小西科技：一款智能玩具的研发之路

创业不易，做儿童科技产业更不容易，但是还是有人在坚持不懈地做出好产品。近期极客爸爸接触到的小西科技便是家专注于儿童科技产业的创新公司，让我们一起来看看小西科技是如何完成一款产品从构思到生产的吧。

今年4月份，小西科技第三代产品“绘本精灵”成功上市之后，我就开始思考研发新产品，当然方向还是在儿童教育领域的智能硬件。早幼教市场中，儿童英语一直是强刚需，而STEAM教育和电子积木产品也是我这两年重点关注的领域，所以新产品方向基本确定是做一款“电子积木的儿童英语学习产品”。

第一版

在产品规划之初，原型功能大概是：塑料积木做的字母，儿童使用的时候按照提示，把字母拼凑在一起，比如APPLE，如果拼错了就提示错误，拼对了说出结果，并把英文“APPLE”和中文“苹果”声音都播放出来。

按照这个思路，我们在2017年5月，做出了第一版的原型机，包括字母模块，感应模块和控制线路板等等。

（第一版的字母模块和感应器）

花了大约两周的时间，完成了基本功能开发之后，我拿着样品找了一个朋友请教产品，恰好在他办公室有一位以色列籍的英语老师，在中国教了多年的英语。看到原型机之后他提了一个问题，可不可以像Lego一样的，只需要积木和积木之间可以自由连接？

这是一个好提议，回来后好几天这个念头一直在我脑海盘旋，如果用磁铁接龙的方式来实现，一定会更加有趣，而且我对磁铁做的产品向来很痴迷。

第二版

想是容易的，但是怎么实现呢？用磁铁拼接的方式，最容易做的应该是每一个字母模块都有一个CPU，但是最开始思考的方向是，这个CPU怎么知道前面和后面的字母是什么？假设用户拼接了一个单词APPLE，那么L这个模块要知道他的前面是P，后面是E，而且必须保证所有的模块运行的是同一套程序，这个在软硬件开发设计上是有点难度的。

其次是使用哪种通信协议？做过电子开发的都清楚，有一个主机，多个从机一般都是走总线的方式。最常见的当然是I2C的通信协议，I2C最高可以支持128个从机通信，但这通信协议有两个问题，他并不能知道每个字母模块的前后顺序，而且每一个模块的ID不能重复，也就是说像“APPLE”这个词拼接在一起的时候，有两个字母P，这样ID已经冲突了。

我们整理了需求，发现这个项目需要解决几个技术难点：1、字母的前后顺序；2、多个ID重复问题；3、多个字母拼接后同时接入；4、字母模块拔掉之后响应。除了这4个技术问题之外还有成本，生产等其他的因素。

两周后的一天，突发灵感，我想跳出总线协议的思维框框，用数据叠加的方式不就解决了这个问题了吗？处理方式如下：

（Tips：已经申请多个发明专利和实用新型专利保护）

将所有的字母模块依次发送和叠加，可以完美解决这个问题。如上图，将最后的字母E发给字母L，字母L再发给字母P，依次类推，到第一个字母A的时候，已经叠加成一串字符“APPLE”了。

由于每一个字母模块都有独立CPU工作，电力的供应也是一个考虑点。如果每一个模块都有电池，那么充电接口、充电电路和电池本身会增加许多成本，电量状态、充电提示和充满逻辑也需要显示，再者每一个模块都需要独立充电，用户使用的体验会很糟糕。由此我们设计了字母模块的电源由主机统一提供，一接入就通电，拔开就断电，既节省成本也提高用户体验。

在6月初，我们做出了第二版的产品原型。

（3D打印的产品原型）

产品原型的结构设计确定之后，便开始着手设计电子电路部分，通信和握手协议因为已经做过验证，倒也进展非常顺利，其中最大的挑战，是这个弹针连接器，行业术语叫做POGOPIN。

这是一种很可靠的连接方式，但是成本太贵了，一组4个弹针的元件，大约价格在2.5元，而每一个字母模块需要一组弹针和一组顶针，单独这两组元件就占用5元的成本，加上磁铁、PCB版、CPU和外壳组装费等成本，可能需要10元。

（各种封装规格的POGOPIN）

很显然如果这个组件的成本降不下来，产品最终的价格可能是无法接受的。

按照我们的测算，一套PingWord大概需要配50个字母模块，其中26个英文字母各配一个，5个元音字母A、E、I、O、U和高频的辅音，需要配2-3个。比如常见的apple和banana，就包括了2个p，3个a和2个n了。如果使用pogopin的方案，按照一个字母模块成本10元计算，单独字母的成本可能就要500元人民币了，这些还不包含主机，包装和配套书籍等成本。

（使用标准pogopin试产的字母模块小板）

这么核心的元组件，一定要把成本降下来，我们决定自己研发。

自己研发的难度在于，用磁铁吸住的连接方式，要考虑成本和可靠性。海外有电子积木的厂商littlebits是用金属弹片的方式来做接触，而且他们也申请了专利，据说有国内有厂商被告抄袭，产品下架了。

我们研究后一致认为，他们的弹片并不是最好的解决方案，首先接触行程太短，可能不太可靠，另外金属弹片在多次接触之后可能会影响弹性，导致接触不良，而且这种金属成型的弹片后期生产加工装配都是非常大的问题，大批量生产成本也高。

因此，我们抛弃了金属弹片，把研发方向调整到金属弹针上面。解决弹针和线路板直接可靠接触，是大批量生产首要解决的问题。我们将圆形的金属弹针分别切成两边，一边利于贴片机吸嘴，一边利于线路板焊接，在经过几次的实验后，终于研发成功。

上图是我们自己设计的各种尺寸的弹针的样品，右边是验证过可靠性最佳的成品，并且上了编带。上了编带就可以上自动贴片机生产线，大批量生产的问题得到很好的解决。

按照估算，假设一个月能销售10000套产品，一套产品中配50个字母模块，每个字母模块8根弹针，那么每个月的需求就是400万支。一根弹针节省1分钱，都可以节省4万元人民币。

至于研发测试过程中的坑暂且不提了，最重要的是成本已经达到了我们的预期。

（实现正式量产的模块小板，自主研发的弹针和顶针）

弹针问题解决，其它部分就轻松很多了，嵌入式CPU我们继续使用蓝牙4.0的方案，这样可以轻松的兼容手机APP，为未来内容扩展做好基础。

（新版本的主板和模块小板）

嵌入式软件开发、结构设计等工作开展比较顺利，并在7月初完成了完整功能的第二版原型。下面是我在7月5日朋友圈中公布的测试视频。

第三版

按照预期，PingWord会推出三个版本，一个是英文版，一个是数学版，另一个是英文和数学的完整版，至于汉字或法语德语等其他语言的学习，则是在计划到上市一段时间之后再推出。

英文版估计要配套50个字母模块，包括26个英文字母和高频字母；数学版则需要24个，包括两组数字0-9，和加减乘除运算符，24个数学模块才仅仅支持1+1这种简单组合运算而已。然而，完整版最少需要74个字母模块，对于这个成本，销售的定价是非常尴尬的，首先要考虑消费者的接受程度，其次也要给代理商预留合理的利润空间，这一次我们在成本的定价上犹豫了很久。

为了节省点成本，我们想了个办法，如果把英文和数字集成在同一个字母模块里面，或许可以把数字模块的成本节省起来。

我们在主机增加了一个三轴传感器，当主机在正面朝上使用时，是英文；背面朝上使用时，就是算术。每一个模块正面是英文字母，背面是数字，比如A对应的是0，而且26个字母也刚好足够一整套的数学运算。

（产品正面是英文字母）

（产品背面是数字）

我们把产品简化成两个套装，简装版和完整版。简装版只配26个字母模块，完整版配50个字母模块，都同时支持英文和数学的学习。我想如果担心最终售价太高的话，可以买简装版，这样用户也可以有多个选择。

简装版的设计只包含了26个英文字母，两个重复字母的英语单词都拼不了，因此我们还统计的15000个英语单词中最常见的字母，特别是一个单词中重复字母的情况，整理出下图。

根据统计，元音字母A、E、I、O、U是重复次数最多的，而高频辅音S、T、R、N等字母重复次数也非常高，所以按照规律，确定了高频字母配套3个字母，中频配套2个，低频的J、Q和X只配套一个就足够了。

在确定了每个字母配套的数量之后，内置英语单词的整理工作又基本重来一次。简装版本只配26个字母，那么所有重复的单词都学习不了。比如Apple就有两个P，必须要把这个单词从内容库中去掉，同样的嵌入式的软件开发和插画内容也要做相应的处理。

同时，在这一版本的测试中我们发现产品音质较差，但由于整机体积有限，改进了功放和喇叭后音质效果依然没有明显改变。为此，我们重新设计了音腔，并使用了AAC（瑞声科技）定制的发声单元，最终，音质得到了很好的提升。

（独立设计的喇叭小音腔）

这个版本也基本按照最终量产的版本来执行了，包括模具的评估和小批量试产的工作，市场众筹前的一些准备工作也在开始了，外观手板的制作和视频的拍摄也同步进行。

（接近量产的pingword实拍图）

下面的视频是在8月7号，我们发布在微信公众号上面。（很多朋友反馈声音不好听，声音是正常的，主要播放速度调快了2倍，导致声音变形了）。

第四版

虽然已经进入准备量产的阶段了，但是我依然纠结于简装版本26个字母，连个apple都无法拼出来的窘境。所有两个字母重复的单词都要删除，比如baby，sister，egg，coffee，nine，ball，hello，yellow等等，这些都属于最基本的英语词汇了。

既然现在的方式可以实现英文和数学两个字符的重复组合，那能不能发明一种可以利用四个面的方式呢？答案是可以的，将三轴加速度传感器放到每一个字母模块里面，再把模块的CPU升级一下，就可以实现了。但这样每个模块要增加的成本也不少，实际算下来并不是很划算，也一直在增加模块成本和减少模块数量之间纠结。

终于在一个夜黑风高的夜晚，脑洞大开，我突然想到了用一种非常便宜的方案，利用四个电阻，可以完美的代替三轴加速度传感器，一个电阻成本是5厘钱，4个便是2分钱，用2分钱的成本代替掉几元的成本，确实让我非常激动，画下手稿，晒了朋友圈。

原理虽然是通的，但是这个设计逻辑比较复杂，需要一个算法来验证是否可行，而且新的设计方案，基本全部推翻原有的产品设计，包括结构设计、软硬件开发，甚至内容的整理上面。我们团队内部也有不同的声音，大部分都认为将新的设计作为第二代产品推出会比较好，第一代产品就继续使用双面的方式推出市场。

但最终我还是坚持，将双面的产品停掉，重新研发四面的积木产品。

我想，小西一直在做创新的产品，作为初创的团队，在一个新的品类上如果不能做到极致，可能没有第二次的机会。况且，现在已经有更好的方案了，为什么还要做不满意的作品呢？

（四面积木第一版原型）

经过几周努力，四面积木的产品结构，外观，电子电路和柔性线路板重新做了设计，产品功能也基本验证成功。

将一个积木的四个面，分别放上不同的字母，我们又碰到一个棘手的问题，这些字母究竟要怎么排列才算合理。很显然，不能将常见的元音字母全部放在同一个模块上，否则就失去了意义，既然一个积木可以放下4个字母，那么多少个模块，可以最大化的拼出英文单词呢？

带着这个问题，我们统计了15000个英文单词的结果，做了两种假设，一种是配20个模块，理论上就是20*4等于80个字母了，另外一种是配了15个模块，也相当于60个字母。每一个模块不同的排列组合，都会影响到结果。

用Excel的算法很显然已经解决不了这个问题，我拿出了“祖传”的Delphi，自己写了算法排序。将20个模块和15个模块分别做测试，然后将15000个单词来验证排列算法是否可行。

好久没写代码了，这个程序比较烧脑，写的挺辛苦。但最后终于算出比较合理的排列方式，15373个常见英语单词中，有934个是拼不出来，成功率有94%，这个结果应该说是非常理想的。而且拼不出来的英语单词大多都是超过10位的字母，很多我都不认识，我想对于一个早教学习的产品，应该足够了。

（“祖传”delphi写的验证算法）

第五版

四面积木的原理验证之后，我们着手设计了新产品的外观，如果一个积木是方块形状的，好像也比较符合常规，但是积木的主机也必须是方块的形状，这样对于产品的外观设计，显然是不友好的，为此我们尝试，将积木的外观设计成球形，如下图

这样子主机就可以设计圆形或者其他卡通动物的形状，并且外观加上了硅胶套，材质比较柔软，相信小孩子会比较喜欢。

设计完结构之后，样品拿回来才发现有问题，这个模具的分模方式和第一次的样板不一样，圆形的结构从45度角分模对外观的破坏性是最小的，当然也综合考虑了后期生产加工和装配的问题。

但是！因为是45度分模，而恰好模块与模块的接触面有凸台和凹槽，这样只要轻轻一用力，整个产品就轻而易举的撬开了，而我又一直坚持所有产品的外观面不可以看到螺丝（小西机器人、小西镜和绘本精灵都是这个设计理念）。

简直就是崩溃啊。这些结构的问题，如果没有实物的验证，单纯理论是很难想象得到的。就如之前小西镜的外壳，设计的时候知道硅胶是软的材料，但是软到多软才合适。太硬了难装配，太软了容易掉，和硬性材料怎么结合，还是要靠实物测试过后才可以。没办法，只能重新优化结构。

在电子部分我们还发现了一个问题，当初为了节省成本把4个电阻改成2个电阻，原理上是可行的，就好像0欧姆的电阻和短路是一样的道理，但后来还是碰到问题，各种误触发和乱码，只能是改回原来的状态。

磁铁方面也有改进，四面的积木比原来两面的体积要大一些，重量也会重一点点，而且有4个面，一个积木里面必须要用到8个磁铁，用原来的磁铁测试了一下，吸力是不够的。重新打样各种规格的磁铁，后面决定采用长条形的磁铁，因为长条形的接触面做大，磁力会更强，在积木的内部也不会占用太多的空间。

悲催的还是成本，一个圆形磁铁采购成本是0.2元，一个长条的磁铁是0.3元，供应商说原材料上涨，未来涨价是必然。由于磁铁安装在内部，而且结构还是稍微复杂，组装工厂的装配费核算的成本是一个0.15元，这样8个长条的磁铁总成本就是（0.3+0.15）*8 = 3.6元了。

我们尝试着把8个磁铁换成2个圆片的，这样可以节省点组装费，结果报价回来是一片2.3元， 2片的成本也到4.6元了，更贵了。

怎么办？这个真是没办法了，臣妾做不到啊！除非不要磁铁，但这又违背了产品设计的初衷，只能忍着，看看后面如果销量大了之后，用自动化装配夹具应该能节省一些成本。

（定制了各种规格的磁铁）

在验证了磁铁的连接之后，又发现一个bug。当多个积木模块连接在一起的时候，每一次碰触有可能会出现不稳定的现象，大概都是程序跑飞或者cpu死机不工作了，一直以为是弹针接触不良导致的问题。

后来排查了许久，发现是模块太多的时候，模块接入时碰撞过程产生的力，使所有的模块弹针有一个短暂松开再连接，由于模块的电力是主机供给的，这个时候模块CPU有可能是处于断电再启动的状态，相当于所有CPU重新复位和工作，或者电压太低程序假死机状态。为此，我们也重新改进了硬件电路，在单片机的程序上也做了优化。

终版

终于9月下旬，填完了九九八十一坑之后，谢天谢地，总算基本搞定了。

而我们也知道，一个产品，研发的工作结束，接下来便是生产工作的开始，还需要配合生产做自动化的测试夹具，优化装配的流程等等，这个过程中的用户测试，功能的微调也是必不可少的。

（最最最终版的pingword，3D打印样板）

总结

其实我自己也没想到，一个小小玩具，认真的做下来，会碰到这么多的难题。已经算不清到底改了多少次，结构，主板，小板，各种功能和定义，每一个想法的改变，有可能是全局的改变。

比如要改功能或换外观，都要重新做工业结构，结构变了电子电路就变了，电子部分改变，软件也要跟着变，连整理英语单词内容的同事，前后都搞了几个月。每次的词库变化，都需要重新生成英文和中文语音。

坦白讲，开发PingWord也的确比较轻敌的。相比于之前研发小西机器人的时候，使用的都是各种高大上的技术和解决方案。当时硬件使用MTK平台+嵌入式，系统使用android系统，我们自己从电子电路，硬件架构，底层驱动，应用层，app，服务器端，还有对接各种人工智能的API接口，全部自己团队完成，当时也认为，只有这样有点挑战性的技术和产品，才有价值。

相比小西机器人用的系统架构和庞大的开发工作量，PingWord也的确简单很多。我想着怎么说我也是十几年经验的老师傅了，只要使出三成功力就能搞出来的东西，没料到该掉的坑，一个都跑不掉。

研发之外的故事

产品形态

在PingWord的研发的过程中，我们团队内部争论最多的，还是产品形态的问题。

我是一直坚持新产品要脱离屏幕的，但是没有了屏幕，整体的交互和趣味性便可能会大打折扣。如果使用屏幕，就不需要那么多个模块了，因为屏幕可以动态显示字母，可能成本会更低。但是我始终觉得儿童产品，“可触摸”很重要。比如玩积木，就是要看得见摸得着，而不是通过ipad在屏幕上滑来滑去，如果是那样我直接开发一个app就好了。

其次是产品的黏性，某互联网人曾经说过，看儿童产品是否成功，主要是看用户黏性是否够长，在这一点上我又犹豫了。真的是越长越好吗？如果以这个指标来看产品，游戏应该是最成功的，黏性十足最后还需要做防沉迷系统。这就矛盾了，既想用户长时间使用，又想用户节制不要沉迷其中，我想这个度我把握不好。在这一点上，我宁愿我做的是玩具，而不是游戏。

第三点的争论，我们产品是带有教育属性的，那么对于教育的产品，是老师教，还是家长教，还是小孩子自学？这定位也关系到产品的功能及开发。很显然幼教阶段自学是不可能的，老师教那是ToB的市场，所以我们定位还是家庭内的教育，我们提倡父母一起参与进来，每天利用二三十分钟的时间，拿着书本或字母卡片，和孩子一起互动玩耍，在寻找字母玩乐的过程中，把英语单词和数学学习起来。至于能学习多少单词，我想结果并不重要，重要的是一起玩耍的这个过程。当然，一套pingword学习几十上百个基础的英语单词，我想应该也没有难度吧。

最后一点是APP在整个产品的比重。早在几年前的硬件，好像没有app都不能称之为智能硬件，但是小西的这几个产品的理念一直延续着，就是去app化，至少产品脱离app应该可以独立使用，这一点是清晰的。但是团队内部讨论更多的是未来的内容，是继续单独以硬件的形式推出，还是可以借助app做更多的拓展，这也关系到整个产品线的规划。所以我们继续保守一点，虽然支持蓝牙4.0，嵌入式开发的工作也做好了，但app我们短期内不打算开发。没别的，不想把一个简单的产品复杂化。

定位是啥

其实，搞PingWord这个产品是比较犹豫的，相比于机器人和绘本精灵应用了很多人工智能的技术，PingWord没那么智能，技术也没那么性感了。

几乎所有的人都会把PingWord定义成一个儿童智能玩具，或者一个早幼教的工具。这与我们之前宣称的“做一家高科技的互联网公司”好像有点出入。纠结了一阵子之后，也想明白了，定位是互联网科技公司也好，智能玩具公司也好，不去争辩了。最重要的是我们的产品能否为用户提供价值，这个是核心。

PingWord名字的由来

由于小西科技并没有取英文名，还是继续沿用Xiaoxi的汉语拼音对外宣传推广，后来很多朋友告诉我，外国人发不出Xiaoxi这个音，所以非常不利于对外推广。

所以这一次花了很多时间想名字，我们最早的专利名称是叫拼词系统，拼这个动作和这个字比较符合产品特性，而恰好PingWord.com的域名没有被注册，英文名字就确定下来了，中文名就根据音译过来的。

但是上次有个朋友吐槽说：“你们是做教育的公司吗？产品名称拼音都打错了，这样的产品让家长怎么有信心？” 我无语，所以我顺便提一下，中文名是“拼我”，英文名是“PingWord”，PingWord并不是拼音。

后记

其实写这篇文章，也是想了很久才动手的，我的同事们也担忧会不会有商业秘密泄露或被抄袭，毕竟写下来的都是研发的工作。但我回头一想，以前开发小西机器人、小西镜和绘本精灵的时候，其实碰到的问题差不多，各种各样的问题需要解决，但消费者对于创造一个产品的过程是没感知的。

虽然用户最终购买的也只是产品，但我想把研发过程中的点点滴滴分享出来，能让用户了解产品的研发背景和历程，这也算是一点参与感吧。要不然前面走过的弯路，期间做实验的样品，基本上也是丢弃掉。不写点东西出来，不露露脸，也一样淹没在历史的长河中。

另外商业秘密泄露的问题，我想不会太大，当然如果是核心我会选择避开不写，比如软硬件开发方面的工作我基本没写。我另外一个初衷，还是希望能传授一些经验，或许其他技术人员，还能从中学点经验，避免再走弯路。

至于会不会被抄袭，我想不是一篇文章所能决定或影响的，虽然PingWord这个项目前后也申请了有十几个专利了，这只是一种自我保护的形式，当然也希望我们的努力被认可，我们的成果被尊重。

发明创造一直都很艰难，虽然和最初规划的时间拖延了许多，但我还是为我们的研发团队感到骄傲，整个项目投入的研发人数和经费，屈指可数，但也仅靠我们三个臭皮匠就把产品干出来了，确属不易。

PingWord这个产品说难不难，说易不易。我相信这个产品和创意，我不是第一个想到的，塑料的积木也有60多年的历史了，为什么这个类型的产品之前没人做呢？也许能做出这个产品就是历史的选择，它一直留着、等着我来完成。

就像创业之初我说过的，“没童年的孩子做玩具，没读书的孩子做教育”一样，冥冥之中，一切自有定数。

小西创业两年有余，走过很多的弯路，游走于生存的边缘，兜兜转转很是不易。但即使再困难，我也总是保持微笑。李宗盛说过的，“人生没有白走的路，每一步都算数”。如果一个人，一家企业或者一个产品，有他自己宿命的话，那么所有的艰难与荣耀，都应该是注定的。有些坑，你看到了，不要绕开，也不应该绕开，应该带着微笑勇敢的走过去。

文｜黄金龙

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