18、物联网连接设备的实现与成本分析-优快云博客

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物联网连接设备的实现与成本分析

1. 物联网数据处理与机器学习

物联网处理的是“热数据”，例如消费者行为历史、常去店铺等信息，这些数据需要近乎实时处理，并在极短时间内给出响应。以顾客路过商店为例，及时做出反应至关重要，而非等顾客回家后才行动。

这种数据处理通常使用NoSQL和Hadoop数据库，需要运行数据处理软件的集群，依赖网络和数据缓存功能。

在“机器学习”方面，我们要从原始数据中寻找学习模型。设计学习模型的过程包括分析数据，然后训练测试模型。定义好这些学习模型后，可将其重新集成到设备中，使设备更智能、更自主。

2. 自然接口与云服务

借助云技术，我们可以实现需要强大计算能力的高级服务，如自然语言语音识别。像“Amazon Echo”“Amazon Tap”“Echo Dot”和“Google Home”等产品都运行着识别引擎，能持续监听用户命令。它们利用云的强大功能，使交互变得自然而高效，用户可以直接用它们订购披萨或添加购物清单。

3. 物联网解决方案示例：居家养老服务

我们以居家养老服务为例，该系统旨在创建一个用户社区，连接受助者（老年人或依赖他人的人）、专业护理人员（护士、运动治疗师等）、家属、各类上门服务提供商（提供卫生、清洁、餐饮等服务）、商家和邻居等。但实际情况远比想象复杂，物理设备（主要是硬件部分）只是整个系统的冰山一角，其成本虽不可忽视，但通常会被众多其他因素所掩盖。

该设备的整体硬件架构主要由两部分组成：
- BASE ：位于用户家中，是设备的核心部分。它除了具备本地射频连接（如蓝牙低功耗BLE）以确保与外部世界通信外，还可能有Wi - Fi连接、LPWAN（如SIGFOX、LoRa）或GPRS/3G连接等，以满足不同的通信需求。此外，还配备运动探测器、按钮或LED等，电源由220V市电通过外部AC/DC适配器提供，也可根据情况选择电池供电。
- TAGs ：即钥匙扣或其他小型设备，通过BLE连接与BASE通信，使用纽扣电池供电，具备识别功能，可让不同参与者执行特定操作。

以下是BASE部分的物料清单（BOM）示例（价格不含税）：
| 组件 | 价格（€） |
| — | — |
| 微处理器 | 3 |
| 蓝牙BLE | 4 |
| 蜂鸣器/LED | 3 |
| 6层PCB | 3 |
| 各种组件 | 3 |
| 远程调制解调器 | 15 |
| 5V电源 | 6 |
| 塑料外壳 | 9 |
| 组件总价 | 46 |

4. 物联网设备的开发路径

开发物联网设备有两条主要路径：
- 开发阶段路径 ：
- 设计电子卡，包括研究、绘制电子原理图、确定命名规则、考虑定位和布线约束、进行布局设计以及制定原型生产记录。
- 制造印刷电路板并供应组件，注意组件供应可能有最小起订量（MOQ）。
- 对最早的原型进行布线。
- 产业化阶段路径 ：
- 进行认证测试，确保产品符合各种标准和法规。
- 进行产业化生产，包括批量生产工具的制造、裸PCB的生产、卡片的布线、CMS的自动实施程序、装备卡片的测试、注塑模具的批量生产以及功能测试阵列等。

5. 物联网设备的成本分析

5.1 CAPEX（资本支出）

硬件架构成本 ：包括设备本身的物料清单（BOM）成本，如上述BASE的组件成本，以及特定于设备的软件成本（如通信协议管理等）。
软件架构成本 ：涉及云服务中的软件架构成本，以确保应用程序软件有坚实的支撑。

5.2 开发电子卡及其环境的成本

文档起草 ：详细描述产品的预期规格，包括电子卡的硬件规格、板载软件规格、盒子的机械规格以及项目的验收记录。
电子卡物理开发 ：包括研究、绘制电子图、确定命名、考虑定位和布线约束、进行布局设计以及原型生产记录。
印刷电路板制造和组件供应 ：注意组件供应可能有最小起订量（MOQ）。
原型布线 ：对最早的原型进行布线。

同时，还需要进行嵌入式软件开发、外部应用软件开发、机械包装设计、嵌入式软件和电子组件的集成、原型产品的测试以及验收测试等工作。

5.3 时间表

以下是一个示例时间表，涵盖了从研究到生产的各个阶段，大约需要7 - 8个月，但实际情况可能更接近10个月：
| 阶段 | 第1个月 | 第2个月 | 第3个月 | 第4个月 | 第5个月 | 第6个月 | 第7个月 |
| — | — | — | — | — | — | — | — |
| 研究 | 规格制定 | 电子开发 | 软件开发 | 机械开发 | 测试/集成/审批 | 修订和第二原型 | 产业化 |
| 生产 | | | | | | | |

5.4 开发成本

以下是BASE和TAG的开发成本示例（不含税）：
| 项目 | BASE成本（€） | TAG成本（€） |
| — | — | — |
| 项目管理和规格制定 | 10k | 10k |
| 硬件研究和原型制作 | 10k | 5k |
| 嵌入式软件研究 | 20k | 10k |
| 机械研究和原型制作 | 15k | 10k |
| 首批原型的测试和集成 | 15k | 5k |
| 研究和初始原型制作小计 | 70k | 40k |
| 审查（卡片审查和EMC测试） | 40k | |
| 产业化（电子和机械工具） | 130k | |
| 总计 | 280k | |

5.5 标准化和认证成本

在将产品推向市场之前，需要对产品进行标准化和认证，这涉及到众多协议（如蓝牙、NFC、SIGFOX、LoRa等）的认证，需要知识、精力、时间和资金。成本可分为两类：
- 前期成本 ：通过一些技术先进但无官方认证的实验室进行的“非官方”预认证，成本相对较低。
- 正式认证成本 ：在独立的、国家认可的实验室（如法国的COFRAC、其他国家的CETECOM、UL等）进行的真正的资格认证、审批等，必须确保一切完美，否则可能需要重新开始。

以下是一些认证的示例成本：
- CE预认证和认证 ：独立实验室的收费约为每天€2k，共10天，即€20k。
- 符合IEC安全法规 ：需进行电气安全测试，如欧洲标准IEC/EN 62061，在美国销售还需进行UL94 V0、V1和V2等关于塑料材料易燃性和消防安全的测试。
- 符合ETSI和FCC RF法规 ：进行欧洲ETSI初步射频一致性测试和一致性测试，若要出口到美国还需进行FCC测试。
- ANSSI安全认证 ：
- CSPN（一级安全认证）：约€15k，需15天。
- CC（通用标准）：约€60 - 120k。
- 其他认证 ：如NFC认证、SIGFOX认证、LoRa联盟认证等，每个认证都有其特定的要求和成本。

5.6 工业产品成本价格

假设生产100,000个设备，非经常性工程（NRE）成本平均到每个设备约为€2.80，可四舍五入为€3。加上组件成本，大致估算如下：
| 项目 | 价格（€） |
| — | — |
| 组件小计（BOM） | 46 |
| 组装（30%） | 14 |
| NRE | 3 |
| 组件总计 | 63 |

一个BASE配备三个TAG的成本约为€78（不含税）。市场上，“不含税销售价格”与“不含税工厂成本价格”的比例约为2，因此不含税销售价格约为€160，含税销售价格约为€190。这个价格差异包括了未来产品研发、售后服务、宣传推广、股东利润以及分销网络费用等。

5.7 物联网应用的软件开发成本

硬件部分确定后，需要关注云计算相关的软件开发及其成本，包括设备嵌入式软件和云安装软件（数据管理、代理、安全等）以及与终端用户的接口。

云平台和应用的CAPEX部分，从零开始确保公司应用程序软件平台的功能完整性，大约需要一名工程师一年的时间，总成本约为€100k。对于新的物联网项目，每个特定应用项目大约需要3 - 4个月的调整时间，成本约为€30k。

5.8 投资回报率（ROI）

以下是一个简化的示例，展示了在生产相同设备1 - 3年期间的成本价格和投资回报率：
| 生产数量 | 100k（第1年） | 100k（第2年） | 100k（第3年） |
| — | — | — | — |
| ROI（1年） | BOM = €46/件，共€4600k；组装 = €14/件，共€1400k；NRE = €400k；成本价格 = 64 | | |
| ROI（3年，无软件更新） | BOM = €46/件 × 300k = €13,800k；组装 = €14/件 × 300k = €4200k；NRE = €400k；成本价格 = 61.33 | | |
| ROI（3年，含软件更新） | BOM = €46/件 × 300k = €13,800k；组装 = €14/件 × 300k = €4200k；NRE = €430k；成本价格 = 61.43 | | |

6. 物联网项目的收益

尽管物联网项目成本较高，但也能带来诸多好处：
- 公司内部流程效益 ：降低成本、提高生产力、优化规划、提升质量、增强反应能力和缩短上市时间（TTM）等。
- 服务效益 ：改进产品、增加附加值、获得经济利润、提升市场定位、改善企业形象、提高客户满意度等。工业物联网应用通常最为盈利，因为它们总能带来这两方面的效益。

综上所述，物联网项目虽然成本高昂，但通过合理规划和管理，可以实现可观的收益。在项目实施过程中，需要充分考虑各个环节的成本和收益，以确保项目的成功。

物联网连接设备的实现与成本分析（续）

7. 各阶段成本与流程关系梳理

为了更清晰地理解物联网设备从开发到生产各阶段的成本与流程关系，我们可以用 mermaid 流程图来展示：

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px

    A(项目启动):::process --> B(研究阶段):::process
    B --> B1(规格制定):::process
    B --> B2(电子开发):::process
    B --> B3(软件开发):::process
    B --> B4(机械开发):::process
    B1 --> C(原型制作):::process
    B2 --> C
    B3 --> C
    B4 --> C
    C --> D(测试/集成/审批):::process
    D --> E(修订和第二原型):::process
    E --> F(产业化):::process
    F --> F1(认证测试):::process
    F --> F2(批量生产):::process
    F1 --> G(生产):::process
    F2 --> G

从这个流程图可以看出，各个阶段紧密相连，每个阶段都有相应的成本产生。例如，研究阶段主要产生开发电子卡及其环境的成本，包括文档起草、电子卡物理开发等；原型制作阶段涉及到组件供应和布线成本；认证测试阶段则需要支付标准化和认证成本。