Pengujian Validasi dalam Pengembangan Produk:Dari POC hingga EVT, DVT, PVT, dan Produksi Massal

Sebagai aturan praktis, semakin jauh suatu produk dalam pengembangan, semakin mahal biaya untuk melakukan perubahan. Oleh karena itu, tujuan utama dari setiap inisiatif pengembangan produk adalah untuk menyelesaikan masalah lebih awal, mengurangi risiko iterasi yang mahal pada tahap selanjutnya.

Di sinilah pengujian validasi masuk. Pengujian validasi adalah proses gerbang fase untuk menentukan apakah suatu perangkat keras memenuhi persyaratan yang ditetapkan pada tahap kedewasaannya dan apakah siap untuk maju ke tahap berikutnya. Dalam prosesnya, desainer dan insinyur membangun berbagai jenis prototipe. Setiap tahap berisi ruang untuk belajar, eksplorasi, dan adaptasi, sementara produk harus melewati kriteria yang ditentukan sebelum bergerak maju untuk memastikan industrialisasi yang sukses.

Dalam artikel ini, kami menjelaskan cara mengoptimalkan proses pengembangan menuju produksi massal, dan menyoroti berbagai fase kematangan produk termasuk tujuan, aktivitas, pemecahan masalah, prototipe yang dihasilkan, dan kriteria keluar.

Mengapa Melakukan Pengujian Validasi?

Desain produk hampir tidak pernah siap produksi sejak model CAD pertama. Bahkan barang plastik sederhana pun dapat berubah menjadi tanda wastafel yang buruk, garis aliran, atau area yang lemah karena pendinginan yang heterogen setelah seri pertama dicetak. Suatu area bisa menjadi terlalu kecil untuk memasukkan label yang diwajibkan secara hukum. Mungkin ada masalah toleransi dengan bagian kawin dalam kondisi tertentu. Atau grup pengguna utama dapat mengajukan persyaratan prioritas tinggi baru yang memaksa para desainer ke putaran pengembangan berikutnya.

Proses desain terus-menerus membutuhkan perubahan, penyempurnaan, dan poros seperti itu, serta studi ke dalam aspek-aspek seperti kemampuan manufaktur, estimasi biaya, voice-of-customer (VOC), undang-undang, IP, dan standar sertifikasi sejak awal.

Seiring kemajuan proses menuju produksi, biaya iterasi ini meningkat secara eksponensial. Sementara serangkaian sketsa dan model busa yang dilakukan oleh seorang desainer pada awal pengembangan akan menghabiskan biaya material $50 perusahaan, prototipe cepat yang lebih halus berdasarkan cetakan 3D, suku cadang yang dibeli, dan cetakan vakum mungkin membuat perusahaan mundur. di suatu tempat di urutan $500-$1.000. Perubahan perkakas dalam fase produksi dapat menyebabkan total biaya hingga $50.000 dan mengakibatkan penundaan beberapa minggu atau bulan.

Untuk produk yang kompleks, investasi produksi mencapai jutaan. Produk yang paling menantang, seperti pesawat terbang, membutuhkan ribuan karyawan dan miliaran biaya produksi tetap. Untuk mencegah seperti 1:10:100 dan bencana lainnya, desainer dan insinyur berpikir dalam hal probabilitas iterasi vs probabilitas keberhasilan dengan setiap langkah yang mereka ambil. Pengujian validasi sangat penting untuk memastikan bahwa status desain memenuhi serangkaian persyaratan yang tepat pada tahap tertentu. Mengamankan setiap fase dengan kriteria keluar dan hasil yang jelas memastikan penggunaan sumber daya dan peningkatan kualitas yang optimal.

Produk konsumen dalam berbagai tahap kematangan produk di luar mockup awal. Kembali:Pembuatan EVT menggunakan pencetakan SLS dan SLA 3D. Tengah:Pembuatan DVT 'Tembakan pertama' berdasarkan soft tooling. Depan:Pembuatan PVT menggunakan perkakas keras. Courtesy:Desain Produk IDZone.

Tahap Kedewasaan Produk

POC dan Pembuatan Prototipe

Setelah eksekutif perusahaan telah mengkonfirmasi perencanaan produk baru (NPP) dengan menentukan peluang pasar, positioning produk, melakukan penilaian teknologi, strategi rantai pasokan, dan alokasi sumber daya, proses pengembangan biasanya berada di tangan produk. tim yang harus menerjemahkan ini ke dalam dokumen persyaratan produk (PRD) dan menghasilkan konsep yang layak.

Pada awalnya, prototipe proof of concept (POC) digunakan untuk pengujian awal sebuah ide, metode, atau produk untuk menunjukkan potensi dan kelayakannya dalam pengaturan dunia nyata. Konsep-konsep ini kemudian diubah menjadi prototipe, yang merupakan model kerja suatu produk yang menunjukkan dengan tepat bagaimana produk akan berfungsi dalam hal mekanika, desain, pengalaman pengguna, dan sebagainya.

Tahapan yang berbeda dari pengembangan produk menuju produksi massal. (sumber)

Prototipe adalah instantiasi dari desain produk yang dapat digunakan untuk mengkomunikasikan dan menilai nilainya mengenai persyaratan tertentu. Prototipe berkisar dari model 'lunak' dengan ketelitian rendah yang dibuat dari bahan seperti tanah liat, kardus, busa, dan kayu hingga prototipe fungsional dengan ketelitian tinggi yang dicetak 3D atau dibuat di toko mesin. Prototipe terfokus dimaksudkan untuk mewujudkan hanya sebagian dari persyaratan produk dan dapat menjadi model 'terlihat', model 'bekerja-seperti' fungsional, atau yang menunjukkan bentuk dan fungsi parsial untuk menguji sub-fungsi tertentu. Ketika sebuah prototipe menggabungkan semua persyaratan dan fungsionalitas dengan desain, itu disebut prototipe rekayasa.

Prototipe awal dari printer SLA 3D format besar Form 3L.

Dalam prosesnya, model non-form-factor (NFF) dapat dibuat, yang pada dasarnya adalah versi raksasa dari desain produk yang dimaksudkan untuk menampung versi placeholder dari semua komponen fungsional untuk mengembangkan demonstrator yang berfungsi. Versi kerja dasar elektronik disertakan dalam bentuk kit pengembangan perangkat keras, Arduino, atau konstruksi Raspberry Pi.

Prototipe analitis atau virtual adalah instantiasi produk non-fisik seperti model 3D untuk rendering, simulasi matematika, atau analisis FEA. Bahkan sketsa adalah bentuk kasar dari prototipe virtual.

Prototipe alfa yang dapat diuji dengan kesetiaan yang berbeda. Kiri:Model busa peralatan dapur yang 'terlihat seperti'. Courtesy:Prototipe Unggul. Tengah:Mockup inti busa/kardus menunjukkan bentuk parsial dan interaktivitas. Sumber:Frits van Beek. Kanan:Prototipe kamera digital dengan alat mesin sebagian interaktif. Perhatikan bahwa ini adalah prototipe alfa karena belum dirancang untuk maksud produksi. Atas perkenan:Joep Frens.

Tahap prototyping sangat penting untuk memperjelas rincian mengenai kemudahan penggunaan, estetika, kebutuhan pengguna yang tersembunyi, pendapat sesama desainer, manajer produk, ahli pada topik, dan legislatif serta keterbatasan teknologi. Proses desain tipikal untuk produk elektromekanis yang kompleks mencakup beberapa konsep, masing-masing didukung oleh setumpuk sketsa eksplorasi, serangkaian maket fisik, dan satu set rendering 3D.

Tim desain IDEO membutuhkan 80 model busa hanya untuk mendapatkan bentuk mouse komputer ergonomis pertama yang tepat untuk Microsoft pada tahun 1987. Dan dengan proses risiko dan kompleksitas yang lebih tinggi, jumlahnya dapat meningkat hingga 5.127 prototipe yang sulit dipahami. bahwa butuh James Dyson untuk mengembangkan penyedot debu 'teknologi siklon' pertama selama 15 tahun. Untuk dapat mempercepat proses pengembangan produk baru dan menghindari 'rawa perangkat keras' yang terkenal, sangat penting untuk memfokuskan prototipe pada persyaratan utama, memperhitungkan risiko yang akan muncul pada tahap selanjutnya, dan dengan tepat merencanakan pengujian pengguna eksplorasi.

Secara keseluruhan, tujuan dari tahap pembuatan prototipe adalah untuk membuat prototipe teknik yang berfungsi seperti dan terlihat seperti produk akhir. Tahap ini perlu membuktikan bahwa teknologi yang digunakan memenuhi kebutuhan pelanggan, layak untuk diproduksi, dan produk akan berfungsi sebagaimana dimaksud. Setelah ini dikonfirmasi, tujuan dari tahap validasi berikutnya adalah untuk memastikan bahwa produk dapat diproduksi secara konsisten dalam skala besar.

Uji Validasi Teknik (EVT)

Tahap uji validasi teknik (EVT) adalah tentang menggabungkan dan mengoptimalkan ruang lingkup fungsional penting yang diperlukan untuk produk. Sedangkan hasil dari tahap prototyping adalah prototipe 'alfa' terbatas, di sini prototipe 'beta' tingkat rekayasa akan dikembangkan yang menampung serangkaian fungsi yang lebih lengkap, biasanya ditentukan oleh matriks build. Prototipe rekayasa adalah versi minimum yang layak dari produk komersial akhir, yang dirancang untuk manufaktur (DFM). Ini digunakan untuk pengujian pengguna berbasis lab dengan sekelompok pengguna utama terpilih, untuk mengkomunikasikan maksud produksi kepada spesialis perkakas di tahap selanjutnya, dan untuk bertindak sebagai demonstran dalam rapat penjualan pertama.

Analisis pembelian dilakukan untuk semua komponen dalam perakitan, rekayasa komponen dilakukan pada suku cadang khusus dan tagihan bahan (BOM) disiapkan untuk RFQ terhadap produsen kontrak (CM) sehingga mereka dapat mempersiapkan jalur perakitan pertama dan tembakan pertama (FS) perkakas. Untuk produk elektronik, PCB 'hot stake' kelas atas dikembangkan menggunakan proses industri. Tes daya, termal, dan EMI juga akan dilakukan pada saat ini.

Kegiatan khas dalam fase EVT. Kiri:rendering desain produk yang menunjukkan tampilan meledak tingkat niat produksi. Sumber:Oculus. Kanan:Cetakan injeksi volume rendah menggunakan cetakan cetak 3D.

Sekitar 20 hingga 50 unit diproduksi menggunakan proses presisi tinggi seperti manufaktur aditif dan permesinan CNC, atau serangkaian cetakan berdasarkan perkakas lunak seperti cetakan silikon atau cetakan 3D. Tujuan keseluruhannya adalah untuk mengembangkan desain dengan maksud produksi penuh dan berakhir dengan sejumlah kecil prototipe rekayasa yang layak produksi.

Uji Validasi Desain (DVT)

Tahap uji validasi desain (DVT) adalah di mana suatu produk benar-benar mulai menjadi industri. Di mana EVT adalah tentang desain tingkat arsitektur untuk manufaktur, DVT adalah tentang mendapatkan detail yang benar saat bergerak menuju jalur produksi massal pertama. Ini adalah tahap yang ditandai dengan eksperimen dan optimasi. PCB diulang dengan sempurna melalui upaya debugging dan denoising. CM akan mengembangkan perangkat keras pertama untuk setiap bagian yang dibuat untuk memverifikasi hasil produksi massal. Cetakan aluminium dapat digunakan untuk mengoptimalkan desain dalam hal penyelesaian permukaan, bahan, toleransi, konfigurasi cetakan seperti penggeser dan kamera, metode penyambungan, serta parameter proses.

Sementara biasanya 50 hingga 200 unit diproduksi, tidak jarang melihat lebih dari 1.000 unit diproduksi untuk proyek besar. Unit-unit ini kemudian dikirim kembali untuk evaluasi internal dan menerapkan perubahan rekayasa akhir, sedangkan beberapa dikirim sebagai unit beta ke pelanggan potensial dan peninjau ahli. Banyak pengujian akan dilakukan pada unit tingkat produksi pertama:uji ruang lingkungan, siklus termal, getaran, ESD, biokompatibilitas, ketahanan kimia, sertifikasi seperti FDA, FCC, UL, CE, EC, dan RoHS, penuaan, radiasi, kosmetik, uji keausan, dan uji jatuh, antara lain. Pengujian pengguna yang ekstensif dilakukan dengan sebagian besar populasi dalam konteks yang realistis.

Fase DVT adalah tentang mengoptimalkan detail. Kiri:PCB yang dipasangi panas ke penutup plastiknya menggunakan paku keling terintegrasi. Sumber:Hartmann. Tengah:eksperimen untuk mengintegrasikan selungkup cetakan injeksi ke dalam substrat kain. Courtesy:Bemis Sewfree. Kanan:Ruang lingkungan AES untuk pengujian korosi kabut garam. Courtesy:Sistem Lingkungan Terkait.

Untuk mempercepat pengembangan produk, dimungkinkan untuk melewati tahap DVT dengan berinvestasi pada perkakas keras di akhir fase EVT, sehingga EP segera memenuhi tidak hanya kriteria keluar EVT untuk memiliki prototipe yang layak produksi tetapi juga pintu keluar DVT kriteria hard tooling dan penilaian hasil produksi massal. Namun, ini membawa risiko besar untuk menginvestasikan sumber daya skala PVT begitu cepat, dan jalan pintas seperti ini hampir tidak disarankan.

Uji Validasi Produksi (PVT)

Uji validasi produksi (PVT) adalah tahap terakhir sebelum produksi massal dimulai. Perkakas keras diperbaiki, artinya tidak ada lagi perubahan pada desain produk atau cetakan produksi yang dapat dibuat. Jig, perlengkapan, dan bangku uji harus ada dan divalidasi agar pilot produksi (PP) dimulai. Upaya yang dilakukan pada tahap ini diarahkan untuk mengoptimalkan dan menstabilkan lini produksi dan perakitan dalam hal kecepatan lini, keahlian operator, scrap rate, dan hasil harian.

Risiko potensial seperti pasokan sumber tunggal—ketika komponen dibatasi untuk dibuat oleh satu CM terpilih—akan diidentifikasi melalui protokol manajemen risiko seperti FMECA, QA/QC, dan FAI. Elektronik menjalani boot pertama mereka serta inspeksi firmware, dan kemasan produk plus panduan pengguna akan dibuat pada tahap ini juga. Sebagian besar pekerjaan dalam tahap ini akan dilaksanakan di pihak produsen kontrak.

Fase PVT adalah tentang mengoptimalkan lini produksi melalui proses dan kontrol kualitas. Kiri:Jig pengujian panel untuk beberapa papan sirkuit. Sumber:Korea Jig. Tengah:Jig perakitan multi-stasiun untuk produk konsumen. Courtesy:Aditif Aerosport. Kanan:Cetakan injeksi rotatif kompleks untuk pencetakan multi-material. Atas perkenan:Solusi Grosfilley In-Mold &Rotative.

Hasil khas dari tahap PVT adalah 500+ unit atau setidaknya 5% dari jumlah produksi pertama yang dijalankan. Tujuannya adalah untuk memverifikasi hasil produksi massal pada kecepatan produksi massal dan untuk menciptakan produk yang dapat dijual. Di sinilah banyak perusahaan akan membuat rencana penjualan dan memulai operasi mereka dengan pembeli awal. Pembuatan PVT adalah kesempatan terakhir bagi perusahaan untuk mengubah proses produksi. Kadang-kadang dipagari dalam hal status merah, oranye, dan hijau, berdasarkan keberhasilan menurut metrik produksi utama. Saat lampu hijau menyala, produksi massal yang sebenarnya dapat dimulai.

Bentuk unit PVT 3L sebelum QA di kantor pusat perusahaan. Pada tahap PVT, masih umum untuk mengirimkan kembali unit produksi dari produsen kontrak ke tim teknik untuk pemeriksaan kualitas akhir sebelum produk siap dikirim ke pelanggan—terutama saat pandemi global membuat kontrol kualitas secara langsung di pabrik. CM tidak mungkin.

Produksi Massal (MP)

Tahap terakhir dalam evolusi kematangan produk adalah peningkatan menuju produksi massal (MP). Biasanya dimulai dengan jumlah minimum 5.000 unit tetapi dapat menghasilkan hingga beberapa juta unit dalam hal produk konsumen populer seperti PlayStation, iPad, iPhone, atau kubus Rubik.

Pada fase ini, lini produksi awal mungkin direplikasi ke jalur lain untuk dijalankan secara paralel. Analisis kegagalan dan hasil pada sebagian kecil unit memastikan kualitas yang konsisten. Pengembalian pertama akan masuk, dan analisis EFFA akan memastikan bahwa semua unit yang gagal berhasil kembali ke tim teknik. Untuk lebih menjamin kualitas, pabrik dan vendor perlu diawasi agar tidak ada perubahan yang tidak terduga dalam parameter perkakas atau proses yang mengarah ke perubahan kualitas. Fokus keseluruhannya adalah pada peningkatan hasil, pengurangan biaya, dan perluasan jika diperlukan. Tim pemasaran dan penjualan di sini dapat fokus pada pengembangan jaminan, periklanan, serta memprediksi volume penjualan.

Unit Formulir 3L yang diproduksi secara massal setelah QA/QC di pabrik kontrak.

Berbagai Tahapan Proses Pengembangan Produk Baru untuk Perangkat Keras

Panggung	NPP	POC	EVT	DVT	PVT	MP
Kedewasaan	Kasus bisnis	Prototipe alfa	Prototipe beta	Contoh pra-produksi	Produk komersial lengkap	Produk komersial lengkap
Durasi	1-3 bulan	3 bulan hingga 3+ tahun	3-6 bulan	3 bulan	1 bulan	3+ bulan
Fokus	Pahami peluang pasar, PRD	Buktikan keinginan pengguna	Unit layak produksi	Kelayakan penskalaan	Kesiapan MP	Jaminan kualitas
Kuantitas	0	5	<50	<500	500+	5.000+
Penjualan	Pemosisian	Rencana pemasaran	Perkiraan penjualan	Persiapan peluncuran	Paket penjualan	Iklan
VOC	Wawancara, grup fokus	Pengujian pengguna eksplorasi	Tes pengguna berbasis lab	Tes pengguna di tempat	Analisis lapangan	Umpan balik berkelanjutan
Lokasi	Di dalam perusahaan	Mitra desain internal + (opsional)	Mitra internal + teknisi (opsional)	CM + validasi internal	CM	CM

Kesimpulan

Membuat keputusan yang salah atau mengabaikan detail penting pada tahap yang terlambat dalam pengembangan produk dapat menyebabkan biaya tinggi dan penundaan yang lama. Perusahaan juga tidak boleh merusak reputasi mereka dengan mengirimkan unit beta yang salah. Pendekatan gerbang fase berbasis validasi untuk pengembangan diperlukan untuk semua bentuk produk, sistem, dan layanan yang kompleks. Ini memastikan lintasan optimal menuju produksi massal sambil membatasi sumber daya seminimal mungkin.

Merangkum fase kematangan produk, tujuan POC dan fase prototyping adalah untuk memverifikasi bahwa konsep produk dapat dijalankan, orang membutuhkannya, dan memungkinkan untuk mengembangkannya. Selama tahap EVT, tim pengembangan bertujuan untuk membangun keyakinan bahwa desain akan berfungsi dengan benar. Tahap DVT memverifikasi bahwa desain dapat berhasil diproduksi dalam skala besar dan melewati segudang prosedur pengujian, sementara PVT ada untuk memastikan bahwa lini produksi dapat memenuhi metrik yang diinginkan. Selama produksi massal, fokusnya adalah pada penjualan, menjaga kualitas, menangani pengembalian, mempersiapkan perubahan desain di masa depan, dan akhir masa pakai.

Pentingnya PRD yang komprehensif, pendekatan pembuatan prototipe yang terencana dengan baik, dan analisis pada tahap awal pengembangan produk untuk mencegah perubahan intensif di masa mendatang tidak dapat dilebih-lebihkan. Begitu juga dengan kepuasan yang didapatnya untuk membuka karton induk pertama yang segar dari jalur perakitan dan melihat buah dari kerja keras berbulan-bulan bahkan bertahun-tahun.

Pencetakan 3D adalah salah satu alat yang dapat mendukung tim pengembangan selama proses pengembangan produk. Dari prototipe fidelitas tinggi hingga perkakas cepat serta jig dan perlengkapan untuk jalur perakitan, printer 3D dapat membantu Anda mempercepat proses pengembangan dan membuka jalan menuju manufaktur yang sukses.