硬體創業設計須知：如何避開地雷
隨著 IoT 浪潮的興起，以往以軟體為主流的創業圈也多了許多硬體新創的團隊。台灣有著三十年輝煌的電子業傳承，累積了大量的人才和技術，但由於缺乏宏觀的訓練，以及多年來代工導向的企業文化，使得許多原來在電子大廠練就一身武藝的高手，赤手空拳出來打天下時，反而走得跌跌撞撞。
接下來我想寫一系列的文章，聊聊硬體創業團隊可能會面臨的困難，和我經驗中的可能解決方法。
創業沒有捷徑，沒有保證班，更沒有公式。每個成功的創業者都是獨一無二的，因此沒有人能告訴你「怎麼樣做才能成功創業」。犯錯其實是創業過程中最好的學習，而這裡分享的，就是我所犯過的錯。
（我已經在2016年2月辭去原來的工作，加入AppWorks。雖然這不是我人生中第一次加入創業，但在這不惑之年放棄幾近退休的生活並展開這段全新的旅程，和我當年草創網京與藍牙奮戰時的心境，並無二致。)
硬體創業最大的不同：燒掉的是實體物品
硬體創業和軟體創業最大的不同，就是你最終一定得燒掉某些實質的、看得到摸得到的東西，然後把產品做出來。
軟體創業者如果把東西做壞了，燒掉的就是團隊的時間、精力、也許還有些雲端主機的費用，但是不會有任何的樹因你失敗而倒下。但硬體創業者如果把東西做壞了，你會為地球製造出一堆垃圾，而且，多半是很毒又不可回收的垃圾。
開出來不會動的IC和打出來不會動的電路板，對這個世界是沒有價值的，連拿去填海都要擔心汙染海洋。因此相較於碼農，硬漢其實是種比較不環保、對環境衝擊又大的生物。如何做個環保一點的硬漢，就是我們這次要聊的話題。
搞清楚你要做什麼東西
要避免做出沒有用的東西，第一件事就是要先搞清楚要做出什麼東西。在傳統製造業中，這個過程就是「規格制定」。
以前你有PM幫你訂規格，現在你要自己訂規格。以前你可以嫌PM沒有腦袋不會訂規格，現在你要對自己訂的規格負責。
當你有一個想法要變成產品時，在真正動手前，一定要先確定這個東西做不做得出來。沒有人可以保證什麼東西一定做得出來，但是很多時候你可以經由一些研究，確定某些東西大概不可能做得出來，或是在可控的資源之下能不能做出來。想做的東西不見得是實際的，因此經由feasibility study將想做的東西變成一個合理的規格，並將它做出來，是一個很重要的過程。
硬體設計開發流程。
這是一個經過簡化的、典型的產品開發流程。在理想情況下，你應該可以順著每個階段的箭頭一路往右走，debug結束後產品就做出來了。
但世事難料，在我這麼多年的職業和創客生涯當中，我從來沒看過哪個產品可以從頭到尾，一路勇往直前走到底的。路上總是有一些大大小小的石頭，逼著我們把它們搬開、繞過它們、或是把它們炸了。
最常見的就是開始做設計之後，發現東西因為某些工程上的困難，甚至工程上的不可能，而設計不出來，只好回頭檢討規格。更慘一點的就是設計做完了，開始進入真正燒錢的實作階段 (板子送洗送打了，模具開下去等等)，才發現產品實作有窒礙難行的地方，一樣得回頭找別的路走。
在這裡有一個非常重要的原則：絕對不要直接修改規格。任何牽動到規格變更的事，請你回到study那個階段，重新study一次。
做好study
制定規格之前，我們要做兩個很重要的study：requirement study（需求研究）和feasibility study（可行性研究）。
需求研究：客戶想要什麼
需求指的是你的目標客戶想要的是什麼，有些東西沒經過requirement study，你不會知道原來你夢想中的完美產品，在你認為的客戶眼中其實只是一團屎。
Requirement study可以幫助你在真正丟錢丟材料下去燒之前，先確定這樣做值不值得。
可行性研究：東西到底做不做得出來
如果requirement study是對你的客戶負責，那feasibility study就是對你自己負責。經由feasibility study，你可以在真正投入設計資源之前，先排除一些因為工程上的不可能所導致的失敗。
雖然所有的工程可行性問題通常會在設計階段浮現，但盡可能地在早期做好可行性評估，可以省下不少繞路的時間。
在產品設計前期做好可行性評估，就能避免很多錯誤的發生。
舉個例子來說，假設你的產品有電池，電池容量的估測，就是一開始最應該做的事。整個裝置的耗電基本上可以由主要元件的datasheet上得知，輔以基本的軟體行為模型，即使再複雜的動態系統也可以做初步的功耗評估，進而避免開出不可行的無厘頭規格。
比如說，你要做一個穿戴式裝置，要用1.2吋的OLED panel當做顯示器，可用的最大電池容量是120mAh。目標規格是這裝置要可以連續使用24小時，而且螢幕時時刻刻都得亮著，那我們就可以簡單算出：如果OLED panel的平均耗電高於5mA的話（OLED 面板的耗電是動態的，點亮的像素愈多，吃的電也愈多)，這個系統是不可能做出來的。
通常查閱 datasheet 你可以知道你想用的OLED panel吃多少電；如果真的不知道的話，簡單做個實驗把它點起來，用電流表量一下也可以。
事實上在這個例子裡，有經驗的人可能知道，至少到目前為止，世界上還沒有只吃5mA的 OLED panel。這個尺寸的單色OLED面板，吃電的行情在25mA到50mA左右，因此簡單的估計就可以告訴你，這樣的裝置實務上是做不出來的。
而且，我們還沒計算系統中其它零件的功耗呢。有些東西的功耗小到可以忽略 ，如accelerometer（加速度感應器），通常在幾百個μA左右；但也有些東西胃口很大，像是GPS晶片，正在tracking的時候耗電10–20mA跑不掉。這些都可以透過先期調查得知。
千萬不要等到東西都設計好也做出來了，才發現你的OLED面板開著開著，三小時就把電池榨乾了。
處處是陷阱
在規格制定和設計的過程當中，處處是陷阱；事前的考慮越周詳，越能降低你可能掉進陷阱中死掉而要重頭來過的機率。
常見的陷阱有:
電池容量和耗電：這我們已經在前面舉例說明過了，但也是我最常看到有人掉進去的洞。盡可能的精確估算，甚至做實驗，對於避免這個問題會有很大的幫助。
Layout和組裝密度：板子要做幾層？需不需要盲埋孔？全部的零件擠得進機構訂出來的板框嗎？雖然PCB layout並沒有真正非常系統化的方法可以做密度估計，但事前盡可能用placement等方式模擬，總比走線走到快完成時才發現最後2%的走線怎麼樣都走不完要好。
天線：RF的工程是門藝術，天線又是其中最難捉摸的一門。如果你的產品用到天線，請務必諮詢RF專家，避免犯一些RF設計上的天條，像是該接地沒接地，該挖開沒挖開等等。IoT的專案多半使用2.4GHz ISM頻段的天線，這是一種相對窄頻的天線，工作頻率是2402–2483MHz，頻寬不到 100MHz，算是很好掌握的，不難請教到有經驗的人。如果你要用到WCDMA或LTE的天線，那就是另一回事了，因為WCDMA或LTE都有很多工作頻段，天線的頻寬非常寬，相對來說設計難度是蠻高的。
EMI（電磁干擾）：並非只有RF產品才會有EMI的問題。現在Cortex-M的處理器隨便都可以跑上100MHz，這已經是FM廣播的工作頻率，理所當然也都進入各國EMI法規的管理範圍；而如果你有用到交換式DC-DC電源，現在很多小型化的交換式DC-DC都工作在1MHz甚至更高的交換頻率，電感的擺位或 layout不好的話，EMI的惡夢可能也會找上門。
ESD（靜電放電）：請記住，如果你的產品有任何裸露的金屬部份，不管它跟電路有沒有連接，在做ESD驗證時都會是槍靶。請你從一開始設計就要把這件事放在心上，而不要等到ESD打不過時才去想要怎麼加TVS二極體。
外包的美麗與哀愁
硬體是一個高度分工的產業，這對新創團隊來說是一個有點難度的進入障礙。你不太容易在一個兩三人的團隊中湊齊電路、機構、光學、軟體、製造甚至其它專業的人力，更不用說光是電路這一行又細分成RF、數位、電源、高速等一大堆不同的專業，就像軟體也分成firmware、app、網站、PC等不同領域。雖然張無忌學了九陽神功之後學什麼武功都很快，甚至可以在幾個時辰內就學會乾坤大挪移，但這種不世出的練武奇才畢竟是少數。
因此，當團隊缺乏需要的專業人才時，外包是一個必要的手段。我並不反對新創團隊使用外包資源，但有個「二不一沒有」的原則應該遵守:
核心競爭力的部份不外包：核心競爭力應該就是你出來創業的重要原因之一，也是你相信你自己的產品比別人做得好的關鍵。因此這個部份理論上要自己做才做得好，否則出來創業的應該是你的包商，而不是你。
開不出規格的東西不外包：要發工作出去，一份可以白紙黑字寫下來的規格是溝通的基礎，也是驗收的關鍵。如果你連規格都開不出來，你要怎麼告訴你的包商要做什麼呢？
天下沒有白吃的午餐：不管你是濫用朋友、前同事、同學的資源，還是規規矩矩上分類廣告找承包商，該付的報酬還是要付。生意不是只做一次，台灣的業界是個很小的圈圈，一定遇得到。
如果你能做到以上三個原則，將設計工作發包出去，可以讓你專注在核心部份的研發，對團隊來說絕對是好事。
結語：謀定而後動
說了這麼多，其實只有一個原則：盡可能把時間花在事前的規劃、調查、研究，而不要事後去補救。事前的規劃越完整，動工之後的意外就越少。
「上醫醫未病，中醫醫欲病，下醫醫已病」，做產品設計也一樣。祝大家都做出自己驕傲，客戶喜愛的好產品。