183月 2018

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我是硬件工程师 我承诺:不为山寨产品画原理图和拉线

硬件设计 by xfire

今年的315晚会,央视曝光了一批模仿大牌的山寨包装产品在农村市场销售赚取暴利的情况!“核桃花生”饮料里没核桃:一罐“添加剂料汁”兑出8000瓶饮料,这些山寨产品真是坑你没商量。除了在产品类型上跟风模仿,有的公司在外包装上也是煞费苦心。产品都和某品牌核桃乳非常相似,“六个纯核桃”只多了一个字;“六仐核桃”、还有“六禾核桃”,只是一笔一划的差别。六个核桃、七个核桃、八个核桃、九个核桃、最后出必杀技 — 全是核桃,老wu也是服了!

同样!在电子产品市场,老wu也有被各种山寨电子产品坑过的经历。身为有责任的硬件工程师,我们必须行动起来!拒绝为山寨产品画原理图和拉线!!!

曾几何时,“山寨文化”成为中国制造的代名词,特别是电子产品领域,“山寨文化”更是被部分企业奉为抢占市场的法宝,而在中国知识产权保护意识薄弱、市场和用户贪图低价忽视品质和服务的当下,“山寨文化”确实一度找到了自己滋生的土壤。

那什么是“山寨文化”呢?老wu维基了一下:

山寨文化泛指对知名或权威事物的冒充,多含有贬义。常见于但不只限于电子产品领域,尤其是继手机、3C产品后,近来陆续延伸到智能家电与新技术领域,甚至汽机车等复杂的工业制造品。二十世纪早期仿冒的手段在较晚工业化的国家,例如日本、韩国、德国中很常见,但因为贸易技术限制,规模通常不大且以国内替代进口为主,但在全球化后的2000年代开始,网络等信息流通快速,中国大陆出口型态的特殊山寨文化成风,虽然绝大多数山寨业者通常都成立不久,便因为疏于经营而倒闭,但少数案例中却勤于研发和营运,由于有效控制成本和品质的平衡,加上后续改良能够甚至追赶上产品迭代,这种知名的山寨厂商就不会被淘汰,长期下来的价格优势会变得十分明显,原创者若未有足够准备,市场可能就陷入激烈竞争中。

这些通常都只会在商标、外观上跟随流行(仿冒),到逐渐出现以代工工厂零件所拼揍的供应链(高仿),后来甚至会出现能自行研发专利的大型公司(山寨品牌化)。手段一般从最简单只在外观上做手脚,再到功能体验也与参考的知名对像极为相似开始,逐渐以动用逆向工程的拷贝方式,或者升级到挖角对方技术、设计人员的专利借鉴,还有窃听到产品理念的风声就先行开发,赶在对手“推出前就先被山寨”的惊人抄袭速度。山寨的技术也从单纯品牌山寨变成产品功能、专利的山寨,这在西方众筹网站(如Kickstarter)流行后尤甚。

“山寨”一词的字面含义是筑有栅栏等防御工事的山庄,引申为盗贼、土匪或无政府管理之意。在粤语中,常用“山寨厂”来描述小规模、低成本的家庭作坊。此类小型作坊往往以代工和仿制为主,缺乏设计能力和自有品牌。随着21世纪以来深圳等地电子产品制造业的兴起,“山寨厂”得到了快速发展,其产品迅速销往中国各地甚至海外,而“山寨”一词也随之迅速流行,成为大众常用语言,同时也开始应用于除了电子产品之外的其它行业。2008年6月10日,中国中央电视台在《经济半小时》节目中使用“山寨”一词,并对山寨产品进行了报道。

由于我国普遍不尊重且无视外国知识产权,常常可以非常快速跟风仿冒外国最新流行商品。更有甚者,因改革开放后晋升世界工厂,许多国外品牌厂商在中华人民共和国设立生产工厂,因此几乎零配件的供应链都在中国境内,使得山寨品牌也非常容易找到原版商品的供应商,甚至不用重新开规格就能照抄所有设计。由于逃避了设计、品牌、专利和许可的费用,山寨产品通常具备低廉的成本和售价,在低端市场具备很强的竞争力。同时,许多山寨产品模仿和冒充知名产品的品牌和外观。但是另一方面,山寨产品往往也会添加原产品所不具备的特性和功能来满足草根阶层的消费需要,例如具备“超长待机”、“超大音响”、“双卡双待机”的手机产品等,这一行为有时也被称为“第二代创新”

关于山寨产品的正面评价

香港企业家王维基认为,如果山寨只是模仿产品构思而不侵犯专利或版权,就是合法的。以优酷模仿YouTube为例,规模小、有弹性,反而是理想的创业模式。

德国学者Jörg Jelden认为,中国的山寨制造商在原产真品的基础之上,又根据当地需求进行发展,例如可以使用两张SIM卡的山寨iPhone等。

关于山寨产品的负面评价

中国青年出版社社长张景岩认为:“急功近利的‘山寨风’愈演愈烈,将加剧中国文化原创力的脑萎缩和脑死亡,这是一个非常可怕的信号”。

由于我们还是发展中国家,我们的科技基础及工业化程度都相对薄弱,而我们现在科技生产力的主力军70、80、90的成长受教育阶段,我们国家的人均购买力都是相对低下的,贫穷限制了我们的想象。

虽然现在GDP生产总值据说已经跃居世界第二,但一人均起来,咱们只能算是中等偏上水平,全球181个国家排名第70位。中国人均GDP仍然很低,且GDP指标不能体现生活质量。

目前我国距离最富裕的国家仍相去甚远,人均GDP仍不足美国的四分之一。由于中国经济产出有近一半来自投资,它的相对人均消费甚至更低。GDP指标并不能体现诸如生活环境、社会安定、生活服务条件等与老百姓生活质量切实相关的因素。从中美两国制造业水平、科技水平、包括单位GDP的含金量和其代表的社会生产力水平来看,差距都非常大。

所以即使是用购买力平价调整过的人均国民生产总值也要谨慎使用,因为它只是生活质量的众多标准之一。其它的指标,如住宅的质量、公共服务的质量和水平、污染程度、消费者保护法的力度等等,很难测定,并且未在国民生产总值中反映出来。

中国是世界制造业中心,服务业、高新技术产业比重偏低,这与美国完善的产业结构不可同日而语。此外,中国还面临着区域发展不平衡、环境污染、能源短缺等诸多发展带来的问题,这都需要较长时间来解决。中国的创新能力与美、日最大的差距在于科技创新效率,不论是三方专利数还是每千人R&D(research and development 研究与试验性发展)人员专利数,中国都远远落后于美国和日本。虽然在过去的20余年中中国的创新能力已经得到了长足发展,但与世界先进创新型国家的差距仍然明显。

所以,至少未来十年甚至二十年,咱们国家的企业,更多的是以“第二代创新”为主的企业,老wu觉得,能做到像麻花藤的连原创都给抄挂了的企业,还是蛮吊的。但是对于明目张胆的仿冒,假冒甚至是以次充好,把不合格或者设计有缺陷的产品推向市场,老wu是坚决抵制的,老wu也拒绝为这类公司或产品做产品设计,给多少钱都不干。

如果你的公司老板是那种纯粹的只想靠山寨产品赚快钱,老wu劝你还是早做打算吧,老板完全不注重产品研发的投入,山寨虽然能在短时间内赚到钱,但长久不了的。老板赚到钱后换好车、养小蜜、炒房子,而你却连专门的研发实验室都没有,用着低端而且破旧的调试仪器,申请买个好一点的示波器,报告打上去了,老板只是口头答应,却迟迟没让财务拨款,确实是让研发工程师心寒的。老板不注重研发投入,产品是山寨别人的,核心技术你没有掌握 ,而且山寨产品都是两三年就得换产品方向,没有一个持续的技术积累,你研发能力没法获得提高,早点撤离才是王道。

但如果你在注重创新的公司,公司也是以产品质量和科技创新为导向的,但由于产品的可靠性设计问题,造成产品质量缺陷,变成山寨质量产品,那这个锅就得咱们硬件设计工程师来背了。

硬件设计工程师的工作职责是:根据产品经理的需求PRS(Product Requirement Specification),在COGS(Cost of Goods Sale)的要求下,利用目前业界成熟的芯片方案或者技术,在规定时间内完成符合PRS功能(Function),性能(Performance),电源设计(Power Supply), 功耗(Power Consumption),散热(Thermal/Cooling),噪音(Noise),信号完整性(Signal Integrity), 电磁辐射(EMC/EMI),安规(Safety),器件采购(Component Sourcing),可靠性(Reliability),可测试性(DFT: design for test),可生产性(DFM:design for manufacture)等要求的设计工作。

一个成功的硬件设计,功能Function只是一小部分,至于其他的因素和能力,一个HW的能力取决于能考虑因素越多,越深入,就越是一个优秀的HW工程师。同样,产品设计时能考虑因素越多,最终产品的可靠性则越高。

老wu这里转一下网上一片不较好的硬件工程师研发需要关注的技能总结,出处已经找不到了,有些遗憾,在此谢过,🙃

1. 成本 Cost:

任何一个卖硬件产品的公司的主要盈利一般来说就是销售价格-COGS,而COGS 90%取决于设计,剩下就是生产成本了,这个价格一般来说比较透明,代工厂也很多,竞争激烈。虽然说设计成本60%也取决于主要芯片的价格(这个主要要靠公司高层跟芯片厂商谈判的结果了,HW的作用有限,更多是系统工程师做决策用什么芯片能符合产品需求和软件功能需求),但是剩下的电阻,电容,电感,二极管,三极管,保护器件,接口器件,逻辑芯片,逻辑功能,小芯片,电源电路全都是HW做主了,当然有参考设计,不过一般来说参考设计为了更好体现芯片的良好性能,一般会选用比较贵的,性能更好的器件,这就要结合公司的器件库进行取舍了。 我的经验是多看看公司的同类产品设计,看看大家主流是用什么器件,毕竟对于元器件来说,价格跟购买量有很大关系,不同的采购量导致的价格可能相差几倍。

2. 信号完整性 Signal Integrity:

主要影响两方面:EMC和时序Timing,不好的SI设计会有很强的过冲over/undershoot,尖峰Spike,这会造成对应频率N谐振频率的发射;不好的SI设计会导致High/low不稳定,或者上升时间/下降时间Rising Time/Falling Time占数据周期过长,或者时钟不稳定,都会导致在接收端采样Sample时出现误判断,实际上,接收端不会出错,出错的只是信号。 SI设计在原理图设计来说,主要从阻抗匹配(串行电阻)上来解决,辅以适当的退耦滤波电容;跟主要是在PCB上,一般来说PCB层数越多,SI会更好,当然这里要跟Cost 进行一个取舍了。

3. 电源设计 Power Supply:

虽然一般大些的公司都有专门的电源设计工程师,不过对于HW来说,基本的Power设计能力还是很重要的,从道理上来说,任何电路都是一种电源,任何电路问题都可以归结于一种电源问题,只有对于电源电路理解深入了,才能对于电路板理解跟深入,尤其是对于模拟电路问题,才能想到用模拟电路来设计一些简单电路,而不是费力用逻辑电路来搭。

4. 安规 Safety:

对于接口电路来说,主要成本都在与安规器件,这个接口究竟要抗多大的电压,电流打击?这就要好好考虑用什么器件了,fuse? PTC? TVS?高压电容?

5. 电磁兼容 EMC/EMI:

主要是针对各个国家的相应规范(安规也是),对于各种可能产生辐射的信号都充分考虑好退耦,滤波,对于欧盟来说一般是EN55022/EN55024,对于美国一般是FCC Part 15, 欧盟和美国的辐射标准略有不同,欧盟的标准稍微严格一些。

6. 功耗 (Power Consumption):

现在都提倡环保,运营商也是,HW也必须考虑省电,比如用效率更高的电源电路,用PWM替代LDO,效率更高的转换拓扑。

7. 散热 (Thermal/Cooling):

芯片集成度越来越高,单芯片的功耗从几瓦到现在的几十瓦,散热就是一个大问题,而且伴随着接口的速率提高,接口芯片的功耗也在提高,造成整个系统就是:热!这就需要好好考虑散热问题,从PCB的布局,到散热片Heatsink的使用,到风扇的使用,都有很多考虑。

8. 噪音(Noise):

风扇是散热最好的办法,但是带来的问题就是噪声,ITU对于通信设备的噪声也有明确的规范,这就需要平衡风扇数量,转速,风向,控制等因素。

9. 器件采购 (Component Sourcing):

HW选用的器件必须得是Sourcing部门能够采购到的,而且一般也要考虑second source的问题,和lead time的问题,不能说选用一个只有一个小公司生产的稀有器件,万一这个器件EoL了,你是怎么办?只能修改设计了,这就损失大了!

10. 可靠性 (Reliability):

整个系统MTBF的数值多少?风险最大的器件是什么?每个器件的工作Margin是百分之多少?

11. 可测试性(DFT: design for test)/可生产性(DFM:design for manufacture):

主要针对于工厂的考虑,必须考虑到方便工厂的生产测试,方便生产,如果你的测试很复杂,会大大降低生产线的产能和良率,进而影响供货以及生产成品。

老wu之前写过一篇博文《震精了,从产品失效看PCB Layout菌是如何分分钟败掉一家公司的》从PCB Layout 的角度分析产品的可靠性设计对于一家企业是多么的重要。

电子产品设计可靠性是指电子产品在规定的条件下,在给定的时间内执行所要求的功能不出现失效的概率。一旦产品研制成功后,一般就认为产品设计已经结束了。

产品可靠性更关注下一步会发生什么,如何能改变提高产品可靠性。提高产品可靠性是提高产品完好性和工作成功性,减少维修和寿命周期费用的重要途径,在产品研制过程中,深入开展可靠性工程,对提高产品可靠性具有十分重要的意义。

所以,你以为你将各种EDA Layout软件菜单功能熟记于心,就是一枚合格的硬件设计工程师了吗?其实你还在门槛而已。让我们看看一则关于硬件设计工程师的招聘要求吧,朝这个方向努力,避免公司在pcb量产生产装配过程中的无效损失,节约物料成本,人工成本,降低返修率,老wu觉得公司给你2W+的年薪和参与分红,那也是很自然的事情,O(∩_∩)O~

硬件设计工程师招聘要求
岗位职责:
1、从事单板硬件或者模块开发工作,参与相关质量活动,确保设计、实现、测试工作的按时保质完成;
2、硬件单板的原理设计、PCB设计(Cadence 、Altium Designer),单板调试和测试;
3、参与项目组织管理(项目目标管理、范围管理、时间管理),能够识别方案设计中的风险点和关键路径;
4、(加分项)负责产品硬件系统总体设计方案;
5、(加分项)跟踪硬件设计相关领域技术发展状况,积极推动技术创新工作的开展;
6、(加分项)在技术上对产品的硬件架构负责,制定产品硬件平台标准,保证硬件平台的可扩展性。
任职要求:
1、有良好的数字电路、模拟电路基础,三年以上硬件设计经验;
2、电子、计算机、通信、自控、自动化相关专业本科或以上学历;
3、有过高速数字电路、高频模拟电路(射频电路)设计经验者优先;
4、具有型号项目研发及相关国产器件选型经验者优先;
5、有良好的英文阅读能力,有书写规范文档的能力。
6、富有很强的责任心,工作主动认真,有时间观念,善于思考问题
7、(加分项)熟悉硬件系统架构设计,了解高速信号、背板设计、CPU/FPGA架构、电源、时钟处理、存储器选型、网络数据处理、总线架构等设计原理;
8、(加分项)熟悉硬件可靠性设计和测试工作,了解EMC、EMI、安规、环境适应性等设计和测试工作。
9、愿意长期在上海就职者优先。

这里,老wu在分享一片不错的关于电子产品高可靠性设计、仿真与调试的ppt,大家可以下载参考参考。

如何下载 《电子产品高可靠性设计、仿真与调试》PPT

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