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电子设计的在线大规模定制

作者:W. Gordon Kruberg,Andrew Simpson2014.01.12阅读 5724

        当前所有的行业,从制鞋、书刊到汽车,都已经在一定程度上实现了大规模定制。在一些市场当中,产品已经非常容易地按照客户的需要进行制造,比如相册、图书、名片和条幅等等,现在的技术可以让人们以极低的成本设计和制造(打印)很小批量的产品。这些设计具有“非常独特的吸引力”,个人就可以实现自己的设计,比如你的度假相册可以用比较便宜的价格做成和时尚杂志一样。
        客户可以设计并直接从制造商那里订购他们的产品,反过来制造商能够生产独特的产品,按照订单交付给客户。像耐克(通过NIKEiD)和福特汽车这样的制造商可以提升现有的供应链和制造能力,向他们的客户交付更棒、单批数量更少、价格更合适的定制化产品。
        开发定制化电子设备的技术和工具都非常新颖。今天CONTROL ENGINEERING China版权所有,电子设备已经无处不在,但是普通的消费者还无法实现个性化、形状特别的手机设计和制造。尽管现在有一些很表层的定制,深层的设计还没有成为现实。
        电子设计
        戴尔敢为天下先的“按订单配置”模型,就是大规模定制的一种方法:戴尔的客户可以配置电脑的很多方面,但是必须在戴尔给定的框架下完成。到目前为止,这也就是电子制造商最接近电子设备大规模定制的案例了。然而CONTROL ENGINEERING China版权所有,戴尔所提供的定制的潜力是很有限的,因为按订单配置并不是按订单设计。客户只能从标准的框架中进行挑选,选择使用的模型和元件:选用哪款处理器、多大内存、硬盘的容量等等。系统设计的很多方面仍然不是客户能够控制和定制的,比如LED显示或者USB接口的数量。而对于定制化的嵌入式计算机来说,售后服务可以实现,但是会非常昂贵。


图1显示了产品设计中的长尾效应。左侧产品的销量很大,单位开发成本较低。右侧销量低的产品要么开发成本很高,要么就是低成本项目。

        戴尔的计算机配置还是存在一定限制www.cechina.cn,客户设计和制造定制主板的成本太高了。为了实现定制,OEM必须要指派一名电气工程师设计必要的电路,指派一名PCB专家进行布局,还要寻找一个制造商生产最终产品。通常需要三个月的时间,OEM才会才会完成定制化主板来承载各种元件交付给客户CONTROL ENGINEERING China版权所有,而它的价格当然要反应出在这款单独设计身上花费的时间。生产出的计算机可以有非常好的技术支持和标准架构,保证开箱就能工作。而嵌入式计算机用户还需要有另外一个层次的定制和成本来开发以及兼容在定制化设备硬件上运行的软件。
        扩展卡
        位于美国硅谷的Gumstix公司生产基于Linux系统的计算机模块(COM),这些模块通常要比一块口香糖还要小。COM是嵌入式系统的核心,使用扩展卡可以将COM转化为标准连接器。Gumstix的扩展卡设计是开源的,所以工程师可以设计COM框架增加它的功能。这也就让OEM能够以非常低的成本设计很多嵌入式设备。事实上,COM能够承载必要的计算机功能,还可以解决设计设备时遇到的最困难的问题。通过开源硬件,用户可以随意在现有设计的基础上为传统的板卡加入想要的功能。
        设计扩展卡,需要电气工程和嵌入式系统设计方面的知识,甚至还要拿现有的硬件图作为参考。在完成扩展卡的设计和布局之后,制造还需要物流管理,尤其是对供应链当中电气元件的管理控制工程网版权所有,以及从设计到交付每一步相关的成本控制。只有这样,才能实现低成本的大规模定制电子设备。
        电子设计应用
        Gumstix Geppetto是一款电子设备应用(EDA),支持客户提升现有的制造能力,实现围绕COM的电子设备定制。任何嵌入式设计过程最困难的部分,都是实现可以满足规范的功能设计。EDA的作用是实现一些任务的自动化,但是用户必须要根据自己电子方面的知识开发硬件图和电路试验板。大规模定制和制造,需要一款强大、灵活并且直观的设计工具,尽可能简化电气设备过程。


图2显示的是Gumstix Geppetto的用户界面,我们可以看到软件的拖放板卡设计和预览功能。图片来源:Gumstix

        基于Web的软件应用使用拖放模块表示典型的电子元件和机械特征,这也满足规范的要求。所有的低层传递在后台自动完成。软件还会警告用户,哪些模块没有被合理连接或者他们还需要其他一些模块才能保证正常的功能。具备基本计算机知识的用户就可以设计定制化设备,无需之前的框架限制。
        该软件还去除了一些电子设计中单调乏味的环节。软件的受众是电子设计师,包括OEM专家以及原型设计的爱好者。轻松的个性化定制,克服了电子设备大规模定制的最后一道障碍:用户不需要了解计算机最底层的工作原理,就可以自行设计。软件解除了从电子设计师开始的供应链管理的负担。对比传统为期三个月的板卡设计,现在只要三个星期就可以完成设计。设计的简易性、快速的上市时间以及可承受的价格,都让电子设备的长尾效应成为现实。
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