7个步骤，带你了解硬件产品从0到1

2023-05-25 人人都是产品经理

编辑导语：完成了前期一系列的准备工作，明确了产品的概念，现在要做的就是实现产品设计；硬件产品的设计极其复杂，但是作为硬件产品经理要有一定的了解，才能在出现问题时与同事进行沟通；本文作者就详细的介绍了硬件设计的整个流程。

硬件产品从0到1的过程，也就是概念产品化的过程。

所谓概念——就是产品的创意和想法，内容可包括前文提及的：市场分析、用户研究、产品定义和产品设计；

此时已经基本明确了为什么要做这款产品，以及这款产品将做成什么样子，即WHY和WHAT两个方面。

其中需要重点传递给研发同事的是WHAT的部分——即产品的PRD，这是从产品的上游，输入给研发下游的关键文档。

此时产品仍然只有概念，以及“虚无缥缈”的产品PPT、Word等文档，因此在“概念产品化”的阶段，关键任务是确保产品定义能够实现。

当然在PRD出来之前，产品经理也会有和研发相关人员的可行性讨论，避免PRD出来之后可行性不强的尴尬。

接下来把这个阶段的流程梳理一下，当然每个公司的流程都不尽相同，但大体思路应该是一致的。

一、ID设计

这里提到的ID设计，指的是狭义上的外观设计。

外观设计：就是把产品的框架架构出来，剩下的细节还需要结构工程师、模具工程师、软硬件工程师等人员协同完成。

一件新产品从无到有，在壳料上可以分为两个阶段：

对于ID设计师来说，常用的软件工具是Autodesk Alias，是Autodesk公司旗下的计算机辅助工业设计软件；以及Rhino，是美国Robert McNeel & Assoc开发的PC上强大的专业3D造型软件。

ID设计师一方面需要具备适度丰富的想象力，足够的想象力才能够产出好的产品创意；但是想象力也需要适度，如果太有想象力，会加大后续结构设计、模具制作以及工艺生产的难度，甚至无法制造。

另一方面，也需要熟悉相关外观效果和外观工艺，在设计过程中能熟练使用正确工艺来表达效果；最重要的是对产品的理解要足够深，能够让设计直指产品本质，这部分需要产品经理多介入沟通，确保产品理念和定义传递到位。

ID设计之后会进入到MD（Mechanical Design）设计，MD工程师在ID基础上进行具体的结构设计；因此在ID设计阶段，MD、硬件也需要参与，沟通产品的尺寸、结构、性能等要求，在设计初期就一并考虑到位。

ID设计一般分为三个阶段：

草图阶段：主要是基于设计师的构思，通过草图勾画的方式，快速记录下设计师思考形成的创意，这个阶段非常重要，会决定了后续产品设计的主要方向；草图是即时灵感的视觉呈现，缺少精确的尺寸和几何信息，这时候一般会出多个方向，再从中筛选出来若干个，进入下一阶段的深入设计。

平面效果图：是2D的视觉表达，通过CAD软件完成，意在将草图中模糊的设计清晰化表达；这个阶段的图纸相比于草图，可以更为清晰地给他人传递产品尺寸以及视觉感受。

3D设计图阶段：是通过三维建模的方式，更直观、更真实地在三维空间中多角度观察产品形态；可以清晰展示设计师的设计思想、思路和细节，相比于最终实物，几乎只有一线之差。

二、CMF设计

所谓CMF，分别指代了C（Colour颜色）、M（Material材料）、F（Finishing）。

1. C（颜色）是产品外观效果的第一要素，是人们视觉感受最重要的部分。

不同的颜色可以给用户传递出不同的情感，如下表所示：

2. 同样的M（材料）使用了不同的颜色，会产生完全不同的效果。

在硬件产品上，主要使用的材料为塑料和金属，不太常用的材料包括了精密陶瓷、玻璃、皮革、板材、纺织面料等。

3. 不同的材料有着相对应的F（成型工艺与表面处理工艺）。

成型工艺是指把原材料加工成为产品，例如：将颗粒状、粉状、条状、块状的基础原材料，塑型成为产品的部件，表面处理工艺指的是在成型工艺的基础上，对产品部件进一步加工，使其性能或者装饰效果得到进一步提升。也就是说，成型工艺赋予了产品身体，表面处理工艺赋予了产品脸面。

除了CMF三大要素之外，还有另外一个重要的要素P（Pattern图纹），所以当前CMF设计领域中，已经更多的在强调CMFP了，而不只是CMF。

三、结构设计

ID锁定之后，就进入了结构设计阶段。

产品的结构设计：是指结构工程师根据产品功能来进行内部结构的设计工作。

结构设计的过程：包括了根据外观模型来进行零件的分件、确定各个部件的固定方法、设计产品使用和运动功能的实现方式、确定产品各部分使用材料和表面处理工艺等；另外，结构设计过程中还需要考虑外形、成本、性能、可制造性、可装配性、维修、运输等多个方面。

结构设计主要就是结构工程师的工作了，产品经理参与得少，但也需要了解结构工程的相关基础知识；在后续的文章中，会有简单介绍产品经理需要了解的知识点。

四、硬件设计

硬件设计：指的是电子电路部分的设计，整个设计过程包括设计需求分析、原理图设计、PCB设计、工艺文件处理等几个阶段。

硬件工程师在接收到产品经理输出的PRD文件之后，会对其中硬件部分的需求进行分析，形成硬件设计方案，来决定如何选用电路核心元器件以及设计典型电路。

原理图设计是电路设计的核心，包括了元器件选型和绘制原理图两个阶段。

所谓元器件指的就是芯片、电阻、电容、二极管、晶振、电源模块、传感器、存储器等这些。元器件的选择是否优质（保证性能）、合理（保证成本），将直接影响整个硬件电路乃至最终产品的性能表现；确定好选型之后，就可以开始绘制原理图了，硬件工程师一般都使用EDA软件作为工具来绘制电路原理图。

原理图输出之后，下一步就进入PCB工程师的PCB设计环节（也叫PCB Layout）——PCB（Printed Circuit Board）即印制电路板的意思。

PCB由绝缘底板、连接导线和装配**电子元件的焊盘组成，具有导电线路和绝缘地板的双重作用，本质上也就是为了实现各元器件的电气互联。

PCB按照电路层数分类可划分为单面板、双面板和多层板：单面板的元件集中在一面，导线集中在另一面，因导线集中在一面所以叫做单面板；双面板顾名思义，就是两面都有布线，两面之间的线路通过“导孔”来作为桥梁连接；双面板解决了单面板布线交错的难点，适用于更复杂的电路上；常见的多层板一般为4层板或者6层板，复杂的甚至可以达到几十层。

PCB设计以硬件工程师输出的原理图作为设计依据，来实现硬件电路的功能：

首先要制作物理边框，这是PCB设计的基本平台；
接着引入原理图中涉及到的元器件和网络，进行元器件布局（放置顺序、位置、方向）、电路板布线（位置、宽度、长度、角度）。

可以这么打个比方：原理图好比建筑图纸，PCB设计好比按图施工，PCB设计相对来说是简单一些的工作内容。

PCB设计完成后，便可发出PCB制造厂打样，PCB打样的数量没有**，一般在硬件设计未完全确定和完成测试之前都可称之为打样。

打样回来之后，就可以安排制作PCBA了，PCBA即Printed Circuit Board Assembly的缩写（在欧美的标准写法是PCB’A，多了个点），指的是PCB空板经过SMT（Surface Mounted Technology，表面贴装技术，也叫贴片），或者DIP（Dual in-line Package，双列直插封装技术）插件的整个制作过程。

SMT简单地讲，就是通过贴片机把一些微小型的元器件贴装到PCB上，而DIP插件则是在PCB上**大一些的无法使用SMT的元器件。

PCBA制作完成回来后，硬件工程师就可以开始进行硬件自测，如果有问题就改，重复一遍原理图、PCB layout、PCB打样、PCBA制作的过程，当然从哪个环节重新开始得看看更改的内容是什么。

五、固件开发

与硬件设计相伴的，是固件开发。

固件也叫Firmware，之所以叫做固件，可以理解为是“固化的软件”，广泛地存在于各种电子产品中。

以前的固件一旦烧录入芯片中，后续就再也无法更改，一方面是技术原因，一方面也是因为没有必要对固件进行升级*作，即便固件出现了严重bug也只能将写好程序的芯片拆卸下来更换。

当然随着技术的发展，修改固件以适应不断更新的硬件环境已经成为标配需求，可重复刷写的芯片也出现了，所以当前的固件大都是可以OTA（Over the Air）升级的，目前固件和软件的区分和界限，也越来越模糊，固件已经不固。

固件担负着一个硬件**最基础、最底层的工作，可以理解为硬件的*作**；固件好比是硬件设备的灵魂，没有固件的PCBA，就像一块砖头啥也干不了；固件也有大小之分——大的可达几百兆，小的甚至只有几K，甚至不足1k。

六、手板制作

在结构设计完成之后，需要制作手板（Prototype）来验证产品可行性。

刚设计完的产品离最终可量产状态，还差得很远，所以需要做手板来进行验证，确保没问题之后才能进入模具设计阶段——因为模具的投入金额一般都很大，需要确保设计图纸都是没问题的才能投入。

“手板”一词属于行业俗语（也有叫首板），即产品在定型之前少量制造的验证样件，专业术语也叫做样件、验**、样板、等比例模型等等；硬件产品壳料都需要模具来生产，手板就是在投模之前，根据产品外观图纸、结构图纸先做出的若干个样件，来验证外观情况和结构合理性。

按照**板的目的不同，可以分为外观手板、结构手板和功能手板三种。

外观手板：主要用来验证产品的外观设计，对外观要求很高，视觉上和量产产品比较接近，但内部结构无处理，有时甚至是实心的。
结构手板：主要用于验证结构设计的合理性，对产品尺寸、内部结构要求高，对外观要求较低。
功能手板：要求最高，需要做到和最终产品一样的外观、结构和功能。

当结构设计和硬件设计都完成之后，就可以安排制作功能手板了。

七、硬件测试

硬件测试就是测试工程师，站在用户的角度，对产品的功能、性能、可靠性、兼容性、稳定性等方面对产品的硬件（主板）进行严格的测，硬件测试是产品从研发走向生产的关键把关环节。

功能测试：就是测试产品设计的功能有没有得到实现。
性能测试：则是测试已经实现的功能性能表现如何。打个不是很恰当的比方，功能测试就是0和1，而性能测试则是1之后能走到多远。
可靠性测试：就是给产品加上各种外部不利条件，看看产品表现能否稳定，是否足够“靠谱”。比如：把温度整高点或者整低点（模拟热带寒带环境）、加点盐雾环境（模拟海运场景）、给你震一震颠簸下（模拟物流环境）、再往地上摔一摔（模拟不小心产品掉地上了），看看产品被**一番之后，表现是否依旧坚挺。

以上大概介绍了ID设计、CMF设计、结构设计、硬件设计、固件开发、手板制作、硬件测试等几个关键环节。

如果你的产品是智能硬件产品的话，那么大概率还有APP开发、云平台开发的环节。

有了app就可以通过手机等控制终端对设备进行*控；有了云平台，硬件产品就能够在广域网（例如4G网络，控制终端和设备不在同一个局域网下）的前提下也可以对设备进行*控。

至于APP和云，那是软件产品经理要*心的事情了，这里对于软件产品不做过多介绍。

当然这些环节并不是串行的，像ID设计和硬件设计可以并行走，但大体的逻辑顺序是按照上面的描述进行。

对于所有这些环节，作为硬件产品经理，虽然不需要做到很精通，但至少对于各个环节都需要有所了解。

那么了解到什么深度才算足够呢？

可以这样来简单判断，当项目进行过程中碰到了相关问题，与ID、CMF、结构、硬件、固件、测试等相关同事沟通时，确保你能听懂他的话，就可以了。

以上几个关键步骤走完之后，你手上就有了一台可以正常工作的功能样机。

这时候立项之初虚无缥缈的PPT，终于落地成为眼前的一台功能样机，这就是概念产品化的过程；

在概念产品化的阶段：一方面要正确评估关键功能的技术难度；一方面需要集中资源，确保实现关键功能。

本文由@Ericleen 原创发布于人人都是产品经理，未经许可，禁止转载

题图来自Unsplash，基于CCO协议

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