Apple กำลังทำงานเพื่อพัฒนาอุปกรณ์พกพาใหม่ที่โรงงานทางวิศวกรรมในเมืองคูเปอร์ติโน โดยมุ่งเน้นที่การกำหนดมาตรฐานความหนาใหม่ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ โครงการนี้เกี่ยวข้องกับการสร้างอุปกรณ์ที่มีขนาดที่ไม่เคยมีมาก่อนสำหรับกลุ่มผลิตภัณฑ์สมาร์ทโฟนของบริษัท โดยต้องมีการปรับโครงสร้างส่วนประกอบภายในใหม่ทั้งหมด วิศวกรของบริษัทพยายามที่จะบูรณาการเทคโนโลยีวัสดุที่เกิดขึ้นใหม่เพื่อสร้างแชสซีที่บางมาก โดยไม่กระทบต่อความสมบูรณ์ของโครงสร้างของอุปกรณ์
การพัฒนาโมเดลใหม่นี้ต้องใช้กระบวนการผลิตขั้นสูงและความร่วมมือกับซัพพลายเออร์ในเอเชียเพื่อสร้างชิ้นส่วนที่ปรับแต่งเอง การลดลงอย่างมากของพื้นที่ภายในจำเป็นต้องเปลี่ยนส่วนประกอบแบบเดิมด้วยทางเลือกที่มีขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพมากขึ้นในแง่ของการกระจายความร้อนและการใช้พลังงาน การประกอบต้นแบบเบื้องต้นได้เกิดขึ้นแล้วในสายทดสอบที่มีข้อจำกัด โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อประเมินความเป็นไปได้ของการผลิตขนาดใหญ่
เพื่อให้บรรลุเป้าหมายการออกแบบที่กำหนดไว้ ทีมงานฮาร์ดแวร์ได้ดำเนินการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญกับสถาปัตยกรรมของอุปกรณ์ ในบรรดาการปรับเปลี่ยนทางเทคนิคหลักที่นำมาใช้ในโครงการ นวัตกรรมต่อไปนี้มีความโดดเด่น:
– ลดความหนารวมของอุปกรณ์ลงเหลือวัดได้เกือบ 5.5 มิลลิเมตร
– การใช้สารประกอบกระจกใหม่เพื่อปกป้องแผงด้านหน้า
– การใช้โลหะผสมที่มีความต้านทานสูงเพื่อหลีกเลี่ยงการโค้งงอหรือความเสียหายทางกายภาพ
– การออกแบบระบบไฟฟ้าใหม่ด้วยเซลล์พลังงานความหนาแน่นสูง
วิศวกรรมโครงสร้างและการลดขนาด
จุดสนใจหลักของทีมวิศวกรอยู่ที่ความหนาของอุปกรณ์ ซึ่งสูงถึง 5.5 มิลลิเมตร มาตรการนี้แสดงถึงการลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับสมาร์ทโฟนรุ่นก่อนหน้าของแบรนด์ โดยต้องใช้ความแม่นยำระดับมิลลิเมตรในการจัดสรรไมโครชิปแต่ละตัว บอร์ดลอจิกหลักผ่านกระบวนการย่อขนาดขั้นรุนแรง โดยจัดกลุ่มโปรเซสเซอร์และหน่วยความจำไว้ในพื้นที่ที่เล็กกว่ามาก
การถอดพอร์ตทางกายภาพออกและการลดปุ่มกลไกด้านข้างเป็นส่วนหนึ่งของกลยุทธ์ในการปรับแต่งโปรไฟล์ของอุปกรณ์อย่างละเอียด เซ็นเซอร์ความดันและมอเตอร์ตอบสนองแบบสัมผัสเข้ามาแทนที่กลไกแบบเดิมๆ โดยปล่อยเศษเสี้ยวที่สำคัญภายในตัวเครื่องให้เหลือเพียงมิลลิเมตร วิธีการออกแบบที่เรียบง่ายนี้ถ่ายทอดความซับซ้อนทางกลไปยังโซลูชันที่ใช้ซอฟต์แวร์และแอคชูเอเตอร์ระบบสัมผัส
เพื่อให้แน่ใจว่าสมาร์ทโฟนจะไม่เกิดการเสียรูประหว่างการใช้งานในแต่ละวัน โครงสร้างภายในจึงมีการเสริมความแข็งแกร่งในตำแหน่งเชิงกลยุทธ์ การกระจายน้ำหนักและความเค้นเชิงกลได้รับการคำนวณโดยใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ขั้นสูง เพื่อให้มั่นใจว่าความหนาที่ลดลงจะไม่ส่งผลให้เกิดความเปราะบางของโครงสร้าง การทดสอบแรงบิดและแรงอัดจะดำเนินการอย่างต่อเนื่องในหน่วยก่อนการผลิต
การใช้เทคโนโลยีแก้วเหลว
การป้องกันจอแสดงผลใช้เทคโนโลยีกระจกเหลว ซึ่งเป็นวัสดุคอมโพสิตที่ให้ความต้านทานต่อรอยขีดข่วนและการกระแทกโดยตรงได้ดียิ่งขึ้น ส่วนประกอบใหม่นี้มาแทนที่กระจกนิรภัยรุ่นก่อนๆ ซึ่งให้ความกระจ่างชัดของแสงที่เหนือกว่าและลดการสะท้อนในสภาพแวดล้อมที่มีแสงจ้า วัสดุนี้ถูกนำไปใช้ในสถานะกึ่งหนืดในระหว่างการผลิต โดยจะบ่มตัวเพื่อสร้างเกราะป้องกันที่แข็งและสม่ำเสมอเหนือตัวปล่อยแสงของหน้าจอ
นอกจากความทนทานทางกายภาพแล้ว กระจกเหลวยังช่วยลดความหนารวมของแผงด้านหน้าอีกด้วย การรวมเซ็นเซอร์สัมผัสเข้ากับเลเยอร์นี้โดยตรงช่วยลดความจำเป็นในการใช้ฟิล์มคาปาซิทีฟเพิ่มเติม เพิ่มประสิทธิภาพการตอบสนองการสัมผัสและความแม่นยำในการจดจำท่าทาง ห่วงโซ่อุปทานจำเป็นต้องปรับโรงงานเพื่อรองรับการจัดการและการใช้สารประกอบใหม่นี้ในปริมาณทางอุตสาหกรรม
การจัดการความร้อนและการจ่ายพลังงาน
การกระจายความร้อนในตัวเครื่องขนาด 5.5 มม. ถือเป็นอุปสรรคทางเทคนิคที่สำคัญสำหรับนักพัฒนา เนื่องจากไม่มีพื้นที่สำหรับฮีทซิงค์ทองแดงขนาดใหญ่หรือการระบายอากาศแบบแอคทีฟ วิธีแก้ปัญหาที่พบจึงเกี่ยวข้องกับการใช้แผ่นกราฟีนที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงมาก ชั้นบางเฉียบเหล่านี้กระจายไปตามด้านหลังของแผงและเหนือโปรเซสเซอร์หลัก โดยกระจายความร้อนที่เกิดขึ้นอย่างเท่าเทียมกันทั่วทั้งพื้นผิวของอุปกรณ์
การจัดการระบายความร้อนยังอาศัยอัลกอริธึมซอฟต์แวร์ที่ตรวจสอบอุณหภูมิของแกนประมวลผลแบบเรียลไทม์ เมื่อระบบตรวจพบความร้อนที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในระหว่างงานที่เข้มข้น การไหลของพลังงานจะถูกปรับแบบไดนามิกเพื่อป้องกันไม่ให้ส่วนประกอบที่อยู่ติดกันเกิดความร้อนสูงเกินไป การซิงโครไนซ์ระหว่างฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์นี้ช่วยป้องกันความเสียหายของแบตเตอรี่และรักษาประสิทธิภาพที่เสถียร
เมทริกซ์พลังงานของอุปกรณ์ใช้สูตรทางเคมีใหม่เพื่อเพิ่มความหนาแน่นของประจุโดยไม่ต้องขยายปริมาตรทางกายภาพของแบตเตอรี่ เซลล์ลิเธียมไอออนแบบดั้งเดิมได้รับการออกแบบใหม่ให้มีรูปทรงไม่สมมาตร เติมเต็มทุกพื้นที่ว่างภายในแชสซี วิศวกรรมบรรจุภัณฑ์นี้ทำให้สามารถรักษาความเป็นอิสระในการใช้งานที่ยอมรับได้ แม้ว่าขนาดของส่วนประกอบจะลดลงอย่างมากก็ตาม
วงจรการชาร์จยังได้รับการแก้ไขเพื่อรองรับกำลังไฟเข้าโดยไม่สร้างความร้อนมากเกินไป ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กจะจัดการการไหลของไฟฟ้าโดยตรงที่อินพุตของอุปกรณ์ โดยแบ่งประจุระหว่างโมดูลแบตเตอรี่ต่างๆ วิธีการชาร์จแบบแบ่งส่วนนี้ช่วยปกป้องความสมบูรณ์ทางเคมีของเซลล์และยืดอายุของส่วนประกอบพลังงาน
การกำหนดค่าระบบออปติคอล
พื้นที่ทางกายภาพที่จำกัดทำให้เกิดข้อจำกัดโดยตรงในโมดูลกล้อง ส่งผลให้มีการใช้ระบบเลนส์เดี่ยวที่ด้านหลังของอุปกรณ์ เพื่อชดเชยการไม่มีเลนส์หลายตัว วิศวกรรมด้านแสงจึงมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาเซนเซอร์ภาพที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งสามารถจับแสงในปริมาณที่มากขึ้นได้ภายในเสี้ยววินาที เซ็นเซอร์นี้ทำงานร่วมกับชุดเลนส์หักเหแบบแปรผัน ซึ่งปรับโฟกัสเชิงกลที่ระยะกล้องจุลทรรศน์ โปรเซสเซอร์สัญญาณภาพที่รวมอยู่ในชิปหลักจะรับผิดชอบในการใช้สี คอนทราสต์ และการแก้ไขความลึก โดยใช้โครงข่ายประสาทเทียมเพื่อจำลองเอฟเฟกต์ที่ปกติต้องใช้ฮาร์ดแวร์เฉพาะ การยื่นออกมาของกล้องลดลงด้วยการใช้วงแหวนป้องกันที่ทำจากวัสดุการบินและอวกาศ ช่วยให้มั่นใจได้ว่าเลนส์จะไม่สัมผัสพื้นผิวเมื่อวางอุปกรณ์ไว้บนโต๊ะหรือม้านั่ง
การจับภาพวิดีโอและการป้องกันภาพสั่นไหวอาศัยไจโรสโคปที่มีความแม่นยำสูงและอัลกอริธึมการครอบตัดแบบไดนามิกเป็นอย่างมาก แทนที่จะขยับเซ็นเซอร์เพื่อชดเชยการสั่นไหว ซอฟต์แวร์จะครอบตัดรูปภาพแบบเรียลไทม์ ทำให้วัตถุอยู่ตรงกลางโดยสูญเสียความละเอียดน้อยที่สุด เลนส์ด้านหน้าฝังอยู่ใต้ชั้นกระจกเหลว ใช้เทคโนโลยีพิกเซลโปร่งใสที่ช่วยให้แสงผ่านได้เฉพาะในขณะที่ถ่ายภาพเท่านั้น การกำหนดค่านี้ช่วยรักษาความสวยงามที่ไร้รอยต่อของจอแสดงผล ขณะเดียวกันก็มอบฟังก์ชันที่จำเป็นสำหรับการตรวจสอบสิทธิ์ไบโอเมตริกซ์และการสนทนาทางวิดีโอ การสอบเทียบโมดูลกล้องแต่ละตัวจะเกิดขึ้นในห้องสุญญากาศระหว่างการประกอบขั้นสุดท้าย เพื่อให้มั่นใจว่าไม่มีการบิดเบือนทางแสงที่เกิดจากอนุภาคขนาดเล็กของฝุ่นหรือการเปลี่ยนแปลงของแรงดัน
กระบวนการผลิตและประกอบอุตสาหกรรม
การเปลี่ยนจากการออกแบบแนวความคิดไปสู่การผลิตจำนวนมากจำเป็นต้องมีการปรับปรุงสายการผลิตให้ทันสมัยโดยบริษัทพันธมิตรในเอเชีย Foxconn และผู้ประกอบตามสัญญารายอื่นๆ ได้เริ่มระยะแนะนำผลิตภัณฑ์ใหม่ ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญที่กระบวนการผลิตได้รับการทดสอบและปรับปรุงก่อนที่จะขยายขนาดเชิงพาณิชย์ แขนหุ่นยนต์ที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งติดตั้งระบบคอมพิวเตอร์วิทัศน์ ถูกนำมาใช้เพื่อวางตำแหน่งลอจิกบอร์ดและแบตเตอรี่ที่มีค่าความคลาดเคลื่อนน้อยกว่าหนึ่งไมครอน การเชื่อมส่วนประกอบด้วยกล้องจุลทรรศน์นั้นดำเนินการโดยใช้ลำแสงเลเซอร์แบบกำหนดเป้าหมาย เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ความร้อนในพื้นที่ใกล้เคียงโดยไม่จำเป็น แชสซีที่สร้างจากโลหะผสมที่ผสมผสานไทเทเนียมและอลูมิเนียมเกรดการบินและอวกาศ ผ่านกระบวนการตัดเฉือน CNC แบบหลายแกน ตามด้วยการชุบอโนไดซ์ด้วยสารเคมีเพื่อเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนและปรับปรุงการยึดเกาะจากความร้อน หน่วยที่ประกอบแต่ละชิ้นจะต้องผ่านการทดสอบอัตโนมัติด้วยแบตเตอรี่เพื่อตรวจสอบความสมบูรณ์ของซีลต่อน้ำและฝุ่น นอกเหนือจากการตรวจสอบการนำไฟฟ้าของรางทั้งหมดบนแผงวงจรหลัก ชุดการผลิตเริ่มต้นมีไว้เพื่อระบุปัญหาคอขวดด้านลอจิสติกส์และช่องว่างของผลผลิตเท่านั้น ช่วยให้วิศวกรการผลิตสามารถปรับการสอบเทียบเครื่องจักรก่อนที่จะเริ่มการผลิตเต็มปริมาณ
การแข่งขันในภาคอุปกรณ์เคลื่อนที่
การหันมาใช้อุปกรณ์ที่บางเฉียบทำให้เกิดมาตรฐานใหม่สำหรับการแข่งขันระหว่างผู้ผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์รายใหญ่ บริษัทคู่แข่งติดตามความก้าวหน้าในห่วงโซ่อุปทานอย่างใกล้ชิด โดยพยายามปรับสายงานวิจัยของตนเองเพื่อไม่ให้สูญเสียพื้นที่ในกลุ่มอุปกรณ์ระดับพรีเมียม ความสามารถในการย่อขนาดส่วนประกอบต่างๆ โดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพการดำเนินงานกลายเป็นปัจจัยสร้างความแตกต่างทางเทคนิคหลักที่เป็นที่ต้องการของผู้บริโภคในตลาดเฉพาะกลุ่มนี้
วัสดุโครงสร้างและความทนทาน
การเลือกใช้ไททาเนียมและอะลูมิเนียมอัลลอยด์สำหรับเฟรมด้านนอกนั้นตรงตามความต้องการด้านความแข็งแกร่งของโครงสร้างในโปรไฟล์ที่บางเช่นนี้ ไทเทเนียมมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่สูงกว่าเหล็กกล้าไร้สนิม ในขณะที่อะลูมิเนียมช่วยกระจายความร้อนและลดน้ำหนักรวมของอุปกรณ์ การหลอมรวมของโลหะทั้งสองนี้เกิดขึ้นในเตาเหนี่ยวนำที่มีการควบคุม เพื่อให้มั่นใจว่าคุณสมบัติทางกลมีการกระจายตัวเป็นเนื้อเดียวกันทั่วทั้งชิ้นงาน
มีการปรับสภาพพื้นผิวเพิ่มเติมเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันและการสึกหรอที่เกิดจากการสัมผัสกับผิวหนังมนุษย์และสารภายนอกอย่างต่อเนื่อง พื้นผิวด้านของกรอบไม่เพียงแต่ให้ความสวยงามที่โดดเด่นเท่านั้น แต่ยังซ่อนรอยนิ้วมือและรอยขีดข่วนเล็กๆ อีกด้วย วิศวกรรมวัสดุยังคงทดสอบความแปรผันขององค์ประกอบของโลหะผสมเพื่อเพิ่มความทนทานของแชสซีให้สูงสุดตลอดการใช้งานอย่างต่อเนื่องหลายปี
