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揭秘高端平板设计制造全过程:从设计思路到上市的全方位挑战

 2025年03月27日  阅读 11

摘要:想做一个平板并不难。如果你觉得只要找一家芯片方案公司获取主板以及配件,接着定制一批模具,将部件放入模具并印上logo就行……这种通过这种方式制造出来的平板价格通常较低,遗憾的是,这类平板常被称作“贴牌产品”。你可知?一款备受关注的高端平板,绝对不可能采用上...

想做一个平板并不难。如果你觉得只要找一家芯片方案公司获取主板以及配件,接着定制一批模具,将部件放入模具并印上 logo 就行……这种通过这种方式制造出来的平板价格通常较低,遗憾的是,这类平板常被称作“贴牌产品”。你可知?一款备受关注的高端平板,绝对不可能采用上述方式生产,其设计制造的整个过程,比想象中要困难得多!不信?那就来看一看吧。

近期,我们采访到了一位经验丰富的硬件研发负责人。我们探讨了高端平板硬件背后的历程,包括从设计到制造。这是一段艰辛的历程,我们收获满满。

第一步:确定平板设计思路

假设你是硬件团队负责人,公司领导让你来负责研发一款高端大气上档次的平板,要求半年内上市,之后便离开了。时间很紧张,你得立刻组织团队召开多次会议,明确接口按键的种类、摆放位置以及屏幕尺寸等参数,其中很关键的一点是确定处理器的型号,因为这对产品的性能和关注度有着直接的影响。

当确定了接口种类、按键位置、屏幕尺寸等参数后,就能够对机器的外观在概念上有一定的认知。然而,还有一个重要的环节,那就是添加一个能够让人一眼就认出来的标志性设计。比如 iPad 的 home 键,华硕变形平板的键盘底座等。虽然这不是必须的一部分,但是如果你制作的是一款高端平板,那么这一设计就显得格外重要。

第二步:把思路交给设计团队,让概念有了轮廓

你负责的平板现已确定配备了实用的接口,并且还配备了性能强悍的芯片。然而,它们之间是否会出现兼容问题呢?因为你并非专攻电子电路的人才,所以你不知道答案。

这时候你得让电子工程团队对这个概念设计进行初步的评估,这样就能发现设计里存在的各类问题,像高主频处理器的 ISP 没办法带动超高像素的摄像头;还有你打算设计一款超薄平板,然而要是配备标准 USB 接口就会失去便携性的优势,怎样进行取舍会一直考验你的决策能力。

经过不断地优化以及无奈的妥协,当电子工程团队认为这套配置差不多可以了,之后你就可以将思路告知设计团队,让他们来规划产品外观。他们会用一周到半个月的时间给你提供多个满足要求的设计方案。这些方案图纸会细致地设计机身外观每一处细节的尺寸,并且会充分区分不同材质、不同配色以及不同纹理所带来的感官体验。

假如你不干涉设计团队天马行空的设计方案,那么设计团队会创造出很多仅停留在概念上的方案。例如,金属外壳虽好,却会屏蔽 Wi-Fi 信号;接口集中在一侧能增加产品设计感,却会降低结构强度。所以,你需要让设计团队与电子工程团队密切沟通,以防止最终的设计方案无法实际应用。

第三步:内部结构设计

你花了将近一个月的时间,终于把产品的参数和外观确定了下来。拿到了机身模型后,却发现它没有功能,也没有任何元件。接着,你需要去探访机械结构团队,以完善内部结构。

机械结构团队的任务是将各个元件合理地分布在相应位置,并且在满足设计要求的情况下确保机身结构的强度。然而,事情不可能一帆风顺地进行。要明白,在尚未确定配件提供商的时候,只能对内部元件的形状以及摆放位置进行大致的规划。

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此时,电子工程团队并未闲着。他们已经着手设计连接各个芯片以及功能部件的电路。同时,他们还将这个复杂的电路按照机械团队所限定的形状设计成了主板。如果任何一方认为对方的设计无法满足自己,那么就会进入一个争吵妥协的循环,最终找到解决办法。

很显然,在这一环节,机械结构团队会得到你的重视。但别以为他们会像得到皇上侍寝的妃子那般高兴,因为在他们的工作里,一方面要设计机器的内部构造,另一方面还要评估产品量产后的物料成本、加工方式、生产良率以及困难度等问题,并且要着手去解决这些问题。如果任何一个问题没有得到处理,那么工作就会回到原点。而在这个时候,你已经浪费了两个多月的时间。

机械结构团队的一项重要任务是保证产品的结构强度,这象征着产品的品质。目前高端产品为提升机身结构强度会采用两种设计,一种是一体成型机身设计,另一种是内置防滚架设计。通常情况下,一体成型机身设计的生产成本更高,且结构更复杂;而内置防滚架设计虽然成本低,但难以把产品做薄。

你会为二者的取舍而感到纠结,然而你的机械结构工程师的纠结程度更甚。因为无论是哪一种结构,他们都必须为了降低机身重量而尽可能地减少用料,同时又不能破坏结构的强度。所以在很多产品的内部,我们能够看到那些坑坑洼洼的地方,那部分材料很有可能是工程师经过长时间的思考和纠结之后才决定去除的。

第四步:挑选元器件

内部结构大体设计完成后,你怀着激动的心情走出工作室,此时你的脑子在快速思索着以下几个问题:选用哪家的元器件能在产品有限的空间里给予最佳体验?是否要运用自己公司设计的元器件?怎样将元器件采购成本控制在规定的范围之内?

其实在前面的内容里,我们忽视了一个问题。如果你是一家像苹果、三星这样具备自行设计芯片、感光元件等核心零部件能力的厂商,那么在进行产品开发之前,你需要向相应的团队提出你的配件性能需求,或者直接选择他们的某款产品。这样做会为你节省不少成本。如果不这样做,你就需要去探访第三方厂商,以寻找最佳货源。

一般来说,你会对机内的元器件进行选择,会比较多家的产品,看看哪家的最适合自己。比如扬声器,当你拿到多个厂商提供的十几种扬声器后,需要为它们搭配合适的解码芯片,并用专业测试设备逐一去了解它们的音频曲线,从而找到最出色的发声单元。不算完,你需拜托音频厂商为你的产品定制形状合适的发声单元,还要确保这发声单元在有限的机内空间足够大,以带来更出色的低频效果。

平板对摄像头的需求不高,你能够找一家国内的传感器厂商,让其提供一套成本较低的摄像头组件。然而,倘若你对细节有着极致的追求,那么或许会依据下面这套工序来定制摄像头。

摄像头由两部分构成。一部分是底层的感光元件,另一部分是镜片组。这两部分通过外壳封装在一起。要拥有出色的成像质量,就得找到像索尼这样专门制作感光元件的大厂来提供感光元件。然而,他们的镜片组或许不能让你满意,所以需要找一个拥有丰富镜头制造技术的厂商,让其提供拥有更多镀膜的镜片。最后,再找一家出色的封装厂商,将感光元件与镜片封装在一起,最好还能提供出色的对焦性能。这样,你的产品就可以拥有旗舰级拍照能力了,当然,还有一个前提是产品的 ISP(图像处理器)足够优秀。

还有一些其它零部件的选择会像这样折磨你,比如电池。其一,容量要尽量大,然而不能超过某个限度,否则你的产品就无法空运送货;其二,要确保它足够薄,以此来降低产品厚度,不过也不能太薄,不然会降低放电效能;其三,还得满足销售国严格的产品质量指标,像我国的 3C 认证,欧洲的 CE 认证等。

屏幕似乎对日系和韩系的著名品牌较为青睐,其他品牌大概难以让它满意。因为目前先进的平板屏幕技术大多在它们手中。在这些厂商里,三星的屏表现最为出色且技术成熟度最高,它能够做到更薄,色域宽广,功耗和亮度也都令人满意。但除非你正在打造下一代 TabS 平板,否则很难拿到其货源。那么其它家的高端屏幕相差就不会太多了(个人观点)。如果要选择的话,最好具备和苹果一样的 in-cell 全贴合屏幕技术,这种技术能将屏幕做得更薄。当下流行负液晶面板,且背光亮度要高于 400 尼特,再用上最新的康宁四代大猩猩玻璃,涂上抗反射涂层,那么你的产品就会拥有一块出类拔萃的屏幕(在不考虑成本的情况下)。

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第五步:打造主板,解决零部件契合问题

你挑选了很棒的配件,满心欢喜地回到公司,想着要尽快开始生产工程样机。你可能没察觉到,接下来会有很多新问题在等着你,并且离产品发布时间只剩不到两个月了。你赶紧来到电子工程团队,他们在等着测试所有零部件能否正常运转。但目前产品的主板还只是停留在设计图纸上,所以你接下来得马上联系代工厂为你代工主板。

在代工厂里,有一个生产主板的车间,它被称作 SMT(表面贴装技术)车间。这个车间里有许多价值极高的机器,它们组成了一道生产线。这里毫无疑问是工厂中自动化水平最高的车间,因为所有生产主板的工序都离不开这些机器来完成。然而,生产主板的第一步必须由人来负责,人们需要对机器进行编程,教会机器该如何操作。机器开始以流水线方式运作。首先生产 PCB(印刷电路板)。接着在 PCB 上贴装芯片等元件。然后进行回流焊以固定原件。之后清洗主板。有些厂商会对芯片边角进行人为点胶固定,让芯片更稳定地呆在主板上。最后的工序是植入系统与检测功能。若有问题,会有专人进行返修;若无问题,便是主板成品。

你拿到了植入了系统的主板,接着立刻前往结构工程团队,将主板放入已做好的机身结构中,查看是否合适。然而,你可能会发现主板因各种原因无法与模具匹配,比如长度稍长,或者主板上的接口与模具开口不对位等情况。因此,你需要对主板布局进行改善,甚至设计多块子板,以确保主板与机身相契合。

主板契合仅仅是个开端,随后要把屏幕以及扬声器等零部件安装到机器中。这些零部件同样会与机身有各种契合方面的问题,把这些问题解决并且确保能够正常工作之后,恭喜你,你面前终于出现了一台功能完备的平板成品。然而,你还得对它的外观和细节进行进一步的调整,并且制造出一台又一台的工程样机,最终让产品磨合至完美状态。此时你的产品还有不到一个月便会上市。

第六步:工厂规模量产

你的平板历经千辛万苦,终于有了令人满意的外观,具备了强悍的配置,也拥有了出色的品质,然而工作并未结束。你得利用距离产品发布不到一个月的这段时间,全身心地泡在代工厂里,为大规模量产出谋划策。

对于量产而言,你需要处理好生产良率以及生产效率这两个极为重要的问题。要解决良率问题,就得持续对产品制造工艺进行修正。而生产效率可以借助一些技巧来提高,例如,若要把一块金属原材料加工成防滚架,仅仅使用 CNC 机床进行加工的话,大概需要一到两个小时,且成本相当高。如果用熔铸的方式勾勒出它们的外形轮廓,接着用 CNC 机床打磨细节,那么就能够加快生产效率,同时也能降低成本。

最后,你抵达了产品的组装车间。在这个车间里,有许多工人和设备。这些工人和设备将一个个零部件最终组合在一起,使其成为一台崭新的市售平板。怎样合理且科学地分配每个工人或者机器的工作流程,让生产形成一个连贯的流水线,是你接下来需要持续进行探索和完善的……

看到一台台量产机从生产线上走下来,你终于能放松下来,然后可以睡一个安稳的觉了。

6 个月后的某一天,你们公司在一家非常豪华的酒店举行了一场盛大的发布会。你身处舞台之下,目光紧紧盯着公司的 CEO。他展现出十足的自信,向全世界大力推广你精心打造的平板电脑。他详细介绍了这款平板电脑优秀的外观设计,以及出色的性能和稳定性。当最后公布价格的那一瞬间,全场都发出了欢呼声。你也跟着现场的观众一同站起身来鼓掌。你不由自主地望向了周围的设计团队、电子工程团队、机械结构团队以及软件团队的兄弟们。彼此对视的眼神传递出了一个共同的意思:我们成功了!

声明:作者通过采访硬件工程师并调查大量资料才写出本文内容,然而此内容不具备普适性,仅可作为参考。

版权声明:本文为 “博览广文网” 原创文章,转载请附上原文出处链接及本声明;

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