今年4月份，小西科技第三代產品「繪本精靈」成功上市之後，我就開始思考研發新產品，當然方向還是在兒童教育領域的智能硬體。早幼教市場中，兒童英語一直是強剛需，而STEAM教育和電子積木產品也是我這兩年重點關注的領域，所以新產品方向基本確定是做一款「電子積木的兒童英語學習產品」。
第一版
在產品規劃之初，原型功能大概是：塑料積木做的字母，兒童使用的時候按照提示，把字母拼湊在一起，比如APPLE，如果拼錯了就提示錯誤，拼對了說出結果，並把英文「APPLE」和中文「蘋果」聲音都播放出來。
按照這個思路，我們在2017年5月，做出了第一版的原型機，包括字母模塊，感應模塊和控制線路板等等。
第一版的字母模塊和感應器
花了大約兩周的時間，完成了基本功能開發之後，我拿著樣品找了一個朋友請教產品，恰好在他辦公室有一位以色列籍的英語老師，在中國教了多年的英語。看到原型機之後他提了一個問題，可不可以像Lego一樣的，只需要積木和積木之間可以自由連接？
這是一個好提議，回來後好幾天這個念頭一直在我腦海盤旋，如果用磁鐵接龍的方式來實現，一定會更加有趣，而且我對磁鐵做的產品向來很痴迷。
第二版
想是容易的，但是怎麼實現呢？用磁鐵拼接的方式，最容易做的應該是每一個字母模塊都有一個CPU，但是最開始思考的方向是，這個CPU怎麼知道前面和後面的字母是什麼？假設用戶拼接了一個單詞APPLE，那麼L這個模塊要知道他的前面是P，後面是E，而且必須保證所有的模塊運行的是同一套程序，這個在軟硬體開發設計上是有點難度的。
其次是使用哪種通信協議？做過電子開發的都清楚，有一個主機，多個從機一般都是走總線的方式。最常見的當然是I2C的通信協議，I2C最高可以支持128個從機通信，但這通信協議有兩個問題，他並不能知道每個字母模塊的前後順序，而且每一個模塊的ID不能重複，也就是說像「APPLE」這個詞拼接在一起的時候，有兩個字母P，這樣ID已經衝突了。
我們整理了需求，發現這個項目需要解決幾個技術難點：1、字母的前後順序；2、多個ID重複問題；3、多個字母拼接後同時接入；4、字母模塊拔掉之後響應。除了這4個技術問題之外還有成本，生產等其他的因素。
兩周後的一天，突發靈感，我想跳出總線協議的思維框框，用數據疊加的方式不就解決了這個問題了嗎？處理方式如下：
（Tips：已經申請多個發明專利和實用新型專利保護）
將所有的字母模塊依次發送和疊加，可以完美解決這個問題。如上圖，將最後的字母E發給字母L，字母L再發給字母P，依次類推，到第一個字母A的時候，已經疊加成一串字符「APPLE」了。
由於每一個字母模塊都有獨立CPU工作，電力的供應也是一個考慮點。如果每一個模塊都有電池，那麼充電接口、充電電路和電池本身會增加許多成本，電量狀態、充電提示和充滿邏輯也需要顯示，再者每一個模塊都需要獨立充電，用戶使用的體驗會很糟糕。由此我們設計了字母模塊的電源由主機統一提供，一接入就通電，拔開就斷電，既節省成本也提高用戶體驗。
在6月初，我們做出了第二版的產品原型。
3D列印的產品原型
產品原型的結構設計確定之後，便開始著手設計電子電路部分，通信和握手協議因為已經做過驗證，倒也進展非常順利，其中最大的挑戰，是這個彈針連接器，行業術語叫做POGOPIN。
這是一種很可靠的連接方式，但是成本太貴了，一組4個彈針的元件，大約價格在2.5元，而每一個字母模塊需要一組彈針和一組頂針，單獨這兩組元件就佔用5元的成本，加上磁鐵、PCB版、CPU和外殼組裝費等成本，可能需要10元。
各種封裝規格的POGOPIN
很顯然如果這個組件的成本降不下來，產品最終的價格可能是無法接受的。
按照我們的測算，一套PingWord大概需要配50個字母模塊，其中26個英文字母各配一個，5個元音字母A、E、I、O、U和高頻的輔音，需要配2-3個。比如常見的apple和banana，就包括了2個p，3個a和2個n了。如果使用pogopin的方案，按照一個字母模塊成本10元計算，單獨字母的成本可能就要500元人民幣了，這些還不包含主機，包裝和配套書籍等成本。
使用標準pogopin試產的字母模塊小板
這麼核心的元組件，一定要把成本降下來，我們決定自己研發。
自己研發的難度在於，用磁鐵吸住的連接方式，要考慮成本和可靠性。海外有電子積木的廠商littlebits是用金屬彈片的方式來做接觸，而且他們也申請了專利，據說有國內有廠商被告抄襲，產品下架了。
我們研究後一致認為，他們的彈片並不是最好的解決方案，首先接觸行程太短，可能不太可靠，另外金屬彈片在多次接觸之後可能會影響彈性，導致接觸不良，而且這種金屬成型的彈片後期生產加工裝配都是非常大的問題，大批量生產成本也高。
因此，我們拋棄了金屬彈片，把研發方向調整到金屬彈針上面。解決彈針和線路板直接可靠接觸，是大批量生產首要解決的問題。我們將圓形的金屬彈針分別切成兩邊，一邊利於貼片機吸嘴，一邊利於線路板焊接，在經過幾次的實驗後，終於研發成功。
上圖是我們自己設計的各種尺寸的彈針的樣品，右邊是驗證過可靠性最佳的成品，並且上了編帶。上了編帶就可以上自動貼片機生產線，大批量生產的問題得到很好的解決。
按照估算，假設一個月能銷售10000套產品，一套產品中配50個字母模塊，每個字母模塊8根彈針，那麼每個月的需求就是400萬支。一根彈針節省1分錢，都可以節省4萬元人民幣。
至於研發測試過程中的坑暫且不提了，最重要的是成本已經達到了我們的預期。
實現正式量產的模塊小板，包括自主研發的彈針和頂針
彈針問題解決，其它部分就輕鬆很多了，嵌入式CPU我們繼續使用藍牙4.0的方案，這樣可以輕鬆的兼容手機APP，為未來內容擴展做好基礎。
新版本的主板和模塊小板
嵌入式軟體開發、結構設計等工作開展比較順利，並在7月初完成了完整功能的第二版原型。下面是我在7月5日朋友圈中公布的測試視頻。
第三版
按照預期，PingWord會推出三個版本，一個是英文版，一個是數學版，另一個是英文和數學的完整版，至於漢字或法語德語等其他語言的學習，則是在計劃到上市一段時間之後再推出。
英文版估計要配套50個字母模塊，包括26個英文字母和高頻字母；數學版則需要24個，包括兩組數字0-9，和加減乘除運算符，24個數學模塊才僅僅支持1+1這種簡單組合運算而已。然而，完整版最少需要74個字母模塊，對於這個成本，銷售的定價是非常尷尬的，首先要考慮消費者的接受程度，其次也要給代理商預留合理的利潤空間，這一次我們在成本的定價上猶豫了很久。
為了節省點成本，我們想了個辦法，如果把英文和數字集成在同一個字母模塊裡面，或許可以把數字模塊的成本節省起來。
我們在主機增加了一個三軸傳感器，當主機在正面朝上使用時，是英文；背面朝上使用時，就是算術。每一個模塊正面是英文字母，背面是數字，比如A對應的是0，而且26個字母也剛好足夠一整套的數學運算。
產品正面是英文字母
產品背面是數字
我們把產品簡化成兩個套裝，簡裝版和完整版。簡裝版只配26個字母模塊，完整版配50個字母模塊，都同時支持英文和數學的學習。我想如果擔心最終售價太高的話，可以買簡裝版，這樣用戶也可以有多個選擇。
簡裝版的設計只包含了26個英文字母，兩個重複字母的英語單詞都拼不了，因此我們還統計的15000個英語單詞中最常見的字母，特別是一個單詞中重複字母的情況，整理出下圖。
根據統計，元音字母A、E、I、O、U是重複次數最多的，而高頻輔音S、T、R、N等字母重複次數也非常高，所以按照規律，確定了高頻字母配套3個字母，中頻配套2個，低頻的J、Q和X只配套一個就足夠了。
在確定了每個字母配套的數量之後，內置英語單詞的整理工作又基本重來一次。簡裝版本只配26個字母，那麼所有重複的單詞都學習不了。比如Apple就有兩個P，必須要把這個單詞從內容庫中去掉，同樣的嵌入式的軟體開發和插畫內容也要做相應的處理。
同時，在這一版本的測試中我們發現產品音質較差，但由於整機體積有限，改進了功放和喇叭後音質效果依然沒有明顯改變。為此，我們重新設計了音腔，並使用了AAC（瑞聲科技）定製的發聲單元，最終，音質得到了很好的提升。
獨立設計的喇叭小音腔
這個版本也基本按照最終量產的版本來執行了，包括模具的評估和小批量試產的工作，市場眾籌前的一些準備工作也在開始了，外觀手板的製作和視頻的拍攝也同步進行。
接近量產的pingword實拍圖
下面的視頻是在8月7號，我們發布在微信公眾號上面。（很多朋友反饋聲音不好聽，聲音是正常的，主要播放速度調快了2倍，導致聲音變形了）。
第四版
雖然已經進入準備量產的階段了，但是我依然糾結於簡裝版本26個字母，連個apple都無法拼出來的窘境。所有兩個字母重複的單詞都要刪除，比如baby，sister，egg，coffee，nine，ball，hello，yellow等等，這些都屬於最基本的英語詞彙了。
既然現在的方式可以實現英文和數學兩個字符的重複組合，那能不能發明一種可以利用四個面的方式呢？答案是可以的，將三軸加速度傳感器放到每一個字母模塊裡面，再把模塊的CPU升級一下，就可以實現了。但這樣每個模塊要增加的成本也不少，實際算下來並不是很划算，也一直在增加模塊成本和減少模塊數量之間糾結。
終於在一個夜黑風高的夜晚，腦洞大開，我突然想到了用一種非常便宜的方案，利用四個電阻，可以完美的代替三軸加速度傳感器，一個電阻成本是5釐錢，4個便是2分錢，用2分錢的成本代替掉幾元的成本，確實讓我非常激動，畫下手稿，曬了朋友圈。
原理雖然是通的，但是這個設計邏輯比較複雜，需要一個算法來驗證是否可行，而且新的設計方案，基本全部推翻原有的產品設計，包括結構設計、軟硬體開發，甚至內容的整理上面。我們團隊內部也有不同的聲音，大部分都認為將新的設計作為第二代產品推出會比較好，第一代產品就繼續使用雙面的方式推出市場。
但最終我還是堅持，將雙面的產品停掉，重新研發四面的積木產品。
我想，小西一直在做創新的產品，作為初創的團隊，在一個新的品類上如果不能做到極致，可能沒有第二次的機會。況且，現在已經有更好的方案了，為什麼還要做不滿意的作品呢？
四面積木第一版原型
經過幾周努力，四面積木的產品結構，外觀，電子電路和柔性線路板重新做了設計，產品功能也基本驗證成功。
將一個積木的四個面，分別放上不同的字母，我們又碰到一個棘手的問題，這些字母究竟要怎麼排列才算合理。很顯然，不能將常見的元音字母全部放在同一個模塊上，否則就失去了意義，既然一個積木可以放下4個字母，那麼多少個模塊，可以最大化的拼出英文單詞呢？
帶著這個問題，我們統計了15000個英文單詞的結果，做了兩種假設，一種是配20個模塊，理論上就是20*4等於80個字母了，另外一種是配了15個模塊，也相當於60個字母。每一個模塊不同的排列組合，都會影響到結果。
用Excel的算法很顯然已經解決不了這個問題，我拿出了「祖傳」的Delphi，自己寫了算法排序。將20個模塊和15個模塊分別做測試，然後將15000個單詞來驗證排列算法是否可行。
好久沒寫代碼了，這個程序比較燒腦，寫的挺辛苦。但最後終於算出比較合理的排列方式，15373個常見英語單詞中，有934個是拼不出來，成功率有94%，這個結果應該說是非常理想的。而且拼不出來的英語單詞大多都是超過10位的字母，很多我都不認識，我想對於一個早教學習的產品，應該足夠了。
「祖傳」delphi寫的驗證算法
第五版
四面積木的原理驗證之後，我們著手設計了新產品的外觀，如果一個積木是方塊形狀的，好像也比較符合常規，但是積木的主機也必須是方塊的形狀，這樣對於產品的外觀設計，顯然是不友好的，為此我們嘗試，將積木的外觀設計成球形，如下圖
這樣子主機就可以設計圓形或者其他卡通動物的形狀，並且外觀加上了矽膠套，材質比較柔軟，相信小孩子會比較喜歡。
設計完結構之後，樣品拿回來才發現有問題，這個模具的分模方式和第一次的樣板不一樣，圓形的結構從45度角分模對外觀的破壞性是最小的，當然也綜合考慮了後期生產加工和裝配的問題。
但是！因為是45度分模，而恰好模塊與模塊的接觸面有凸臺和凹槽，這樣只要輕輕一用力，整個產品就輕而易舉的撬開了，而我又一直堅持所有產品的外觀面不可以看到螺絲（小西機器人、小西鏡和繪本精靈都是這個設計理念）。
簡直就是崩潰啊！這些結構的問題，如果沒有實物的驗證，單純理論是很難想像得到的。就如之前小西鏡的外殼，設計的時候知道矽膠是軟的材料，但是軟到多軟才合適。太硬了難裝配，太軟了容易掉，和硬性材料怎麼結合，還是要靠實物測試過後才可以。沒辦法，只能重新優化結構。
在電子部分我們還發現了一個問題，當初為了節省成本把4個電阻改成2個電阻，原理上是可行的，就好像0歐姆的電阻和短路是一樣的道理，但後來還是碰到問題，各種誤觸發和亂碼，只能是改回原來的狀態。
柔性線路板的改進
磁鐵方面也有改進，四面的積木比原來兩面的體積要大一些，重量也會重一點點，而且有4個面，一個積木裡面必須要用到8個磁鐵，用原來的磁鐵測試了一下，吸力是不夠的。重新打樣各種規格的磁鐵，後面決定採用長條形的磁鐵，因為長條形的接觸面做大，磁力會更強，在積木的內部也不會佔用太多的空間。
悲催的還是成本，一個圓形磁鐵採購成本是0.2元，一個長條的磁鐵是0.3元，供應商說原材料上漲，未來漲價是必然。由於磁鐵安裝在內部，而且結構還是稍微複雜，組裝工廠的裝配費核算的成本是一個0.15元，這樣8個長條的磁鐵總成本就是（0.3+0.15）*8 = 3.6元了。
我們嘗試著把8個磁鐵換成2個圓片的，這樣可以節省點組裝費，結果報價回來是一片2.3元， 2片的成本也到4.6元了，更貴了。
怎麼辦？這個真是沒辦法了，臣妾做不到啊！除非不要磁鐵，但這又違背了產品設計的初衷，只能忍著，看看後面如果銷量大了之後，用自動化裝配夾具應該能節省一些成本。
定製了各種規格的磁鐵
在驗證了磁鐵的連接之後，又發現一個bug。當多個積木模塊連接在一起的時候，每一次碰觸有可能會出現不穩定的現象，大概都是程序跑飛或者cpu死機不工作了，一直以為是彈針接觸不良導致的問題。
後來排查了許久，發現是模塊太多的時候，模塊接入時碰撞過程產生的力，使所有的模塊彈針有一個短暫鬆開再連接，由於模塊的電力是主機供給的，這個時候模塊CPU有可能是處於斷電再啟動的狀態，相當於所有CPU重新復位和工作，或者電壓太低程序假死機狀態。為此，我們也重新改進了硬體電路，在單片機的程序上也做了優化。
終版
終於9月下旬，填完了九九八十一坑之後，謝天謝地，總算基本搞定了。
而我們也知道，一個產品，研發的工作結束，接下來便是生產工作的開始，還需要配合生產做自動化的測試夾具，優化裝配的流程等等，這個過程中的用戶測試，功能的微調也是必不可少的。
最最最終版的pingword，3D列印樣板
總結
其實我自己也沒想到，一個小小玩具，認真的做下來，會碰到這麼多的難題。已經算不清到底改了多少次，結構，主板，小板，各種功能和定義，每一個想法的改變，有可能是全局的改變。
比如要改功能或換外觀，都要重新做工業結構，結構變了電子電路就變了，電子部分改變，軟體也要跟著變，連整理英語單詞內容的同事，前後都搞了幾個月。每次的詞庫變化，都需要重新生成英文和中文語音。
坦白講，開發PingWord也的確比較輕敵的。相比於之前研發小西機器人的時候，使用的都是各種高大上的技術和解決方案。當時硬體使用MTK平臺+嵌入式，系統使用android系統，我們自己從電子電路，硬體架構，底層驅動，應用層，app，伺服器端，還有對接各種人工智慧的API接口，全部自己團隊完成，當時也認為，只有這樣有點挑戰性的技術和產品，才有價值。
相比小西機器人用的系統架構和龐大的開發工作量，PingWord也的確簡單很多。我想著怎麼說我也是十幾年經驗的老師傅了，只要使出三成功力就能搞出來的東西，沒料到該掉的坑，一個都跑不掉。
最最最終版的PingWord使用視頻
研發之外的故事
產品形態
在PingWord的研發的過程中，我們團隊內部爭論最多的，還是產品形態的問題。
我是一直堅持新產品要脫離屏幕的，但是沒有了屏幕，整體的交互和趣味性便可能會大打折扣。如果使用屏幕，就不需要那麼多個模塊了，因為屏幕可以動態顯示字母，可能成本會更低。但是我始終覺得兒童產品，「可觸摸」很重要。比如玩積木，就是要看得見摸得著，而不是通過ipad在屏幕上滑來滑去，如果是那樣我直接開發一個app就好了。
其次是產品的黏性，某網際網路人曾經說過，看兒童產品是否成功，主要是看用戶黏性是否夠長，在這一點上我又猶豫了。真的是越長越好嗎？如果以這個指標來看產品，遊戲應該是最成功的，黏性十足最後還需要做防沉迷系統。這就矛盾了，既想用戶長時間使用，又想用戶節制不要沉迷其中，我想這個度我把握不好。在這一點上，我寧願我做的是玩具，而不是遊戲。
第三點的爭論，我們產品是帶有教育屬性的，那麼對於教育的產品，是老師教，還是家長教，還是小孩子自學？這定位也關係到產品的功能及開發。很顯然幼教階段自學是不可能的，老師教那是ToB的市場，所以我們定位還是家庭內的教育，我們提倡父母一起參與進來，每天利用二三十分鐘的時間，拿著書本或字母卡片，和孩子一起互動玩耍，在尋找字母玩樂的過程中，把英語單詞和數學學習起來。至於能學習多少單詞，我想結果並不重要，重要的是一起玩耍的這個過程。當然，一套pingword學習幾十上百個基礎的英語單詞，我想應該也沒有難度吧。
最後一點是APP在整個產品的比重。早在幾年前的硬體，好像沒有app都不能稱之為智能硬體，但是小西的這幾個產品的理念一直延續著，就是去app化，至少產品脫離app應該可以獨立使用，這一點是清晰的。但是團隊內部討論更多的是未來的內容，是繼續單獨以硬體的形式推出，還是可以藉助app做更多的拓展，這也關係到整個產品線的規劃。所以我們繼續保守一點，雖然支持藍牙4.0，嵌入式開發的工作也做好了，但app我們短期內不打算開發。沒別的，不想把一個簡單的產品複雜化。
定位是啥
其實，搞PingWord這個產品是比較猶豫的，相比於機器人和繪本精靈應用了很多人工智慧的技術，PingWord沒那麼智能，技術也沒那麼性感了。
幾乎所有的人都會把PingWord定義成一個兒童智能玩具，或者一個早幼教的工具。這與我們之前宣稱的「做一家高科技的網際網路公司」好像有點出入。糾結了一陣子之後，也想明白了，定位是網際網路科技公司也好，智能玩具公司也好，不去爭辯了。最重要的是我們的產品能否為用戶提供價值，這個是核心。
PingWord名字的由來
由於小西科技並沒有取英文名，還是繼續沿用Xiaoxi的漢語拼音對外宣傳推廣，後來很多朋友告訴我，外國人發不出Xiaoxi這個音，所以非常不利於對外推廣。
所以這一次花了很多時間想名字，我們最早的專利名稱是叫拼詞系統，拼這個動作和這個字比較符合產品特性，而恰好PingWord.com的域名沒有被註冊，英文名字就確定下來了，中文名就根據音譯過來的。
但是上次有個朋友吐槽說：「你們是做教育的公司嗎？產品名稱拼音都打錯了，這樣的產品讓家長怎麼有信心？」 我無語，所以我順便提一下，中文名是「拼我」，英文名是「PingWord」，PingWord並不是拼音。
小西科技自主研發的前三款產品：繪本精靈、小西鏡、小西機器人
後記
其實寫這篇文章，也是想了很久才動手的，我的同事們也擔憂會不會有商業秘密洩露或被抄襲，畢竟寫下來的都是研發的工作。但我回頭一想，以前開發小西機器人、小西鏡和繪本精靈的時候，其實碰到的問題差不多，各種各樣的問題需要解決，但消費者對於創造一個產品的過程是沒感知的。
雖然用戶最終購買的也只是產品，但我想把研發過程中的點點滴滴分享出來，能讓用戶了解產品的研發背景和歷程，這也算是一點參與感吧。要不然前面走過的彎路，期間做實驗的樣品，基本上也是丟棄掉。不寫點東西出來，不露露臉，也一樣淹沒在歷史的長河中。
另外商業秘密洩露的問題，我想不會太大，當然如果是核心我會選擇避開不寫，比如軟硬體開發方面的工作我基本沒寫。我另外一個初衷，還是希望能傳授一些經驗，或許其他技術人員，還能從中學點經驗，避免再走彎路。
至於會不會被抄襲，我想不是一篇文章所能決定或影響的，雖然PingWord這個項目前後也申請了有十幾個專利了，這只是一種自我保護的形式，當然也希望我們的努力被認可，我們的成果被尊重。
發明創造一直都很艱難，雖然和最初規劃的時間拖延了許多，但我還是為我們的研發團隊感到驕傲，整個項目投入的研發人數和經費，屈指可數，但也僅靠我們三個臭皮匠就把產品幹出來了，確屬不易。
PingWord這個產品說難不難，說易不易。我相信這個產品和創意，我不是第一個想到的，塑料的積木也有60多年的歷史了，為什麼這個類型的產品之前沒人做呢？也許能做出這個產品就是歷史的選擇，它一直留著、等著我來完成。
就像創業之初我說過的，「沒童年的孩子做玩具，沒讀書的孩子做教育」一樣，冥冥之中，一切自有定數。
小西創業兩年有餘，走過很多的彎路，遊走於生存的邊緣，兜兜轉轉很是不易。但即使再困難，我也總是保持微笑。李宗盛說過的，「人生沒有白走的路，每一步都算數」。如果一個人，一家企業或者一個產品，有他自己宿命的話，那麼所有的艱難與榮耀，都應該是註定的。有些坑，你看到了，不要繞開，也不應該繞開，應該帶著微笑勇敢的走過去。
怎麼大風越狠 \ 我心越蕩
幻如一絲塵土 \ 隨風自由的在狂舞
任風吹 \ 任它亂 \ 我赤腳不害怕
你看我在勇敢地微笑 \ 你看我在勇敢地去揮手
我會變成巨人 \ 踏著力氣 \ 踩著夢
縱然如此，我們也從未忘記創業的初心，那就是堅持創新，堅持做兒童方向的智能產品，堅持寓教於樂的理念。
孔夫子曾說，三年不改其志，應該是值得信賴的。PingWord已經開始量產，等產品上市的時候，懇求各位親，多多支持，感謝關照！！！
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ps：
1.在研發PingWord的過程中，感謝同事老李、老黃的努力，也感謝好友sami、banny、liao的幫助。
2.「PingWord」和「拼我」已經申請國家商標。商標號：24614891，24617161
3.本文所提及的方法、結構以及其他技術實現方式，已經申請國家專利。專利號如下：
201710419255.5，201720653341.8 ，201720882891.7，201720880449.0，201730320116.8，201710385955.7，201730364886.2，201721014214.X，201721094270.9，201721111588.3…