Ausgefeilte online CAD-Tools, um den Job schnell zu erledigen

"Man kann Produktivität nicht vorschreiben, man muss die Instrumente bereitstellen, die es den Menschen ermöglichen, ihr Bestes zu geben.“ - Steve Jobs

Das ist ein großartiger Ratschlag von einem Menschen, der die Branche so stark geprägt hat. Ich möchte seinen Gedanken dadurch erweitern, dass es tatsächlich keine Rolle spielt, wie qualifiziert eine Person ist. Sie können die besten Schulen besucht und die bestmöglichen Abschlüsse erworben haben. WENN... sie nicht die richtigen Werkzeuge haben, um die Arbeit zu erledigen, ist das Ergebnis eine absolute Tragödie für das Unternehmen und für den Einzelnen. Verstehen Sie mich nicht falsch, ich sage nicht, dass Bildung unnötig ist. Vielmehr müssen Bildung und die verwendeten Werkzeuge Hand in Hand gehen. Ein ausgebildeter Holzschnitzer, der schöne Kunstwerke schaffen kann, hätte zum Beispiel Schwierigkeiten, wenn sein einziges Werkzeug ein rostiger gerader Schraubendreher und ein Hammer wären. Mit den richtigen Werkzeugen in den Händen eines Meisters sind die Möglichkeiten jedoch endlos.

In diesem Kapitel wollen wir im Detail auf die spezifischen online CAD-Tools und Softwarepakete eingehen, die zur Unterstützung des PCB-Datenmanagement-Bereichs zur Verfügung stehen. Ich werde kein Blatt vor den Mund nehmen. Das beste online CAD-Tool, das ich nach jahrzehntelanger Arbeit in diesem Bereich für PCB-Designs gefunden habe, ist eindeutig Altium.

Für den PCB-Datenmanagement-Bereich gibt es ein Softwarepaket, das kürzlich von Altium unter dem Namen Nexus herausgebracht wurde. Mit diesen beiden Paketen stehen Ihnen alle Tools zur Verfügung, die Sie für eine zukunftssichere PCB-Design-Lösung benötigen. Wenn Datenmanagement in Ihrem PCB-Design-Prozess wichtig ist, dann lesen Sie weiter. 

Altium

Seit 1985 (damals noch unter dem Namen Protel) ist Altium führend in der PCB-Softwarebranche.

Mit einem einfachen Ansatz der Software-Entwicklung gelang es ihnen, eine einheitliche Plattform zu schaffen, die alle erforderlichen Daten enthält, um Leiterplatten zu entwerfen, egal ob es sich um eine einfache 2-Lagen-Platine oder ein fortschrittliches HDI-Design handelt. Das nenne ich den Buffet-Ansatz für Software: Die Bereitstellung verschiedener online CAD-Tools oder Plug-in-Module, so dass Designer genau das auswählen können, was sie für ihr spezifisches System benötigen. Dieses Ziel wurde 2004 erreicht, als sie eine eigene Software-Plattform namens Design Explorer (DXP) entwickelten. Damit konnte Altium ganz unabhängig die benötigten Module und Tools entwickeln.

Auch die vielen Firmenübernahmen haben zu einem bemerkenswerten Wachstum geführt. Ich würde viel mehr Platz benötigen, als wir hier zur Verfügung haben, um die Geschichte von Altium zu beschreiben und wie sehr sie die gesamte Branche beeinflusst haben. Ich bin zu der einzig möglichen Schlussfolgerung gekommen, dass jeder bei Altium ein großer Fan der Arbeit von Ralph Waldo Emerson sein muss. Sie haben sich sein Zitat "Geh nicht dorthin, wo der Weg hinführen könnte, geh stattdessen dorthin, wo es keinen Weg gibt und hinterlass eine Spur" voll zu Herzen genommen. Denn Altium hat genau das getan.

Nexus

Nexus könnte als das Arbeitspferd-Programm von Altium bezeichnet werden. Es ist erst seit relativ kurzer Zeit auf dem Markt. Aber es hat bereits einen enormen Einfluss darauf gehabt, wie Dinge gemacht werden. Auf der einen Seite bietet Nexus die Mittel zur vollständigen Unterstützung des PCB-Datenmanagements für verschiedene Elemente, einschließlich Bauteile. Auf der anderen Seite ist es eine Art neuer Bereich für Altium, aber etwas, das dringend benötigt wurde: Ein Tool zur Organisation von Designprozessabläufen und den erforderlichen Dokumenten, die mit diesen Prozessen verbunden sind.

Es gibt die Möglichkeit, vollständige elektronische Versionen von Design Reviews durchzuführen. Dies war wirklich eine neue Gelegenheit für Altium, um aus der spezifischen PCB-Design-Software-Arena herauszutreten und in das PCB-Design-Projektmanagement einzusteigen.

Wenn man sieht, dass so viele verschiedene Rollen/Individuen in den Prozess eingebunden sind – nicht nur PCB-Designer oder Ingenieure – war dies der nächste logische Schritt für Altium. Es musste ein Weg gefunden werden, um die benötigten Informationen an alle Beteiligten zu verteilen. Aber sie haben auch erkannt, dass es wirklich keine Rolle spielt, wie gut die PCB-Daten genutzt werden, wenn der Prozess nicht in irgendeiner Weise kontrolliert wird.

Altium Nexus und die Unterstützung der S.M.A.R.T.-Säulen

Jeder, der mit dem Bauwesen vertraut ist, wird Ihnen sagen, dass ein Pfeiler nur so stark ist wie das Fundament, auf dem er steht. Wir wollen die spezifischen online CAD-Tools und/oder Funktionen untersuchen, die für den Aufbau und die Verwaltung eines erfolgreichen PCB-Datensystems zur Verfügung stehen. Mit den verschiedenen Tools in Altium und Nexus werden alle 5 Säulen des PCB-Datenmanagements unterstützt.

Säule #1 – Singularität des CAD online Tools

Inmitten der großen Hektik vor der Fertigstellung einer Leiterplatte, ist es sehr wichtig, die Säule der Singularität verifizieren zu können. Es scheint immer diese eine Person zu geben, die noch immer mit ihrer eigenen persönlichen Bibliothek arbeiten will und auf diese Weise nicht verwaltete Teile einschmuggelt. Es gibt verschiedene Tools, um dies zu überprüfen.

Altium Designer Item Manager Tool

Der Item Manager ist ein eingebautes Tool, das den Status aller Bauteile in einem PCB-Design verifiziert. Es identifiziert zunächst die Quelle für jedes Bauteil, um zu sehen, aus welcher Bibliothek es stammt. Es klassifiziert jedes Bauteil in 2 Kategorien, entweder verwaltet oder nicht verwaltet. Mit Altium Designer^® 19 ist das Bauteil-Panel jetzt noch fortschrittlicher geworden.

Verwendung von Bibliotheken in Altium Designer 19

Hiermit können Sie erkennen, welche Bauteile aus einer kontrollierten Quelle stammen, und welche aus einer gefürchteten und lästigen.... "Rogue Library".

Außerdem wird über den Item Manager der Bauteilstatus angezeigt, d.h. wenn ein Bauteil in Ihrer Bibliothek aktualisiert wurde, wird dieses Bauteil in Ihrem Design als "veraltet" angezeigt. Dies zeigt deutlich, dass es aktualisiert werden sollte, um es wieder mit dem Bauteil in der Bibliothek zu synchronisieren.

Die abschließende Information, die der Item Manager liefert, ist der Lebenszyklus für jedes Bauteil. Er kennzeichnet also leicht diejenigen Elemente, die sich möglicherweise in einem "neuen" Zustand befinden, was, wie wir jetzt wissen, bedeutet, dass ein Bauteil noch nicht überprüft und verifiziert wurde.

Mit diesem einen Tool können wir also sicherstellen, dass unser Design eine Singularität der Quelle aufweist.

Nexus PCB Datenmanagement

Nexus ist hauptsächlich ein PCB-Datenmanagementsystem. Ursprünglich begann es unter dem Namen Vault nur als Tool für die Bauteilbibliothek. Von dort entwickelte es sich jedoch sehr schnell zu einem online CAD-Tool, das die Einrichtung, Speicherung und Verwaltung von PCB-Datenbanken jeder Größe ermöglicht. Jetzt kann alles, was am Prozess beteiligt ist, in Nexus gespeichert und verwaltet werden; einschließlich wiederverwendbarer Design-Blöcke und ganzer PCB-Designs. Somit ist es mittlerweile ein integriertes Part Lifecycle Management (PLM).

Nexus Design-Flow-Prozess

Wie bereits erwähnt, machte Nexus einen großen Schritt vom PCB-Designbereich zum Bereich Projektmanagement. Mit meiner Erfahrung mit Rogue Libraries und nach dem Start unserer brandneuen Einzelbibliothek im Nexus-System war das nächste Problem, dass wir die Kontrolle über unseren Prozess behalten mussten. Wir mussten alle in die richtige Richtung lenken.

Nexus zwang uns, unseren Prozess zu evaluieren und bei allen Projekten diese wichtigen Fragen zu stellen:

1. Was machen wir?
2. Warum machen wir das?
3. Wie machen wir das?
4. Wann machen wir das?

Mit einem einfachen Ablaufdiagramm für den Designprozess war der Anfang und das Einrichten sehr einfach. Außerdem konnten bei der Hinzufügung beliebiger Formulare Informationsanweisungen darin eingebettet werden. Dadurch konnten wir bestimmte Design Reviews mit spezifischen Anforderungen durchführen. All diese Formulare und Checklisten wurden in das Flussdiagramm eingebettet. Dies war für uns eine echte Neuerung.

Nach der Singularität der Bibliothek hatten wir nun eine Singularität des Prozesses.

Säule #2 – Wie verwaltet das online CAD-Tool?

Rollen

Jeder Nutzer des Systems sollte identifiziert und seine Rolle im Prozess definiert werden. Dies ist wichtig, denn wenn der Prozess durchlaufen wird, haben diese Personen bestimmte Verantwortlichkeiten. Alle damit verbundenen Erwartungen sollten dokumentiert werden. Denken Sie daran, dass Sie zuerst feststellen müssen, wie eine bestimmte Rolle in den Prozess passt.

Berechtigungen

An diesem Punkt wird ein festes Muster definiert. Eingegebene Daten, kombiniert mit jeder einzelnen Rolle und dem gewünschten Output. Was muss diese Person mit den Daten tun? An dieser Stelle erhält der gesamte Prozess einige wirklich notwendige Kontrollen. Um die Integrität der Informationen zu gewährleisten, ist es von entscheidender Bedeutung, dass nur bestimmte Personen die Berechtigung haben, Daten zu ändern. 

Überarbeitung

Um sicherzustellen, dass jedes Element in einem PCB-Datensystem wirklich verwaltet wird, muss es sowohl eine Revision als auch einen Lebenszyklus geben. Jedes Element erhält einen neuen Revisionsstand, wenn Änderungen auftreten.

Dieses Revisionsschema kann entweder eine Standardvorlage sein oder speziell angefertigt werden, um sich an das Unternehmenssystem oder jeden beliebigen Standard anzupassen. Darüber hinaus wird jedoch oft übersehen, dass auch die Historie dieser Änderungen aufbewahrt werden muss. Nexus ermöglicht dokumentierte Notizen. Das ist eine enorme Hilfe, wenn Sie versuchen, zurückzugehen und nicht nur festzustellen, was getan wurde, sondern auch warum.

Lebenszyklus

Die andere Seite der Medaille ist der Lebenszyklus. Auch hier kann Nexus wieder flexibel an jedes beliebige Lebenszyklusschema angepasst werden. Dies gilt von dem Moment an, in dem der Elektroingenieur mit der Entwicklung des Konzepts beginnt, bis hin zu dem fertigen Design und darüber hinaus.

Es ist sehr wichtig, diese Revisions- und Lebenszyklusschemata aufzustellen, bevor sie verwendet werden. Einfach deshalb, weil es sehr schwierig ist, sie Mitten im Prozess zu ändern. Zudem sollten mehrere Schemata für verschiedene Elemente eingerichtet werden. In unserer spezifischen Situation hatten wir zum Beispiel andere Elemente in unserem Nexus und Schulungsmaterial. Für diese zusätzlichen Elemente wurde weder dasselbe Revisions- noch Lebenszyklusschema wie bei einem Bauteil verwendet. Wir waren also in der Lage, ein beliebiges anderes Schema hinzuzufügen, das benötigt wurde.

Eine wirklich großartige Eigenschaft von Nexus ist, dass ein bestimmtes Revisionsschema mit einen Lebenszyklus kombiniert werden kann. Wenn bestimmte Stufen des Lebenszyklus erreicht sind, wird das Revisionsschema automatisch implementiert. Das ist genau das, was wir suchen, um die absolute und vollständige Verwaltung der Daten zu gewährleisten.

Säule #3 – Architektur im Online CAD-Tool

Mit einer sehr einfach zu bedienenden Ordner-Setup-Konfiguration können Sie problemlos jede benötigte Architektur einrichten. Dabei ist zu beachten, dass es separate Ordner für die Informationsparameter der Bauteile und die Bauteilmodelle des Symbols, des Fußabrucks, des 3D-Modells usw. gibt.

Es ist wichtig im Voraus zu planen, wie Ihre Architektur aussehen soll. Sie können ihr leicht etwas hinzufügen, aber es wird schwierig, wenn Sie versuchen, ganze Verzeichnisse zu verschieben oder umzubenennen. Ein guter Anfang ist es, Ihre Teilekategorien einzurichten und die Familien hinzuzufügen, wenn Sie sehen, dass sie gebraucht werden.

Säule #4 – Überprüfung mit dem online CAD-Tool

Wie bereits erwähnt, ist die Qualitätssicherung der gespeicherten Daten ein sehr wichtiger Bereich. Glücklicherweise setzt Nexus bei jeder Änderung an einem Teil eines Bauteils oder seiner Modelle den Lebenszyklus automatisch in einen "neuen" Zustand zurück. Dies zeigt an, dass solche Änderungen stattgefunden haben.

Überprüfungsprozess von Bauteilen

Um sicherzustellen, dass die Integrität des PCB-Designs erhalten bleibt, ist es sehr wichtig, diese modifizierten Bauteile erst dann zu verwenden, wenn sie einen Überprüfungsprozess durchlaufen haben. Eine allgemeine Richtlinie ist, dass kein PCB-Design mit diesen "neuen" Bauteilen freigegeben werden kann. Sie müssen überprüft und "freigegeben" werden. Dies geschieht durch den Bauteil-Prüfprozess und ein Audit-Team, das sich die Bauteilinformationen und das Datenblatt anschaut, um zu sehen, ob sie übereinstimmen. Die Überprüfung muss sich auf das Datenblatt stützen. Es hilft immer, wenn einfach noch jemand einen frischen Blick auf die Informationen wirft. 

Nexus verfügt über mehrere fantastische online CAD-Tools, die bei diesem Design-Prüfungsprozess helfen.   

DRC-Prüfungen von Bauteil-Designregeln

Genau wie bei einer normalen Prüfung von Designregeln für ein PCB-Design hat Nexus eine ziemlich detaillierte Regelprüfung für die Bauteilebene. Dies ist eine große Verbesserung gegenüber der Vergangenheit, als die Dinge noch visuell inspiziert werden mussten. Man hoffte, dass nichts übersehen wurde. Jetzt müssen Sie nur noch die DRC-Regeln einrichten und ausführen, und schon erhalten Sie einen vollständigen Bericht.   

Online CAD-Tools zum Vergleich von Bauteilen

Es ist immer sinnvoll, eine Version eines Bauteils mit der vorherigen Version zu vergleichen. Manchmal werden Dinge unbeabsichtigterweise verschoben, oder es geschehen andere Dinge. Nexus ermöglicht den Vergleich jeder Bauteil-Revision mit einer anderen, um sehr deutlich zu sehen, ob eine unbeabsichtigte Änderung stattgefunden hat.

Nexus und das Bauteil

Wie wir in Kapitel vier gesehen haben, bestehen alle elektronischen Bauteile, die beim PCB-Design verwendet werden, aus mehreren Elementen, einschließlich der Parameter, der Schaltungssimulationen und die Bezugsquelle. Nexus ermöglicht die vollständige Organisation aller erforderlichen Informationen und verwendeten Modelle. Darüber hinaus hat Nexus in Kooperation mit Octopart^® die Art und Weise revolutioniert, wie Bauteile erstellt und im PCB-Datensystem gespeichert werden. Früher musste bei jedem neuen Teil das erforderliche Element entweder eingebracht oder erstellt werden. Alle Bauteilinformationen (Parameter) wurden kopiert und eingefügt. Mit dem Nexus-System muss man jetzt nur noch eine Bauteil-Teilenummer eingeben, und dann sucht das System nach dem Bauteil und liest automatisch die Bauteilparameter, das Schaltplansymbol, den Fußabdruck mit seinem 3D-Modell, die Bezugsquelle und, nicht zu vergessen, das Datenblatt ein.

Dann, um es für uns noch einfacher zu machen, werden die Informationen automatisch mit der Quelle verknüpft, d.h. wenn Änderungen eintreten, werden sie automatisch aktualisiert.

Meine einzige Antwort darauf ist... WOW. Ich versuche immer wieder, Altium wissen zu lassen, dass viele der Leute, die in der Leiterplattenindustrie arbeiten, stundenweise abrechnen. Mit diesen neuen innovativen online CAD-Tools zwingt Altium uns, immer neue Ausreden zu erfinden, warum unsere Arbeit so lange dauert.

Neben der enormen Zeitersparnis wurde aber auch die Integrität der verwendeten Bauteile erhöht. Wir können jetzt eine direkte Verbindung mit der Quelle der Bauteile herstellen und diese angeschlossen lassen.

• Bauteil
• Modelle
• Parameter
• Auswahl von Beschaffungsteilen.

Pillar #5 – Maßgeschneidert

Der einzige andere Punkt, den ich hinzufügen möchte und der nicht bereits angesprochen wurde, ist, dass bei Altium und Nexus die Dokumentation des Prozessverlaufs sehr gut organisiert ist. Es gibt die Möglichkeit, Notizen zu Änderungen an Bauteilen oder Designs hinzuzufügen oder Verifizierungs- und Validierungsnotizen zu erstellen. Diese Notizen sind durchsuchbar, so dass man zu jedem Zeitpunkt sehen kann, wo Probleme aufgetreten sind.

Wenn man diesen ganzen Designzyklus nicht als eine gerade Linie, sondern eher als einen Kreis sieht, der auf sich selbst zurückwirkt, um die Daten zu verifizieren und zu verbessern – dann wird der Bereich PCB-Datenmanagement zu einem sehr leistungsfähigen onlien CAD-Tool für alle am Prozess Beteiligten.

Fazit

Ich vertraue darauf, dass wir jetzt alle ein besseres Verständnis für diesen Bereich des PCB-Datenmanagements haben. Natürlich haben wir bei diesem recht detaillierten Thema nur an der Oberfläche gekratzt. Bei dem sich ständig wandelnden Paradigma unserer gesamten Branche besteht ein enormer Bedarf an PCB-Datenmanagement. Mehr als je zuvor müssen wir diese Veränderungen proaktiv angehen und durch die Einführung von Mechanismen darauf vorbereitet sein, in der Branche führend zu sein. Ich hoffe, dass Sie sich von diesem ständigen Wandel nicht entmutigen lassen, sondern ihn als eine Herausforderung wahrnehmen. Eine Herausforderung, diesen speziellen Bereich der Elektronik zu erlernen und zu studieren.

Wir haben nun die Struktur eines PCB-Datenmanagementsystems kennengelernt, indem wir uns die S.M.A.R.T.-Regel, die Details und Besonderheiten, die verschiedenen beteiligten Rollen, die Verteilung der PCB-Daten während des Designprozesses und schließlich die online CAD-Tools, die zur Einrichtung und zum Betrieb dieses Systems verwendet werden können, angesehen haben. Nun fehlt nur noch ein einziges Teil.... SIE. Und das ist bei weitem das wichtigste und aufregendste an der ganzen Sache. Denn ich weiß, dass Sie ein Typ Mensch sind, der nach Exzellenz strebt. Mit diesem neuen Wissen und dem Know-how, kombiniert mit den Tools und einem Bruchteil Ihres Einfallsreichtums, sind die Grenzen unendlich.

Ich erwähnte eingangs in diesem Dokument das Zitat von Creighton Abrams: "Wie isst man einen Elefanten? Ein Bissen nach dem anderen.“ Denken Sie immer daran. Nun, da wir diese Reise durch dieses fantastische Thema des PCB-Datenmanagements unternommen haben, können wir sehen, dass dies wirklich ein nie endender Prozess ist. Je weiter wir den Weg gehen, desto mehr sehen wir, dass es wirklich keine Ziellinie gibt. Dass kein Ende abzusehen ist. Um die Analogie fortzusetzen: Mit jedem Biss des Elefanten wächst dieser weiter. Worauf sollen wir uns also konzentrieren? Nicht auf das, was noch "übrig" ist, sondern auf das, was bereits "getan" wurde. In dem Wissen, dass Sie das, was Sie in der Hand halten, gut nutzen und den nächsten Schritt nach vorne machen und es tatsächlich "tun werden". Es wurde einmal gesagt: "Der kleinste Schritt in die richtige Richtung ist manchmal der größte Schritt auf dem Weg.“ Gehen Sie auf Zehenspitzen, wenn Sie müssen, aber MACHEN SIE DEN SCHRITT. Ich hoffe, dass Sie das besprochene Thema angespornt hat und Ihnen die Richtung gegeben hat, die Sie brauchen, um Ihre nächsten Schritte zu bestimmen. Denn dieses Wissen ist völlig nutzlos, solange es nicht in die Praxis umgesetzt und tatsächlich angewendet wird. Denken Sie immer daran, dass Sie nicht alleine sind und dass es in dieser gesamten Branche Führungskräfte gibt, die Ihnen gerne helfen und Vorschläge machen. 

Es gibt die Geschichte von einer der ersten Missionen des Space Shuttle, bei der sie einen Bienenstock mitnahmen, um zu sehen, welche Auswirkungen die Schwerelosigkeit auf die Bienen haben würde. Am ersten Tag flogen die Bienen ganz normal herum, aber am zweiten Tag begriffen sie, dass sie nicht fliegen mussten, da sie überall schwebten. Ein paar Tage später waren alle Bienen tot. Die einzige Erklärung, die der Biologe geben konnte, war, dass die Bienen mit einem bestimmten Zweck lebten, dieser war es zu fliegen. Als sie ihren Zweck verloren, starben sie.

Was ist unsere Aufgabe als PCB-Designer oder Ingenieur in dieser Branche? Geht es nur darum, unsere alltäglichen Aufgaben zu erfüllen, oder steckt hinter all dem noch mehr? Ich hoffe, dass Ihre Antwort darauf lautet: "JA, es gibt etwas". Ich hoffe auch, dass Sie Ihren Zweck kennen. Das möchte ich hinzufügen: Abgesehen davon, dass man seinen Zweck versteht, geht es darum, eine Leidenschaft für diese Sache namens PCB-Design zu haben. Für viele ist dies keine Karriere, sondern eher eine absolute Leidenschaft, die tief im Inneren brennt. Wenn Sie Ihren Zweck mit einer Leidenschaft verbinden, dann und nur dann werden Sie Ihr Potenzial erkennen und verwirklichen.

Als begeisterter Star Trek-Fan erinnere ich mich an die berühmte Zeile aus Star Trek VI: Das unentdeckte Land am Ende der Szene, als Captain Kirk gefragt wird "der Kurs Captain...". Captain Kirk denkt einen Moment nach und antwortet. "Zweiter Stern nach rechts und geradeaus bis zum Morgen". Wie sieht die Zukunft für unsere Branche aus? Ich bin mir wirklich nicht sicher, aber ich weiß, dass wir uns ihr als die talentierten Menschen, die wir sind, stellen werden, ganz gleich, welche Herausforderungen und Veränderungen auftreten mögen. Wir haben diesen Beruf ergriffen und werden uns allem, was wir tun müssen, mit Beharrlichkeit, Innovation und Entschlossenheit stellen und uns einen konstanten Weg nach vorne bahnen.

Als PCB-Designer sind Sie der Erbauer von Träumen. Verwirklichen Sie Ihre Elektronikdesigns mit Altium, klicken Sie, um das Flaggschiffprodukt Altium Designer auszuprobieren und sehen Sie, wie einfach es ist.

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