Het verminderen van de kosten van een ontwerp is een cruciaal onderdeel van het productontwikkelingsproces, vooral wanneer er sprake is van massaproductie of het streven naar concurrerende prijsstellingen. De meest voor de hand liggende benadering is het verwijderen van onderdelen uit het ontwerp. Dit kan bijvoorbeeld door bepaalde componenten volledig uit het schema te halen, maar dit is lang niet altijd mogelijk zonder concessies te doen aan de functionaliteit. In plaats daarvan is het belangrijk om na te denken over andere manieren om de kosten te verlagen: het verminderen van het aantal bits in ADC's of DAC's, het verlagen van de geheugencapaciteit in een EEPROM, het kiezen van een minder complexe weergave met lagere resolutie, enzovoort. Kostenbesparing in engineering vereist net zoveel creativiteit als het ontwerp zelf.

Het vervangen van componenten kan een risicovolle strategie zijn. Wanneer het gaat om iets als een voedings-IC, is het proces van het kwalificeren en testen van een nieuw onderdeel relatief eenvoudig. Maar wanneer het gaat om complexere componenten zoals een EEPROM of andere randapparatuur, zal waarschijnlijk nieuwe firmware nodig zijn, wat een aanzienlijke invloed heeft op de planning. Als de keuze valt op een andere microcontroller of processor, moet een enorme hoeveelheid werk verricht worden om het nieuwe onderdeel te integreren. Het is essentieel om kostenbesparing al aan het begin van de ontwikkelingscyclus in overweging te nemen. In dit geval zou het belangrijk zijn om de vereisten zodanig op te stellen dat er maar één set firmware wordt geschreven, waardoor de kosten van toekomstige wijzigingen worden geminimaliseerd.

De manier waarop je componenten kiest voor kostenoptimalisatie hangt sterk af van de omvang van je productie en de marktvraag. Bij een zeer grote productie kan het besparen van een paar cent per component resulteren in aanzienlijke besparingen. Bij kleinere producties daarentegen is het niet altijd de moeite waard om te zoeken naar goedkopere alternatieven voor elk onderdeel. Het is dan belangrijk om vooraf te berekenen hoeveel je daadwerkelijk bespaart. In grote hoeveelheden kunnen de prijzen sterk variëren, en vaak is het de moeite waard om contact op te nemen met de fabrikanten of distributeurs voor betere prijzen, in plaats van te vertrouwen op de catalogusprijzen van distributeurs zoals Mouser of DigiKey.

De kostenbesparing in het schema begint bij het ontwerp zelf. Elk schema bevat de elektrische componenten die je moet aanschaffen om je product te maken, en het is logisch om dit als eerste target voor kostenbesparing te nemen. Kies waar mogelijk voor veelgebruikte onderdelen die meerdere vervangingsopties hebben. Soms kunnen vergelijkbare onderdelen van verschillende fabrikanten, die dezelfde functionaliteit bieden, als pin-compatibele alternatieven worden gebruikt. Zelfs wanneer onderdelen niet pin-compatibel zijn, kunnen ze soms op dezelfde PCB worden geïmplementeerd door slim gebruik te maken van jumpers en 0 Ω weerstanden. Dit maakt je ontwerp niet alleen kosteneffectiever, maar vergroot ook de veerkracht tegen leveringsproblemen in de toeleveringsketen.

Wees niet bang om footprint-onderdelen op je PCB te plaatsen, zelfs als je nog niet zeker weet of je ze daadwerkelijk gaat gebruiken. Je kunt altijd besluiten ze niet te populeren en, indien nodig, later een 0 Ω weerstand te plaatsen om de DC-verbinding te herstellen. Dit biedt de flexibiliteit om verschillende schakelingen te proberen zonder dat er een nieuwe iteratie van de PCB nodig is. Dit soort flexibiliteit kan aanzienlijke tijd- en kostenbesparingen opleveren, vooral als je tijdens het ontwerp meer variëteit wilt proberen.

Bij RF-signalen kun je gebruik maken van speciaal ontworpen jumpers om bijvoorbeeld signalen over andere sporen te leiden zonder significante verliezen of reflecties. Fabrikanten zoals Kyocera bieden dergelijke oplossingen die goed werken tot een frequentie van 6 GHz. Het inzetten van dergelijke componenten kan nuttig zijn voor het optimaliseren van de ontwerp- en productiekosten, vooral in signalen die gevoelig zijn voor storingen.

Een ander belangrijk punt is het verminderen van het aantal unieke onderdelen op je PCB. Het gebruik van dezelfde waarde van componenten op verschillende plekken kan de kosten verlagen, omdat dit de assemblage vereenvoudigt. Het aantal feeders dat door de pick-and-place machine moet worden gebruikt, wordt verminderd, evenals de tijd voor handmatige assemblage. De uitzondering is dat onderdelen met hoge tolerantie alleen waar nodig moeten worden gebruikt, en niet worden vervangen door standaard onderdelen om het aantal verschillende componenten te verkleinen.

Daarnaast kunnen de kosten voor connectors snel oplopen. Het is daarom aan te raden om connectors zoveel mogelijk te vermijden. In plaats van een connector kun je bijvoorbeeld soldeerdraad gebruiken, of een techniek zoals hot-bar solderen. Dit kan vooral nuttig zijn bij massaproductie. Een alternatief voor connectors in prototyping is het gebruik van een programmeerheader zonder componenten, zoals de Tag-Connect. Dit type verbinding wordt slechts eenmaal gebruikt voor de firmwareflashing, wat de kosten aanzienlijk verlaagt. Dit heeft bovendien het voordeel dat de programmeercontacten later gemakkelijk toegankelijk blijven voor onderhoud en reparatie.

Een andere manier om het aantal componenten te verlagen is door gebruik te maken van arrays van weerstanden of condensatoren. Dit bespaart niet alleen kosten, maar versnelt ook de assemblage, omdat het aantal afzonderlijke componenten op de PCB wordt verminderd. Het gebruik van arrays is ideaal wanneer je meerdere weerstanden of condensatoren van dezelfde waarde in de buurt van elkaar hebt.

Het is belangrijk om te benadrukken dat elke keuze die je maakt om de kosten te verlagen, zorgvuldig moet worden afgewogen tegen de impact op de functionaliteit van het product. Kleine besparingen kunnen op de lange termijn echter aanzienlijke voordelen opleveren, mits ze op het juiste moment en in de juiste context worden toegepast.

Hoe ontwerp je een testplan voor elektronische producten en voldoen je aan de regelgeving?

Het is van cruciaal belang om te begrijpen hoe je je product test zodat defecte componenten al bij de productie falen voordat het product de fabriek verlaat. Dit is een essentieel aspect in de zogenaamde ‘bathtub curve’, die het verloop van productfaillissementen gedurende de levensduur van een product beschrijft. In het begin van de curve falen defecte componenten vroeg, wat leidt tot onverwachte uitval. In het middelste gedeelte van de curve functioneren de onderdelen voor hun verwachte levensduur zonder problemen. Aan het einde van de verwachte levensduur zullen de onderdelen beginnen te falen. Het is essentieel om deze curve te begrijpen voor jouw product, omdat dit direct invloed heeft op je test- en garantiebepalingen.

Als je niet voldoende test, loop je het risico vroegtijdige uitval van defecte producten in het veld, wat kan leiden tot klantklachten en slechte recensies. Daarentegen, als je te veel test, besteed je mogelijk onterecht tijd en middelen aan onderdelen die toch al het einde van hun levensduur hebben bereikt. Het is daarom belangrijk om een evenwicht te vinden in je testplan: niet te weinig, maar ook niet te veel. Ook je garantiebeleid moet hierop afgestemd zijn. Als je garantie veel verder gaat dan de verwachte levensduur van een product, kan het financieel onhoudbaar worden, aangezien je producten zult moeten vervangen die eenvoudigweg het natuurlijke einde van hun levensduur hebben bereikt, in plaats van defecten die onterecht vroeg zijn opgetreden.

Naast interne tests die je zelf ontwerpt, moet je rekening houden met externe regelgevingsvereisten die door overheden of industrieën worden vastgesteld. Deze tests zorgen ervoor dat je product voldoet aan de veiligheid- en betrouwbaarheidseisen die wereldwijd gelden. In de loop van de 20ste eeuw, toen elektronische apparaten steeds meer verspreid raakten, begonnen deze apparaten ook met elkaar te interfereren. Dit gebeurde niet alleen tussen apparaten die signalen uitzonden, zoals radio's, maar ook tussen apparaten die niet bedoeld waren om signalen te zenden, zoals medisch apparatuur en walkietalkies in ziekenhuizen. Overheden wereldwijd begonnen daarom wet- en regelgeving te implementeren die ervoor zorgt dat elektronische producten niet storend zijn voor andere apparaten en dat ze blijven functioneren, zelfs als er andere elektromagnetische storingen optreden.

Standaardisatie-instellingen ontwikkelden gedetailleerde richtlijnen om de veiligheid en werking van producten te waarborgen. Als je de volledige tekst van dergelijke normen nodig hebt, zul je merken dat het vaak zeer kostbaar is om deze direct bij de standaardisatieorganisatie aan te schaffen. Gelukkig zijn er verschillende manieren om deze normen tegen een lagere prijs te verkrijgen. Bijvoorbeeld via de Estse Centrum voor Standaardisatie en Accreditatie (https://www.evs.ee/shop/), waar Europese normen vaak goedkoper te vinden zijn. Het zoeken naar PDF's van de normen kan ook vaak nuttige resultaten opleveren, hoewel het belangrijk is te realiseren dat sommige versies van de normen na verloop van tijd niet meer beschikbaar zijn.

Een belangrijk symbool dat je vaak op elektronische apparaten zult aantreffen, is het CE-markering, die aangeeft dat een product voldoet aan de Europese veiligheids- en milieunormen. Dit is een vereiste voor de verkoop van producten in Europa. Het verkrijgen van dit keurmerk vereist dat je de relevante richtlijnen identificeert, de geharmoniseerde normen vaststelt, de vereisten voor jouw product bepaalt en tests uitvoert, terwijl je alle documentatie zorgvuldig bijhoudt. Het kan mogelijk zijn om dit zelf te doen, maar het is vaak verstandiger om samen te werken met een testlaboratorium. Dit bespaart tijd en zorgt ervoor dat je product daadwerkelijk voldoet aan de regelgeving.

Een ander veelvoorkomend keurmerk is het UL-keurmerk, afgegeven door Underwriters Laboratories. Hoewel het verkrijgen van UL-keuring geen wettelijke verplichting is, wordt het vaak vereist door retailers in de VS. UL voert niet alleen veiligheidstests uit, maar biedt ook adviesdiensten om te helpen bepalen welke tests nodig zijn voor je product. Het verkrijgen van UL-goedkeuring kan dus praktisch noodzakelijk zijn, zelfs als het niet wettelijk verplicht is.

Naast veiligheid, is ook elektromagnetische compatibiliteit (EMC) van groot belang voor elektronische producten. EMC verwijst naar zowel de elektromagnetische emissie van een apparaat (de straling die het uitzendt, opzettelijk of onopzettelijk) als de immuniteit van het apparaat tegen interferentie van andere apparaten. Het is essentieel dat je product geen onbedoelde straling boven bepaalde grenzen uitzendt, om interferentie met andere apparaten te voorkomen. Aan de andere kant moet het product zelf bestand zijn tegen elektromagnetische storingen van andere apparaten, zodat het blijft functioneren zoals bedoeld.

Het naleven van de EMC-regelgeving is verplicht voor alle elektronische producten die als commerciële producten worden verkocht. In de Verenigde Staten wordt dit bijvoorbeeld gereguleerd door de FCC. Het naleven van deze normen kan ingewikkeld zijn, maar er zijn tal van testlaboratoria die je kunnen helpen bepalen welke tests nodig zijn. Het is een goed idee om meerdere laboratoria te raadplegen en offertes aan te vragen, zodat je zeker weet dat je product op de juiste manier getest wordt.

Het is ook van groot belang om al in een vroeg stadium met experts te overleggen. Wachten tot je product bijna klaar is om te testen, kan leiden tot onverwachte kosten en tijdverlies als blijkt dat de EMC-specificaties niet correct zijn. Het vermijden van verrassingen op het laatste moment is cruciaal voor een succesvolle productlancering. Veel EMC-laboratoria melden dat ongeveer de helft van de producten de EMC-testen niet in de eerste poging doorstaan. Dit kan grotendeels worden voorkomen door vanaf het begin de juiste mensen in te schakelen en advies te vragen over de relevante regelgeving.

Hoe kunnen beveiligingslekken en incidenten met drones effectief worden beheerd?
Hoe de rotatie van Mercurius zijn eigen mysteries verhulde
Hoe beïnvloedde Jared Kushner de China-politiek van Trump en welke interne conflicten ontstonden er in zijn team?