Životné cykly vývoja produktov sa skracujú, tlak na skrátenie času pri uvedení nových produktov na trh rastie. Organizácie hľadajú vždy jednoduchšie a flexibilnejšie zobrazovacie riešenia pre svoje aplikácie.
Modulárne riešenie verzus diskrétny dizajn
Existujú 2 spôsoby pridania displeja k dizajnu– a to buď:
1. cestou niekoľkých krokov:
- projektovanie v diskrétnom LCM,
- vývoj všetkých požadovaných knižníc,
- softvér na riadenie displeja (diskrétny dizajn).
2. alebo pomocou štandardného inteligentného zobrazovacieho modulu, ktorý je prakticky pripravený na okamžité použitie (modulárne riešenie).
Každá z týchto dvoch možností má svoje výhody a nevýhody, pokiaľ ide o náklady, flexibilitu, škálovateľnosť, kontrolu nad komponentmi, čas vývoja a náročnosť vývoja, atď. Obe možnosti by sa mali podrobne zvážiť v počiatočnej fáze plánovania.
Ak sa pozrieme len na cenu materiálu, diskrétny dizajn sa môže javiť ako atraktívnejšia možnosť v porovnaní s cenou hotového modulu. Avšak, ak vezmeme do úvahy čas a zdroje potrebné na samotný dizajn v porovnaní s hotovým modulovým riešením, výhody môžu byť vyvážené.
Výhody samotného dizajnu: krátkodobý a dlhodobý nákladový prínos
Výhody modulového riešenia: ľahké použitie a rýchlosť
Príklad implementácie diskrétneho dizajnu
Uveďme si príklad, kde existujúca aplikácia alebo zariadenie je inovované tak, aby obsahovalo grafické používateľské rozhranie (GUI) s dotykovou funkčnosťou. To znamená, výmena fyzických tlačidiel alebo iných vstupných zariadení za dotykový panel.
Toto existujúce aplikačné zariadenie pracuje na 8-bitovom mikrokontroléri (MCU) a je potrebné ho inovovať tak, aby malo farebný grafický displej s dotykovým rozhraním. Zatiaľ čo väčšina MCU je schopná prepojiť sa s LCD pomocou kontroléra, prípadne pomocou samostatného kontroléra, veľkosť a rozlíšenie displeja by boli obmedzené zdrojmi MCU. Kontrolér môže byť integrovaný do MCU alebo do displeja. Napríklad, je možné, že 8-bitový MCU dokáže riadiť dvojriadkový bodovo-maticový displej, ale nemusí mať dostatočný procesný výkon, aby mohol riadiť niečo väčšie.
Na vytvorenie pútavého a graficky bohatého prostredia bude potrebné, aby dizajnér do aplikácie pridal značné množstvo zabudovaného softvéru (knižnice, obrazové súbory). Už len samotné vývojové úsilie, aby bol displej LCD ako výstupné zariadenie, je značne náročné. Keď sa k tomu pridá dotyková funkcia, bude to ešte zložitejšie a LCD sa použije ako vstupné zariadenie.
Pri použití tohto prístupu je potrebné venovať značné množstvo výskumu a úsilia vývoju hardvéru aj softvéru. Po dokončení vývoja aplikácie a spustení výroby je nevyhnutné dodržiavať prísnu kontrolu prichádzajúcej kvality na displejoch. Vždy existuje možnosť, že sa na displeji niečo zmení bez predchádzajúceho upozornenia. Táto zmena môže spôsobiť problémy so zostavením a vyžadovať prestavbu alebo vylepšenie ovládačov displeja. Na splnenie tejto úlohy môže byť potrebný vyhradený tím technikov. Ešte väčšie riziko však predstavuje krátky životný (výrobný) cyklus väčšiny dnešných TFT-Displejov. Aj keď sa takmer vždy nájde náhrada, len málokedy je to úplná náhrada 1:1, bez potreby ďalšieho SW alebo HW redizajnu.
Aj keď vývoj vlastného samostatného dizajnu poskytuje väčšiu kontrolu nad kusovou výrobou (malé série) a nákladmi, prináša to ďalšie náklady spojené so zvýšenými nákladmi na inžinierstvo a vývoj. Berieme tiež do úvahy čas potrebný na vývoj krokov uvedených vyššie.
Dodatočná úroveň zložitosti, pokiaľ ide o malosériovú výrobu, môže ovplyvniť dlhodobú dostupnosť vybraných komponentov. Ak dôjde k prerušeniu činnosti jednej z kľúčových súčastí, prestavba grafického používateľského rozhrania môže byť nevyhnutná a môže spôsobiť rozsiahle a nákladné oneskorenia zostavy, t.j. kompletizácie výrobku.
Príklad implementácie modulárneho dizajnu
Alternatívnym prístupom k navrhovaniu displeja je použitie štandardného inteligentného zobrazovacieho modulu. Moduly tohto typu obvykle obsahujú štandardné rozhranie ako I2C, SPI alebo UART na komunikáciu s hostiteľom. Niektoré moduly tiež obsahujú zabudovaný mikrokontrolér, ktorý sa stará o všetky grafické prvky a môže tiež obsahovať rôzne I / O a ďalšie periférie, ktoré potenciálne umožňujú modulu prevádzkovať celú cieľovú aplikáciu.
Mnoho modulov má zabudované rôzne funkcie, ktoré umožňujú relatívne ľahké ovládanie z hostiteľského MCU. Niektoré moduly prichádzajú s plnohodnotným integrovaným vývojovým prostredím, ktoré integruje dizajn a konštrukciu grafického používateľského rozhrania, ako súčasť celkového procesu zabudovaného návrhu. Niektoré z týchto IDE funkcií a drag-and-drop „WYSIWYG“ vývojových pracovných postupov umožňujú extrémne rýchly vývoj prototypov a aplikácií bez nutnosti písania kódu.
Výhodou použitia modulového prístupu je, že všetky ovládače, základné prvky a funkcie grafického používateľského rozhrania už boli vyvinuté a testované. Hostiteľský MCU tiež môže uložiť všetky úlohy zobrazenia do modulu, takže hostiteľ môže venovať všetky svoje zdroje hlavnej aplikácii.
Týmto spôsobom sa môžu inžinieri sústrediť na skutočný dizajn grafického používateľského rozhrania bez obáv z vývoja na nízkej úrovni. V podstate je to naštartovanie celkového vývoja a eliminácia mesiacov času potrebného na nastavenie základných vecí.
V súčasnosti sú k dispozícii rôzne riešenia inteligentných modulov. Jedno také riešenie je k dispozícii od spoločnosti 4D Systems v rôznych zobrazovacích moduloch niekoľkých veľkostí a dotykových možností, ktoré sú programované pomocou integrovaného vývojového prostredia 4D Workshop4 IDE.
Moduly HMI série gen4 boli navrhnuté tak, aby fungovali s takmer ľubovoľnou formou hostiteľského MCU alebo procesora. Funguje to aj pre malé zariadenia s nízkym počtom pinov, keďže všetka interakcia medzi zobrazovacím modulom a hostiteľom prebieha cez jednoduché sériové spojenie, ktoré podporuje väčšina MCU.
Modul displeja odstraňuje všetky dizajnové požiadavky nižšej úrovne a vývojár sa môže sústrediť na vývoj skutočného grafického používateľského rozhrania a základnej aplikácie.
Prototypy tak môžu byť hotové do niekoľkých dní a konečná aplikácia môže byť hotová do niekoľkých týždňov, čím sa radikálne skráti čas uvedenia na trh.
Analýza nákladov - diskrétny dizajn verzus modulárny dizajn
Pozrime sa na možný scenár analýzy nákladov, aby sme videli aj to, čo hovoria čísla.
Ako príklad sa pozrime na scenár, v ktorom je 4,3 palcový LCD displej s kapacitným dotykovým a krycím sklom navrhnutý do existujúcej aplikácie. Na porovnanie uvedieme oba prístupy.
Príklad dizajnovej špecifikácie
• Životnosť projektu: 2 roky• Celkový požadovaný objem 1 200 kusov.
• Objem dodávky: 50 kusov mesačne
Diskrétny dizajn
• Na vývoj a dizajn sú potrební 2 vývojoví inžinieri.
• Odhadované ročné platové náklady na jedného inžiniera: 36 000 Eur / rok
• Čas potrebný na vývoj je 6 mesiacov.
• Náklady na vývoj na 6 mesiacov: 18 000 Eur x 2 vývojoví inžinieri
• Odhadované jednotkové náklady na 4,3“ LCD displej a periférne zariadenia: 30,00 Eur
Modulárny dizajn:
• Na vytvorenie návrhu je potrebný 1 vývojový inžinier.
• Odhadované ročné platové náklady pre inžiniera: 36 000 Eur / rok
• Čas potrebný na vývoj 1 mesiac.
• Náklady na vývoj na 1 mesiac: 3 000 Eur
• Odhadované jednotkové náklady na inteligentný zobrazovací modul 4,3“ : 55,00 EUR
Modulárny dizajn začíname s počiatočnými nákladmi 3 000Eur.
Diskrétny dizajn začíname s počiatočnými nákladmi 36 000Eur.
Fáza výroby:
3.000 Eur + 1200*55 = celkové výrobné náklady na modulárny dizajn Design
36 000Eur + 1200*30 = celkové výrobné náklady na diskrétny dizajn
Náklady na vývoj modulov sú výrazne nižšie v porovnaní s nákladmi na vývoj diskrétneho návrhu.
Celkové mesačné náklady na jednotku pre prvú várku 50 kusov sú tiež výrazne nižšie pri modulárnom prístupe so 115 Eur oproti 750 Eur.
Napríklad, celkové mesačné náklady na jednotku pre prvú várku 200 kusov sú tiež výrazne nižšie pri modulárnom prístupe so 70 Eur oproti 210 Eur.
Pri výrobnom množstve 1320 kusov displejov sa náklady týchto 2 rôznych prístupov k vývoju a výrobe vyrovnajú.
Keď sa vývojové náklady diskrétneho dizajnu časom amortizujú, celkové náklady na jednotku klesnú.
Z toho môžeme vyvodiť záver, že výber modulárneho riešenia pri objemoch pod 1320 jednotiek je nákladovo efektívnejší ako diskrétny dizajn. Ak by všetky premenné okrem objemu zostali v tomto príklade rovnaké a objemová požiadavka bola podstatne vyššia, diskrétny dizajn by bol nákladovo efektívnejší. Avšak dodávateľ modulov by bol pri vyšších objemoch tiež schopný poskytnúť nákladovo efektívnejšiu cenu. Toto môže potenciálne výrazne znížiť nákladovú výhodu diskrétneho dizajnu pri vyšších objemoch.
V uvedenom príklade robíme niekoľko zovšeobecnení a pozeráme sa iba na nákladový aspekt týchto dvoch prístupov. Aj keď je veľmi dôležité pozrieť sa na cenu, je potrebné spomenúť všetky ďalšie výhody a nevýhody spojené s ktorýmkoľvek z prístupov. Obrovským benefitom použitia inteligentného modulu je podstatné skrátenie času na dizajn výrobku a uvedenia na trh, čo môže byť niekedy rozhodujúce pre úspešnosť presadenia sa na trhu.
Záver
Inžinieri často čelia výzve začleniť plnohodnotný grafický displej s dotykovou funkčnosťou do nového produktu alebo navrhnúť upgrade na existujúci produkt. Stoja pred rozhodnutím, či sa vybrať cestou vývoja alebo vybrať modulárne riešenie.
Tradičná metóda návrhu riešenia od nuly by s najväčšou pravdepodobnosťou zabránila mnohým vývojárom a spoločnostiam aktualizovať alebo upgradovať svoje zariadenia. Jedným z problémov je aj nedostatok finančných zdrojov, know-how a informácií o alternatívnych riešeniach, ktoré by inžinieri mali mať k dispozícii.
V predbežnom vyhodnotení sa cena modulárneho riešenia môže na prvý pohľad javiť ako prekážka. Dokonca pri podrobnejšom preskúmaní nákladov môžete dôjsť k záveru, že modulárne riešenie je nákladné. Pravda je v skutočnosti úplne opačná, najmä pre aplikácie s nižšími požiadavkami na ročný objem.
Preto dôrazne odporúčame analyzovať a prebrať všetky možnosti pred tým, ako sa vydáte konkrétnou cestou návrhu. Životné cykly produktov sa skracujú a je potrebné častejšie obnovovať návrhy, preto sú dôležitým prínosom riešenia, ktoré uľahčujú proces návrhu a implementácie. A to nielen pre displej, ale aj pre ďalšie zabudované technológie.
Zdroj: 4D Systems
Páčia sa Vám naše články? Nezmeškajte už ani jeden z nich!
Nemusíte sa o nič starať, my zabezpečíme doručenie až k Vám.
