제품 개발의 검증 테스트:POC에서 EVT, DVT, PVT 및 대량 생산까지

일반적으로 제품 개발이 진행될수록 변경 비용이 더 많이 듭니다. 따라서 모든 제품 개발 계획의 핵심 목표는 문제를 조기에 해결하여 후속 단계에서 비용이 많이 드는 반복의 위험을 줄이는 것입니다.

여기에서 검증 테스트가 시작됩니다. 검증 테스팅은 하드웨어가 성숙 단계에 따라 설정된 요구 사항을 충족하는지 여부와 다음 단계로 진행할 준비가 되었는지 확인하는 단계적 프로세스입니다. 그 과정에서 디자이너와 엔지니어는 수많은 종류의 프로토타입을 만듭니다. 각 단계에는 학습, 탐색 및 적응을 위한 공간이 포함되어 있으며 성공적인 산업화를 위해 제품은 정의된 기준을 통과해야 합니다.

이 기사에서는 대량 생산을 위한 개발 프로세스를 최적화하는 방법을 설명하고 목표, 활동, 해결된 문제, 생산된 프로토타입 및 종료 기준을 포함하여 제품 성숙도의 여러 단계를 강조합니다.

검증 테스트를 수행하는 이유

제품 설계는 최초의 CAD 모델부터 생산 준비가 된 적이 거의 없습니다. 단순한 플라스틱 제품이라도 첫 번째 시리즈 성형 후 불균일한 냉각으로 인해 싱크 마크, 흐름 라인 또는 약한 부분이 불량하게 나타날 수 있습니다. 법적으로 요구되는 라벨을 포함하기에는 영역이 너무 작아질 수 있습니다. 특정 조건에서 결합 부품에 허용 오차 문제가 있을 수 있습니다. 또는 리드 사용자 그룹이 새로운 우선 순위 요구 사항을 제시하여 디자이너가 다른 개발 단계에 들어가도록 할 수도 있습니다.

설계 프로세스에는 이러한 변경, 개선 및 중심점과 같은 제조 가능성, 비용 추정, VOC(고객의 소리), 법률, IP 및 인증 표준과 같은 측면에 대한 연구가 처음부터 계속 필요합니다.

프로세스가 생산으로 진행됨에 따라 이러한 반복 비용이 기하급수적으로 증가합니다. 디자이너가 개발 초기에 수행한 일련의 스케치와 폼 모델에는 50달러의 재료 비용이 소요되지만 3D 프린트, 구매 부품 및 진공 주조 오버몰드를 기반으로 하는 보다 세련된 신속한 프로토타입은 회사를 후퇴시킬 수 있습니다. $500-$1,000 정도. 생산 단계에서 툴링을 변경하면 총 비용이 최대 50,000달러에 이를 수 있으며 여러 주 또는 몇 달의 지연이 발생할 수 있습니다.

복잡한 제품의 경우 생산 투자가 수백만 달러에 달합니다. 항공기와 같은 가장 까다로운 제품에는 수천 명의 직원과 수십억 달러의 고정 생산 비용이 필요합니다. 이러한 1:10:100 및 기타 재해를 방지하기 위해 설계자와 엔지니어는 모든 단계에서 반복 확률과 성공 확률의 관점에서 생각합니다. 검증 테스트는 설계 상태가 주어진 단계에서 올바른 요구 사항 집합을 충족하는지 확인하는 데 필수적입니다. 명확한 종료 기준과 결과물로 각 단계를 제어하면 리소스의 최적 사용과 품질 향상이 보장됩니다.

초기 모형을 넘어 제품 성숙도의 여러 단계에 있는 소비자 제품. 뒤로:SLS 및 SLA 3D 프린팅을 사용한 EVT 빌드. 중간:소프트 툴링을 기반으로 한 '첫 번째 샷' DVT 빌드. 전면:하드 툴링을 사용한 PVT 빌드. 제공:IDZone 제품 디자인.

제품 성숙도 단계

POC 및 프로토타입 제작

회사 경영진이 시장 기회, 제품 포지셔닝, 기술 평가 수행, 공급망 전략 및 리소스 할당을 결정하여 신제품 계획(NPP)을 확인한 후 일반적으로 개발 프로세스가 제품의 손에 맡겨집니다. 이를 PRD(제품 요구 사항 문서)로 번역하고 실행 가능한 개념을 제시해야 하는 팀입니다.

처음에 개념 증명(POC) 프로토타입은 아이디어, 방법 또는 제품의 초기 테스트에 사용되어 실제 환경에서 잠재력과 실행 가능성을 보여줍니다. 이러한 개념은 나중에 프로토타입으로 변환됩니다. 프로토타입은 역학, 디자인, 사용자 경험 등의 측면에서 제품이 어떻게 작동하는지 정확히 보여주는 제품의 작업 모델입니다.

대량 생산을 위한 제품 개발의 다양한 단계. (출처)

프로토타입은 특정 요구 사항에 대한 가치를 전달하고 평가하는 데 사용할 수 있는 제품 디자인의 인스턴스화입니다. 프로토타입은 점토, 판지, 폼 및 나무와 같은 재료로 손으로 만든 저충실도의 '부드러운' 모델부터 기계 공장에서 3D로 인쇄하거나 제작한 고충실도 기능 프로토타입에 이르기까지 다양합니다. 초점을 맞춘 프로토타입은 제품 요구 사항의 일부만을 구현하기 위한 것이며 '유사한' 모델, 기능적인 '작동하는 것과 같은' 모델 또는 특정 하위 기능을 테스트하기 위해 부분적인 형태와 기능을 보여주는 것일 수 있습니다. 프로토타입이 모든 요구사항과 기능을 디자인과 통합할 때 이를 엔지니어링 프로토타입이라고 합니다.

Form 3L 대형 SLA 3D 프린터의 초기 작업과 유사한 프로토타입.

이 과정에서 NFF(non-form-factor) 모델이 생성될 수 있습니다. 이 모델은 기본적으로 작동하는 데모를 개발하기 위해 모든 기능 구성 요소의 자리 표시자 버전을 수용하기 위한 제품 디자인의 거대한 버전입니다. 전자 장치의 기본 작동 버전은 하드웨어 개발 키트, Arduino 또는 Raspberry Pi 구성의 형태로 포함됩니다.

분석 또는 가상 프로토타입은 렌더링, 수학적 시뮬레이션 또는 FEA 분석을 위한 3D 모델과 같은 비물리적 제품 인스턴스화입니다. 스케치조차도 가상 프로토타입의 조잡한 형태입니다.

다양한 정확도로 테스트 가능한 알파 프로토타입. 왼쪽:주방가전의 '닮은' 폼 모델. 제공:우수한 프로토타입. 중간:부분적인 형태와 상호작용을 보여주는 폼코어/판지 모형. 제공:Frits van Beek. 오른쪽:부분적으로 인터랙티브한 기계 도구로 만든 디지털 카메라 프로토타입. 아직 프로덕션 의도로 설계되지 않았기 때문에 이것은 알파 프로토타입입니다. 제공:조프 프렌스.

프로토타이핑 단계는 사용 용이성, 미학, 숨겨진 사용자 요구, 동료 디자이너, 제품 관리자, 주제에 대한 전문가의 의견, 법적 및 기술적 한계에 대한 세부 사항을 명확히 하는 데 필수적입니다. 복잡한 전자 기계 제품의 일반적인 설계 프로세스에는 여러 개념이 포함되며 각 개념은 탐색 스케치 스택, 일련의 물리적 모형 및 3D 렌더링 세트로 지원됩니다.

IDEO 디자인 팀은 1987년에 Microsoft를 위한 최초의 인체공학적 컴퓨터 마우스의 모양을 얻기 위해 80개의 폼 모델을 사용했습니다. 그리고 더 높은 위험과 복잡성의 프로세스로 인해 그 수는 찾기 힘든 5,127개의 프로토타입까지 치솟을 수 있습니다. 제임스 다이슨이 15년에 걸쳐 최초의 '사이클론 기술' 진공 청소기를 개발하는 데 걸렸다고 합니다. 신제품 개발 프로세스의 속도를 높이고 악명 높은 '하드웨어 늪'을 피하려면 주요 요구 사항에 대한 프로토타입의 초점을 맞추고 나중 단계에서 나타날 위험을 고려하며 예비 사용자 테스트를 적절하게 계획하는 것이 가장 중요합니다.

대체로 프로토타이핑 단계의 목적은 최종 제품처럼 작동하고 보이는 엔지니어링 프로토타입을 만드는 것입니다. 이 단계에서는 사용된 기술이 고객의 요구 사항을 충족하고 제조가 가능하며 제품이 의도한 대로 기능할 것임을 입증해야 합니다. 이러한 사항이 확인되면 후속 검증 단계의 목표는 제품이 규모에 맞게 일관되게 제조될 수 있도록 하는 것입니다.

엔지니어링 검증 테스트(EVT)

EVT(엔지니어링 검증 테스트) 단계는 제품에 필요한 중요한 기능 범위를 통합하고 최적화하는 것입니다. 프로토타입 단계의 결과는 제한된 '알파' 프로토타입이었던 반면, 여기서는 일반적으로 빌드 매트릭스에 의해 결정되는 보다 완전한 기능 세트를 수용하는 엔지니어링 수준의 '베타' 프로토타입이 개발될 것입니다. 엔지니어링 프로토타입은 제조(DFM)용으로 설계된 최종 상용 제품의 최소 실행 가능한 버전입니다. 선별된 리드 사용자 그룹과 함께 실험실 기반 사용자 테스트를 수행하고, 후속 단계에서 도구 전문가에게 생산 의도를 전달하고, 첫 번째 영업 회의에서 데모 역할을 하는 데 사용됩니다.

조립품의 모든 구성요소에 대해 Make-buy 분석이 수행되고, 구성요소 엔지니어링이 맞춤형 부품에 대해 수행되며, 계약 제조업체(CM)에 대한 RFQ에 대해 BOM(Bill of Material)이 설정되어 이들이 첫 번째 조립 라인 및 첫 번째 샷(FS) 툴링. 전자 제품의 경우 산업 공정을 사용하여 고급 '핫 스테이크' PCB를 개발합니다. 이 시점에서 전력, 열 및 EMI 테스트도 수행됩니다.

EVT 단계의 일반적인 활동. 왼쪽:생산 의도 수준의 분해도를 보여주는 제품 디자인 렌더링. 제공:오큘러스. 오른쪽:3D 프린팅된 금형을 사용한 소량 사출 성형

적층 제조 및 CNC 기계 가공과 같은 고정밀 공정 또는 실리콘 또는 3D 인쇄 금형과 같은 부드러운 도구를 기반으로 하는 일련의 캐스트를 사용하여 약 20~50개의 장치가 생산됩니다. 전반적인 목표는 완전한 생산 의도로 설계를 개발하고 생산 가치가 있는 소수의 엔지니어링 프로토타입으로 끝내는 것입니다.

디자인 검증 테스트(DVT)

설계 검증 테스트(DVT) 단계는 제품이 진정으로 산업화되기 시작하는 단계입니다. EVT가 제조를 위한 아키텍처 수준 설계에 관한 것이라면 DVT는 첫 번째 대량 생산 라인으로 이동하면서 세부 사항을 올바르게 얻는 것입니다. 실험과 최적화가 특징인 단계입니다. PCB는 디버깅 및 노이즈 제거 노력을 통해 완벽하게 반복됩니다. CM은 양산 수율을 검증하기 위해 모든 부품에 대해 최초의 하드 툴을 개발할 것입니다. 알루미늄 몰드는 표면 마감, 재료, 공차, 슬라이더 및 캠과 같은 몰드 구성, 접합 방법 및 공정 매개변수 측면에서 설계를 최적화하는 데 사용할 수 있습니다.

일반적으로 50~200개가 생산되지만 대규모 프로젝트를 위해 1,000개가 넘는 장치가 생산되는 것은 드문 일이 아닙니다. 이러한 장치는 이후 내부 평가 및 최종 엔지니어링 변경을 구현하기 위해 다시 배송되는 반면, 일부는 베타 장치로 잠재 고객 및 전문 검토자에게 보내집니다. 환경 챔버 테스트, 열 주기, 진동, ESD, 생체 적합성, 내화학성, FDA, FCC, UL, CE, EC 및 RoHS와 같은 인증, 노화, 방사선, 화장품, 마모 및 낙하 테스트 등. 광범위한 사용자 테스트는 실제 상황에서 인구의 상당 부분을 대상으로 수행됩니다.

DVT 단계는 세부 사항을 최적화하는 것입니다. 왼쪽:통합 리벳을 사용하여 플라스틱 인클로저에 열 스테이킹된 PCB. 제공:하트만. 중간:사출 성형 인클로저를 패브릭 기질에 통합하는 실험. 제공:Bemis Sewfree. 오른쪽:염수 부식 테스트를 위한 AES 환경 챔버. 제공:관련 환경 시스템.

제품 개발을 가속화하기 위해 EVT 단계가 끝날 때 하드 툴링에 투자하여 DVT 단계를 우회할 수 있으므로 EP가 생산 가치가 있는 프로토타입을 갖는 EVT 종료 기준뿐만 아니라 DVT 종료도 즉시 충족할 수 있습니다. 하드 툴링 및 양산 수율 평가 기준. 그러나 PVT 규모의 자원을 너무 빨리 투자하는 것은 막대한 위험을 수반하며, 이와 같은 절도는 거의 권장되지 않습니다.

생산 검증 테스트(PVT)

PVT(생산 검증 테스트)는 양산 시작 전의 마지막 단계입니다. 하드 툴링이 고정되어 더 이상 제품 설계나 생산 금형을 변경할 수 없습니다. 생산 파일럿(PP)을 시작하려면 지그, 고정 장치 및 테스트 벤치가 제자리에 있어야 하고 검증되어야 합니다. 이 단계에서 수행되는 노력은 라인 속도, 작업자 전문성, 스크랩 비율 및 일일 수율 측면에서 생산 및 조립 라인을 최적화하고 안정화하는 방향으로 진행됩니다.

단일 소스 공급과 같은 잠재적 위험(구성 요소가 단일 선택된 CM에 의해 만들어지도록 제한되는 경우)은 FMECA, QA/QC 및 FAI와 같은 위험 관리 프로토콜을 통해 식별됩니다. 전자 제품은 첫 번째 부팅과 펌웨어 검사를 거치며 이 단계에서 제품 포장과 사용 설명서도 생성됩니다. 이 단계에서 대부분의 작업은 계약 제조업체 측에서 실행됩니다.

PVT 단계는 공정 및 품질 관리를 통해 생산 라인을 최적화하는 단계입니다. 왼쪽:다중 회로 기판용 패널 테스트 지그. 제공:Korea Jig. 중간:소비자 제품을 위한 다중 스테이션 조립 지그. 제공:Aerosport Additive. 오른쪽:복합 재료 성형을 위한 복잡한 회전 사출 금형. 제공:Grosfilley 인몰드 및 회전 솔루션.

PVT 단계의 일반적인 결과는 500개 이상 또는 첫 번째 생산 실행 수량의 최소 5%입니다. 대량 생산 속도로 대량 생산 수율을 확인하고 판매 가능한 제품을 만드는 것이 목표입니다. 여기에서 많은 회사가 판매 계획을 세우고 초기 구매자와 함께 운영을 시작합니다. PVT 빌드는 회사가 생산 프로세스를 조정할 수 있는 마지막 기회입니다. 주요 생산 메트릭에 따른 성공을 기반으로 빨간색, 주황색 및 녹색 상태 측면에서 단계적으로 제어되는 경우가 있습니다. 초록불이 켜지면 본격적인 양산이 시작됩니다.

본사에서 QA 전에 3L PVT 유닛을 형성합니다. PVT 단계에서는 제품이 고객에게 배송될 준비가 되기 전에 최종 품질 검사를 위해 계약 제조업체에서 엔지니어링 팀으로 생산 유닛을 다시 배송하는 것이 여전히 일반적입니다. CM 불가능.

대량 생산(MP)

제품 성숙도 진화의 마지막 단계는 대량 생산(MP)을 향한 램프업입니다. 일반적으로 최소 수량 5,000개에서 시작하지만 PlayStation, iPad, iPhone 또는 Rubik's 큐브와 같은 인기 있는 소비자 제품의 경우 수백만 개까지 이어질 수 있습니다.

이 단계에서 초기 생산 라인을 다른 라인으로 복제하여 병렬로 실행할 수 있습니다. 적은 비율의 장치에 대한 실패 및 수율 분석을 통해 일관된 품질을 보장합니다. 첫 번째 반품이 들어오고 EFFA 분석을 통해 실패한 모든 장치가 엔지니어링 팀으로 돌아갈 수 있도록 합니다. 품질을 추가로 보장하기 위해 공장과 공급업체는 품질 변화로 이어지는 툴링 또는 프로세스 매개변수의 예상치 못한 변경이 없도록 감독해야 합니다. 전반적인 초점은 수율 개선, 비용 절감 및 필요한 경우 확장에 있습니다. 여기의 마케팅 및 영업 팀은 자료 개발, 광고 및 판매량 예측에 집중할 수 있습니다.

위탁 제조사에서 QA/QC를 거쳐 Form 3L을 양산합니다.

하드웨어용 신제품 개발 프로세스의 다양한 단계

스테이지	원전	POC	EVT	DVT	PVT	MP
성숙도	비즈니스 사례	알파 프로토타입	베타 프로토타입	사전 제작 샘플	완전한 상용 제품	완전한 상용 제품
기간	1-3개월	3개월 ~ 3세 이상	3-6개월	3개월	1개월	3개월 이상
포커스	시장 기회 이해, PRD	사용자의 선호도 입증	생산 가치가 있는 단위	확장 가능성	MP 준비	품질 보증
수량	0	5	<50	<500	500+	5,000+
판매액	포지셔닝	마케팅 계획	판매 예측	출시 준비	판매 계획	광고
VOC	인터뷰, 포커스 그룹	탐색 사용자 테스트	실험실 기반 사용자 테스트	현장 사용자 테스트	현장 분석	지속적인 피드백
위치	사내	자체 + 디자인 파트너(선택 사항)	사내 + 엔지니어링 파트너(선택 사항)	CM + 사내 검증	CM	CM

결론

제품 개발의 너무 늦은 단계에서 잘못된 결정을 내리거나 중요한 세부 사항을 간과하면 높은 비용과 긴 지연이 발생할 수 있습니다. 회사는 또한 잘못된 베타 단위를 보내서 평판을 해칠 여유가 없습니다. 모든 형태의 복잡한 제품, 시스템 및 서비스에는 검증 기반의 단계적 개발 접근 방식이 필요합니다. 자원을 최소화하면서 대량 생산을 향한 최적의 궤도를 보장합니다.

제품 성숙 단계를 요약하면 POC 및 프로토타이핑 단계의 목표는 제품 개념이 실행 가능하고 사람들이 필요로 하며 개발할 수 있는지 확인하는 것입니다. EVT 단계에서 개발 팀은 설계가 올바르게 작동할 것이라는 확신을 확립하는 것을 목표로 합니다. DVT 단계는 설계가 대규모로 성공적으로 제조될 수 있고 수많은 테스트 절차를 통과할 수 있는지 확인하는 반면 PVT는 생산 라인이 원하는 메트릭을 충족할 수 있는지 확인하기 위해 존재합니다. 대량 생산 중에는 판매, 품질 유지, 반품 처리, 향후 설계 변경 준비 및 수명 종료에 중점을 둡니다.

포괄적인 PRD, 잘 계획된 프로토타이핑 접근 방식, 제품 개발 초기 단계의 분석을 통해 라인에 대한 집중적인 변경을 방지하는 것의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 조립 라인에서 갓 나온 첫 번째 마스터 상자를 개봉하고 몇 년은 아니더라도 몇 개월 동안의 노력의 결실을 볼 때의 만족감은 이루 말할 수 없습니다.

3D 프린팅은 제품 개발 프로세스 전반에 걸쳐 개발 팀을 지원할 수 있는 도구 중 하나입니다. 충실도가 높은 프로토타입에서 조립 라인을 위한 신속한 툴링, 지그 및 고정 장치에 이르기까지 3D 프린터는 개발 프로세스의 속도를 높이고 성공적인 제조를 위한 길을 닦는 데 도움이 될 수 있습니다.