Prototyp

Für andere Verwendungen siehe Prototyp (Disambiguierung).
Prototyp -Beschilderung auf der Boise Greenbelt, testen für Rost, Farbe-Festigkeit, Haltbarkeit usw.
Ein Zeichen, das Prototyp -Beschilderung erklärt

A Prototyp ist eine frühe Stichprobe, ein Modell oder eine Freisetzung eines Produkts, das für das Testen eines Konzepts oder eines Prozesses erstellt wurde.[1] Es ist ein Begriff, der in einer Vielzahl von Kontexten verwendet wird, einschließlich Semantik, Entwurf, Elektronik, und Softwareprogrammierung. Ein Prototyp wird im Allgemeinen verwendet, um ein neues Design zu bewerten, um die Präzision durch Systemanalysten und Benutzer zu verbessern.[2] Prototyping dient dazu, Spezifikationen für ein reales Arbeitssystem und nicht für ein theoretisches Unternehmen bereitzustellen.[3] In einigen Design -Workflow -Modellen erstellen Sie einen Prototyp (ein Prozess, der manchmal genannt wird Materialisation) ist der Schritt zwischen dem Formalisierung und die Auswertung einer Idee.[4]

A Prototyp kann auch ein typisches Beispiel für etwas bedeuten, wie beispielsweise bei der Verwendung der Ableitung 'Prototypisch'.[5] Dies ist ein nützlicher Begriff bei der Identifizierung von Objekten, Verhaltensweisen und Konzepten, die als akzeptierte Norm betrachtet werden und mit Begriffen wie analog sind Stereotypen und Archetypen.

Das Wort Prototyp leitet sich aus dem ab griechisch πρωτότυπον prototypon, "primitive Form", neutral von πρωτότυπος prototypos, "Original, primitiv", aus πρῶτος Protos, "zuerst" und τύπος Tippfehler, "Eindruck".[1][6]

Typen

Prototypen untersuchen verschiedene Aspekte eines beabsichtigten Designs:[7]

  • A Prinzip-Prototyp dient dazu, einige wichtige funktionale Aspekte des beabsichtigten Designs zu überprüfen, hat jedoch normalerweise nicht die gesamte Funktionalität des Endprodukts.[8]
  • A Arbeitsprototyp repräsentiert alle oder fast die gesamte Funktionalität des Endprodukts.[9]
  • A visueller Prototyp repräsentiert die Größe und das Aussehen, aber nicht die Funktionalität des beabsichtigten Designs. EIN Formen Sie Studienprototyp ist eine vorläufige Art des visuellen Prototyps, bei dem die geometrischen Merkmale eines Designs hervorgehoben werden, mit weniger Bedenken nach Farbe, Textur oder anderen Aspekten des endgültigen Erscheinungsbilds.[10]
  • A Benutzererfahrungsprototyp repräsentiert genug vom Aussehen und der Funktion des Produkts, für das es verwendet werden kann Benutzerforschung.[11]
  • A Funktioneller Prototyp Erfasst sowohl die Funktion als auch das Aussehen des beabsichtigten Designs, obwohl es mit unterschiedlichen Techniken und sogar mit unterschiedlichem Umfang als das endgültige Design erstellt werden kann.[12][13]
  • A Papierprototyp ist eine gedruckte oder handgezeichnete Darstellung der Benutzeroberfläche eines Softwareprodukts. Solche Prototypen werden üblicherweise zum frühen Testen eines Softwaredesigns verwendet und können Teil von a sein Software -Walkthrough Bestätigung von Designentscheidungen, bevor teurere Konstruktionsaufwand aufgewendet werden.[14]

Unterschiede bei der Erstellung eines Prototyps im Vergleich zu einem Endprodukt

Im Allgemeinen unterscheidet sich die Schaffung von Prototypen von der Schaffung des Endprodukts auf grundlegende Weise:

  • Material: Die Materialien, die in einem Endprodukt verwendet werden, sind möglicherweise teuer oder schwer zu fertigen, sodass Prototypen aus verschiedenen Materialien als das Endprodukt hergestellt werden können. In einigen Fällen werden die endgültigen Produktionsmaterialien möglicherweise noch selbst entwickelt und noch nicht für einen Prototyp zur Verfügung stehen.
  • Verfahren: Massenproduktionsprozesse sind häufig ungeeignet, um eine kleine Anzahl von Teilen herzustellen, sodass Prototypen mit unterschiedlichen Herstellungsprozessen als das Endprodukt hergestellt werden können. Beispielsweise erfordert ein Endprodukt, das durch Kunststoffeinspritzformung hergestellt wird, teure kundenspezifische Werkzeuge. Daher kann ein Prototyp für dieses Produkt stattdessen durch Bearbeitung oder Stereolithographie hergestellt werden. Unterschiede im Herstellungsprozess können zu Unterschieden im Erscheinungsbild des Prototyps im Vergleich zum Endprodukt führen.
  • Überprüfung: Das Endprodukt kann einer Reihe von Qualitätssicherungstests unterliegen, um die Konformität mit Zeichnungen oder Spezifikationen zu überprüfen. Diese Tests können benutzerdefinierte Inspektionsvorrichtungen, statistische Stichprobenmethoden und andere Techniken beinhalten, die für die kontinuierliche Produktion einer großen Menge des Endprodukts geeignet sind. Prototypen werden im Allgemeinen mit viel genauerer individueller Inspektion und der Annahme hergestellt, dass eine gewisse Anpassung oder überarbeiten wird Teil des Herstellungsprozesses sein. Prototypen können auch von einigen Anforderungen befreit werden, die für das Endprodukt gelten.

Ingenieure und Prototypspezialisten versuchen, die Auswirkungen dieser Unterschiede auf die beabsichtigte Rolle des Prototyps zu minimieren. Wenn beispielsweise ein visueller Prototyp nicht in der Lage ist, dieselben Materialien wie das Endprodukt zu verwenden, versuchen er, Materialien durch Eigenschaften zu ersetzen, die die beabsichtigten endgültigen Materialien genau simulieren.

Eigenschaften und Einschränkungen von Prototypen

Ein Prototyp der Polieren Wirtschaft Schrägheck Wagen Beskid 106 In den 1980er Jahren entworfen

Ingenieure und Prototyping -Spezialisten versuchen, die Grenzen von Prototypen zu verstehen, um die Eigenschaften ihres beabsichtigten Designs genau zu simulieren.

Es ist wichtig zu erkennen, dass Prototypen nach ihrer Definition einige Kompromisse aus dem endgültigen Produktionsdesign darstellen. Aufgrund von Unterschieden in Materialien, Prozessen und Designtreue ist es möglich, dass ein Prototyp möglicherweise nicht akzeptabel funktioniert, während das Produktionsdesign möglicherweise solide war. Eine kontraintuitive Idee ist, dass Prototypen tatsächlich akzeptabel funktionieren können, während das Produktionsdesign möglicherweise fehlerhaft sein kann, da Prototyping-Materialien und -prozesse gelegentlich ihre Produktionskollegen übertreffen können.

Im Allgemeinen ist zu erwarten, dass die individuellen Prototypkosten aufgrund der Ineffizienzen von Materialien und Prozessen erheblich höher sind als die endgültigen Produktionskosten. Prototypen werden auch verwendet, um das Design für die Zwecke von zu überarbeiten Kosten senken durch Optimierung und Verfeinerung.[15]

Es ist möglich, Prototyptests zu verwenden, um das Risiko zu verringern, dass ein Design möglicherweise nicht wie beabsichtigt funktioniert. Prototypen können jedoch im Allgemeinen nicht das gesamte Risiko beseitigen. Es gibt pragmatische und praktische Einschränkungen für die Fähigkeit eines Prototyps, der beabsichtigten endgültigen Leistung des Produkts zu entsprechen, und es sind häufig einige Zulagen und technische Beurteilungen erforderlich, bevor ein Produktionsdesign voranschreitet.

Das Aufbau des vollständigen Designs ist oft teuer und kann zeitaufwändig sein, insbesondere wenn es mehrmals wiederholt wird-das gesamte Design zu bauen, herauszufinden, was die Probleme sind und wie sie gelöst werden sollen, dann ein weiteres vollständiges Design aufbauen. Als Alternative, Rapid-Prototyping oder Schnelle Anwendungsentwicklung Techniken werden für die ersten Prototypen verwendet, die Teil, aber nicht alle, des vollständigen Designs implementieren. Auf diese Weise können Designer und Hersteller schnell und kostengünstig die Teile des Designs testen, die am wahrscheinlichsten Probleme haben, diese Probleme lösen und dann das vollständige Design aufbauen.

Dies kontraintuitiv Idee - der schnellste Weg, etwas zu bauen, ist zuerst, um etwas anderes zu bauen - wird von geteilt Gerüst und Thomsons Teleskop -Regel.

Ingenieurwissenschaften

In der Technologieforschung, a Technologiedemonstrator ist ein Prototyp, der als dient als konzeptioneller Beweiß und Demonstrationsmodell für eine neue Technologie oder ein zukünftiges Produkt, die seine Lebensfähigkeit beweisen und denkbaren Anwendungen veranschaulichen.

In großen Entwicklungsprojekten a Testbed ist eine Plattform- und Prototypentwicklungsumgebung für strenge Experimente und Testen neuer Technologien, Komponenten, wissenschaftlicher Theorien und Rechenwerkzeuge.[16]

Angesichts der jüngsten Fortschritte bei der Computermodellierung wird es immer praktisch, die Erstellung eines physischen Prototyps zu beseitigen (außer möglicherweise in stark reduzierten Skalen für Werbezwecke), stattdessen alle Aspekte des Endprodukts als Modell zu modellieren Computermodell. Ein Beispiel für eine solche Entwicklung kann in gesehen werden Boeing 787 Dreamliner, in der die erste physikalische Erkenntnis in voller Größe auf der Serienproduktionslinie erfolgt. Die Computermodellierung wird jetzt ausführbar im Automobildesign verwendet, beide für Form (in der Styling und Aerodynamik des Fahrzeugs) und in Funktion - insbesondere zur Verbesserung des Fahrzeugs Crashdessen und zur Gewichtsreduzierung zur Verbesserung der Kilometerleistung.

Maschinenbau und Elektrotechnik

Die häufigste Verwendung des Wortprototyps ist eine funktionale, wenn auch experimentelle Version einer nicht-militärischen Maschine (z. B. Automobile, Haushaltsgeräte, Unterhaltungselektronik), deren Designer gerne gebaut haben möchten durch Massenproduktion bedeutet im Gegensatz zu a Attrappe, Lehrmodell, Simulation, was eine inerte Darstellung des Aussehens einer Maschine ist, die oft aus einer nicht differenzierbaren Substanz besteht.

Ein Elektronikdesigner baut häufig den ersten Prototyp aus Brotbrett oder Strippboard oder Perfboardtypischerweise mit "Dip" -Paketen.

Immer häufiger ist der erste funktionelle Prototyp jedoch auf einem "Prototyp" basiert PCB"Fast identisch mit der Produktion PCB, da die PCB -Herstellungspreise fallen und viele Komponenten nicht verfügbar sind in TAUCHEN Pakete, aber nur erhältlich in SMT Pakete optimiert für die Platzierung auf einer Leiterplatte.

Bauherren von Militärmaschinen und Luftfahrt bevorzugen die Begriffe "experimentell" und "Service -Test".[17]

Elektronikprototyping

Ein einfacher Prototyp für elektronisches Schaltkreis auf einem Breadboard
Beispiel eines Prototyps in optoelektronik (Texas Instrumente, DLP -Kino -Prototyp -System)

Im Elektronik, Prototyping bedeutet, eine tatsächliche Schaltung zu einem theoretischen Design zu erstellen, um zu überprüfen, ob es funktioniert, und um eine physische Plattform für das Debuggen zu bieten, wenn dies nicht der Fall ist. Der Prototyp wird häufig unter Verwendung von Techniken konstruiert, wie z. Drahtverpackung oder verwenden Veroboard oder BrotbrettDa das Ergebnis eine Schaltung ist, die elektrisch identisch mit dem Design ist, aber nicht physikalisch mit dem Endprodukt identisch ist.[18]

Open-Source-Tools wie Fritzing existieren, um elektronische Prototypen (insbesondere die auf dem Breadboard basierenden) zu dokumentieren und sich zur physischen Produktion zu bewegen. Prototyping -Plattformen wie Arduino Vereinfachen Sie auch die Aufgabe der Programmierung und Interaktion mit a Mikrocontroller.[19] Der Entwickler kann sich für die Bereitstellung seiner Erfindung als IS-IS mithilfe der Prototyping-Plattform entscheiden oder nur durch den Mikrocontroller-Chip und die für sein Produkt relevante Schaltung ersetzen.

Ein Techniker kann mit diesen Techniken schnell einen Prototyp erstellen (und Ergänzungen und Modifikationen vornehmen), aber für die Volumenproduktion ist er viel schneller und normalerweise billiger für Massenproduktion. Leiterplatten als diese anderen Arten von Prototypenplatten zu produzieren. Die Proliferation von PCB-Herstellungs- und Montageunternehmen mit schneller Drehung hat es ermöglicht, dass die Konzepte des schnellen Prototypings auf elektronisches Schaltungsdesign angewendet werden. Es ist jetzt möglich, auch mit den kleinsten passiven Komponenten und größten Fine-Pitch-Paketen, die in wenigen Tagen hergestellt, zusammengebaut und sogar getestet werden.

Computerprogrammierung und Informatik

Hauptartikel: Software -Prototyping und Software -Release -Zyklus

Prototypsoftware wird häufig als als bezeichnet Alpha -Note, was bedeutet, dass es die erste Version ist, die ausgeführt wird. Oft werden nur wenige Funktionen implementiert, wobei der Hauptaugenmerk des Alpha darauf liegt, einen funktionalen Basiscode zu haben, zu dem Merkmale hinzugefügt werden können. Sobald die Alpha -Software die meisten erforderlichen Funktionen in sie integriert hat, wird sie Beta -Software zum Testen der gesamten Software und zum Anpassen des Programms, um in den während der Entwicklung unvorhergesehenen in Situationen korrekt zu reagieren.[20]

Oft sind die Endbenutzer möglicherweise möglicherweise nicht in der Anfangsphase einen vollständigen Satz von Anwendungszielen, detaillierten Eingaben, Verarbeitung oder Ausgabe an. Nach der Benutzerbewertung wird ein weiterer Prototyp basierend auf dem Feedback von Benutzern erstellt, und der Zyklus kehrt erneut zur Kundenbewertung zurück. Der Zyklus beginnt damit, dem Benutzer zuzuhören, gefolgt von der Erstellung oder Überarbeitung eines Modells und dem Testen des Benutzer Attrappe, Lehrmodell, Simulation, dann zurück. Es gibt jetzt eine neue Generation von Werkzeugen, die genannt werden Anwendungssimulationssoftware Dies hilft dabei, die Anwendung vor ihrer Entwicklung schnell zu simulieren.[21]

Extremes Programmieren Verwendet Iteratives Design So fügen Sie dem ersten Prototyp nach und nach eine Funktion nach dem anderen hinzu.[22]

Andere Programmier-/Computerkonzepte

In vielen Programmiersprachen, a Funktionsprototyp ist der Erklärung von a Subroutine oder Funktion (und sollte nicht mit Software -Prototyping verwechselt werden). Dieser Begriff ist eher C/C ++-Spezifisch; Andere Begriffe für diesen Begriff sind Unterschrift, Typ und Schnittstelle. Im Prototypbasierte Programmierung (eine Form von Objekt orientierte Programmierung), neue Objekte werden durch Klonieren vorhandener Objekte hergestellt, die als Prototypen bezeichnet werden.[23]

Der Begriff kann sich auch auf die beziehen Prototyp JavaScript Framework.

Darüber hinaus kann sich der Begriff auf die beziehen Prototyp Designmuster.

Kontinuierliche Lernansätze innerhalb von Organisationen oder Unternehmen können auch das Konzept von Geschäfts- oder Prozessprototypen über Softwaremodelle verwenden.

Das Konzept der Prototypizität wird verwendet, um zu beschreiben, wie viel eine Website von der erwarteten Norm abweicht und zu einer Senkung der Benutzerpräferenz für das Design dieser Website führt.[24]

Datenprototyping

A Datenprototyp ist eine Form von funktional oder Arbeiten Prototyp.[25] Die Rechtfertigung für seine Schöpfung ist normalerweise a Datenmigration, Datenintegration oder Anwendungsimplementierungsprojekt und die als Eingabe verwendeten Rohstoffe sind eine Instanz aller relevanten Daten, die zu Beginn des Projekts vorhanden sind.

Die Ziele von Datenprototyping sind zu produzieren:

  • Eine Reihe von Datenreinigungs- und Transformationsregeln, die gewesen sind gesehen Daten zu erstellen, die alle für den Zweck geeignet sind.
  • Ein Datensatz, der das Ergebnis dieser Regeln ist, die auf eine Instanz der relevanten Rohdaten (Quell-) Daten angewendet werden.

Um dies zu erreichen, verwendet ein Datenarchitekt eine grafische Schnittstelle, um die Transformations- und Reinigungsregeln mithilfe von Rohdaten interaktiv zu entwickeln und auszuführen. Die resultierenden Daten werden dann bewertet und die Regeln verfeinert. Über die offensichtliche visuelle Überprüfung der Daten hinaus auf dem Bildschirm Durch den Datenarchitekten sind die üblichen Bewertungs- und Validierungsansätze zu verwenden Datenprofilerstellung Software[26] und dann die resultierenden Daten in eine Testversion der Zielanwendung einfügen und deren Verwendung ausprobieren.

Prototyping für die Wechselwirkung zwischen Mensch und Computer

Bei der Entwicklung von Software oder digitalen Tools, mit denen Menschen interagieren, ist ein Prototyp ein Artefakt, mit dem eine Designfrage gestellt und beantwortet wird. Prototypen bieten die Mittel zur Untersuchung von Designproblemen und zur Bewertung von Lösungen.[27]

HCI -Praktiker können verschiedene Arten von Prototypen verwenden:

  • "Zauberer von Oz" Prototyp: benannt nach dem Zauberer von Oz (Charakter) im Film, Der Zauberer von Oz (1939 Film). Dies ist eine Prototyping-Methode, mit der die Computerseite der Interaktion von einem Offsite oder einem versteckten Menschen gefälscht wird.[28] Diese Prototyping -Technik ist besonders nützlich, um Funktionen zu demonstrieren, die für den Ingenieur schwierig oder langwierig sind, wie beispielsweise Anwendungen wie Sprachbenutzeroberfläche.
  • Rollenprototyp: Dieser Prototyp ist möglicherweise nicht konstruiert oder sieht sich wie ein fertiges Produkt an. Sie können Funktionen und Funktionen präsentieren, von denen der Benutzer möglicherweise profitieren, um zu demonstrieren, welche Rolle ein Artefakt wie der Prototyp für den Benutzer erfüllen könnte.[27] Ein berühmtes Beispiel für diese Art von Prototyp wäre der Holzblock, der von getragen wird Jeff Hawkinsbei der Entwicklung der Palm Pilot.
  • Papierprototyp: Dieser Prototyp kann Schnittpapier, Karton oder andere kostengünstige Materialien verwenden, um eine Schnittstelle zu demonstrieren. Der Zweck dieses Prototyps ist es, mit Benutzern zu testen, ohne ein digitales Tool verwenden zu müssen oder ein Programm zu entwickeln, um die Funktionalität zu testen.[29] In jüngster Zeit ist das Papierprototyping innerhalb bestimmter Designkreise in Ungnade gefallen, insbesondere weil die geringe Art dieser Methode und die mangelnde Wirksamkeit beim Testen mit Benutzern.[30]


Maßstabmodellierung

Ein Skalenmodell eines Douglas SB2D -Zerstörers in einem Windkanal zum Testen

Auf dem Gebiet der Maßstabmodellierung (welches beinhaltet Model Railroading, Fahrzeugmodellierung, Flugzeugmodellierung, militärische Modellierung usw.), ein Prototyp ist die reale Basis oder Quelle für ein Skalenmodell-wie das reale EMD GP38-2 Lokomotive - was der Prototyp von ist Athearn's (unter anderem Hersteller) Lokomotivmodell. Technisch gesehen kann jedes nicht lebendige Objekt als Prototyp für ein Modell dienen, einschließlich Strukturen, Ausrüstung und Geräte usw. brachte viele Modelle hervor), militärische Ausrüstung (wie M4 Shermans, ein Favorit unter den US-Militärmodellern), Eisenbahnausrüstung, Motorlastwagen, Motorräder und Weltraumschiffe (reale Welt wie Apollo/Saturn vs oder die ISS). Ab 2014 grundlegende schnelle Prototypmaschinen (wie z. 3D -Drucker) kosten etwa 2.000 US -Dollar, aber größere und genauere Maschinen können bis zu 500.000 US -Dollar kosten.[31]

Die Architektur

Im die Architektur, Prototyping bezieht sich auf beide Architekturmodellherstellung (als Form von Maßstabmodellierung) oder als Teil von Ästhetik oder Material Experimentieren, so wie die Vierzig Wallhaus Open -Source -Material Prototyping Center in Australien.[32][33]

Architekten Prototype zum strukturellen, ästhetisch und technischen Testen von Ideen. Ob der Prototyp funktioniert oder nicht, ist nicht der Hauptaugenmerk: Architekturprototyping ist der Offenbarungsprozess, durch den der Architekt Erkenntnisse erhält.[34]

Metrologie

In der Wissenschaft und Praxis von Metrologie, a Prototyp ist ein von Menschen hergestelltes Objekt, das als Standard von verwendet wird Messung von einigen physikalische Größe Alle Messungen dieser physikalischen Menge gegen zu stützen. Manchmal wird dieses Standardobjekt als als als bezeichnet Artefakt. In dem Internationales System der Einheiten (Si), es bleibt kein Prototyp Standard Seit dem 20. Mai 2019. Vor diesem Datum war der letzte verwendete Prototyp der Internationaler Prototyp des Kilogramms, eine solide Platin-IRIDIUM Zylinder hielt am Bureau International des Poids et Mesures (Internationales Büro für Gewichte und Maßnahmen) in Sèvres Frankreich (ein Vorort von Paris) das durch Definition war die Masse von genau einem Kilogramm. Kopien dieses Prototyps werden an viele Nationen gestaltet und ausgestellt, um den nationalen Standard des Kilogramms darzustellen, und werden regelmäßig mit dem Pariser Prototyp verglichen. Jetzt wird das Kilogramm so definiert, dass die Planck konstant h wird ein Wert von genau vorgeschrieben 6.62607015×10–34Joule-Sekunden

Bis 1960 die Meter wurde durch eine Platin-IRidium-Prototyp-Stange mit zwei Markierungen definiert (die per Definition von einem Meter getrennt waren), die Internationaler Prototyp des Messgerätsund 1983 wurde das Messgerät neu definiert, um die Entfernung in zu sein Freiraum überdeckt von hell in 1/299.792.458 von a zweite (daher Definition Die Lichtgeschwindigkeit beträgt 299.792.458 Meter pro Sekunde).

Naturwissenschaften

In vielen Wissenschaften, von Pathologie bis Taxonomie, Prototyp Bezieht sich auf eine Krankheit, Arten usw., was ein gutes Beispiel für die gesamte Kategorie darstellt. In Biologie, Prototyp ist die angestammte oder primitive Form einer Art oder einer anderen Gruppe; ein Archetyp.[35] Zum Beispiel die Senegal Bichir wird als Prototypen seiner Gattung angesehen, Polypterus.

Siehe auch

Verweise

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