Tests de validation dans le développement de produits :du POC à l'EVT, DVT, PVT et la production de masse

En règle générale, plus un produit est avancé dans le développement, plus il devient coûteux d'apporter des modifications. Par conséquent, un objectif primordial de toute initiative de développement de produits est de résoudre les problèmes rapidement, en réduisant le risque d'itérations coûteuses aux étapes suivantes.

C'est là qu'interviennent les tests de validation. Les tests de validation sont le processus par étapes consistant à déterminer si un élément matériel répond aux exigences qui lui sont imposées par son stade de maturité et s'il est prêt à passer à l'étape suivante. Dans le processus, les concepteurs et les ingénieurs construisent de nombreux types de prototypes. Chaque étape contient de la place pour l'apprentissage, l'exploration et l'adaptation, tandis qu'un produit doit répondre à des critères définis avant d'aller de l'avant pour assurer une industrialisation réussie.

Dans cet article, nous expliquons comment optimiser le processus de développement vers la production de masse et mettons en évidence les différentes phases de maturité du produit, y compris leurs objectifs, activités, problèmes résolus, prototypes produits et critères de sortie.

Pourquoi effectuer des tests de validation ?

Une conception de produit n'est presque jamais prête pour la production dès le tout premier modèle CAO. Même un simple article en plastique peut s'avérer avoir de mauvaises marques d'évier, des lignes d'écoulement ou des zones faibles en raison d'un refroidissement hétérogène après le moulage de la première série. Une zone peut s'avérer trop petite pour incorporer les étiquettes légalement requises. Il peut y avoir des problèmes de tolérance avec une pièce d'accouplement dans certaines conditions. Ou un groupe d'utilisateurs principaux pourrait proposer une nouvelle exigence hautement prioritaire, forçant les concepteurs à entreprendre une autre phase de développement.

Le processus de conception nécessite en permanence de telles modifications, améliorations et pivots, ainsi que des études sur des aspects tels que la fabrication, l'estimation des coûts, la voix du client (VOC), la législation, la propriété intellectuelle et les normes de certification dès le début.

Au fur et à mesure que le processus avance vers la production, le coût de ces itérations augmente de façon exponentielle. Alors qu'une série de croquis et de modèles en mousse réalisés par un designer au début du développement coûtera 50 $ en matériaux à une entreprise, un prototype rapide plus raffiné basé sur des impressions 3D, des pièces de rachat et un surmoulage coulé sous vide pourrait faire reculer l'entreprise. quelque part de l'ordre de 500 $ à 1 000 $. Les changements d'outillage dans la phase de production peuvent entraîner jusqu'à 50 000 $ de coût total et entraîner plusieurs semaines ou mois de retard.

Pour les produits complexes, les investissements de production se chiffrent en millions. Les produits les plus exigeants, tels que les avions, nécessitent des milliers d'employés et des milliards de coûts de production fixes. Afin d'éviter de telles catastrophes 1:10:100 et autres, les concepteurs et les ingénieurs pensent en termes de probabilité d'itération par rapport à la probabilité de succès à chaque étape qu'ils franchissent. Les tests de validation sont essentiels pour s'assurer que l'état de la conception répond au bon ensemble d'exigences à un stade donné. Le contrôle de chaque phase avec des critères de sortie et des livrables clairs garantit une utilisation optimale des ressources et une amélioration de la qualité.

Un produit de consommation à différents stades de maturité du produit au-delà de la maquette initiale. Retour :EVT construit à l'aide de l'impression 3D SLS et SLA. Milieu :construction DVT « Premiers coups » basée sur un outillage souple. Avant :construction PVT à l'aide d'un outillage dur. Avec l'aimable autorisation :IDZone Product Design.

Étapes de maturité du produit

POC et prototypage

Une fois que les dirigeants de l'entreprise ont confirmé la planification de nouveaux produits (NPP) en déterminant une opportunité de marché, un positionnement de produit, une évaluation de la technologie, une stratégie de chaîne d'approvisionnement et une allocation des ressources, le processus de développement est généralement confié à un produit. l'équipe qui doit les traduire en un document d'exigences produit (PRD) et proposer des concepts viables.

Au début, les prototypes de preuve de concept (POC) sont utilisés pour le test initial d'une idée, d'une méthode ou d'un produit afin de montrer son potentiel et sa faisabilité dans des conditions réelles. Ces concepts sont ensuite convertis en prototypes, qui sont des modèles fonctionnels d'un produit montrant exactement comment le produit fonctionnera en termes de mécanique, de conception, d'expérience utilisateur, etc.

Les différentes étapes du développement du produit vers la production de masse. (source)

Un prototype est une instanciation d'une conception de produit qui peut être utilisée pour communiquer et évaluer sa valeur par rapport à certaines exigences. Les prototypes vont des modèles « doux » basse fidélité fabriqués à la main à partir de matériaux tels que l'argile, le carton, la mousse et le bois aux prototypes fonctionnels haute fidélité imprimés en 3D ou fabriqués dans l'atelier d'usinage. Les prototypes ciblés sont destinés à n'incarner qu'une partie des exigences du produit et peuvent être un modèle « semblable », un modèle fonctionnel « fonctionnel » ou un modèle qui démontre une forme et une fonction partielles afin de tester certaines sous-fonctionnalités. Lorsqu'un prototype intègre toutes les exigences et fonctionnalités à la conception, il est appelé prototype d'ingénierie.

Premiers prototypes fonctionnels de l'imprimante 3D SLA grand format Form 3L.

Au cours du processus, des modèles sans facteur de forme (NFF) peuvent être créés, qui sont essentiellement des versions géantes de la conception du produit destinées à abriter des versions d'espace réservé de tous les composants fonctionnels afin de développer un démonstrateur fonctionnel. Des versions de travail rudimentaires de l'électronique sont incluses sous la forme de kits de développement matériel, de constructions Arduino ou Raspberry Pi.

Les prototypes analytiques ou virtuels sont des instanciations de produits non physiques telles qu'un modèle 3D pour le rendu, la simulation mathématique ou l'analyse FEA. Même un croquis est une forme grossière d'un prototype virtuel.

Prototypes alpha testables avec différentes fidélités. À gauche :modèles en mousse « ressemble » d'appareils de cuisine. Avec l'aimable autorisation :prototype supérieur. Milieu :maquette en mousse/carton montrant une forme partielle et une interactivité. Avec l'aimable autorisation de :Frits van Beek. À droite :prototype d'appareil photo numérique partiellement interactif et usiné à la machine. Notez qu'il s'agit d'un prototype alpha car il n'est pas encore conçu pour une intention de production. Avec l'aimable autorisation de :Joep Frens.

L'étape de prototypage est essentielle pour clarifier les détails concernant la facilité d'utilisation, l'esthétique, les besoins cachés des utilisateurs, les opinions des collègues concepteurs, chefs de produits, experts sur le sujet et les limitations législatives et technologiques. Un processus de conception typique pour un produit électromécanique complexe comprend plusieurs concepts, chacun soutenu par une pile de croquis d'exploration, une série de maquettes physiques et un ensemble de rendus 3D.

Il a fallu 80 modèles en mousse à l'équipe de conception IDEO pour obtenir la forme de la première souris d'ordinateur ergonomique adaptée à Microsoft en 1987. Et avec un processus plus risqué et plus complexe, le nombre peut atteindre les 5 127 prototypes insaisissables. qu'il a fallu à James Dyson pour développer le premier aspirateur à « technologie cyclonique » en 15 ans. Pour pouvoir accélérer le processus de développement de nouveaux produits et éviter le fameux « marais matériel », il est primordial de concentrer les prototypes sur les exigences clés, de prendre en compte les risques que les étapes ultérieures présenteront et de planifier correctement les tests utilisateurs exploratoires.

Dans l'ensemble, l'objectif de l'étape de prototypage est de créer un prototype d'ingénierie qui fonctionne et ressemble au produit final. Cette étape doit prouver que la technologie utilisée répond aux besoins du client, qu'elle est réalisable à fabriquer et que le produit fonctionnera comme prévu. Une fois ceux-ci confirmés, l'objectif des étapes de validation suivantes est de s'assurer que le produit peut être fabriqué de manière cohérente à grande échelle.

Test de validation technique (EVT)

L'étape du test de validation technique (EVT) consiste à incorporer et à optimiser la portée fonctionnelle cruciale requise pour le produit. Alors que le résultat de l'étape de prototypage était un prototype « alpha » limité, ici un prototype « bêta » de niveau ingénierie sera développé qui abrite un ensemble plus complet de fonctionnalités, généralement déterminé par une matrice de construction. Le prototype d'ingénierie est une version minimale viable du produit commercial final, conçu pour la fabrication (DFM). Il est utilisé pour les tests utilisateurs en laboratoire avec un groupe sélectionné d'utilisateurs principaux, pour communiquer l'intention de production aux spécialistes de l'outillage lors des étapes suivantes et pour servir de démonstrateur lors des premières réunions de vente.

Une analyse d'achat est effectuée pour tous les composants de l'assemblage, l'ingénierie des composants est effectuée sur des pièces personnalisées et une nomenclature (BOM) est établie pour les appels d'offres vers les fabricants sous contrat (CM) afin qu'ils puissent se préparer pour la première ligne d'assemblage et outillage des premiers coups (FS). Pour les produits électroniques, des circuits imprimés haut de gamme « à chaud » sont développés à l'aide de processus industriels. Des tests d'alimentation, thermiques et EMI seront également effectués à ce stade.

Activités typiques de la phase EVT. À gauche :rendu de la conception du produit montrant une vue éclatée au niveau de l'intention de production. Avec l'aimable autorisation :Oculus. À droite :moulage par injection à faible volume à l'aide de moules imprimés en 3D.

Environ 20 à 50 unités sont produites à l'aide de procédés de haute précision tels que la fabrication additive et l'usinage CNC, ou une série de moulages basés sur des outils souples tels que le silicone ou des moules imprimés en 3D. L'objectif global est de développer la conception avec une intention de production complète et d'aboutir à un petit nombre de prototypes d'ingénierie dignes de la production.

Test de validation de conception (DVT)

L'étape du test de validation de la conception (DVT) est celle où un produit commence véritablement à s'industrialiser. Là où EVT se concentre sur la conception au niveau de l'architecture pour la fabrication, DVT consiste à obtenir les bons détails tout en se déplaçant vers la première ligne de production de masse. C'est une étape marquée par l'expérimentation et l'optimisation. Les PCB sont itérés à la perfection grâce aux efforts de débogage et de débruitage. Le CM développera le premier outil dur pour chaque pièce fabriquée afin de vérifier les rendements de production de masse. Les moules en aluminium peuvent être utilisés pour optimiser la conception en termes de finition de surface, de matériaux, de tolérances, de configuration de moules tels que les curseurs et les cames, les méthodes d'assemblage, ainsi que les paramètres de processus.

Alors que généralement 50 à 200 unités sont produites, il n'est pas rare de voir plus de 1 000 unités produites pour de grands projets. Ces unités sont ensuite renvoyées pour des évaluations internes et la mise en œuvre des modifications techniques finales, tandis que certaines sont envoyées en tant qu'unités bêta à des clients potentiels et à des réviseurs experts. De nombreux tests seront effectués sur les premières unités de production :tests en chambre environnementale, cycles thermiques, vibrations, ESD, biocompatibilité, résistance chimique, certifications telles que FDA, FCC, UL, CE, EC et RoHS, vieillissement, rayonnement, tests cosmétiques, d'usure et de chute, entre autres. Des tests utilisateurs approfondis sont effectués auprès d'une partie importante de la population dans un contexte réaliste.

La phase DVT consiste à optimiser les détails. À gauche :PCB thermocollé à son boîtier en plastique à l'aide de rivets intégrés. Avec l'aimable autorisation :Hartmann. Milieu :expérimentation pour intégrer une enceinte moulée par injection dans un substrat en tissu. Avec la permission de :Bemis Sewfree. À droite :chambre climatique AES pour les tests de corrosion par brouillard salin. Avec la permission de : Systèmes environnementaux associés.

Pour accélérer le développement du produit, il est possible de contourner l'étape DVT en investissant dans un outillage dur à la fin de la phase EVT, de sorte que l'EP réponde immédiatement non seulement au critère de sortie EVT d'avoir un prototype digne de la production mais aussi à la sortie DVT critères d'évaluation du rendement de l'outillage dur et de la production de masse. Cependant, investir si tôt des ressources à l'échelle du PVT comporte d'énormes risques, et il n'est guère, voire jamais, conseillé de prendre des raccourcis comme celui-ci.

Test de validation de production (PVT)

Le test de validation de la production (PVT) est la phase finale avant le démarrage de la production en série. L'outillage dur est fixe, ce qui signifie qu'aucune modification ne peut plus être apportée à la conception du produit ou aux moules de production. Les gabarits, les montages et les bancs d'essai doivent être en place et validés pour que le pilote de production (PP) puisse commencer. Les efforts déployés à cette étape sont orientés vers l'optimisation et la stabilisation des lignes de production et d'assemblage en termes de vitesse de ligne, d'expertise des opérateurs, de taux de rebut et de rendement journalier.

Les risques potentiels tels que les approvisionnements à source unique - lorsqu'un composant est limité à la fabrication d'un seul CM sélectionné - seront identifiés par le biais de protocoles de gestion des risques tels que AMDEC, QA/QC et FAI. L'électronique subit son premier démarrage ainsi qu'une inspection du micrologiciel, et l'emballage du produit ainsi que les manuels d'utilisation seront également créés à cette étape. La plupart des travaux de cette étape seront exécutés du côté du sous-traitant.

La phase PVT consiste à optimiser la ligne de production par le biais du processus et du contrôle qualité. À gauche :gabarit de test de panneau pour plusieurs cartes de circuits imprimés. Avec la permission de :Korea Jig. Milieu :gabarit d'assemblage multipostes pour un produit de consommation. Avec l'aimable autorisation :Additif aérosport. À droite :Moule à injection rotatif complexe pour le moulage multi-matériaux. Courtoisie :Grosfilley In-Mold &Rotative Solutions.

Un résultat typique de l'étape PVT est de 500+ unités ou d'au moins 5 % de la quantité du premier cycle de production. Les objectifs sont de vérifier les rendements de production de masse à des vitesses de production de masse et de créer des produits vendables. C'est là que de nombreuses entreprises créeront un plan de vente et commenceront leurs opérations avec les premiers acheteurs. La construction PVT est la dernière chance pour une entreprise de peaufiner le processus de production. Il est parfois limité en termes d'état rouge, orange et vert, basé sur le succès selon des mesures de production clés. Lorsque le voyant vert clignote, la véritable production de masse peut démarrer.

Formez les unités PVT 3L avant le contrôle qualité au siège de l'entreprise. Au stade PVT, il est encore courant de renvoyer les unités de production du fabricant sous contrat à l'équipe d'ingénierie pour un contrôle qualité final avant que les produits ne soient prêts à être expédiés aux clients, en particulier lorsqu'une pandémie mondiale effectue un contrôle qualité en personne au CM impossible.

Production de masse (MP)

La dernière étape de l'évolution de la maturité du produit est la montée en puissance vers la production de masse (MP). Il commence généralement à une quantité minimale de 5 000 unités, mais peut atteindre plusieurs millions d'unités dans le cas de produits de consommation populaires tels que la PlayStation, l'iPad, l'iPhone ou le Rubik's cube.

Dans cette phase, la ligne de production initiale peut être répliquée sur d'autres lignes à exécuter en parallèle. Une analyse des défaillances et des rendements sur un petit pourcentage d'unités garantit une qualité constante. Les premiers retours arriveront et l'analyse EFFA garantira que toutes les unités défaillantes parviennent à l'équipe d'ingénierie. Pour garantir davantage la qualité, les usines et les fournisseurs doivent être supervisés afin d'éviter toute modification imprévue des paramètres d'outillage ou de processus entraînant des changements de qualité. L'accent est mis sur l'amélioration du rendement, la réduction des coûts et l'expansion si nécessaire. L'équipe marketing et commerciale peut se concentrer sur le développement de supports, la publicité, ainsi que sur la prévision des volumes de ventes.

Unités Form 3L produites en série après AQ/CQ chez le fabricant sous contrat.

Les différentes étapes du processus de développement de nouveaux produits pour le matériel

Scène	NPP	POC	EVT	DVT	PVT	MP
Maturité	Analyse de rentabilité	Prototype Alpha	Prototype bêta	Échantillons de pré-production	Produit commercial complet	Produit commercial complet
Durée	1-3 mois	3 mois à 3+ ans	3-6 mois	3 mois	1 mois	3+ mois
Mise au point	Comprendre les opportunités de marché, PRD	Prouvez la désirabilité de l'utilisateur	Unité digne de production	Faisabilité de mise à l'échelle	Préparation MP	Assurance qualité
Quantité	0	5	<50	<500	500+	5,000+
Ventes	Positionnement	Plan marketing	Prévision des ventes	Préparation du lancement	Plan de vente	Publicité
COV	Entretiens, groupes de discussion	Tests utilisateurs exploratoires	Tests utilisateurs en laboratoire	Tests utilisateurs in situ	Analyse de terrain	Commentaires continus
Emplacement	En interne	Partenaire interne + conception (facultatif)	Partenaire interne + ingénierie (facultatif)	CM + validation interne	CM	CM

Conclusion

Prendre de mauvaises décisions ou ignorer des détails essentiels à un stade trop tardif du développement du produit peut entraîner des coûts élevés et de longs délais. Les entreprises ne peuvent pas non plus se permettre de nuire à leur réputation en envoyant des unités bêta erronées. Une approche de développement basée sur la validation est nécessaire pour toutes les formes de produits, systèmes et services complexes. Il assure la trajectoire optimale vers la production de masse tout en limitant les ressources au minimum.

En récapitulant les phases de maturité du produit, le but des phases de POC et de prototypage est de vérifier que le concept produit est viable, que les gens en ont besoin, et qu'il est possible de le développer. Au cours de la phase EVT, l'équipe de développement vise à établir la confiance que la conception fonctionnera correctement. L'étape DVT vérifie que la conception peut être fabriquée avec succès à l'échelle et passe une myriade de procédures de test, tandis que PVT est là pour s'assurer que la ligne de production peut répondre aux métriques souhaitées. Pendant la production en série, l'accent est mis sur les ventes, le maintien de la qualité, la gestion des retours, la préparation des futures modifications de conception et la fin de vie.

On ne saurait trop insister sur l'importance d'un PRD complet, d'une approche de prototypage bien planifiée et d'analyses aux premiers stades du développement du produit pour éviter des changements intensifs en aval. Ni la satisfaction que cela apporte d'ouvrir le premier master carton fraîchement sorti de la chaîne de montage et de voir les fruits de mois, voire d'années de travail acharné.

L'impression 3D est l'un des outils pouvant accompagner les équipes de développement tout au long du processus de développement du produit. Des prototypes haute-fidélité à l'outillage rapide et aux gabarits et montages pour la chaîne de montage, les imprimantes 3D peuvent vous aider à accélérer le processus de développement et ouvrir la voie à une fabrication réussie.