從「拼我」的研發故事 瞭解 硬體創業 的甘苦

從「拼我」的研發故事 瞭解 硬體創業 的甘苦
Smoking Tuna

很多朋友問我,大陸創業團隊和台灣創業團隊最大的不同是什麼。單從列舉一些表面上的現象來看,很難深入理解真正的差異;所以,在這裡介紹一個真實故事,讓大家自己體會其中的不同與甘苦。


作者 程天縱 本文授權自 Smoking Tuna.

1979到1997服務於惠普,其中1992到1997擔任中國惠普總裁。1997到2007擔任美國德州儀器亞太區總裁;2007到2012加入富士康擔任集團副總裁,2011年兼任集團子公司香港上市的富智康CEO。新書《程天縱的經營學》於2017年初出版。


 

以下引用這篇文章的作者,是大陸「小西科技」的創辦人黃金龍。他是一位連續創業者,年紀只有三十幾歲。他最有名的故事,是老家的房產權狀上已經蓋了二十幾個抵押貸款的銀行章。

學歷不高的黃金龍,十幾歲就到廣州打天下,所有的軟硬體功力都是自學而來。他曾經大賺過幾千萬人民幣,但也曾經慘賠到把房子拿去反覆抵押、贖回、再抵押、再贖回許多次。

他是我輔導過的最有潛力的創業家,但在融資的路上吃盡苦頭;即使到現在,他研發創業產品仍然還在燒自己的錢。

台灣的硬體創業家比較擅長動腦筋思考,但大陸的硬體創業家比較會動手實踐。很難得的,黃金龍願意把他這個新產品研發的心路歷程分享出來,相信也值得台灣的創業團隊參考體會。

因此,我在取得黃金龍同意、並交由Smoking Tuna編輯整理改寫之後,將這篇文章公開與大家分享。

我認為這篇文章非常有價值,也希望你能因而獲得啟發。


「拼我」:一款智慧型幼教玩具的研發之路

 

今年4月份,小西科技的第三代產品「繪本精靈」成功上市之後,我就開始思考研發新產品;當然,方向還是在兒童教育領域的智能硬體。

在幼教市場上,兒童英語教材一直有很大的需求,而STEAM教育和電子積木產品,也是我這兩年關注的領域。所以,新產品的研發方向確定是做一款「電子積木類型的兒童英語學習產品」。


第一版

在產品規劃之初,原型功能大概是:塑膠積木做的字母,兒童使用時按照提示把字母拼湊在一起,例如「APPLE」;如果拼錯了就提示錯誤,拼對了就說出結果,並把英文「APPLE」和中文「蘋果」的讀音都播放出來。

按照這個思路,我們在2017年5月做出了第一版原型機;包括字母模組、感應模組、控制線路板等等。


 

花了大約兩週時間完成基本功能開發之後,我拿著樣品找了一個朋友請教產品;恰好他辦公室有一位以色列籍的英語老師,在中國教了多年英語。他在看到原型機之後提了一個問題:可不可以像樂高一樣,積木和積木之間可以自由連接?

這是一個好提議。回來之後好幾天,這個念頭一直在我腦海中盤旋;如果用磁鐵接龍的方式來做,一定會更加有趣,何況我對磁鐵做的產品向來相當痴迷。

 

第二版

想是很容易的,但是怎麼實現呢?

如果用磁鐵拼接的方式,最容易做的應該是每一個字母模組都有一個CPU;但是最開始思考的方向是,這個CPU怎麼知道前面和後面的字母是什麼?

假設用戶拼接了一個單字「APPLE」,那麼L這個模組必須知道前面是P、後面是E,而且必須保證所有模組上運作的是同一套程式;這個在軟硬體開發設計上是有點難度的。

其次的問題,是使用哪種通訊協定?做過電子開發的都清楚,如果有一部主機、多組子機的話,一般都是走匯流排的方式;而最常見的,當然是最高可以支援128組子機溝通的I2C通訊協定。

但這通訊協定有兩個問題:它並不能知道每個字母模組的前後順序,而且每一個模組的ID不能重複。也就是說,像「APPLE」這個詞拼接在一起的時候,就會有兩個「P」;如此一來,ID就會有衝突了。

我們在整理需求之後,發現這個產品需要解決幾個技術難點:

  • 字母的前後順序;
  • 多個ID重複的問題;
  • 多個字母拼接後同時存取資料;
  • 字母模組拔除之後的回應。
  • 除了這4個技術問題之外,當然還有成本、生產等其他因素需要考慮。
    兩週後的一天我突發靈感:如果跳出匯流排協議的思維框框,用「數據疊加」的方式不就解決這個問題了嗎?處理方式如下(後來這個方法申請到了多個發明專利、以及實用新型專利保護):

 

 

將所有的字母模組依次發送和疊加,就可以完美解決這個問題。如上圖所示,將最後的字母E發給字母L、字母L再發給字母P,然後依次類推;到第一個字母A的時候,就已經疊加成一串字符「APPLE」了。

由於每個字母模組都有獨立CPU工作,所以電力供應也是一個考量點。如果每個模組都內建電池,那麼充電接口、充電電路、以及電池本身,都會增加許多成本;而且電量狀態、充電提示、以及充飽電量等狀態也需要顯示出來。

如果每個模組都需要獨立充電,用戶使用的體驗會很糟糕。因此,我們的設計讓字母模組的電源由主機統一提供,一接入就通電、拔開就斷電;如此一來既節省成本,也改善了用戶體驗。

6月初,我們做出了第二版的產品原型。

3D列印的產品原型

 

產品原型的結構設計確定之後,便開始著手設計電子電路部分。因為通信和交握(handshake)協議已經做過驗證,倒也進展非常順利;而其中最大的挑戰,是行話叫做「pogo pin」的彈針連接器。

這是一種很可靠的連接方式,但是成本太貴了。一組4個彈針的元件,價格大約是2.5元(人民幣,以下同);而每個字母模組都需要一組彈針和一組頂針,單是這兩組元件就佔了5元成本。

如果再加上磁鐵、PCB板、CPU和外殼組裝費,成本可能會高達10元。

各種封裝規格的pogo pin

 

很顯然的,如果這個組件的成本降不下來,產品最終的價格可能是市場無法接受的。

按照我們估算,一套PingWord大概需要配50個字母模組,其中26個英文字母各配一個,5個母音字母A、E、I、O、U和使用頻率較高的子音,就需要配2–3個。

例如常見的apple和banana,就包括了2個p、3個a、和2個n了。如果使用pogo pin的方案,按照一個字母模組成本10元計算,單獨字母的成本可能就要500元;這些還不包含主機、包裝、配套書籍等成本。


使用標準pogo pin試產的字母模組小板

 

這麼核心的元組件,一定要把成本降下來,所以我們決定自己研發。

自己研發的難度,在於用磁鐵吸住的連接方式必須考慮成本和可靠性。海外的電子積木廠商「littlebits」是用金屬彈片的方式來進行接觸、而且也申請了專利。據說有有本地廠商因為被告抄襲,所以只好把產品下架。

我們研究之後一致認為,他們的彈片並不是最好的解決方案。首先,接觸行程太短,似乎不太可靠;另外,金屬彈片在多次接觸之後可能會影響彈性,導致接觸不良。

此外,這種金屬成型彈片的後期生產加工裝配,都是非常大的問題,大量生產的成本也高。

因此,我們拋棄了金屬彈片,改將研發方向轉到金屬彈針上面。讓彈針和線路板直接可靠接觸,是大量生產首先要解決的問題。我們將圓形的金屬彈針分別切成兩邊,一邊利於貼片機吸嘴、一邊利於線路板焊接;在幾次實驗後,終於研發成功。

 

 

上圖是我們自己設計的各種尺寸的彈針樣品。右邊是驗證過可靠性最佳的成品,並且上了編帶;上了編帶之後,就可以進入自動貼片機生產線,大量生產的問題獲得了解決。

按照估算,假設一個月能銷售10,000套產品,一套產品中配50個字母模組,每個字母模組8根彈針,那麼每個月的需求就是400萬支;如果一根彈針能節省0.01元,每個月就可以省下4萬元。

至於研發測試過程中碰到的問題,就暫且不提了;最重要的是,成本已經降到了我們的預期。

 


正式量產的模組小板,其中包括自主研發的彈針和頂針

 

彈針問題解決,其它部分就輕鬆多了。我們在嵌入式CPU中繼續使用藍牙4.0方案,以便相容於手機app、為將來的擴充性打好基礎。

 


新版本的主板和模組小板

 

嵌入式軟體開發、結構設計等工作的開展比較順利,並在7月初完成了完整功能的第二版原型。以下是我7月5日公佈的測試影片:

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