Prototype - Prototype

Prototype skilting på Boise Greenbelt , testing for rust , maling -holdbarhet, etc.
Et skilt som forklarer prototypeskilting

En prototype er en tidlig prøve, modell eller utgivelse av et produkt bygget for å teste et konsept eller en prosess. Det er et begrep som brukes i en rekke sammenhenger, inkludert semantikk , design , elektronikk og programvareprogrammering . En prototype brukes vanligvis til å evaluere et nytt design for å øke presisjonen av systemanalytikere og brukere. Prototyping tjener til å gi spesifikasjoner for et ekte, fungerende system i stedet for et teoretisk. I noen designarbeidsflytmodeller er det å lage en prototype (en prosess som noen ganger kalles materialisering ) trinnet mellom formalisering og evaluering av en idé.

En prototype kan også bety et typisk eksempel på noe som for eksempel bruk av avledningen ' prototypisk '. Dette er et nyttig begrep for å identifisere objekter, atferd og begreper som anses som akseptert norm og er analogt med begreper som stereotyper og arketyper .

Ordet prototype stammer fra det greske πρωτότυπον prototypon , "primitiv form", nøytral for πρωτότυπος prototypos , "original, primitiv", fra πρῶτος protos , "første" og τύπος skrivefeil , "inntrykk".

Typer

Prototyper utforsker forskjellige aspekter ved en tiltenkt design:

  • En prinsippbeskyttet prototype tjener til å verifisere noen viktige funksjonelle aspekter ved den tiltenkte designen, men har vanligvis ikke all funksjonaliteten til det endelige produktet.
  • En fungerende prototype representerer hele eller nesten hele funksjonaliteten til sluttproduktet.
  • En visuell prototype representerer størrelsen og utseendet, men ikke funksjonaliteten, til den tiltenkte designen. En prototyp for skjemastudie er en foreløpig type visuell prototype der de geometriske trekkene til et design vektlegges, med mindre bekymring for farge, tekstur eller andre aspekter ved det endelige utseendet.
  • En prototype for brukeropplevelse representerer nok av produktets utseende og funksjon til at den kan brukes til brukerforskning .
  • En funksjonell prototype fanger både funksjon og utseende av den tiltenkte designen, selv om den kan lages med forskjellige teknikker og til og med forskjellig skala fra den endelige designen.
  • En papirprototype er en trykt eller håndtegnet fremstilling av brukergrensesnittet til et programvareprodukt. Slike prototyper brukes ofte til tidlig testing av et programvaredesign, og kan være en del av en programvaregjennomgang for å bekrefte designbeslutninger før mer kostbare nivåer av designinnsats blir brukt.

Forskjeller i å lage en prototype mot et sluttprodukt

Generelt vil opprettelsen av prototyper avvike fra opprettelsen av det endelige produktet på noen grunnleggende måter:

  • Materiale : Materialene som vil bli brukt i et sluttprodukt kan være dyre eller vanskelige å fremstille, så prototyper kan være laget av andre materialer enn sluttproduktet. I noen tilfeller kan det endelige produksjonsmaterialet fortsatt være under utvikling selv og ennå ikke tilgjengelig for bruk i en prototype.
  • Prosess : Masseproduksjonsprosesser er ofte uegnet for å lage et lite antall deler, så det kan lages prototyper ved hjelp av andre fabrikasjonsprosesser enn sluttproduktet. For eksempel vil et sluttprodukt som vil bli laget ved sprøytestøping av plast, kreve kostbart tilpasset verktøy, så en prototype for dette produktet kan fremstilles ved bearbeiding eller stereolitografi i stedet. Forskjeller i fabrikasjonsprosessen kan føre til forskjeller i prototypens utseende sammenlignet med sluttproduktet.
  • Verifikasjon : Det endelige produktet kan bli gjenstand for en rekke kvalitetssikringstester for å verifisere samsvar med tegninger eller spesifikasjoner. Disse testene kan omfatte tilpassede inspeksjonsarmaturer, statistiske prøvetakingsmetoder og andre teknikker som er passende for pågående produksjon av en stor mengde av sluttproduktet. Prototyper er vanligvis laget med mye nærmere individuell inspeksjon og antatt at noen justeringer eller omarbeidinger vil være en del av fabrikasjonsprosessen. Prototyper kan også være unntatt fra noen krav som gjelder for sluttproduktet.

Ingeniører og prototypespesialister prøver å minimere virkningen av disse forskjellene på den tiltenkte rollen for prototypen. For eksempel, hvis en visuell prototype ikke er i stand til å bruke de samme materialene som sluttproduktet, vil de prøve å erstatte materialer med egenskaper som nøye simulerer de tiltenkte sluttmaterialene.

Kjennetegn og begrensninger av prototyper

En prototype av polske økonomien kombi bil Beskid 106 utformet på 1980-tallet

Ingeniører og prototypespesialister søker å forstå begrensningene til prototyper for å nøyaktig simulere egenskapene til deres tiltenkte design.

Det er viktig å innse at prototypene i sin definisjon vil representere noen kompromisser fra den endelige produksjonsdesignen. På grunn av forskjeller i materialer, prosesser og designfidelitet, er det mulig at en prototype ikke klarer å utføre akseptabelt, mens produksjonsdesignet kan ha vært forsvarlig. En motintuitiv ide er at prototyper faktisk kan utføre akseptabelt mens produksjonsdesignet kan være feil siden prototyping av materialer og prosesser av og til kan utkonkurrere sine produksjonsmotparter.

Generelt kan det forventes at individuelle prototypekostnader vil være vesentlig større enn de endelige produksjonskostnadene på grunn av ineffektivitet i materialer og prosesser. Prototyper brukes også til å revidere designet for å redusere kostnader gjennom optimalisering og forfining.

Det er mulig å bruke prototypetesting for å redusere risikoen for at et design ikke fungerer som forutsatt, men prototyper kan vanligvis ikke eliminere all risiko. Det er pragmatiske og praktiske begrensninger for en prototypes evne til å matche den tiltenkte ytelsen til produktet, og noen tillatelser og teknisk vurdering er ofte nødvendig før du går videre med et produksjonsdesign.

Å bygge hele designet er ofte dyrt og kan være tidkrevende, spesielt når det gjentas flere ganger-å bygge hele designet, finne ut hva problemene er og hvordan de skal løses, og deretter bygge et nytt fullt design. Som et alternativ brukes hurtige prototyper eller teknikker for rask applikasjonsutvikling for de første prototypene, som implementerer en del, men ikke alle, av den komplette designen. Dette gjør det mulig for designere og produsenter å raskt og rimelig teste delene av designet som mest sannsynlig vil ha problemer, løse disse problemene og deretter bygge hele designet.

Denne kontra-intuitive ideen-at den raskeste måten å bygge noe på er først å bygge noe annet-deles av stillaser og teleskopregelen.

Ingeniørvitenskap

I teknologiforskning er en teknologidemonstrator en prototype som fungerer som bevis-på-konsept og demonstrasjonsmodell for en ny teknologi eller fremtidig produkt, som beviser dens levedyktighet og illustrerer tenkelige applikasjoner.

I store utviklingsprosjekter er en testbed en plattform og prototype utviklingsmiljø for streng eksperimentering og testing av nye teknologier, komponenter, vitenskapelige teorier og beregningsverktøy.

Med de siste fremskrittene innen datamodellering blir det praktisk å eliminere opprettelsen av en fysisk prototype (unntatt muligens i sterkt reduserte skalaer for salgsfremmende formål), i stedet for å modellere alle aspekter av sluttproduktet som en datamodell . Et eksempel på en slik utvikling kan sees i Boeing 787 Dreamliner , der den første fysiske realiseringen i full størrelse gjøres på serieproduksjonslinjen. Datamodellering blir nå mye brukt i bildesign, både for form (i bilens styling og aerodynamikk ) og i funksjon - spesielt for å forbedre kjøretøyets kollisjonsevne og for å redusere kjørelengde.

Maskiningeniør og elektroteknikk

Den vanligste bruken av ordet prototype er en funksjonell, men eksperimentell, versjon av en ikke-militær maskin (f.eks. Biler, husholdningsapparater, forbrukerelektronikk) hvis designere ønsker å ha bygget med masseproduksjonsmidler , i motsetning til en mockup , som er en inert fremstilling av en maskines utseende, ofte laget av et ikke-holdbart stoff.

En elektronikk designer bygger ofte den første prototypen fra brødfjel eller stripboard eller perfboard , vanligvis ved hjelp av "dip" pakker.

Imidlertid er den første funksjonelle prototypen oftere bygget på en "prototype PCB " som er nesten identisk med produksjons -PCB, ettersom produksjonskortene på PCB faller og så mange komponenter ikke er tilgjengelige i DIP -pakker, men bare tilgjengelig i SMT -pakker optimalisert for plassering på en PCB.

Byggere av militære maskiner og luftfart foretrekker begrepene "eksperimentell" og "servicetest".

Elektronikk prototyper

En enkel elektronisk kretsprototype på et brødbrett
Eksempel på prototype innen optoelektronikk ( Texas Instruments , DLP Cinema Prototype System)

I elektronikk betyr prototyping å bygge en faktisk krets til en teoretisk design for å bekrefte at den fungerer, og for å gi en fysisk plattform for feilsøking av den hvis den ikke gjør det. Prototypen er ofte konstruert ved hjelp av teknikker som trådinnpakning eller bruk av veroboard eller brødbrett , og resultatet er en krets som er elektrisk identisk med designet, men ikke fysisk identisk med sluttproduktet.

Åpen kildekodeverktøy som Fritzing eksisterer for å dokumentere elektroniske prototyper (spesielt de brødbrettbaserte) og gå mot fysisk produksjon. Prototyping -plattformer som Arduino forenkler også oppgaven med å programmere og samhandle med en mikrokontroller . Utvikleren kan velge å distribuere oppfinnelsen slik den bruker prototypeplattformen, eller erstatte den med bare mikrokontrollerbrikken og kretsene som er relevante for produktet.

En tekniker kan raskt bygge en prototype (og gjøre tillegg og modifikasjoner) ved hjelp av disse teknikkene, men for volumproduksjon er det mye raskere og vanligvis billigere å masseprodusere tilpassede kretskort enn å produsere andre typer prototypekort. Spredningen av PCB-produksjons- og monteringsbedrifter med hurtig sving har gjort det mulig å bruke konseptene hurtig prototyping på design av elektroniske kretser. Det er nå mulig, selv med de minste passive komponentene og de største finpakkene, å få brett produsert, satt sammen og til og med testet på få dager.

Dataprogrammering og informatikk

Prototypeprogramvare blir ofte referert til som alfa -klasse, noe som betyr at det er den første versjonen som kjøres. Ofte er bare noen få funksjoner implementert, hovedfokuset for alfa er å ha en funksjonell basiskode som funksjoner kan legges til. Når alfa -grade programvare har de fleste nødvendige funksjonene integrert i det, blir det beta -programvare for testing av hele programvaren og for å justere programmet til å reagere riktig i situasjoner som er uforutsett under utvikling.

Ofte er det ikke sikkert at sluttbrukerne kan gi et komplett sett med applikasjonsmål, detaljerte input, behandling eller output -krav i den innledende fasen. Etter brukerevalueringen vil en annen prototype bli bygget basert på tilbakemeldinger fra brukere, og igjen går syklusen tilbake til kundeevaluering. Syklusen starter med å lytte til brukeren, etterfulgt av å bygge eller revidere en mock-up, og la brukeren teste mock-up , og deretter tilbake. Det er nå en ny generasjon verktøy som kalles Application Simulation Software som hjelper raskt å simulere applikasjoner før de utvikles.

Ekstrem programmering bruker iterativ design for å gradvis legge til en funksjon om gangen til den første prototypen.

Andre programmering/databehandlingskonsepter

I mange programmeringsspråk , en funksjon prototype er erklæringen av en subrutine eller funksjon (og må ikke forveksles med programvare prototyper). Dette begrepet er heller C / C ++ -spesifikt; andre vilkår for denne oppfatningen er signatur , type og grensesnitt . I prototypebasert programmering (en form for objektorientert programmering ) produseres nye objekter ved å klone eksisterende objekter, som kalles prototyper.

Begrepet kan også referere til Prototype Javascript Framework .

I tillegg kan begrepet referere til prototypedesignmønsteret .

Kontinuerlig læring tilnærminger i organisasjoner eller bedrifter kan også bruke begrepet virksomhet eller behandle prototyper gjennom programvaremodeller.

Begrepet prototypikalitet brukes til å beskrive hvor mye et nettsted avviker fra den forventede normen, og fører til en lavere brukerpreferanse for nettstedets design.

Dataprototyping

En dataprototype er en form for funksjonell eller fungerende prototype. Begrunnelsen for opprettelsen er vanligvis en datamigrasjon , dataintegrasjon eller applikasjonsimplementeringsprosjekt, og råvarene som brukes som input er en forekomst av alle relevante data som eksisterer ved prosjektets start.

Målet med dataprototyping er å produsere:

  • Et sett med regler for datarensing og transformasjon som har vist seg å produsere data som alle er egnet for formålet.
  • Et datasett som er resultatet av at reglene ble brukt på en forekomst av relevante rådata (kilde).

For å oppnå dette bruker en dataarkitekt et grafisk grensesnitt for interaktivt å utvikle og utføre transformasjons- og rensingsregler ved bruk av rådata. De resulterende dataene blir deretter evaluert og reglene finpusset. Utover den åpenbare visuelle kontrollen av dataene på skjermen av dataarkitekten, er de vanlige evaluerings- og valideringsmetodene å bruke dataprofileringsprogramvare og deretter sette inn de resulterende dataene i en testversjon av målprogrammet og prøve bruk av det.

Skalamodellering

En skalamodell av en Douglas SB2D Destroyer i en vindtunnel for testing

I feltet av skalaen modellering (som inkluderer modell railroading , kjøretøy modellering, fly modellering , militære modellering, osv), er en prototype den virkelige verden basis eller kilde for en skalamodell, for eksempel den virkelige gp38-2 locomotive- som er prototypen på Athearns (blant andre produsenter) lokomotivmodell. Teknisk sett kan ethvert ikke-levende objekt tjene som en prototype for en modell, inkludert strukturer, utstyr og apparater, og så videre, men generelt har prototyper kommet til å bety virkelige kjøretøyer i full størrelse, inkludert biler (prototypen 1957 Chevy har skapte mange modeller), militært utstyr (for eksempel M4 Shermans, en favoritt blant amerikanske militære modellerere), jernbaneutstyr, motorbiler, motorsykler og romskip (den virkelige verden som Apollo/Saturn Vs, eller ISS). Fra 2014 koster grunnleggende raske prototypemaskiner (for eksempel 3D -skrivere ) omtrent $ 2000, men større og mer presise maskiner kan koste så mye som $ 500 000.

Arkitektur

I arkitektur refererer prototyping til enten arkitektonisk modellproduksjon (som form for skalamodellering ) eller som en del av estetiske eller materielle eksperimenter , for eksempel Forty Wall House prototypingsenter i Forty Wall House i Australia.

Arkitekter prototype for å teste ideer strukturelt, estetisk og teknisk. Enten prototypen fungerer eller ikke, er ikke hovedfokuset: arkitektonisk prototyping er den avslørende prosessen der arkitekten får innsikt.

Metrologi

I vitenskap og praksis i metrologi er en prototype et menneskeskapt objekt som brukes som standard for måling av en fysisk mengde for å basere all måling av den fysiske størrelsen mot. Noen ganger kalles dette standardobjektet en artefakt . I International System of Units ( SI ) er det ingen prototypestandard siden 20. mai 2019 . Før denne datoen var den siste prototypen som ble brukt den internasjonale prototypen for kilogrammet , en solid platina-iridium- sylinder som ble oppbevart på Bureau International des Poids et Mesures (International Bureau of Weights and Measures) i Sèvres France (en forstad til Paris ) som av definisjon var massen på nøyaktig en kilo . Kopier av denne prototypen er utformet og utstedt til mange nasjoner for å representere den nasjonale standarden på kilogrammet og blir periodisk sammenlignet med Paris -prototypen. Nå defineres kilogrammet på en slik måte at Planck -konstanten h foreskrives en verdi på nøyaktig6,626 070 15 × 10 −34  joule-sekund (J⋅s)

Frem til 1960 ble måleren definert av en platinum-iridium-prototypestang med to merker på den (som per definisjon var mellomrom med en meter), den internasjonale prototypen til måleren , og i 1983 ble måleren omdefinert til å være avstand i ledig plass dekket av lys i 1/299.792.458 sekund ( definerer dermed lysets hastighet til 299.792.458 meter per sekund).

Naturvitenskap

I mange vitenskaper, fra patologi til taksonomi, refererer prototype til en sykdom, art osv. Som er et godt eksempel for hele kategorien. I biologi er prototype den forfedre eller primitive formen til en art eller annen gruppe; en arketype. For eksempel blir Senegal bichir sett på som prototypene til slekten, Polypterus .

Se også

Referanser