Prototyp

Prototypskyltning på Boise Greenbelt , testning av rost , färgbeständighet , hållbarhet, etc.

En skylt som förklarar prototypskyltar

En prototyp är ett tidigt prov, modell eller release av en produkt byggd för att testa ett koncept eller en process. Det är en term som används i en mängd olika sammanhang, inklusive semantik , design , elektronik och mjukvaruprogrammering . En prototyp används vanligtvis för att utvärdera en ny design för att förbättra precisionen av systemanalytiker och användare. Prototyping tjänar till att tillhandahålla specifikationer för ett verkligt fungerande system snarare än ett teoretiskt. I vissa designarbetsflödesmodeller är att skapa en prototyp (en process som ibland kallas materialisering ) steget mellan formalisering och utvärdering av en idé.

En prototyp kan också betyda ett typiskt exempel på något som t.ex. användningen av härledningen ' prototypisk '. Detta är en användbar term för att identifiera objekt, beteenden och begrepp som anses vara den accepterade normen och är analog med termer som stereotyper och arketyper .

Ordet prototyp härstammar från grekiskans πρωτότυπον prototypon , "urform", neutral av πρωτότυπος prototypos , "ursprunglig, primitiv", från πρῶτοτ πρῶτοτ , πρῶτος, πρῶτος, ύstoss och " (ursprungligen i betydelsen ett märke som lämnats av ett slag, sedan av en stämpel slagen av en tärning (notera "skrivmaskin"); underförstått ett ärr eller märke; analogt en form, dvs en staty, (bildligt) stil eller likhet; en modell för imitation eller illustrativt exempel – notera "typisk").

Typer

Prototyper utforskar olika aspekter av en tänkt design:

En proof-of-principle prototyp tjänar till att verifiera några viktiga funktionella aspekter av den avsedda designen, men har vanligtvis inte all funktionalitet hos slutprodukten.
En fungerande prototyp representerar hela eller nästan all funktionalitet hos slutprodukten.
En visuell prototyp representerar storleken och utseendet, men inte funktionaliteten, hos den avsedda designen. En formstudieprototyp är en preliminär typ av visuell prototyp där de geometriska egenskaperna hos en design betonas, med mindre oro för färg, struktur eller andra aspekter av det slutliga utseendet.
En användarupplevelseprototyp representerar tillräckligt mycket av produktens utseende och funktion för att den kan användas för användarforskning .
En funktionell prototyp fångar både funktion och utseende hos den avsedda designen, även om den kan skapas med olika tekniker och till och med olika skala från den slutliga designen.
En pappersprototyp är en tryckt eller handritad representation av användargränssnittet för en mjukvaruprodukt. Sådana prototyper används vanligtvis för tidig testning av en mjukvarudesign och kan vara en del av en mjukvarugenomgång för att bekräfta designbeslut innan mer kostsamma designinsatser görs.

Skillnader i att skapa en prototyp jämfört med en slutprodukt

Generellt sett kommer skapandet av prototyper att skilja sig från skapandet av slutprodukten på några grundläggande sätt:

Material : Materialen som kommer att användas i en slutprodukt kan vara dyra eller svåra att tillverka, så prototyper kan göras av andra material än slutprodukten. I vissa fall kan det slutliga produktionsmaterialet fortfarande utvecklas själva och ännu inte tillgängligt för användning i en prototyp.
Process : Massproduktionsprocesser är ofta olämpliga för att tillverka ett litet antal delar, så prototyper kan tillverkas med andra tillverkningsprocesser än slutprodukten. Till exempel kommer en slutprodukt som kommer att tillverkas genom formsprutning av plast att kräva dyrt anpassat verktyg, så en prototyp för denna produkt kan tillverkas genom bearbetning eller stereolitografi istället. Skillnader i tillverkningsprocessen kan leda till skillnader i utseendet på prototypen jämfört med den slutliga produkten.
Verifiering : Slutprodukten kan bli föremål för ett antal kvalitetssäkringstester för att verifiera överensstämmelse med ritningar eller specifikationer. Dessa tester kan involvera anpassade inspektionsfixturer, statistiska provtagningsmetoder och andra tekniker som är lämpliga för pågående produktion av en stor mängd av slutprodukten. Prototyper tillverkas i allmänhet med mycket närmare individuell inspektion och antagandet att viss justering eller omarbetning kommer att vara en del av tillverkningsprocessen. Prototyper kan också undantas från vissa krav som kommer att gälla för slutprodukten.

Ingenjörer och prototypspecialister försöker minimera effekterna av dessa skillnader på den avsedda rollen för prototypen. Till exempel, om en visuell prototyp inte kan använda samma material som slutprodukten, kommer de att försöka ersätta material med egenskaper som nära simulerar de avsedda slutmaterialen.

Egenskaper och begränsningar hos prototyper

En prototyp av den polska halvkombibilen Beskid 106 designad på 1980 - talet

Ingenjörer och prototypspecialister försöker förstå prototypers begränsningar för att exakt simulera egenskaperna hos deras avsedda design.

Det är viktigt att inse att prototyper till sin natur representerar en kompromiss från den slutliga produktionsdesignen. Detta beror inte bara på designerns/designernas skicklighet och val, utan på de oundvikliga inneboende begränsningarna hos en prototyp på grund av "karta -territorirelationen" . Precis som en karta är en reducerad abstraktion som representerar mycket mer detaljerat verkligt territorium, eller "menyn representerar måltiden" men inte kan fånga alla detaljer i den faktiska levererade maten: en prototyp är en nödvändigtvis inexakt och begränsad approximation av en "riktig" final produkt.

Vidare gör prototyper både avsiktliga och oavsiktliga val och avvägningar av skäl som sträcker sig från kostnads-/tidsbesparingar till vad de anser vara "viktiga" kontra "triviala" aspekter att fokusera designens uppmärksamhet och utförande på. På grund av skillnader i material, processer och designtrohet är det möjligt att en prototyp inte fungerar acceptabelt även om produktionsdesignen kan ha varit sund. Omvänt, och något kontraintuitivt: prototyper kan faktiskt fungera acceptabelt men produktionsdesignen och resultatet kan visa sig misslyckas, eftersom prototypmaterial och -processer faktiskt kan överträffa sina produktionsmotsvarigheter.

Generellt sett kan det förväntas att individuella prototypkostnader kommer att vara avsevärt högre än de slutliga produktionskostnaderna på grund av ineffektivitet i material och processer. Prototyper används också för att revidera designen i syfte att minska kostnaderna genom optimering och förfining.

Det är möjligt att använda prototyptestning för att minska risken att en design inte fungerar som avsett, men prototyper kan i allmänhet inte eliminera alla risker. Det finns pragmatiska och praktiska begränsningar för en prototyps förmåga att matcha produktens avsedda slutliga prestanda och vissa tillägg och teknisk bedömning krävs ofta innan man går vidare med en produktionsdesign.

Att bygga hela designen är ofta dyrt och kan vara tidskrävande, särskilt när det upprepas flera gånger – att bygga hela designen, ta reda på vad problemen är och hur man löser dem och sedan bygga en annan komplett design. Som ett alternativ används snabb prototypframställning eller snabb applikationsutvecklingsteknik för de initiala prototyperna, som implementerar en del, men inte hela, den kompletta designen. Detta gör det möjligt för designers och tillverkare att snabbt och billigt testa de delar av designen som med största sannolikhet har problem, lösa dessa problem och sedan bygga hela designen.

Denna kontraintuitiva idé – att det snabbaste sättet att bygga något är att först bygga något annat – delas av byggnadsställningar och Thomsons teleskopregel.

Ingenjörsvetenskap

Inom teknikforskning är en teknologidemonstrator en prototyp som fungerar som proof-of-concept och demonstrationsmodell för en ny teknologi eller framtida produkt, som bevisar dess livskraft och illustrerar tänkbara tillämpningar.

I stora utvecklingsprojekt är en testbädd en plattform och prototyputvecklingsmiljö för rigorösa experiment och testning av nya teknologier, komponenter, vetenskapliga teorier och beräkningsverktyg.

Med de senaste framstegen inom datormodellering har det blivit praktiskt att eliminera skapandet av en fysisk prototyp (förutom möjligen i kraftigt reducerad skala i reklamsyfte), istället för att modellera alla aspekter av slutprodukten som en datormodell . Ett exempel på en sådan utveckling kan ses i Boeing 787 Dreamliner , där den första fysiska realiseringen i full storlek görs på serieproduktionslinjen. Datormodellering används nu flitigt i bildesign, både för form (i formgivningen och aerodynamiken hos fordonet) och i funktion – särskilt för att förbättra fordonets krocksäkerhet och viktminskning för att förbättra körsträckan.

Mekanik och elektroteknik

Den vanligaste användningen av ordet prototyp är en funktionell, om än experimentell, version av en icke-militär maskin (t.ex. bilar, hushållsapparater, hemelektronik) vars designers skulle vilja ha byggt med massproduktion, i motsats till en mockup , som är en inert representation av en maskins utseende, ofta gjord av något icke-hållbart ämne.

En elektronikdesigner bygger ofta den första prototypen från breadboard eller stripboard eller perfboard , vanligtvis med hjälp av "DIP"-paket.

Men allt oftare är den första funktionella prototypen byggd på ett "prototyp- PCB " nästan identiskt med produktions-PCB, eftersom PCB-tillverkningspriserna faller och eftersom många komponenter inte är tillgängliga i DIP -paket, utan endast tillgängliga i SMT -paket optimerade för placering på ett PCB.

Byggare av militära maskiner och flyg föredrar termerna "experimentell" och "servicetest".

Elektronik

En enkel elektronisk kretsprototyp på en brödtavla

Exempel på prototyp inom optoelektronik ( Texas Instruments , DLP Cinema Prototype System)

Inom elektronik betyder prototyp att bygga en faktisk krets till en teoretisk design för att verifiera att den fungerar och för att tillhandahålla en fysisk plattform för att felsöka den om den inte gör det. Prototypen är ofta konstruerad med hjälp av tekniker som trådlindning eller med hjälp av en breadboard , stripboard eller perfboard , vilket resulterar i en krets som är elektriskt identisk med designen men inte fysiskt identisk med slutprodukten.

Verktyg med öppen källkod som Fritzing finns för att dokumentera elektroniska prototyper (särskilt de brödtavlabaserade) och gå mot fysisk produktion. Prototypplattformar som Arduino förenklar också uppgiften att programmera och interagera med en mikrokontroller . Utvecklaren kan välja att distribuera sin uppfinning som den är med hjälp av prototypplattformen, eller ersätta den med endast mikrokontrollerchippet och de kretsar som är relevanta för deras produkt.

En tekniker kan snabbt bygga en prototyp (och göra tillägg och modifieringar) med hjälp av dessa tekniker, men för volymproduktion är det mycket snabbare och vanligtvis billigare att masstillverka anpassade kretskort än att tillverka dessa andra typer av prototypkort. Utbredningen av snabbsvängande PCB-tillverknings- och monteringsföretag har gjort det möjligt att tillämpa koncepten med snabb prototyp till design av elektroniska kretsar. Det är nu möjligt, även med de minsta passiva komponenterna och de största paketen med fin delning, att få skivor tillverkade, monterade och till och med testade på några dagar.

Dataprogrammering och datavetenskap

Prototypprogramvara kallas ofta alpha grade , vilket betyder att det är den första versionen som körs. Ofta implementeras bara ett fåtal funktioner, det primära fokus för alfa är att ha en funktionell baskod som funktioner kan läggas till. När alpha grade-mjukvaran har de flesta av de nödvändiga funktionerna integrerade i den, blir den beta-mjukvara för att testa hela programvaran och för att anpassa programmet för att svara korrekt under oförutsedda situationer under utvecklingen.

Ofta kanske slutanvändarna inte kan tillhandahålla en komplett uppsättning applikationsmål, detaljerade input, bearbetning eller utdatakrav i det inledande skedet. Efter användarutvärderingen kommer ytterligare en prototyp att byggas baserat på feedback från användare, och återigen återgår cykeln till kundutvärdering. Cykeln börjar med att lyssna på användaren, följt av att bygga eller revidera en modell, och låta användaren testa modellen och sedan tillbaka. Det finns nu en ny generation verktyg som kallas Application Simulation Software som hjälper till att snabbt simulera applikationer innan de utvecklas.

Extrem programmering använder iterativ design för att gradvis lägga till en funktion i taget till den ursprungliga prototypen.

Andra programmerings-/beräkningskoncept

I många programmeringsspråk är en funktionsprototyp deklarationen av en subrutin eller funktion (och bör inte förväxlas med prototyper av programvara). Denna term är snarare C / C++ -specifik; andra termer för detta begrepp är signatur , typ och gränssnitt . I prototypbaserad programmering (en form av objektorienterad programmering ) produceras nya objekt genom att klona befintliga objekt, som kallas prototyper.

Termen kan också syfta på Prototype Javascript Framework .

Dessutom kan termen hänvisa till prototypdesignmönstret .

Kontinuerliga lärandemetoder inom organisationer eller företag kan också använda konceptet affärs- eller processprototyper genom mjukvarumodeller.

Begreppet prototypicitet används för att beskriva hur mycket en webbplats avviker från den förväntade normen, och leder till en sänkning av användarnas preferenser för den webbplatsens design.

Data prototyping

En dataprototyp är en form av funktionell eller fungerande prototyp. Motivet för att det skapas är vanligtvis ett datamigrerings- , dataintegrations- eller applikationsimplementeringsprojekt och de råvaror som används som input är en instans av all relevant data som finns i början av projektet.

Målen med dataprototyping är att producera:

En uppsättning regler för datarensning och omvandling som har visat sig producera data som är lämplig för ändamålet.
En datauppsättning som är resultatet av att dessa regler tillämpas på en instans av relevant rådata (källdata).

För att uppnå detta använder en dataarkitekt ett grafiskt gränssnitt för att interaktivt utveckla och exekvera transformations- och rensningsregler med hjälp av rådata. Den resulterande datan utvärderas sedan och reglerna förfinas. Utöver den uppenbara visuella kontrollen av data på skärmen av dataarkitekten, är de vanliga utvärderings- och valideringsmetoderna att använda dataprofileringsprogramvara och sedan infoga de resulterande data i en testversion av målapplikationen och testa dess användning.

Prototypframställning för människa-datorinteraktion

När man utvecklar programvara eller digitala verktyg som människor interagerar med är en prototyp en artefakt som används för att ställa och svara på en designfråga. Prototyper ger möjlighet att undersöka designproblem och utvärdera lösningar.

HCI-utövare kan använda flera olika typer av prototyper:

'Trollkarlen från Oz' prototyp: uppkallad efter Trollkarlen från Oz i filmen Trollkarlen från Oz . Detta är en prototypmetod med vilken datorsidan av interaktionen förfalskas av en offsite eller gömd människa. Denna prototypteknik är särskilt användbar för att demonstrera funktionalitet som är svår eller lång att konstruera, till exempel applikationer som röstanvändargränssnitt .
rollprototyp : denna prototyp kanske inte är konstruerad eller ser ut och känns som en färdig produkt, men syftet med denna typ av prototyp är att undersöka och utvärdera ett användarbehov, eller vad prototypen skulle kunna göra för användaren. De kan presentera funktioner och funktionalitet som användaren kan ha nytta av, för att visa vilken roll en artefakt som prototypen kan fylla för användaren. Ett känt exempel på denna typ av prototyp skulle vara träblocket som Jeff Hawkins bar vid utvecklingen av Palm Pilot .
pappersprototyp : denna prototyp kan använda klippt papper, kartong eller andra billiga material för att demonstrera ett gränssnitt. Syftet med denna prototyp är att testa med användare, utan att behöva använda ett digitalt verktyg eller utveckla ett program för att testa funktionalitet. På senare tid har pappersprototyper fallit i onåd inom vissa designkretsar, särskilt på grund av denna metods lågfilighetskaraktär och bristen på effektivitet när man testar med användare.

Skalenlig modellering

En skalenlig modell av en Douglas SB2D Destroyer i en vindtunnel för testning

Inom området skalenlig modellering (som inkluderar modelljärnväg , fordonsmodellering, flygplansmodellering , militärmodellering, etc.), är en prototyp den verkliga grunden eller källan för en skalenlig modell - som det riktiga EMD GP38-2 - loket - som är prototypen på Athearns (bland andra tillverkare) lokmodell. Tekniskt sett kan alla icke-levande föremål fungera som en prototyp för en modell, inklusive strukturer, utrustning och apparater, och så vidare, men i allmänhet har prototyper kommit att betyda fullstora verkliga fordon inklusive bilar (prototypen 1957 Chevy har skapade många modeller), militär utrustning (som M4 Shermans, en favorit bland amerikanska militärmodeller), järnvägsutrustning, motorlastbilar, motorcyklar och rymdskepp (verkliga världen som Apollo/Saturn Vs eller ISS). kostar grundläggande snabbprototypmaskiner (som 3D-skrivare ) cirka 2 000 USD, men större och mer exakta maskiner kan kosta så mycket som 500 000 USD.

Arkitektur

Inom arkitektur hänvisar prototypframställning till antingen arkitektonisk modelltillverkning (som form av skalenlig modellering ) eller som en del av estetiska eller materialexperimenterande , såsom Forty Wall House centret för prototypmaterial för öppen källkod i Australien.

Arkitekter prototyp för att testa idéer strukturellt, estetiskt och tekniskt. Huruvida prototypen fungerar eller inte är inte det primära fokus: arkitektonisk prototyping är den avslöjandeprocess genom vilken arkitekten får insikt.

Metrologi

Inom vetenskapen och praktiken av metrologi är en prototyp ett människotillverkat föremål som används som standard för mätning av någon fysisk kvantitet att basera all mätning av den fysiska kvantiteten mot. Ibland kallas detta standardobjekt en artefakt . I International System of Units ( SI ) finns det ingen prototypstandard sedan den 20 maj 2019 . Före detta datum var den sista prototypen som användes den internationella prototypen av kilogram , en solid platina-iridiumcylinder som förvaras på Bureau International des Poids et Mesures (Internationella byrån för vikter och mått) i Sèvres Frankrike (en förort till Paris ) som av definition var massan av exakt ett kilogram . Kopior av denna prototyp är utformade och utfärdade till många nationer för att representera den nationella standarden för kilogram och jämförs med jämna mellanrum med Paris-prototypen. Nu omdefinieras kilogram på ett sådant sätt att Planck-konstanten $h$ föreskrivs ett värde på exakt 6,626 070 15 × 10 ⁻³⁴ joule-sekund (J⋅s)

Fram till 1960 definierades mätaren av en platina-iridium-prototypstång med två märken på den (som per definition var åtskilda med en meter), den internationella prototypen av mätaren , och 1983 omdefinierades mätaren till att vara den avstånd i fritt utrymme som täcks av ljus på 1/299 792 458 sekund (därmed definieras ljusets hastighet till 299 792 458 meter per sekund).

Naturvetenskap

Inom många vetenskaper, från patologi till taxonomi, avser prototyp en sjukdom, art etc. som är ett gott exempel för hela kategorin. Inom biologi är prototyp den förfäders eller primitiva formen av en art eller annan grupp; en arketyp. Till exempel anses Senegal Bichir som prototyper av sitt släkte, Polypterus .

Se även