原型 (工程)

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原型（Prototype）是指某种新技术在投入量产之前的所作的模型，用以检测产品质素，保障正常运行。在电子技术、机械工程、车辆工程、航空工程及建筑工程等方面广泛运用，实验产品相应地被称为样机、样车等。广义上来讲，通过计算机模拟技术也可以实现这一目的。

## 原型类别

验证原型：用于验证最初设计的一些关键功能，没有最终产品的所有功能。

工作原型：最终产品所有的或几乎所有的功能。

视觉原型：预期设计的尺寸和外观，而不是功能。

形态原型：是初期的视觉原型，强调其中设计的几何特征，不是很重视颜色、纹理，或其他与最终外观相关的属性。

使用者体验原型：在功能与外观上相当完整的原型，可以用于使用者研究。

功能原型：完成设计上所要求的功能和外观，但可能是与最终设计使用不同的技术和不同的尺寸来创建。

纸上原型：印刷的或手绘的软件产品之使用者界面。这些原型通常用于设计软件时，在早期的设计阶段时进行软件功能盘点，以便在投入更多耗费成本的设计之前，先确认设计决策是否正确。

## 原型与最终产品的差异

一般来说，原型的创建与最终产品的创建有所不同，一些基本的分别方式：

材料：最终产品使用的材料可能是昂贵的或不易制造的，因此用不同于最终产品的材料来制做原型。有时候甚至最终产品的材料都还在开发中，还没办法用在原型。

过程：批量生产不适合制造少量零件，因此原型可能使用与最终产品不同的制程来制作。例如，通过塑料射出成型制成的最终产品，需要昂贵的成型模具，为节省费用可以通过机械加工或3D打印来制造原型。

验证：最终产品可能需要进行多项品质测试，以验证是否符合设计或规格。通常假设一些调整或返工，为制造过程的一部分。原型也可以免除适用于最终产品的一些要求。

工程师和原型专家试图尽量减少这些差异对原型的影响。例如，如果视觉原型不能使用与最终产品相同的材料，他们将尝试使用具能模拟最终材料的替代材料。

## 原型的特点和限制

工程师和原型设计专家试图了解原型的限制，以精确模拟其预期设计的特征。

重要的是要意识到，通过他们的定义，原型将代表最终生产设计的一些妥协。由于材料，工艺和设计保真度的差异，原型可能无法执行可靠性，而生产设计可能已经很好。一个反直觉的想法是，原型可能实际上可以接受，而生产设计可能有缺陷，因为原型材料和制造流程可能比其对应的产品更好。

一般来说，可以预期由于材料和工艺的低效率使单个原型成本将大大高于最终生产成本。原型也用于修改设计，以通过优化和细化降低成本。

可以使用原型测试来降低设计可能无法按预期执行的风险，但原型通常不能消除所有风险。原型因为一些实用和操作的局限性为法匹配产品预期的最终性能，在进行生产设计之前往往需要需要一些调整及工程判断。

构建完整的设计通常是昂贵的，并且可能是耗时的，特别是当重复多次构建完整的设计时，弄清问题是什么以及如何解决它们，然后构建另外一个完整的设计。

## 工程科学

在技术研究方面，技术演示者是作为新技术或未来产品的概念验证和演示模型的原型，证明了其可行性并展示了可想到的应用。

在大型开发项目中，测试台是对新技术、组件、科学理论和计算工具进行严格实验和测试的平台和原型开发环境。

随着计算机建模的最新进展，消除物理原型的创建变得越来越实用（除了促销目的之外，可能大大减少了规模），而是将最终产品的所有方面建模为计算机原型。在波音787梦幻客机中，可以看到这样一个发展的一个例子，其中第一个全尺寸实体实现是在系列生产线上进行的。计算机建模现在被广泛应用于汽车设计中，既适用于车辆的造型和空气动力学形式（特别是用于改善车辆防撞性能和减轻重量以提高里程）。

### 机电工程

原型词最常见的用途是设计师想通过大规模生产手段建造的非军事机器（例如汽车、家用电器、消费电子产品）的功能，虽然是实验版本，而不是一个模型，这是机器外观的惰性表示，通常由一些非耐用物质制成。

电子设计师通常使用“DIY”软件包来构建面包板（免焊万用电路板）或印制电路板的第一个原型。

然而，越来越多的第一个功能原型建立在几乎与生产印刷电路板相同的“原型印刷电路板”上，因为印刷电路板制造价格下降，许多组件在封装过程中不可用，但仅适用于优化的电路板封装上。

### 电子原型

在电子学中，原型设计意味着建立一个理论设计的实际电路，以验证其工作原理，并提供一个物理平台进行调试，如果没有。原型通常使用诸如绕线或面包板的技术来构造，结果是与设计电气相同但与最终产品实体上不相同的电路。

存在开放源码工具，用于记录电子原型（尤其是面包板），并转向实体生产。Arduino等原型平台还简化了编程和与微控制器交互的任务。开发人员可以选择使用原型平台部署他们的发明，或者只用微控制器芯片和与其产品相关的电路来替代它们。

技术人员可以使用这些技术快速构建原型（并进行添加和修改），但对于批量生产，批量生产定制 印刷电路板比生产其他类型的原型板要快得多，通常更便宜。快速PCB（印刷电路板）制造和组装公司的激增使快速原型的概念应用于电子电路设计。

## 计算机编程/计算机科学

在许多编译程式语言中，一个功能的原型是宣告子程序或者函数（不应该和软件原型搞混），这个部分是C / C ++特定的；其他方面对这一观点是签章、类型、界面。在原型为基础的程式中（一种物件导向的程式语言），新的物件是经由存在的物件而生成，这就叫做原型。

这一部分有可能是指 Prototype JavaScript Framework。

另外，这部分也可以代表原型设计模式。

软件原型常常参考成软件版本周期，这个意思是指软件运行的第一个版本，通常只有几个功能被实作，软件版本周期主要的焦点是具有功能化基础的程式码且这些特征是可以被增加。第一次的软件版本周期等级软件最常需要将功能集合在一起，就变成 试用版本软件。

为了测试整个软件和调整程式，在开发期间和不可预见的情况下正确回应。通常使用者没有办法提供一个完整的应用程序目的，输入的细节、流程、或者在初步阶段输出的要求。在使用者评估测试后，另外一个原型将会被建置在使用者回馈的基础上，且再次循环到使用者评估测试上。这循环是经由倾听使用者开始，接着建置或者修改模型，并且让使用者测试模型，然后回到最初阶段。现在有新一代的工具叫做应用程序模拟软件，这些可以在他们开发前帮助快速的模拟应用程序。

极限编程使用迭代式开发（iterative design）去逐渐增加一个个功能在初始原型。

持续学习的方法在组织或企业内也可以使用商业概念或者经由软件模型产生的流程原型。

### 数据原型

资料的原型是一种功能或工作的原型，它建立的理由通常是数据迁移（data migration），资料集合（data integration）或者应用程序实作专案且用作输入的的原始材料是所有相关数据的实际例子，它存在于专案的开始。

资料原型的目标是生产：

1.一组资料的清理和转换的规则被视为产生资料，而且都要合乎目的。

2.一个资料集是这些规则的结果会被应用于相关来源资料的实际例子。

如要实现这一点，一个资料的架构师使用图形化界面去开始互动和进行转换和使用原始资料清理规则。然后对资料结果进行评估并对规则进行细化。除了资料架构师对萤幕上资料明显观看检查之外，通常评估和验证方法使用资料描绘出软件的轮廓，然后将资料穿插到目标应用程序的测试版本中并试用他。

## 比例塑模

在比例塑模领域（包括模型轨道、车辆建模、飞机建模、军事建模等），比例塑型的原型是依据真实世界基础或来源，如真正的 EMD GP38-2机车 -这是 Athearn 的原型（其他制造商）机车模型。在技术上，任何非生物体都可以有机会作为模型的原型，包括结构，设备和电器等，但通常原型已经意味着包括汽车在内的全尺寸真实车辆（原型1957雪佛兰产生了许多型号）、军事设备（如美国军人的最喜爱的雪曼战车 M4 Shermans）、铁路设备、摩托车、摩托车和太空船（现实世界如阿波罗火箭计划/土星火箭）。截至2014年，基本的快速原型机（如3D打印机）的成本约为2,000美元，但更大和更精确的机器的成本可能高达50万美元。

## 计量学

在计量学的科学和实践中，原型是一种人造物件，被用作测量物理量的一个标准，从而将该物理量的所有测量结合起来。有时这个标准对像被称为工件。在国际单位体系（SI）中，目前使用的唯一原型是国际原型千克，一种固体铂 - 铱气瓶，保留在法国西班牙国际保护局（国际权重和度量局）巴黎的郊区。按照定义，质量是一公斤。这个原型的副本被制作并颁发给许多国家来代表公斤的国家标准，并定期与巴黎原型进行比较。

直到1960年，距离仪表以铂 - 铱原型棒定义，其上有两个划痕（根据定义，它们之间的间隔为一米），成为国际原型距离仪表。1983年，仪表被重新定义为光在二九九七九二四五八分之一秒在自由空间中所涵盖的距离（从而限定光的速度是每秒299792458米）。

## 自然科学

在许多科学中，从病理学到分类学，原型是指疾病、物种等，为整个类别树立了良好的榜样。在生物学中，原型是物种或其他群体的祖先或原始形式。

## 外部链接

- 快速验证概念、节省开发成本的方法 – Prototyping , by 设计大舌头
- 现今 UI 设计流程中少不了的 Prototyping