConsiderare solamente lo scenario d’uso attorno al quale il dispositivo è stato ideatoConcentrarsi esclusivamente sulle funzionalità richieste al dispositivo senza introdurre giudizi di tipo ingegneristicoProgettazione

Fattore di forma

Time to market

Durata

Costo

Funzionalità (I)Fattore centrale per il successo di un dispositivo elettronicoDescrizione chiara dei requisiti funzionali minimi e massimi del dispositivoStretta corrispondenza tra le fun-zioni richieste e le tecnologie abi-litanti inserite nel dispositivo

Requisiti

Ideazione

Funzionalità

Interfaccia

Prestazioni

Affidabilità

Funzionalità (II)Enfatizzazione della semplicità di utilizzo e funzionamento Esclusione di funzioni addizionali non precedentemente esaminateChiara distinzione tra funzionalità, interfaccia e prestazioni

Esempi vincenti: apri-cancello, calcolatrice, telecomando...

Requisiti

Ideazione

Funzionalità

Interfaccia

Prestazioni

Affidabilità

Funzionalità (III)Ideazione

Requisiti

Funzionalità

Interfaccia

Prestazioni

Affidabilità

Interfaccia (I)Descrizione delle modalità con cui utente e dispositivo interagisconoUtilizzo di diagrammi di flusso per descrivere il funzionamento della interfacciaRestrizione dei requisiti ai soli aspetti funzionali dell’interfaccia

Requisiti

Ideazione

Funzionalità

Interfaccia

Prestazioni

Affidabilità

Interfaccia (II)Accentuazione dell’intuitività nello utilizzo del dispositivo da parte dell’utenteOttimizzazione dell’interfaccia per consentire la facile fruizione della funzione principale del dispositivo

Esempi vincenti: tastiera, mouse, telefono, orologio da polso...

Requisiti

Ideazione

Funzionalità

Interfaccia

Prestazioni

Affidabilità

Prestazioni (I)Descrizione quantitativa di quanto bene il dispositivo assolve alle proprie funzioniUtilizzo di metriche per descrivere le prestazioni del dispositivo nei vari ambiti applicativiPossibilità di trade-off fra comples-sità dell’interfaccia e miglioramenti nelle prestazioni

Requisiti

Ideazione

Funzionalità

Interfaccia

Prestazioni

Affidabilità

Prestazioni (II)Necessità di limitazione delle pre-stazioni all’effettivo regime di fun-zionamento del dispositivoOttimizzazione delle metriche per consentire l’inserimento del dispo-sitivo in una fascia di mercato adeguata

Esempi vincenti: telefono cellulare, navigatore satellitare, palmare...

Requisiti

Ideazione

Funzionalità

Interfaccia

Prestazioni

Affidabilità

Prestazioni (III)Ideazione

Requisiti

Funzionalità

Interfaccia

Prestazioni

Affidabilità

Affidabilità (I)Descrizione della capacità del di-spositivo di fornire le funzionalità previste in condizioni ambientali tipiche della modalità d’usoStabilità dell’interfaccia e delle prestazioni previsteControlli estesi su dispositivi che forniscono funzionalità complesseAlte aspettative dell’utente

Requisiti

Ideazione

Funzionalità

Interfaccia

Prestazioni

Affidabilità

Affidabilità (II)Capacità di accensione istantanea senza problemi di inizializzazionePossibilità di lavorare in un ampio set di situazioni ambientaliTolleranza agli urti e all’umiditàRobustezza strutturale

Esempi vincenti: telefono cellulare, telefono cordless, calcolatrice...

Requisiti

Ideazione

Funzionalità

Interfaccia

Prestazioni

Affidabilità

Fattore di forma (I)Descrizione accurata di dimensioni, forma e peso di un dispositivoInnovazioni nel fattore di forma ca-paci di dare vita a nuove tipologie di dispositiviLimitazione nella miniaturizzazione dovuta alla imprescindibilità di una interfaccia fra utente e dispositivoProgettazione

Fattore di forma

Time to market

Durata

Costo

Fattore di forma (II)Compromesso tra fattore di forma, semplicità d’uso ed accessibilitàLegame tra modalità d’uso e fatto-re di forma ottimaleDifferenze di prezzo e valutazione imputabili a peso e spessore

Progettazione

Fattore di forma

Time to market

Durata

Costo

Fattore di forma (III)

Progettazione

Fattore di forma

Time to market

Durata

Costo

Key chain

Time to market (I)Individuazione del periodo ottimo per l’immissione sul mercatoScelta fra politica aggressiva o temporeggiamentoQuantificazione della riduzione dei guadagni imputabile ad un ritardo nella consegna del dispositivo

Progettazione

Fattore di forma

Time to market

Durata

Costo

Time to market (II)Utilizzo di specifici cicli di mercato

Natale, primavera, vacanze estive...

Rispetto dei tempi di consegna previstiLavoro a stretto contatto fra repar-to di progettazione e reparto di produzione

Esempi vincenti: video camera, decoder satellitare...

Progettazione

Fattore di forma

Time to market

Durata

Costo

Durata (I)Individuazione dell’arco di tempo dopo il quale è necessario provve-dere alla ricarica, aggiornamento o sostituzione di un componenteRilevazione dei problemi dovuti alla dissipazione di potenzaChiara descrizione del ciclo di vita del prodotto con indicazione della frequenza d’uso tipicaProgettazione

Fattore di forma

Time to market

Durata

Costo

Durata (II)Analisi delle condizione di funzio-namento del dispositivo

Standby, medium load, heavy load...

Analisi della potenza dissipataStima del tipo e dimensione di eventuali dissipatori

Esempi vincenti: lettore mp3, computer portatile...Progettazione

Fattore di forma

Time to market

Durata

Costo

Costo (I)Interazione con il reparto di acqui-sizione, produzione e marketingUtilizzo di modelli di costo per pre-vedere il costo del dispositivo finitoIndividuazione del costo minimo per garantire le funzionalità pre-viste per il dispositivoRiutilizzo di prodotti fuori commer-cio in produzioni a basso prezzoProgettazione

Fattore di forma

Time to market

Durata

Costo

Costo (II)Analisi dei costi delle singole partiUtilizzo delle soluzioni economica-mente più vantaggiose in termini di facilità di assemblaggio, affidabilità e durataConfronto con prodotti concorrenti

Esempi vincenti: tastiera, mouse, telefono, chiavetta usb...Progettazione

Fattore di forma

Time to market

Durata

Costo

Architettura (I)Fase più importante della progetta-zione di un dispositivo elettronicoProcesso creativo non lineare Introduzione di vincoli da rispettare in tutte le fasi successiveNecessità di numerose revisioni prima di ottenere l’architettura definitiva del dispositivo

Progettazione

Pianificazione

Architettura

Trade-off

Circuiti

Schede

Architettura (II)Enumerazione dei segnali di I/O Traduzione di ciascun requisito in una specifica per un segnale di I/O o una fase di elaborazione Analisi delle risorse di sistema ne-cessarie a soddisfare le specificheFormulazione di una strutturaVerifica delle prestazioni

Progettazione

Pianificazione

Architettura

Trade-off

Circuiti

Schede

Architettura (III)Pianificazione

Progettazione

Architettura

Trade-off

Circuiti

SchedeCourtesy of Analog Devices

Trade-off (I)Strettamente integrato con lo svi-luppo dell’architetturaCentrato su fattore di forma, dura-ta, costo e interfacciaAffidabilità e time to market poco rilevantiNessun trade-off su funzionalità e prestazioni

Progettazione

Pianificazione

Architettura

Trade-off

Circuiti

Schede

Trade-off (II)Scelta di una piattaforma hardware e degli elementi del sistemaOttimizzazione di fattore di forma, durata ed interfacciaStima del costo del dispositivo

Modelli di costo, DFA, DFM...

Verifica dei requisiti e iterazione della procedura dopo la modifica degli elementi del sistema

Progettazione

Pianificazione

Architettura

Trade-off

Circuiti

Schede

Trade-off (III)

Progettazione

Architettura

Trade-off

Circuiti

Schede

SceltaPiattaformaComponenti

Pianificazione

ModificaPiattaformaComponenti

OttimizzazioneFattore di forma

InterfacciaDurata

Stima dei costi Verificarequisiti

Soddisfatti

Non soddisfatti

Fine

Circuiti (I)Analisi dell’architettura di sistema e dei segnali di intercomunicazione fra i componentiIndividuazione dei sottosistemi e definizione delle loro interfacceRealizzazione di schemi circuitali dettagliati (schematics)Stesura della lista dei componenti e delle interconnessioni (nets)

Progettazione

Pianificazione

Architettura

Trade-off

Circuiti

Schede

Circuiti (II)Pianificazione

Progettazione

Architettura

Trade-off

Circuiti

Schede

Schede (I)Scelta del substrato e del numero dei livelli di interconnessionePartizionamento della schedaPosizionamento dei componenti e dei connettori verso altre schedePosizionamento dei punti di test per la diagnostica del sistemaTracciatura delle interconnessioni sulla scheda ai vari livelli

Progettazione

Pianificazione

Architettura

Trade-off

Circuiti

Schede

Schede (II)Pianificazione

Progettazione

Architettura

Trade-off

Circuiti

Schede

Mechanical design

Altri aspetti meccanici della progettazione: alloggiamento della circuiteria, dei componenti per la dissipazione del calore, delle batterie, dei display, ecc. Aspetti estetici ed ergonomici.

Bibliografia

Bert HaskellPortable Electronics Product Design and DevelopmentMc Graw-Hill