Прототипирование

Прототипы позволяют исследовать различные стороны будущего проекта:

• Демонстрационный прототип (англ. proof-of-principle prototype) — предназначен для проверки ключевых функций проекта, но обычно не обладает всей функциональностью финального продукта^[8].
• Рабочий прототип (англ. working prototype) — реализует всю или почти всю заложенную функциональность конечного продукта^[9].
• Визуальный прототип (англ. visual prototype) — отображает размеры и внешний вид, но не воспроизводит функции продукта. Формообразующий прототип (англ. form study prototype) — разновидность визуального прототипа, в котором акцент сделан на геометрические характеристики с меньшим вниманием к цвету, текстуре и другим аспектам^[10].
• Прототип пользовательского опыта (англ. user experience prototype) — содержит достаточно функций и внешнего вида для проведения пользовательских исследований^[11].
• Функциональный прототип (англ. functional prototype) — сочетает функционирование и внешний вид, хотя может быть выполнен с иными технологиями либо в другом масштабе^[12][13].
• Бумажный прототип (англ. paper prototype) — напечатанное либо нарисованное изображение пользовательского интерфейса программного продукта. Используется для раннего тестирования и может быть элементом пошагового разбора, чтобы подтвердить проектные решения до дорогих этапов производства^[14].

В целом, процесс создания прототипов отличается от выпуска окончательного продукта по ряду фундаментальных признаков:

• Материалы: материалы для серийного продукта часто дороги или сложны в изготовлении, поэтому при прототипировании часто используют иные материалы. В отдельных случаях нужные материалы сами ещё не готовы и недоступны для прототипа.
• Технологический процесс: массовое производство обычно не приспособлено к выпуску небольшого числа изделий; прототип часто изготавливается иными методами. Например, если финальное изделие предполагает литьё под давлением пластика и требует дорогой оснастки, прототип может быть создан мехобработкой или с помощью стереолитографии. Из-за этого возможны различия внешнего вида прототипа и конечного продукта.
• Проверка: готовые изделия проходят комплексную проверку соответствия чертежам и спецификациям (иногда с применением инспекционных приспособлений, статистических методов и др). Прототипы же осматривают и тестируют индивидуально с возможностью доработок; они могут не соответствовать всем строгим требованиям конечного продукта.

Инженеры и специалисты по прототипированию стремятся минимизировать разницу между возможностями прототипа и требованиями к итоговому продукту. Например, если визуальный прототип не может использовать целевые материалы, стараются подобрать наиболее близкие аналоги.

Инженеры и специалисты по прототипированию осознают ограничения прототипа как точной модели проектируемого объекта.

Прототипы всегда представляют компромисс по отношению к окончательному продукту — из-за выбора материалов и процессов, а также особенностей самого проектирования. На практике это может привести к тому, что прототип окажется неэффективен, несмотря на жизнеспособную конструкцию, либо что удачный прототип не гарантирует успешность серийного изделия.

Обычно себестоимость отдельного прототипа существенно выше стоимости единицы массового продукта из-за неэффективности малосерийного производства. Прототипы также используются для сокращения затрат за счёт оптимизации и refinement-конструкций^[15].

Испытания прототипов позволяют снизить риск того, что финальное изделие не будет работать должным образом, однако полностью риски этот путь не устраняет.

Создание полного изделия требует ресурсов и времени, особенно при многократном повторении: построили прототип, выявили и устранили проблемы, сделали новый. Поэтому в начале разработки часто применяют быстрое прототипирование или быструю разработку приложений, когда тестируются только самые проблемные участки проекта с минимальными затратами.

В технологических исследованиях демонстратор технологии (англ. technology demonstrator) — вид прототипа, используемый для подтверждения концепции (proof-of-concept) и демонстрации будущих продуктов или технологий.

В крупных проектах роль испытательного стенда для экспериментов и настройки новых компонентов, теорий и инструментов выполняет тестовая платформа (англ. testbed)^[16].

С прогрессом методов компьютерного моделирования стало возможным отказаться от физических прототипов (за исключением маркетинговых целей), смоделировав изделие полностью в виде электронной модели. Такой подход применён, например, для Boeing 787 Dreamliner, где первую полноразмерную физическую модель создавали уже на производственной линии. Компьютерные модели активно используются и в автопроме — при проектировании формы (стайлинга и аэродинамики) и оптимизации свойств (например, безопасности и веса).

Наиболее распространённое применение термина «прототип» — рабочая, экспериментальная версия гражданской техники (автомобилей, бытовой электроники и прочего), которую планируют запускать в массовое производство, в отличие от макета — инертного физического образца, часто выполненного из недолговечных материалов.

Электронщики часто собирают первый прототип на макетной плате, перфорированной плате или монтажной плате, используя корпусировки DIP.

В настоящее время всё чаще первый полноценный прототип строится на «прототипной» печатной плате, максимально близкой к серийной, так как цены на производство печатных плат снижаются, а большинство компонентов выпускаются только в SMD-исполнении под пайку на плату.

Разработчики военной техники чаще используют терминологию «экспериментальный» и «испытательный образец»^[17].

Программные прототипы часто называют «альфа-версиями» (англ. alpha grade), что подразумевает первую рабочую модификацию. Обычно в ней реализованы только основные функции, чтобы обеспечить фундамент для последующего расширения. После интеграции большей части требуемого функционала прототип становится «бета-версией» (англ. beta software), которая тестируется для исправления непредвиденных ситуаций^[18].

Часто конечные пользователи не могут на начальном этапе предоставить полный перечень целей и требований, поэтому создаются серии прототипов по обратной связи с заказчиком: цикл повторяется снова и снова. Существуют современные средства моделирования приложений (англ. Application Simulation Software), позволяющие создавать имитации продуктов до начала их разработки^[19].

В экстремальном программировании используется поэтапное построение системы, при котором к прототипу добавляют по одной возможности^[20].

Во многих языках программирования прототип функции — декларация подпрограммы или функции (однако это не связано с программным прототипированием). В языке англ. C и англ. C++ этот термин устоялся; в других языках применяются определения сигнатура, тип, интерфейс. В прототипном программировании (вид объектно-ориентированного), новые объекты создают путём клонирования уже существующих прототипов^[21].

К числу подобных понятий также относят Prototype Javascript Framework, а также шаблон проектирования «Прототип».

В бизнес-процессах также используются так называемые бизнес-прототипы или процессные прототипы.

В области проектирования интерфейсов (web-дизайна) степень соответствия сайта привычным ожиданиям (прототипичность) влияет на пользовательское восприятие и предпочтения^[22].

Прототип данных (англ. data prototype) — разновидность функционального или рабочего прототипа^[23]. Как правило, используется при миграции данных, интеграционных проектах или внедрении систем, с целью опробовать все правила обработки и очистки реальных данных ещё до запуска новых приложений.

Задачи прототипирования данных:

• получение набора правил очистки и трансформации, которые позволяют получить пригодные к работе данные;
• формирование итогового набора данных.

Для этого архитектор данных разрабатывает правила обработки, применяя их к реальной информации. Результат оценивается, и алгоритмы дорабатываются. Как правило, кроме визуальной проверки на экране, для оценки используют инструменты профилирования данных, а также тестовую загрузку результата в целевое приложение.

При разработке ПО или цифровых инструментов для людей прототип служит для постановки и уточнения проектных вопросов — он позволяет анализировать проблемы дизайна и сравнивать решения^[24].

В области ЧКВ существует ряд подходов к прототипам:

• Прототип «Волшебник страны Оз»: приём, в котором компьютерную часть взаимодействия имитирует скрытый человек^[25]. Используется для показа сложных или труднореализуемых функций, например, голосовых интерфейсов.
• Ролевой прототип (англ. role prototype): может не выглядеть финальным изделием, но выявляет пользовательские потребности. Демонстрирует, зачем может понадобиться тот или иной функционал^[24]. Пример — деревянный брусок, который носил Джефф Хокинс, проектируя Palm Pilot.
• Бумажный прототип: макет интерфейса из бумаги, картона и простых материалов для тестирования с пользователями без программирования.^[26]. В последние годы популярность метода среди специалистов снизилась из-за малой точности и ограничений в пользовательских тестах^[27].

В архитектуре под прототипированием подразумевают создание архитектурных моделей (вид масштабного моделирования), либо материальные и эстетические эксперименты, например на базе открытой лаборатории прототипирования Forty Wall House в Австралии^[28][29].

Архитекторы используют прототипы для проверки идей конструктивно, эстетически и технически. Работоспособность модели не всегда является целью эксперимента — зачастую важен опыт и анализ, полученные в ходе прототипирования^[30].

В метрологии прототип — физический объект-образец, используемый в качестве эталона для измерения конкретной величины. Такой объект часто называют артефактом. В СИ с 20 мая 2019 года больше не используется материальный прототип; до этого последним подобным образцом был международный прототип килограмма — цилиндр из платино-иридиевого сплава, хранящийся в Бюро международных мер и весов в Севре (Франция, пригород Парижа), и служивший определением массы одного килограмма. Копии этого эталона распределялись по странам в качестве национальных стандартов и регулярно сверялись с парижским оригиналом. Сейчас килограмм определён через фиксированное значение постоянной Планка.

До 1960 года метр определялся длиной прототипной планки из платино-иридия с двумя метками, расстояние между которыми принималось за один метр; с 1983 года метр равен расстоянию, которое проходит свет за 1/299 792 458 секунды.

Во многих научных дисциплинах (от патологии до таксономии) термин прототип означает пример, служащий эталоном для всей группы (например, «прототип вида» либо «архаичный предок» для биологических групп)^[31]. Так, сенегальский многопёр считается прототипом рода Polypterus.

Моделисты — создатели копий техники (железнодорожной, авиационной, военной и пр.) — обычно называют прототипом объект в полном масштабе^[32], например, говоря: «Длина модели не соответствует прототипу».