성인 엔지니어가 어린이 장난감에서 배울 수 있는 4가지 교훈

어린이용 장난감은 어린이만을 위한 것이 아닙니다. 모든 장난감 안에는 발견되기를 기다리는 수백 시간의 엔지니어링 경험이 있습니다.

부모님은 내가 다섯 살 때부터 내 주변에 안전한 전기 기계 장치가 없었다는 것을 자주 상기시켜 주십니다. 제 매력은 항상 물건을 조립하거나 분해하는 것 같습니다. 나는 제조업체가 의도한 대로 장난감을 가지고 노는 경우가 거의 없습니다. 그 안에 무엇이 들어 있는지, 무엇이 그들을 똑딱거리게 만드는지 알고 싶습니다.

그리고 Elecrow의 Crowbits 모듈식 학습 시스템을 손에 넣을 기회가 생겼을 때, 내 반응은 모듈을 분해하고 그 비밀을 즉시 발견하는 것이었습니다. 재조립을 위해 포고 핀을 제거해야 하고 손상 없이 다시 삽입하기가 어렵기 때문에 모듈을 분해하지 않는 것이 좋습니다.

언론 공개의 문제로, 저는 과거 킥스타터 캠페인에서 Elecrow 제품을 구매했습니다. 그러나 이 기사를 위해 회사에서 보완적인 CrowPi 키트를 제공했습니다. 이 키트는 제가 작성한 후 지역 초등학교 또는 중학교에 재기부 및 기부할 예정입니다.

Crowbits는 기술적으로 젊은 사람들에게 공학적인 호기심을 불러일으키도록 설계되었지만 키트를 사용한 경험은 성인 EE가 이러한 장난감 및 이와 유사한 다른 장난감에서 배울 수 있는 4가지 귀중한 교훈을 상기시켰습니다.

Crowbits 및 Makeblock 키트 정보

그 핵심 내용으로 넘어가기 전에 키트 자체에 대한 약간의 배경 지식이 있습니다. Crowbits는 프로그래밍 필요 없음, 프로그래밍 필요 및 고급 응용의 세 가지 난이도로 나누어진 키트로 제공됩니다.

세 가지 키트 각각에는 포고 핀을 통해 자기적으로 연결된 레고 호환 모듈이 포함되어 있으며 기능별로 색상으로 구분된 범주로 나뉩니다.

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파란색:전원 및 논리 모듈

노란색:입력 모듈

녹색:출력 모듈

주황색:특수 모듈

이 부품을 사용하여 방해가 되면 LED를 켜는 간단한 지진 경보 센서부터 휴대폰까지 모든 것을 만들 수 있습니다. 잘 읽었습니다. 휴대전화입니다!

Crowbits 키트에는 자기 포고 핀 커넥터가 포함되어 있습니다. Elecrow 제공 이미지 사용

이 모듈은 내가 몇 년 전에 다룬 스냅 모듈의 Makeblock Neuron 라인을 생각나게 할 것입니다. 나는 Neuron에서 배운 모듈식 설계의 교훈에 너무 매료되어 Super Simple Sensor System을 만들었습니다. 그리고 Crowbits 경험에서 배운 교훈을 사용하여 디자인할 수 있는 미래 제품에 대한 아이디어가 이미 있습니다.

Makeblock Neuron 키트. Makeblock 제공 이미지 사용

두 모듈 세트 모두 Letscode라는 MIT 스크래치 프로그래밍 언어의 파생물을 사용하여 프로그래밍됩니다. .

그런 맥락에서 현직 엔지니어는 이 어린이 장난감에서 무엇을 배울 수 있습니까?

강의 1:효과가 있고 안전하다면 저렴하게 만드는 방법을 찾으세요

불필요한 마이크로컨트롤러 제거

외형만으로도 Makeblock Neuron은 Crowbits 모듈에 대한 디자인 영감을 제공한 것으로 보입니다. Makeblock의 Neuron에는 내가 좋아하는 기능이 있습니다. 각 인터페이스에는 정확히 4개의 핀이 있고 모든 모듈에는 마이크로컨트롤러가 있습니다. 이렇게 하면 데이터가 모든 모듈을 통과할 수 있습니다.

모든 마이크로컨트롤러만이 할 수 있는 것은 아닙니다. Makeblock 마이크로컨트롤러에는 독립 버퍼가 있는 최소 2개, 때로는 3개의 USART 라인이 필요합니다. 각 마이크로컨트롤러는 2개의 UART 라인을 읽고 2개의 UART 라인을 작성하며 블록의 센서와 연결하기 위해 UART/SPI/I2C에 사용할 수 있는 직렬 데이터 버스가 하나 더 필요합니다.

기본 UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) 통신 인터페이스의 간단한 표현

특별히 저렴한 옵션은 아닙니다. 하지만 이를 통해 엔지니어는 Makeblock 생태계를 쉽게 만들 수 있었습니다. 블록에 들어오고 나가는 두 개의 직렬 라인(왼쪽에 UART 하나, 오른쪽에 하나)이 있는 한 블록은 원하는 대로 될 수 있습니다. 그러나 이는 또한 시스템의 전체 비용을 증가시킵니다. 결국, 블록이 가변 저항이나 순간 스위치라면 마이크로컨트롤러가 필요합니까? 아마 아닐 것입니다.

Crowbits 엔지니어는 BOM 비용을 줄이고 모듈의 유용성을 높이는 몇 가지 다른 설계 결정과 발전을 했습니다. 그들은 여전히 ​​일부 모듈 사이에서 데이터를 이동하지만 때로는 해당 데이터가 I2C이고 때로는 SPI이고 때로는 UART이며 많은 모듈의 경우 데이터가 전혀 없고 전원 공급 스위치만 있습니다.

이러한 결정은 설계 시간을 늘리는 대신 일부 PCB의 비용을 크게 줄입니다.

커넥터 비용 절감

Makeblock이 설계에 자기 포고 핀(단일 패키지로 성형)을 사용했다는 것을 알았습니다. 대조적으로 Crowbits는 별도로 성형된 커넥터에 들어가는 포고 핀과 자석을 사용했습니다.

여기서 정확한 비용 절감은 모르지만 몇 년 전 Makeblock 디자인에 사용된 자기 포고 핀을 소싱하려고 했을 때 1ku 수량에서 쌍당 약 $1 US인 것으로 나타났습니다(공장 직접 가격 책정) . 개별 포고 핀과 자석이 부품당 몇 페니에 불과하기 때문에 상당한 양입니다. 오프보드 커넥터는 가장 값비싼 프로젝트 기능 중 하나이므로 이것이 프로젝트의 전체 비용을 작지만 중요한 방식으로 줄였다고 생각합니다.

Makeblock 대 Crowbits 포고 핀 및 자석

Makeblock이 길을 열어주지 않았다면 Crowbits가 존재하지 않았을 것이라고 생각합니다. 각 디자인 결정에 감사드립니다. 내가 이 블록을 만들고 있다면 Crowbits 조직 구조를 사용할 선견지명이 없다고 생각하기 때문에 Makeblock의 선택을 따랐을 것입니다. 그들은 이 디자인을 계획하는 데 많은 시간을 할애했습니다.

강의 2:조정 가능

전자공학은 도전적인 직업입니다. 주어진 디자인에 대해 경쟁 요구 사항이 너무 많아서 당면한 작업에 집중하는 것 외에 다른 작업을 수행하기 어렵습니다. 그러나 종종 한 발 물러서면 더 큰 그림을 보기 시작할 수 있습니다.

Crowbits와 Makeblock은 무한히 조절 가능한 제품을 만듭니다. 시스템 성능에 영향을 주지 않고 모듈의 일부 또는 전체를 교체할 수 있습니다. 어떤 이유로 부품을 사용할 수 없게 되면 새로운 기능으로 최소 비용으로 해당 모듈의 보드를 다시 회전할 수 있으며 최종 사용자는 더 현명하지 않을 것입니다. 그들은 시장 수요를 충족시키기 위해 제품을 확장하거나 축소할 수 있습니다.

littleBits는 조절 가능한 제품의 이점을 활용하는 또 다른 모듈식 전자 제품 키트입니다. littleBits 제공 이미지 사용

전반적인 조정 가능성으로 인해 이 두 디자인은 전자 엔지니어링 공간에서 상대적으로 고유합니다. 너무 자주 엔지니어는 고객을 위해 완전히 맞춤화된 솔루션을 설계하는 함정에 빠지게 됩니다. 때때로 특정 하위 시스템이 다른 하위 시스템보다 약간 더 깔끔하게 배치된 계층적 도식 디자인을 볼 수 있습니다. 또는 보드 안팎으로 이동할 때 신호 경로를 명확하게 추적할 수 있는 PCB를 보게 될 것입니다.

일반적으로 엔지니어가 이전 설계의 일부를 재사용한 경우입니다. 하위 시스템을 재사용하면 상당한 시간을 절약할 수 있으며, 모듈식 설계를 통해 팀원들은 설계의 개별 측면에 집중할 수 있습니다.

따라서 다음에 프로젝트를 생성할 때 확장 포트를 통합하여 이 디자인에 대한 미래 보장을 통합할 수 있는지 자문해 보십시오.

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마이크로컨트롤러에 사용되지 않은 GPIO 핀이 있습니까? 아니면 나중에 사용하기 위해 보드 에지로 라우팅할 수 있는 추가 USART 데이터 버스가 있습니까?

아마 채워지지 않은 헤더로 라우팅할 수 있습니까?

부품을 사용할 수 없는 경우에 대비하여 대체 랜드 패턴을 배치할 수 있는 충분한 보드 공간이 있습니까?

자체 무선 하위 시스템을 설계하는 대신 FCC 인증 모듈을 사용할 수 있습니까?

강의 3:바보 같은 증거 만들기

문제가 발생하지 않는 한 아무도 설명서를 읽지 않을 것이라고 가정합니다. 사람들은 상자에서 물건을 꺼내 비트를 조립하고 버튼을 누르기 시작합니다. 사용자가 해서는 안 되는 일을 하지 못하도록 적극적으로 방지하는 기능을 설계하지 않는 한 사용자가 수행할 것으로 기대할 수 있습니다.

Makeblock과 Elecrow 모두 자석과 포고 핀으로 장치를 분극화했습니다. 모듈을 서로 부적절하게 연결하는 것은 불가능하지는 않더라도 어렵습니다. 자기적으로 부착된 모듈은 자연스럽게 적절한 연결을 유도하고 부적절한 관계를 격퇴합니다.

사용자가 작업을 수행하기 위해 설명서를 읽을 필요가 없도록 극성화된 커넥터를 사용하거나, 다른 피치 또는 색상 코드를 사용하여 커넥터를 만들 수 있는 모든 작업을 수행하십시오. 그러면 RMA 문제 해결에 소요되는 시간이 줄어듭니다.

강의 4:시장 조사 수행

아이디어가 있다면 세계 어딘가에 있는 다른 엔지니어가 이전에 아이디어를 가지고 있었다는 것은 꽤 좋은 추측입니다. 시간, 땀, 꿈을 다음 큰 일에 쏟아붓기 시작하기 전에 다른 사람들이 당신의 아이디어에 기꺼이 돈을 지불할 의향이 있는지 알아보기 위해 약간의 조사를 하십시오.

Elecrow는 Makeblock의 Neuron의 성공을 보고 Crowbits를 만들었습니다. 그들은 구현에 대해 약간 다른 견해를 가지고 있었지만 이미 시장에 나왔기 때문에 시장이 있다는 것을 알고 있었습니다.

Makeblock과 Elecrow는 모두 Kickstarter 캠페인을 통해 생산을 시작하여 위험을 완화하기 위해 할 수 있는 모든 일을 했습니다. 그들은 이러한 제품을 "사양에 따라" 만들지 않았습니다. 그들은 시장이 있다는 것을 알고 이러한 제품을 만들었습니다.

클라이언트를 위해 디자인을 하면 돈을 받는다는 것을 알고 있습니다. 그러나 세계 어딘가에 있는 알려지지 않은 고객을 위해 물건을 만든다면 귀중한 시간, 돈, 정신 건강을 낭비하게 될 수 있습니다. 다른 사람들의 성공이나 실패에서 배우고 그들의 아이디어를 기반으로 하기 위해 할 수 있는 모든 일을 하십시오.

요약

Barbies는 소녀들만을 위한 것이 아니며, 소방차는 소년들을 위한 것이 아니며, 어린이용 장난감은 아이들만을 위한 것이 아닙니다. 모든 장난감 안에는 발견되기를 기다리는 수백 시간의 엔지니어링 경험이 있습니다. 따라서 다음에 흥미진진한 Kickstarter 캠페인을 보거나 새로운 제품이 받은 편지함에 도착하면 열어서 살펴보고 조카나 지역 학교에 주기 전에 살펴보십시오.