Ce que tout le monde devrait savoir sur le prototypage de conception de produits

Le prototypage de la conception du produit est une étape importante dans le développement de tout produit. Il y a beaucoup d'histoires et d'études partageant la valeur de cela, mais il suffit de dire que sans prototypage, le développement de produits serait beaucoup plus long, coûteux et risqué.

Le prototypage, dans sa définition la plus formelle, est la production d'un produit fonctionnel, construit dans des matériaux aussi proches que possible des matériaux de production, construit selon les tolérances des plans de fabrication et assemblé pour tester. Ces prototypes sont appelés « Prototypes de vérification d'ingénierie » car ils « vérifient » notre ingénierie et sont utilisés pour des tests fonctionnels complets. Parfois, ceux-ci peuvent également être utilisés dans les tests de conformité et les soumissions de certification pour UL, FCC, TUV, CE, CSA et autres. Il y a ici une mise en garde concernant certaines soumissions nécessitant des pièces moulées en production complète, et non des échantillons usinés dans les mêmes matériaux, bien que cela semble être un problème au cas par cas en fonction du produit et/ou du marché.

Le prototypage, plus largement interprété, peut et est utilisé pour la validation dans de nombreuses étapes du processus de développement. Il peut être utilisé comme des études de formulaire pour vérifier l'ergonomie, des versions de test de sous-système pour assurer le fonctionnement au début du processus ou des prototypes de vérification d'ingénierie pour vérifier les fichiers d'ingénierie et tester avant la montée en cadence de la production.

Le prototypage décrit ci-dessus n'est en réalité qu'un prototypage de produits, mais le prototypage de conception de produits peut également s'appliquer à des applications logicielles ou à des applications de sites Web. Ces produits numériques sont souvent prototypés pour tester les interactions des utilisateurs et l'acceptation du marché. Google a développé un processus appelé "Design Sprints" qui est un processus accéléré pour étudier et identifier les problèmes, conceptualiser et développer des solutions, créer des prototypes et les tester en 5 jours environ. De toute évidence, comme cela a commencé avec des applications, le prototypage peut être effectué très rapidement (en heures et non en semaines) et les tests peuvent être effectués sur un téléphone, une tablette ou un ordinateur à partir de ces exemples de pages visuelles.

Le processus de développement commence par prouver que l'idée fonctionne, mène à des études physiques de l'appareil, à la mécanique et à toute autre ingénierie pour la production de l'appareil et les tests, l'outillage et la montée en puissance commencent. Nous partagerons comment le prototypage de conception de produits s'applique à chaque étape du processus de développement, du concept initial à la production de masse.

1.Maquettes physiques

Le prototypage peut être nécessaire pour n'importe quel appareil au début du processus afin d'en avoir la sensation dans l'espace et d'identifier et de relever les défis ergonomiques. Les articles portables ou portables sont extrêmement sensibles à l'incarnation physique et ces premières maquettes offrent des évaluations rapides et mettent en évidence les problèmes qui peuvent être résolus et prouvés en testant ces modèles physiquement précis. Une fois que nous avons créé un système de test de glucose tout-en-un basé sur les composants physiques et la taille de nos clients, et après avoir créé 5 modèles physiques d'esthétiques et de styles différents, les testant dans le monde entier, nous avons constaté qu'ils devaient être 10 % plus petits pour être d'un taille acceptable pour les attentes des marchés. Les modèles ont été refaits dans des tailles plus petites et « voila », le marché les a adoptés comme acceptables. Ce n'était pas trop cher et permettait un échec rapide et un nouveau test rapidement.

Un autre exemple de la valeur de ces maquettes s'est produit lors de la conception d'outils chirurgicaux et de baguettes. Une fois, lorsqu'il a demandé à un médecin dans un groupe de discussion, « que changeriez-vous », sa réponse a été « rien, ça va ». Plus tard, lorsque nous avons placé des maquettes physiques sur la table, il les a ramassées et avait beaucoup à partager sur les bonnes et les mauvaises choses dans les maquettes que nous avons montrées. Nous avons appris qu'une fonction de saisie directionnelle était bonne mais qu'elle ressemblait à un bouton qui serait poussé, nous l'avons donc réduite à une surface plane et elle a atteint les deux objectifs, indiquant la direction de la pointe de l'outil sans toutefois submerger ou induire les utilisateurs en erreur avec sa présence visuelle . Le produit résultant est devenu la meilleure baguette chirurgicale arthroscopique de son temps.

2. Maquettes fonctionnelles de sous-système ou mules de test :

Le prototypage de la conception de produits, dans certains cas, est nécessaire pour prouver tôt la fonctionnalité du sous-système et réduire le risque qu'à la fin du processus, nous découvrions que quelque chose ne fonctionne pas du tout au tout. Ces premières versions de sous-systèmes alimentent cet ancien principe « échec rapide, échec précoce » qui soutient que si vous pouvez détecter rapidement les défaillances, vous pouvez rendre le produit plus robuste en réduisant le risque que vous ayez passé tout le calendrier de développement à trouver un défaut dans un des présomptions initiales du sous-système.

Le prototypage de conception de produits peut également être nécessaire pour tester différentes façons de faire fonctionner quelque chose. Nous appelons ces « mules de test » car elles sont utilisées pour faire de nombreux tests, souvent de différentes tailles physiques, angles, positions, distances, etc. Nous avons fait des chariots médico-chirurgicaux comme celui-ci des dizaines de fois. Nous avons fabriqué des supports qui tenaient des écrans ou des commandes à une multitude de hauteurs, d'angles et de distances par rapport au patient. Ceux-ci permettent de tester en taille réelle ces points d'interaction, car ils devaient être optimisés pour les médecins ou les infirmières utilisés dans des situations chirurgicales et souvent critiques.

Les mules de test de fonction mécanique peuvent également être utilisées pour prouver qu'un concept fonctionne mécaniquement tout en n'étant peut-être pas visuellement précis par rapport à l'apparence finale. Cela peut être rapide et peu coûteux si vous vous concentrez uniquement sur les éléments nécessaires pour que cela fonctionne. Ou peut-être qu'il a plusieurs variables afin que nous puissions l'essayer dans une multitude de variantes basées sur les mêmes pièces. Une fois, nous avions une porte qui devait s'ouvrir pour accéder aux composants intérieurs pour placer l'échantillon scientifique, mais elle ne pouvait pas basculer vers votre visage pendant que vous la souleviez. Nous avions également besoin qu'il soit en apesanteur, en utilisant des ressorts à gaz contrebalancés et des angles de pivot/montage qui modifiaient le centre de gravité et l'oscillation avec chaque motif de trous en option que nous testions. Nous avons finalement trouvé les meilleurs emplacements pour chacun et cela a finalement parfaitement fonctionné. C'était un peu grossier, fait de contreplaqué et de bras de levier en métal, mais a été fabriqué en quelques heures et non en quelques jours et les tests ont eu lieu immédiatement. Au fur et à mesure que nous avancions dans les derniers détails techniques, c'était un domaine qui ne nous préoccupait pas car cela a été prouvé tôt.

3. Prototypes de contrôle technique

Les prototypes de contrôle technique sont produits à partir de matériaux de qualité machine qui sont aussi proches que possible des matériaux de production. Les fichiers d'ingénierie CAO 3D ainsi que les dessins QC qui appellent les matériaux, l'ébauche, les tolérances et la précision de la planéité ou de la perpendicularité sont utilisés pour générer les chemins d'outillage pour CNC de la géométrie réelle tandis que les dessins indiquent les zones de plus grande sensibilité aux critères uniques nécessaires pour faire la pièce ou le travail d'assemblage. Cela validera finalement que si nous fabriquons la pièce selon nos fichiers et nos dessins, cela fonctionnera. Si nous trouvons que quelque chose ne fonctionne pas dans la construction du prototype, nous vérifions les dimensions et si nous trouvons une erreur, nous la corrigeons dans les dessins et les fichiers CAO et dans certains cas, reproduisons le prototype, et dans d'autres, les mises à jour entrent simplement dans la version de l'outillage. .

Les matériaux les plus proches du matériau de production prévu nous donneront confiance en des éléments tels que la résistance, la flexion, la sensation de claquement, le poids, etc. Ce sont toutes des chances précoces de trouver des erreurs ou des problèmes qui seront douloureux à changer plus tard. Si nous suggérons un mélange ABS/polycarbonate, nous en faisons un mélange PC/ABS de qualité machine du stock le plus épais que nous puissions acheter. Si nous avons besoin qu'il soit plus épais, nous pouvons lier deux feuilles épaisses ensemble à l'aide d'un solvant chimique qui ramollira le matériau et créera une liaison moléculaire presque aussi bonne que si elle avait été produite à l'origine de cette épaisseur.

Cela s'applique à tous les matériaux dans la conception du produit, tôle, plastique, adhésifs, vinyle, roulements, effectivement tout, y compris les cordons électriques. Les ressorts personnalisés sont l'une des choses les plus difficiles à prototyper. Nous avons constaté que nous ne pouvons pas définir avec précision les forces de ressort avec les outils de CAO typiques d'analyse par éléments finis (FEA). Nous définissons donc ce que nous pensons être le bon ressort pour fournir les forces que nous voulons. Ensuite, lorsque nous les prototypons, nous prototypons celui que notre analyse dit être correct et nous construisons deux exemples de force plus légers et deux exemples de force plus lourde, et grâce aux tests, trouvons celui qui correspond exactement à nos objectifs de force. C'est un peu plus cher de construire 5 au lieu de 1, mais beaucoup moins cher de les faire tous à la fois, au lieu de les faire en série, un à la fois.

Au final, le prototypage de conception de produits est aussi un moyen de voir les réactions du marché. Si vous en faites une douzaine, l'équipe marketing peut les utiliser pour tester le marché du produit avec de vrais clients. Celles-ci sont effectuées avant le début de la production afin que toutes les leçons apprises puissent être mises en œuvre dans le produit avant le début des cycles de production. Cela permet d'économiser les mises à jour tardives qui affectent l'outillage ou d'autres éléments d'accélération de la production tels que les appareils ou les méthodes de test. Toute mise à jour qui peut avoir lieu avant la mise en production peut économiser beaucoup de temps et d'argent. Une fois que les choses sont en production, un changement peut déclencher des changements d'outillage (très coûteux), des changements d'assemblage (nouvelle formation), parfois même nécessiter un nouveau test et/ou une nouvelle soumission aux agences de certification (comme un composant électrique ou un matériau changer).

Le prototypage de la conception du produit est la meilleure méthode pour vérifier les hypothèses, prouver l'acceptation du client, assurer le fonctionnement ou les méthodes d'assemblage ou de fabrication, obtenir une certification précoce si cela est possible, tester les marchés et les utilisateurs. C'est l'outil le plus rentable, le moins impactant et le plus rapide disponible dans le développement de produits. Faites-le vite et souvent !

Si vous êtes à Menlo Park et avez besoin d'aide pour le prototypage, veuillez vous arrêter ou contactez-nous.