2020年11月03日 | 现成方案并非一劳永逸，什么时候该采用定制方案

市场上有一系列便宜的单板计算机，可用于电子产品开发。这些解决方案往往是小尺寸的，这使得它们也可以作为市场准备产品的组件使用。什么时候在你的产品中使用这些“现成的”（OTS Off-The-Shelf）方案最佳？什么时候定制工程解决方案是更好的选择？

潜在“市场就绪”开发平台的示例包括：

Adafruit

Arduino

Pololu

Raspberry Pi

这些供应商的单板计算机（SBC）包括操作系统、软件开发环境、电机控制、传感器、视频和音频解决方案。此外，还提供了其他接口板和其他附件，如摄像头、传感器和适配器，以增强其功能。

现成的硬件和软件的结合缩短了概念验证和开发周期。在某些情况下，只需进行适度的设计工作，再加上一个外壳和电缆，就可以创造出可销售及批量生产的产品。然而，OTS硬件并不总是制造新产品最具成本效益的方式。它可能适用于非常小批量，但较大批量往往需要定制硬件。定制硬件提供：

完全适合您的产品

降低零部件成本

提高质量

添加功能的能力

改善供应链物流

什么时候OTS有意义？

影响OTS硬件的因素包括：

小批量生产

需要最短或最低成本的开发

缺乏内部电子设计专业知识

在小批量生产时，很难收回与开发定制硬件相关的非重复工程（NRE）成本。OTS硬件可以购买现成的产品，提供更快配置并且更少的专业知识。OTS硬件通常会有一个软件、设备驱动程序和在线论坛的生态系统来帮助软件开发。

OTS的陷阱

使用现成硬件的缺点是牺牲了相当数量的产品开发，包括：

提前期

硬件修订

部件尺寸

成本

可用性

虽然您最初的OTS硬件订单显然是基于其适用性和可用性，但在产品生命周期内，后续订单的交付周期和版本更新可能完全超出您的控制范围，这加大了业务风险。例如，意外的修订更改可能导致需要重新设计产品、重新配置和重新审批。OTS硬件也可能会达到寿命终止（EOL）并停止使用，这可能会使您的团队在有限内争先恐后地更换（并产生额外的工程成本）。

OTS硬件也趋向于通用性和功能丰富，这可能意味着它的硬件占用空间可能比您需要或想要的更大，包括多余的组件、I/O和功能。这些会增加产品的单位成本，且不会增加任何附加值。设计也可能在机械结构上不适合您的产品设计需求，需要在使用上妥协，甚至是业务关键的设计决策。最后，OTS设备提供的示意图和参考设计并不总是如预期的那样工作，或者不是很适合您的场景。其结果是，发生一个没有预料到的工程和故障排除水平（您决定使用OTS硬件可能是为了避免这种情况）。

Nuvation Engineering与一位客户合作刚刚完成了一个需要视频处理的自主机器人项目。客户使用OTS硬件创建了一个原型和演示单元，其中包括NVidia Jetson Nano开发板和Jetson Nano CPU板卡（COM）上。在这个演示原型中使用OTS硬件是一个很好的决定。它使客户能够以最小的成本和精力，快速开发一个他们可以与内部和外部利益相关者共享的工作概念证明。然而，在批量生产中使用相同的硬件会使成本膨胀，并且交付的产品对于其使用场景来说太大了。

Nuvation帮助将OTS NVidia Jetson Nano COM模块直接集成到一个专门为目标应用程序设计的定制PCB上。这降低了电子产品的成本和尺寸，使其更适合集成到机器人中。

定制硬件也非常有意义

当现成的硬件无法用于产品时，需要某种程度的定制硬件设计。需要定制硬件的情况包括：

低生产成本比前期开发成本更重要。在这种情况下，预期销量将决定定制硬件开发成本。

OTS硬件无法满足机械要求。

有了定制的硬件，电子产品的尺寸和形状可以与机械结构要求相匹配。然而，产品迭代涉及额外的工程成本和开发时间，以及在制造和测试PCB方面的额外成本。这些产生的成本可以通过更高的销量来抵消，特别是在产品迭代不频繁的情况下。一旦销售量抵消了NRE成本，定制硬件产品的总体成本将远远低于OTS产品。

定制硬件的缺陷

定制硬件有许多优点，但也必须考虑到风险。风险包括：

供应链管理

可能的NRE影响

硬件工程专业知识

供应链管理需要广泛的技术专长，以及与电子元件、机械外壳、布线、PCB制造服务、机械装配和QA测试服务供应商的关系。

内部工程专业知识可以通过雇佣技术专家和掌握新技能来获得，但除非一个组织计划持续参与工程设计，否则创建一个内部工程团队就没有多大意义。大多数企业每隔几年就进行一次迭代硬件开发，并且有一个专注于应用程序开发和持续改进的内部开发团队。在这种情况下，将定期的硬件迭代外包给像Nuvation Engineering这样的工程设计服务提供商是硬件开发的最佳方法。

与经验丰富的电子工程服务提供商合作可以在许多方面帮助您的产品开发，包括：

缩短设计时间

降低NRE成本

协助供应链管理

项目管理支持

产品测试

面向制造的设计（DFM）专业知识

Nuvation Engineering帮助了一位客户开发电池驱动的移动送货车。早期版本使用现成的PCB，其中包含NXP微控制器（MCU）。这个MCU PCB包含了一些基本功能，如I/O和DAQ引脚，在一个24引脚DIP封装中，使其能够安装到客户机的定制电源控制板上进行电池管理。Nuvation的工程师通过将MCU直接集成到定制电源控制板上，减少了硬件占用和复杂性。这降低了整体产品成本，拓宽了供应链，并通过取消DIP插座接口，释放了电源控制板上的空间。

结论

现成的硬件有利于小批量产品的快速销售。然而，这通常不是开发产品的最佳方式（与原型相反）。定制的硬件设计有利于无论大批量还是小批量的产品生产。对于小批量生产，必须对所需工程量与效益进行成本效益分析。定制硬件的好处包括满足精确的要求，包括部件成本、尺寸和机械要求。

关于作者

Karl Morant是一位电子工程技术专家，在电子硬件设计方面拥有27年的经验，包括电源、电力电子、模拟和数字电路、PCB设计和系统设计。

他毕业于安大略省基奇纳市康内斯托加学院电子工程技术专业，目前在Nuvation Engineering担任高级设计工程师。

他的爱好包括远足、骑自行车、园艺和球类曲棍球。