Разработка смартфона класса «премиум» по заказу компании MAGO Mobile

3055_32.1135687345.96533055_13.1135687346.12623

Презентация проекта, разработанного Maslovdesign, подняла ряд вопросов, типичных для российского рынка промдизайна. Вслед за концептами многих известных дизайн-студий на этот проект был повешен ярлык «лишь вкусных рендеров» и «еще одного виртуального». Сейчас мы можем приподнять завесу и показать часть «внутренней кухни». Основная цель статьи – продемонстрировать специфику разработки электроники (в рамках Product Design&Development Cycle), объем работ и возможности российской инжиниринговой компании. Ну и, естественно, опровергнуть тех, кто считает и пишет, что в России возможны только «виртуальные» проекты. Итак, по порядку…

Предисловие

Старт проекту был дан осенью 2004 года. К моменту привлечения инжиниринговой компании командой Заказчика и Maslovdesign  уже была проведена работа по постановке задачи, позиционированию продукта, в общих чертах описаны желаемые потребительские характеристики.
Эта работа не прекращалась и в процессе выполнения проекта, т.е. периодически требования уточнялись – это была реакция на определенные изменения рынка.

Задача была сформулирована следующим образом – провести разработку и производственную подготовку смартфона, обладающего уникальными характеристиками в своем классе и сочетающего в себе набор уникальных факторов. А именно:
– максимальную наполненность высокопроизводительной электроникой *
– компактные габаритные размеры (минимально возможные) **
– высокотехнологичные материалы, позволяющие относить продукт к классу luxury или premium и привносящие новые свойства в восприятие продукта ***
– выход продукта на рынок должен произойти через 11-12 месяцев после начала работы над проектом

Заказчик провел исследование среди нескольких компаний-разработчиков (российских, европейских и азиатских) и по результатам предварительных переговоров остановил свой выбор на нашей компании. На тот момент «Танчер» уже имел в своем активе ряд завершенных проектов для зарубежных заказчиков, связанных с беспроводными терминалами (в том числе GSM коммуникаторов для компаний AT&T Wireless и Planet Halo, USA).

Компания «Танчер» работает на рынке разработки электроники уже несколько лет (основной «костяк» команды входил в состав компании «Сайбико Лабораториз») и имеет как отлаженные связи с поставщиками и производителями по всему миру, так и большой опыт практической работы.

Этот проект представлялся действительно крайне сложным как с технической стороны, так и с точки зрения сроков разработки. Однако он вызвал у нас большой интерес, это был своего рода вызов возможностям нашей компании и в ноябре 2004 года мы начали работу над проектом, приступив к написанию Технического Задания. Кроме того, такая постановка задачи требовала очень плотной коммуникации между дизайнерами и разработчиками и это могло быть еще одним аргументом в пользу выбора нашей компании (и дизайн-студия, и компания-разработчик находились в Москве).

Как вы понимаете, некоторые детали, а так же технические подробности будут опущены по причинам сохранения коммерческих интересов Заказчика.

Позиционирование продукта

* – это инструмент деловой элиты, который будет использоваться не только как статусная вещь (кусок драгоценного металла, с которого можно лишь звонить и отправлять SMS) но и как полнофункциональный смартфон, со всем набором офисных приложений, возможностью установки большого числа дополнительных программ (в том числе и персонализированной оболочки), обладающий повышенным временем автономной работы в жестких режимах, работающий с различными стандартами и диапазонами (в том числе 4-х диапазонный GSM для работы в странах Европы и Америки, GPRS Class 10, Wi-Fi, Bluetooth). Повышенные требования к сохранности и защита от несанкционированного доступа к персональным данным. Ключевой регион сбыта (страны Западной Европы) предъявляет особые требования по соответствию нормам и стандартам Евросоюза.

** – основной принцип определения функциональности – используемые компоненты должны занимать минимальный объем при максимальной функциональности. Это стало одной из самых сложных задач в процессе разработки, т.к. в очень часто подобные требования являются взаимоисключающими. Специалистам «Танчер» удалось успешно решить эту задачу (см. ниже сравнение размеров).

*** – легенда брэнда подразумевала использований «космических» материалов – т.е. материалов с особенными свойствами, при производстве которых используются самые современные технологии, которые по стоимости могут соответствовать драгоценным металлам, но занимают другую пользовательскую нишу.

Рассмотрение пожеланий потенциальных потребителей привело к отказу от использования встроенной цифровой камеры. Этот факт уже находил подтверждение в продуктах других компаний, нацеленных на группу бизнес-пользователей. Совокупный набор требований к электронике формировался и на основе анализа близких по функциональности моделей и перспективных разработок потенциальных конкурентов.

На настоящий момент на рынке наиболее значимую нишу занимают продукты тайваньской компании HTC – смартфоны и коммуникаторы, максимально «продвинутые» с точки зрения электроники.

Новинка 2005 года – реальное воплощение, приближенное к результатам наших выводов с точки зрения функциональности – коммуникатор Qtek 9100 (см. описаниеhttp://www.hpc.ru/lib/arts/2144/1.shtml ).
Однако, стоит отметить, что разница между составлением ТЗ на смартфон для MAGO Mobile и выходом указанной модели составляет порядка 11 месяцев.

Забегая вперед, представим сравнительную таблицу:

 

Qtek 9100 Mago
Операционная система: Microsoft Windows Mobile 5.0 Microsoft Windows Mobile 5.0
Процессор: TI OMAP 850, 195 МГц Intel PXA270, 624МГц
Память: 64 Mб RAM, 128 Mб ROM 128 Mб RAM, 128 Mб ROM
Экран: 2,8″ (71 мм), трансфлективный TFT, 320×240, 65536 цветов 2,8″ (71 мм), трансфлективный TFT, 320×240, 262000 цветов
Расширение памяти: miniSD SD, MMC
Коммуникации: IrDA, Bluetooth 2.0, GSM 850/900/1800/1900, GPRS Class B/10, EDGE, Wi-Fi (802.11 b/g) Bluetooth 2.0, GSM 850/900/1800/1900, GPRS Class B/10, Wi-Fi (802.11 b)
Камера: 1,3Мп КМОП нет
Клавиатура: аппаратная QWERTY, 39 клавиш Стандартная телефонная, 17 клавиш+ 5-ти позиционный джойстик
Батарея: основная съемная литий-ионная, 1250 мАч, 3.7 V, резервная NiMH основная съемная литий-ионная, 1950 мАч, 3.7 V, резервная NiMH
Аудио: микрофон, динамик, 2,5-мм разъем для стереонаушников Микрофон + дополнительный для шумоподавления, динамик + громкая связь, 2,5-мм разъем для стереонаушников
Размеры: 108х58х24 мм 134.5х55х15 мм
Вес: 169г. ~215г.
Материалы корпуса: Пластик Авиационный титан, нержавеющая сталь, спец. абразивостойкие покрытия
Цена: ~1000$ ~3000EUR

 

Сравнение объемов одного из самых маленьких смартфонов от HTC i-mate Jam с аналогичным экраном QVGA со смартфоном MAGO дает следующие результаты:
MAGO Volume=134.5x55x15mm =     110962,5mm^3
i-mate Jam Volume=108x58x18mm =112752mm^3

В процессе подготовки Технического Задания был составлен план разработки всего проекта и подробный план разработки до момента начала производственной подготовки. Условно его можно представить в виде 4-х основных стадий, которые подробно будут описаны ниже:

·Разработка и изготовление макета
·Подбор материалов и технологий
·Изготовление dummy sample
·Изготовление прототипа

Разработка и изготовление макета

В нашей работе мы обычно используем схему: макет – прототип (1-3 итерации) – подготовка к производству – производство.

3055_78.1135687346.43949

Рис. 1 План разработки макета.

Макет это полнофункциональная часть, содержащая в себе всю электронику, которая позволяет провести оценку работоспособности, площадь и объем под электронные компоненты, а так же проводить разработку низкоуровневого программного обеспечения.

Этот этап не так интересен с точки зрения дизайнера, однако именно он закладывает основу всей последующей разработки. Параллельно с инженерами-электронщиками и программистами проходит работа конструкторов и дизайнеров. Специфика компактных продуктов – именно электроника, электромеханические компоненты, разъемы и соединители, устройства интерфейса (экран, клавиатура), печатные платы и элементы питания являются образующими габаритных размеров и некоторых особенностей использования устройства.

Мы называем этот этап – уменьшение количества неизвестных. Т.е. приняв какой-либо фактор за основу (с точки зрения влияния на концепцию), можно проводить дальнейшую разработку именно в выбранном направлении.

3055_50.1135687346.81502

Рис. 2 Сравнение характеристик экранов

C точки зрения электроники был сделан выбор системы на базе одного из наиболее мощных процессоров для мобильных решений Intel xScale PXA270 с тактовой частотой 624MHz (c возможностью понижения частоты с целью энергосбережения).

Дизайн-концепция подразумевала визуальное восприятие продукта именно как телефона – как более привычное для пользователя; соответственно, разработка концепции проводилась в направлении традиционных мобильных телефонов – с вертикальным расположением экрана, клавиатурой и навигационными клавишами в нижней части.

Несколько слов о совместной работе дизайн-студии и инжиниринговой компании. В основу своей работы мы ставим превосходство дизайна. Т.е. идеи, заложенные дизайнерами, являются для нас основными направляющими в процессе разработки. И только в том случае, если проведенная работа показывает невозможность реализации идеи в «чистом виде», мы проводим консультации по поиску альтернативных возможностей (это относится как к случаю работы со штатным дизайнером, так и при работе с привлеченной стороной). Разумеется, такой подход подразумевает высокую квалификацию дизайнера, т.к. в противном случае эффективность сотрудничества резко падает. Хотелось бы особенно отметить, что совместная работа с Евгением Масловым позволила проводить разработку максимально продуктивно, благодаря его высокому профессиональному уровню.

3055_9.1135687350.95382

Рис. 3 Вариант компоновочной схемы

Предварительная компоновка и привязка ее к утвержденной заказчиком дизайн-концепции дала ориентиры по габаритам и идеологии конструкции.

Основополагающим элементом концепции выступила кредитная карта – габаритные размеры устройства должны соответствовать ее ширине и полуторакратной длине. Толщина устройства не должна превышать толщину новейших смартфонов или PDA ведущих производителей.

В процессе разработки макета мы проводили работы по схемотехнике, разводке печатной платы, заказу и закупке электронных компонентов. Из особенностей разработки электроники – для полноценной работы электронного устройства необходимо наличие всех компонентов. Т.е. отсутствие одного конденсатора или коннектора может привести к неработоспособности устройства вообще. В случае подобных проектов, как правило, ни один из дистрибутеров ЭК не может обеспечить весь спектр продукции, поэтому мы уделяем большое значение работе с поставщиками и производителями компонентов внутри своей компании. Причем для данного проекта (когда необходимо было выбирать лучшее из лучшего, самое новое, самое производительное и самое миниатюрное) эта задача являлась одной из самых важных.

Вне зависимости от расположения – Европа, Азия, Россия, разработчикам приходится сталкиваться с определенными сложностями в виде периодических сообщений от поставщиков об увеличении срока поставки, непредвиденных обстоятельствах (в том числе в виде таможенных служб – особенно актуально это для России), технологических ограничениях (именно для макетирования) и т.д. Например, наложение череды праздников (католическое рождество, европейский Новый год, православное рождество и китайский Новый год) может вызвать серьезную задержку по срокам (если они попадают на операции по доставке компонентов и некоторые производственные мероприятия).

В нашем случае задержка сдачи этапа на 10 дней была вызвана срывом поставки образцов процессора. Для обеспечения нормального хода процесса понадобилось провести перепайку stacked-up образцов, с изготовлением трафаретов для BGA микросхем с шагом 0.65мм и восстановлением шариков диаметром 0.3мм. Тем не менее, этап разработки макета был успешно завершен.

Параллельно с разработкой макета проводилась работа по разработке тестового программного обеспечения (для проверки правильности распайки и работоспособности элементов) и конфигурированию операционной системы Windows CE 5.0. Для этих целей использовалась Intel PXA27X Development Board Platform.

3055_29.1135687346.265823055_75.1135687347.1184

3055_21.1135340557.948323055_54.1135340558.09347

3055_11.1135687348.866563055_72.1135687349.40513

Рис. 4 Макет. Схематика. Сборочная схема. 3D модель. Разводка PCB. Компоновка.

Техническая проработка и аксессуары.

На основе технической документации (3D моделей и чертежей) в процессе работы над макетом периодически изготавливались нефункциональные модели смартфона. Для этого использовались методы быстрого прототипирования. Они предназначались для анализа эргономических, массо-габаритных характеристик, расположения функциональных и декоративных элементов, межклавишных расстояний, а так же размеров и формы кнопок управления.

Финальные размеры смартфона по результатам разработки макета были следующие: 132х54х16.5мм. Неожиданно, через месяц после завершения этапа изготовления макета Заказчик выдвинул требование уменьшить толщину смартфона до 15мм. На тот момент это было меньше толщины большинства мобильных телефонов и КПК и могло сравниться только с толщиной популярного КПК (не смартфона!) Fujitsu-Siemens Pocket LOOX 720.

К чему привело подобное требование? Практически к полному пересмотру компонентной базы (прежде всего, ключевых компонентов), изменению многих конструктивных решений, необходимости разработки собственной батареи (battery pack) и, как следствие, к увеличению первоначально утвержденного срока разработки.

В результате, через 3,5 месяца была подготовлена конструкторская и техническая документация на прототип смартфона, учитывающая новые требования по габаритам, а так же:

– все электронные компоненты и материалы соответствуют требованиям ЕС по содержанию свинца и вредных веществ (RoSH compliant)
– батарея смартфона – одна из наиболее мощных в своем классе (1950mAh, 3.7V), дизайн батареи (собственной разработки) соответствует общей стилистике смартфона
– разработана единая идеология доступа к SIM и SD картам
– разработана система подсветки клавиатуры, учитывающая материалы корпуса и клавиш
– ресурс клавиатуры позволяет делать более 1млн. нажатий (для сравнения – у обычных мобильных телефонов от 250 до 500 тысяч)
– разработана пыле-влагозащищенная структура клавиатуры
– динамик смартфона позволяет воспроизводить 64 голосные полифонические мелодии и используется для режима «громкой связи»
– используется система подавления посторонних шумов при разговоре
– разработана система сохранения данных при вынимании батареи (данные из оперативной памяти не исчезнут безвозвратно при отключении питания)
– проведено тестирование возможности использования встроенной антенны для выбранных материалов и геометрии корпуса
– разработан порядок и технология сборки

Цифры и факты

В процессе выбора и заказа электронных компонентов проводились переговоры с более чем 80 компаниями-производителями и поставщиками из различных регионов мира. При производстве прототипа использована продукция более чем 40 производителей (около 800 позиций электронных компонентов на 1 прототип). Все производители рассматривались с точки зрения качества и надежности компонентов. Каждый из них является лидером в своей области, либо входит в число лучших. Конструкция содержит 5 печатных плат и 4 шлейфа-соединителя (технология печатных плат – 8 слоев, 0.1мм сквозные переходные отверстия и 0.35мм минимальный размер площадки), предусмотрена специальная противоударная подвеска.

Помимо этого, рассматривались возможности размещения 2-й SIM карты, увеличения длины стилуса, изменения геометрии корпуса (возможности кардинальной модификации дизайна без увеличения габаритных размеров и изменения конструкции), размещения дополнительного спикера для стереозвучания.

Параллельно с работами по смартфону, совместно с Maslovdesign, Tancher проводил работу по подготовке технической и конструкторской документации для аксессуаров – крэдла для зарядки, адаптеров питания со сменными вилками, кабелей с нестандартной формой сечения. Порядок работы по аксессуарам аналогичен работе над смартфоном – разработка ТЗ, составление плана, разработка технической и конструкторской документации совместно с дизайн-студией и представителями Заказчика, макет, прототип и т.д.

3055_14.1135687343.436293055_18.1135687343.77605

Рис. 5 Дизайн и конструкции крэдла. Коннектор. Адаптер. Моделирование и анализ  антенны.

Подбор материалов и технологий

Тактильные, эксплуатационные и потребительские характеристики продукта, разработанные Maslovdesign очертили для Tancher группу материалов и характеристик, возможных для использования в этом проекте (…гладкий, холодный на ощупь, нецарапающийся, относительно тяжелый, т.е. создающий ощущение надежности и прочности…). Несколько месяцев с момента подписания контракта (параллельно с разработкой) мы проводили отбор образцов, анализ и выбор технологий, контакты с производителями по всему миру, тестирование свойств.

В итоге, через 5 месяцев после начала проекта (конец апреля 2005 года) Заказчику был представлен отчет о проделанной работе по материалам, тестированию образцов и возможностях технологий и составлены дальнейшие рекомендации для изготовления прототипов и последующей производственной подготовки.

3055_65.1135687344.16072

Рис. 6 Выдержки из отчета по материалам и технологиям.

Постановка задачи давала возможность самостоятельно определять приоритеты, однако в дальнейшем границы были определены более четко.

Основные критерии для материалов корпуса
– максимальная абразивостойкость,
– прочность,
– принадлежность к «высоким технологиям»,
– эксклюзивность;

Дополнительные критерии
– возможность получения глянцевой черной поверхности
– возможность нанесения эффекта «волосяных линий».

Помимо этого, в дальнейшем добавился ряд технологических особенностей:
– толщина стенок от 0.5мм до 2мм
– требования по плоскостности и допуски на размеры
– прочность и легкость внутренних конструктивных элементов
– технология сборки и работы клавиатуры
– возможность подсветки
– технология нанесения символов

Несмотря на то, что наиболее технологичным решением, удовлетворяющим большинству критериев, является использование различных алюминиевых сплавов и специальных покрытий (некоторые сплавы не уступают по прочности конструкционной стали и они широко используются в авиастроении и космической промышленности) этот вариант был отклонен Заказчиком, как не отвечающий легенде брэнда – у потребителя алюминий ассоциируется с дешевым и непрочным материалом.

В процессе работы в качестве консультантов привлекались специалисты Всероссийского Института Авиационных Материалов (ВИАМ). Кстати, помимо теоретических обоснований и результатов тестирования Заказчиком проводились собственные «натурные» испытания – представленные образцы царапались различными предметами (ключи, отвертки). Не прошедшие тест нещадно отбраковывались.

Цифры и факты

На предмет заказа образцов, определения стоимости технологий и изготовления real materials prototypes проводились переговоры более чем с 40 компаниями из России, США, Англии, Франции, Германии, Голландии, Италии, Китая, Японии и Тайваня. Комплект конструкторской документации содержит около 100 сборочных чертежей и чертежей деталей (это только на корпусные элементы смартфона + КД на крэдл и аксессуары + КД на печатные платы и шлейфы соединители).

Для производства прототипа использовались:

  • авиационный титан
  • нержавеющая сталь
  • магний
  • алюминий
  • электрополировка поверхностей
  • специальное PVD покрытие
  • лазерная маркировка
  • пластик
  • резина.

Реально достижимые параметры твердости материала корпуса (при массовом производстве) – 359-371HV и микротвердость поверхности до 900HV (сравнима с твердостью после карбонитризации поверхности инструментальной стали). Изготовление компонентов корпуса из авиационного титана проводилось на предприятии в Маранелло (Италия), производящем элементы двигателя для болидов Ferrari F1.

Многие могут задать вопрос – в чем отличие и эксклюзивность титанового корпуса? Ведь на рынке есть модели телефонов, корпус которых изготовлен из титана? Что ж, посмотрите на корпус этих телефонов после полугода активного использования. В них используется штамповка из тонкого листа (0.5-0.6мм) CP Ti (commercial pure titanium) – мягкий сплав с низким содержанием легирующих веществ – и последующая порошковая окраска. В модели смартфона Mago используется авиационный титан (по прочности превосхоящий CP Ti в пять раз) с реальной толщиной стенки до 2мм.

3055_52.1135687344.61688

Рис. 7 Схема взаимодействия подрядчиков при производстве прототипов, разработанная Tancher.

Изготовление Dummy Sample

Для проверки правильности конструкции и финальной оценки был изготовлен так называемый dummy sample – прототип из материалов, не соответствующих реальным (в данном случае алюминий 1ХХХ серии), но позволяющий оценить все особенности сборки, правильность исполнения конструкторской документации. Кроме того, впоследствии он использовался для разработки встроенной антенны и многочисленных тестов.

3055_4.1135687345.010923055_24.1135687345.182663055_31.1135687345.50345

Рис. 8 Изготовление Dummy Sample.

Для сокращения времени, он изготавливается еще до момента окончания разводки печатной платы, поэтому перед изготовлением прототипа из реальных материалов есть возможность некоторой корректировки конструкторской документации.

Изготовление прототипа

В рамках подготовки к производству компанией Танчер были проведены необходимые переговоры с производителями электроники, сборочными производствами, производителями корпусных частей и владельцами различных технологий, используемых в производстве смартфона (включая возможное сотрудничество с узкопрофессиональными компаниями, например, аналогичных Shure в области аудиотехники). Были организованы необходимые встречи с представителями компаний и инспекции производства как в Москве, так и в Гонконге, Сингапуре, Тайване, Италии и Англии.

Как я уже упомянул ранее, производство корпусных частей из титана осуществлялось в Италии. Выбор производителя был продиктован рядом факторов, важнейшими из которых были гарантированный контроль качества, возможности массового производства, соотношение сроки/стоимость работ, соответствие технологии требованиям легенды брэнда а так же скорость обработки запросов и результаты личных переговоров. Впоследствии нами была организована встреча в Италии между представителями итальянскиой, английской и тайваньской сторон, вовлеченных в проект, и, разумеется, Заказчика и нашей компании.

Для чего было необходимо изготовление прототипа из реальных материалов? Действительно, стоимость таких прототипов превосходит себестоимость готового продукта в несколько раз (а то и в десятки), но этот этап позволяет провести максимально приближенные к реальным испытания устройства, оценить многочисленные инновации, использованные при разработке, отследить потребительские качества и физические свойства продукта. Кроме того, полученные образцы можно использовать в маркетинговых мероприятиях.

3055_45.1135687345.622373055_97.1135687345.77807

3055_4.1135687349.89953055_43.1135687350.06456

3055_57.1135687350.246553055_28.1135687350.38866

3055_54.1135687350.53175

Рис. 9 Печатные платы (main board). Прототипы в процессе сборки и работающие образцы с установленной Windows Mobile 2005.

Всего было изготовлено 4 работающих прототипа. Процесс сборки, тестирования, устранение неисправностей и контроль монтажа печатных плат проводились внутри компании Танчер. Завершение этапа изготовления и сборки прототипов было окончено в середине августа 2005 года.

Несмотря на использование реальных материалов, технология изготовления прототипов отличается от массового производства, поэтому нельзя говорить о полной идентичности прототипов и конечного продукта. (Это все равно, что сравнивать корпус, изготовленный на реальных пресс-формах с аналогом, полученным литьем в силикон). Однако можно сравнить рендеры, полученные за несколько месяцев до изготовления реальных, полностью функциональных образцов, чтобы увидеть соответствие продукта заложенным в него дизайнерским идеям.