Прототип за лям? Зачем он нужен и можно ли обойтись без него
Прототип для клиента часто выглядит как лишние траты: «Вы же опытные конструкторы, зачем вам прототип?». Кажется, что макета на 3D-принтере достаточно. Возражать тут сложно. Не будешь же говорить: «Давайте попробуем, но мы не уверены». Поэтому приходится объяснять.
Из этих объяснений родилась статья. Рассказываю, почему прототип такой дорогой, чем он отличается от макета и тестового образца и в каких случаях можно обойтись без него. Всё с примерами и кейсами.
Что такое прототип?
Прототип — это физическая копия разработанного корпуса, изготовленная по какой-то несерийной технологии. Прототип максимально повторяет будущий серийный корпус по внешнему виду, материалам, характеристикам и геометрии деталей. Раньше корпус был картинкой на мониторе, а теперь его можно пощупать, вставить начинку и испытать.
Разработка прототипа редко стоит дешевле 1000 $: в неё входят подготовка моделей, производство, доставка, испытания, сборка. Цена сильно зависит от размера конструкции, материала и технологии прототипирования.
Дальше для удобства я буду писать только цены производства от завода. Например, прототип банкомата будет стоить от 10 000 $, прототип герметичной коробки — от 400 $. Если хочется подробнее почитать про цены — у меня есть статья с примерами.
Цена прототипа корпуса домофона — 1500 $. Размеры 205×100х14 мм
Прототип корпуса банкомата. Цена — 10 000 $
Чем прототип отличается от макета и тестового образца?
Макет, прототип, тестовый образец — всё это шаги к серийному производству. И они различаются по количеству свойств, которые можно проверить.
Об этом у меня уже есть подробная статья — там много фото и сравнительная таблица, чтобы не запутаться. Здесь повторяться не стану и сделаю акцент на отличиях и примерах.
Макет
Это самое простое. Он похож на изделие внешне и может быть напечатан на 3D-принтере или сделан из пенопласта, пластилина или любого другого материала, который поддаётся ручной обработке. Начинку в макет не ставят — с помощью него мы обычно проверяем габариты и эргономику.
Например, у нас был проект компьютерной мышки для киберспортсменов. Мы слепили макет из полимерной глины для моделирования. Ты прикладываешь ладонь и понимаешь: удобно-неудобно.
Макет геймерской мыши из полимерной глины
Ещё однажды мы придумали квадратный чайник, и чтобы увидеть габариты, вырезали его из строительной пены. Налили в коробку пены, вручную вырезали чайник, поставили перед собой и поняли — он огромный.
Фото макета не нашёл. Это первый рендер того чайника.
А если у вас проект банкомата или вендинга, надо проверить высоту элементов — на экране монитора никак не поймёшь, удобно это или нет. Макет можно напечатать на обычном принтере на листочках в масштабе 1:1. Или даже не печатать, а сделать из «слюней и палок»: найти деревянный ящик нужного размера, вставить туда компоненты и подключить.
Макет вендингового аппарата, фрезерованный и склеенный из вспененного полиуретана
Вспомнился один случай. Проектов было много, ничего не успевал, а утром надо было сдать фронтальный вид банкомата, распечатанный в масштабе 1:1. Перед этим три дня работал, не моргая, кнопки нажимал с космической скоростью. Осталось несколько часов до сдачи, и я начал печатать макет на куче листов А4. Потом долго и аккуратно всё это склеивал. И тут выбегает кот. Мчится по паркету, сметая бумажки и скотч. Он орёт, я тоже ору. В итоге я не выдержал, отодрал кота от скотча, всё выкинул и поехал к заказчику. На месте объяснил ситуацию. Но главный вывод, который я сделал из этого случая (и он пригодится любому дизайнеру): если вам вдруг придётся отдирать скотч с кота, берите зимние перчатки. Без них не обойтись — царапается он жутко!
Вот эта история в красках и от первого лица:
А вот тот самый кот
Очень многие считают, что макет и прототип — это одно и то же, но другими словами.
На самом деле нет. Макет макетирует, то есть имитирует что-то будущее. Это самый дешёвый, простой и быстрый способ проверить внешний вид, геометрию и эргономику. Макет можно сделать за неделю-две, а на изготовление прототипа мы всегда закладываем около полутора месяцев.
Из физических свойств на макете мы проверим только массу. Имитацию резины на нём не сделать, оптические свойства не проверить. Сложные физические свойства — тем более. Модель для макета делают упрощённой и поверхностной, с ней нельзя пойти в серийное производство.
Прототип
Прототип — это уже более серьёзная штука. Если макетом мы проверяем визуал и эргономику, то на прототипе отрабатываем технические решения. Он должен максимально совпадать по свойствам, характеристикам, геометрии, внешнему виду и эргономике с серийным изделием. Это обязательно.
С помощью прототипа можно проверить:
как нажимаются кнопки;
как ведут себя защёлки;
толщину и гибкость элементов;
массу;
герметичность;
радиопрозрачность;
оптические свойства;
виброустойчивость;
прочность.
Прототип корпуса маршрутизатора. В 2018 году он стоил 500$
Многие думают, что прототип можно просто напечатать на 3D-принтере, сунуть внутрь плату и начинать лампочками моргать. Но нет. Печать не позволит проверить все свойства, которые я описал выше.
Поэтому прототип делают по другим технологиям:
фрезеровка пластиков и металлов;
обработка листового металла;
литьё полиуретана в силиконовые формы;
литьё пластика в легкообрабатываемые формы.
Но это не обязательно те же технологии, что и для основного изделия. Про технологии я ещё расскажу дальше, сейчас только напишу основное.
Материал прототипа должен быть максимально приближен к материалу конечного изделия. Если корпус будет пластиковым — прототип делают из пластика, если из листового металла — то из металла. Небольшая разница в материалах всё равно есть, потому что технологии серийного производства чаще всего радикально отличаются от технологий единичных изделий и опытных партий.
Прототип пульта системы спецвязи. Корпус — анодированный алюминий, клавиатура и уплотнение — силикон, стекла — поликарбонат, крышка аккумулятора — ABS. Крепеж — стальной. 2017 год. Без доставки 1 штука обошлась в 650 $
Тестовые образцы пульта спецвязи были готовы уже через 3 месяца после старта разработки.
Тестовый образец
Это хитрая штука. Задача тестового образца — выявить ошибки реального использования.
Как пользователь сломает прибор?
Куда он его сунет?
Чем зальёт его?
Разработчик никогда этого не сделает, потому что понимает стоимость изделия. А вот пользователь не будет об этом задумываться. Тестовый образец покажет, как продукт будут использовать ошибочно. В самом названии кроется суть: тестовый образец — это образец для тестирования.
Например, промышленный сварочный аппарат для тяжёлых климатических условий. У клиента прибор постоянно ломался. В итоге выяснили: рабочие после смены оставляли аппарат на улице, а вода, которая конденсировалась внутри от нагрева, застывала и блокировала вентиляторы. Аппарат включали — вентиляторы сгорали.
Мог ли разработчик это предвидеть? Скорее всего нет. Это стало понятно только на живых испытаниях. Если пользователь может допустить ошибку, он обязательно её допустит — вопрос только в том, когда ты это выяснишь.
И здесь есть нюанс. Если разработчик тестирует изделие сам или отправляет на сертификацию — это ещё прототип. А тестовый образец — это штука, которую пользователи используют, как хотят, и не знают, что это тестовый экземпляр.
Вот так испытывали сварочный аппарат
Первый и второй прототипы и тестовый образец корпуса сварочного аппарата
Макет, прототип, и тестовый образец тестируют разные группы пользователей:
макет — разработчики дизайна;
прототип — разработчики дизайна и инженеры;
тестовый образец — неподготовленные пользователи.
Прототип обычно изготавливают в одном экземпляре: сделали — выявили ошибки — исправили. Потом делают новый прототип. У крупных компаний, таких как Logitech, это может быть тысяча итераций для одного изделия, в нашей практике 1–3.
Макеты и прототипы никогда не отдают неподготовленному пользователю. На развитых рынках тестовые образцы могут быть почти серийными. Компания выпускает продукт, продаёт несколько тысяч по миру и смотрит, что возвращается в сервис.
Например, если ты продаёшь чайник, нужно выявить процент брака на тысяче изделий, чтобы понять, где что ломается. Проблема в том, что тысячу пользователей найти сложно, поэтому приходится продавать и смотреть на обратную связь.
Как и где делают прототип?
Про технологии у меня есть подробная статья с ценами и инструкцией, как выбрать способ производства в каждом конкретном случае — посмотрите, если тема интересна.
Сейчас я хочу остановиться на технологиях для прототипирования корпуса, который тестируют в реальных условиях с реальным «железом» внутри. Такие чаще всего используем мы.
Фрезеровка пластика или металла
Суть технологии: из болванки вытачивают нужный корпус или деталь, которая мало отличается от серийного изделия. На заводе делается за несколько дней. Цена такого прототипа — от 300 $.
Фрезеровку делают на фабрике с полноценным инструментальным парком. В России таких практически нет. У нас могут отфрезеровать на ЧПУ-станке, но покрасить или заанодировать, нанести надписи, сделать стекло или сложную деталь — это уже труднее. Мы плюнули и заказываем всё в Китае, за десять лет проверили не один десяток подрядчиков.
Фрезеровка наглядно
Например, у нас была задача исправить дефектоскоп «Луч». Суровые железнодорожники используют этот прибор на Крайнем Севере, где медведи и очень холодно. Нужен был прочный корпус. У них частая ситуация: медведь пришел — прибор выпал на рельс.
Мы фрезеровали корпус из материала, который называется стеклонаполненный полиамид — из этого же материала его потом изготавливают серийно. Прототип стоил 5000$. Очень твёрдая и навороченная история. А потом заказчик реально бахнул прибор об рельс. Прибор выжил.
Дефектоскоп «Луч»: опытный образец и серийный корпус уже из полиуретана.
Ещё история была: делали переносной терминал для пограничных войск. С его помощью на границе, в горах, проверяют людей: фотографируют, снимают отпечатки пальцев, сканируют паспорт. Условия эксплуатации очень жёсткие — вокруг камни, можно упасть и разбить прибор. Поэтому на прототипе первой модели мы делали резиновые обечайки, чтобы заказчик при реальных испытаниях действительно смог его поронять.
Таким образом фрезеровка позволяет использовать, условно, твердые материалы без дорогостоящих пресс-форм. Берёшь, корректируешь модель под технологию фрезеровки, фрезеруешь, и клиенту отдаёшь фактически в фабричном виде. Но для этого нужна фабрика.
Прототип терминала для пограничных войск «Папилон ДиПП-6» v. 2. В 2017 году стоил 3650 $
Литьё полиуретана в силиконовые формы
Сначала на 3D-принтере печатают мастер-модель, которой придают текстуру и внешний вид конечного изделия с помощью краски. Затем эту модель заливают силиконом, чтобы создать форму — силикон точно повторяет все детали мастер-модели. Полученную форму используют для отливки партии изделий.
Одна силиконовая форма рассчитана примерно на 25 отливок. Однако доработать готовую форму практически невозможно. Если в тестовом образце будут недостатки, придётся заново напечатать мастер-модель и изготовить новую форму.
Срок изготовления прототипа на заводе — несколько дней. Цена — от 500$.
Эта технология предназначена для малых партий изделий, и для прототипов она вполне подходит. Она позволяет сделать корпус очень близким к серийному качеству. Если нужна толстая пластмасса, резинка или сложная прозрачная деталь — это единственный способ изготовить их в нескольких экземплярах.
Так выглядят силиконовые формы
Прототип, изготовленный литьём в силикон, позволяет узнать практически всё о внешнем виде и физических свойствах готового изделия — его жёсткости, твёрдости, цвете, фактуре. С помощью этой технологии можно делать прозрачные гибкие детали и герметичные корпуса.
База для системы автоматизированного полива. Рендер и прототип. Корпус изготавливали по технологии литья в силикон, а кнопки — способом литья под давлением. Это оказалось выгоднее, чем делать всё по одной технологии. В 2019 году прототип стоил 950$
Вот случай: как-то на конференции общался с человеком, который делал хирургическую перемычку. Очень важна была её скручиваемость, а размер был маленький. Чтобы её проверить, они перепробовали все технологии, которые знали. Но про Китай и литьевую форму даже не думали, потому что литьё у всех ассоциируется с производством, а не разработкой и прототипированием.
Про литьевые формы у меня тоже уже есть статья. Там все этапы с фото и видео.
Как испытывают прототип?
Самое банальное — собрать и разобрать изделие несколько раз. Но это можно проверить на качественно напечатанном макете, где геометрия совпадает с серийной.
Как только появляются винты, саморезы, защёлки, кнопки и физические свойства — начинается другая история. Тут уже нужны полноценные испытания:
Замерить уровень сигнала;
Нажать на кнопку сто тысяч раз;
Опустить в ведро с водой;
Заморозить в морозилке;
Проверить под давлением.
Ещё есть лабораторные испытания в специализированных термокамерах, вибростендах и холодильниках, которые нагревают и охлаждают изделие, пока оно не сломается.
Испытания вибрацией
Как-то испытывали корпус эхолота на герметичность IP67 — прибор должен был выдержать полчаса на глубине 1 м. Собрали дома конструкцию из вёдер и трубы, чтобы обеспечить давление на нужной глубине. Она работала, как сообщающиеся сосуды: мы наполняли трубу водой и создавали такие же условия в ведре.
Испытания показали, что конструкция корпуса соответствует стандарту IP67 ГОСТ.
Вот как это выглядело
Почему это важно? Чем ближе проект к конечному пользователю, тем дороже любое выявление ошибок. На ранних этапах ты потратишь на корректировки тысячу долларов, а ближе к финалу — уже миллион.
Поэтому прототип испытывают максимально жёстко. Льют кофе, замачивают в воде, пинают по полу, давят и роняют — чтобы выявить все возможные ошибки. Ведь пользователь в реальности не будет бережно относиться к изделию. Если он может что-то сломать, он это сломает.
Однажды мы делали прототип медицинского аппарата для обработки образцов донорских фекалий. Аппарат перемешивал кал разной плотности, миксовал его с физраствором, фильтровал и разливал по порционным пакетам. Важно было исключить протечки и сделать так, чтобы при работе аппарата в помещении не было соответствующего запаха. Мы испытывали прототип на твороге, чтобы не пачкаться и аромат не мешал.
Прототип медицинского аппарата для обработки фекалий, который мы испытывали на твороге. Цена прототипа в 2021 году — 6000 $
Что дальше?
Исправление косяков происходит на каждом этапе. Весь проект — это, по сути, разные этапы исправления косяков: сначала их максимальное количество, но когда-нибудь ты должен остановиться. Когда разработчик и заказчик понимают, что продукт можно выпускать и продавать — останавливаемся и переходим к другой фазе проекта.
На стадии прототипа ещё можно менять свойства продукта. Сложно, больно, дорого, но можно. Разработка заканчивается, когда ты решаешь: «Всё, больше не меняем свойства продукта».
Прототипы рукоятки медицинского инструмента. Когда работаешь с объектами, которые напрямую взаимодействуют с руками человека, важно на каждом шаге макетировать изменения. Изменил угол ручки? Напечатай и почувствуй, как она лежит в руке. Сделал другое сечение? Слепи макет хотя бы из пластилина и проверь, насколько удобно.
Однажды мы решили разработать видеозвонок, который назвали «АйКтоТам». Первый макет напечатали из пластика на 3D-принтере, но никого из инвесторов он не заинтересовал. А стоило сделать корпус из алюминия, как те же самые люди, которые до этого отказывались, внезапно заинтересовались нашим проектом.
Со временем видеозвонок превратился в коннектор для домофона, который выводил изображение на смартфон и позволял поговорить с тем, кто стоит за дверью. Мы долго докручивали внешний вид и упрощали, пытаясь снизить себестоимость. За два года продукт несколько раз менял своё назначение и характеристики, но в итоге из-за бесконечных доработок он морально устарел и так и не вышел на рынок.
Прототип видеозвонка «АйКтоТам»
Коннектор для домофона мог бы выглядеть так
Когда разработка прототипа закончилась, начинается тестирование, сертификация и серийное производство — понятный, линейный процесс. Он капиталоёмкий:
На этом этапе изменения минимальны: где-то уменьшили толщину защёлки, где-то увеличили диаметр бобышки. Очень редко тестовая партия может вернуть продукт к началу. Серийное производство — это как мост. Его построили, и теперь по нему едут машины. Иногда на мосту можно разметку перерисовать, но переделать его невозможно.
Прототип корпуса для видеостойки.
Себестоимость прототипа — 8000 $. Технологии: фрезеровка пластика, резка/гибка/сварка металла, порошковая краска, токарно-фрезерные работы, сборка
Прототип корпуса датчика температуры.
Цена — 350 $. Технология: фрезеровка пластика и литье уплотнителя в силиконовую форму.
Прототип корпуса для модуля видеокарты.
Цена — 4000 $. Технология: фрезеровка пластика, фрезеровка металла, анодирование, электроэрозия, литье в силикон полиуретана, гибка металла.
Прототип корпуса телефонного аппарата. Цена — 1800 $. Технология — фрезеровка пластика
Как компания отказалась от разработки прототипа и потеряла 12 миллионов
Старая история, но показательная. Серьёзная большая компания решила ввести на рынок новое устройство. В компании есть свой отдел разработки и своё производство: они быстро собрали плату, отрисовали проект корпуса, по нему сделали комплект пресс-форм за 12 миллионов руб. и запустили производство. Прототип корпуса делать не стали: мол, всё просто, корпус понятный. В итоге — не смогли собрать, потому что провода не помещались, и корпус не закрывался. А проводов не было в конструкторской 3D-модели, только платы. Про них просто забыли.
Комплект пресс-форм, который стоил миллионы, оказался бесполезен, потому что никто не сделал макет или прототип. На экране монитора можно нарисовать провод как угодно, но в реальности у него есть жёсткость и радиус сгиба, поэтому эргономику нужно проверять на практике.
Когда можно обойтись без прототипа?
На самом деле никогда. Даже те, кто говорит, что не делает прототипы, всё равно делают. Просто они называют их иначе.
Без прототипа иногда обходятся в случае незначительных изменений, которые не затрагивают физические свойства устройства. Например, меняют электронику внутри прибора, но корпус оставляют прежним.
Но даже в таком случае появляется первое изделие, на котором проводят проверки — это и есть прототип.
Так что каждый чих надо проверять, если можешь. И прототип нужен — без него нельзя обойтись.
Есть ли разумное количество прототипов? Решать это лучше тем, кто уже прошёл этот путь много раз, то есть разработчикам. Когда изменения после прототипирования становятся незначительными, и их правка занимает часы или дни — это уже мелкие доработки. Но пока продукт не доведён до такого состояния, тестировать нужно бесконечно, насколько позволяет время и бюджет.
Расскажите, какой бюджет на разработку и тестирование прототипа вам кажется адекватным? И сколько прототипов у вас было в самом сложном проекте?
