¿En qué consiste la gestión de datos de PCB?

Para diseñar y fabricar con éxito cualquier PCB, es necesario gestionar bien los datos. Todos los proyectos de PCB conllevan un montón de datos sobre los componentes, los esquemáticos de front-end, el diseño físico y los archivos de fabricación. Puede incluso que necesites otro tipo de documentación o datos que no estén recogidos en tu software de diseño de PCB. El diseñador de PCB debe poder controlar y gestionar todos estos datos relacionados con la PCB, ya que trabajar con datos incompletos o desactualizados dará como resultado un diseño que no funcionará como es debido.

La gestión de datos de PCB engloba requisitos e información de diseño que abarcan varias áreas. En primer lugar, existen requisitos funcionales sobre lo que debe hacer el producto final, sus especificaciones y tolerancias y su entorno operativo. Por otra parte, puedes encontrar datos asociados a los componentes bajo diversas formas (fichas técnicas, información almacenada electrónicamente en una biblioteca de herramientas de diseño, etc.). También están los datos relacionados con la PCB, las propiedades de sus materiales, el diseño físico y los requisitos para la fabricación. Por último, los diseños no siempre parten de cero, es posible que quieras reutilizar partes de diseños funcionales previos como punto de partida.

Las preguntas fundamentales que debe plantearse un diseñador de PCB son:

• ¿Tengo todos los datos que necesito?
• ¿Mis datos de diseño son correctos y están actualizados?
• ¿Alguien ha hecho alguna modificación que todavía desconozco?

Este artículo tiene como objetivo ayudar a los ingenieros de diseño de PCB a responder a estas preguntas, así como a poner en evidencia cómo las herramientas modernas están cambiando los procesos de gestión de datos de PCB para las empresas de diseño profesional y los OEM.

¿En qué consiste la gestión de datos de PCB?

La gestión de datos de PCB se define en un sentido amplio como la adquisición, el almacenamiento, la verificación, el uso, la distribución y el mantenimiento de los datos utilizados en el diseño, la fabricación y el montaje de una placa de circuito impreso. Los datos se crean y recopilan en el transcurso de un proyecto de diseño de PCB en situaciones como las siguientes:

• Al generar los requisitos del proyecto y del dispositivo, los enunciados de trabajo, etc. 
• En ingeniería de front-end, cuando se crea un diseño preliminar y se recopilan los datos de los componentes.
• Durante el diseño físico, al preparar los diseños mecánicos y eléctricos en el software CAD.
• Una vez que los diseños de la placa de PCB se trasladan a fabricación, donde se preparan los datos de diseño definitivos para la producción.

Las decisiones de diseño en un determinado aspecto de este obligan a cambiar otros elementos. Por ejemplo: puede ocurrir que, al cambiar la forma de la carcasa, algún componente de la PCB sea demasiado grande para caber en ella. Los cambios en el entorno operativo pueden implicar que el diseño de la placa de circuito impreso deba hacer frente a otras temperaturas ambientales o a niveles de vibración más altos. El diseño de una sección de lógica de control puede exigir que el diseño de la fuente de alimentación proporcione energía con diferentes tolerancias. La lista de posibles cambios es interminable. Es imprescindible contar con procesos de gestión de datos a fin de poder afrontar cualquier cambio que pueda ocurrir en el diseño de la PCB.

Estos problemas se agravan cuando se colabora en un nuevo producto, ya sea a nivel de la PCB o en el diseño mecánico. Por ejemplo, los procesos deben garantizar que todos los miembros del equipo de diseño sepan que se ha modificado una especificación o que se ha incluido en un diseño un componente con propiedades físicas o eléctricas diferentes. Recopilar los datos en sistemas compartidos permite que los cambios registrados y la nueva información aplicada a todos los datos puedan ser visibles y accesibles a todos los miembros de un equipo de diseño.

Analicemos un poco esta definición de la gestión de datos de PCB. Antes de hablar sobre la gestión de los datos propiamente dicha, deberemos considerar qué, cómo y de dónde pretendemos obtener dicha información. Cuando llevas algún tiempo en este sector, acabas por darte cuenta de que gran parte del diseño de PCB consiste en repetir ciertos procesos, como si los recortaras con una plantilla. La mayoría de los diseños de PCB tienen como punto de partida el mismo tipo de información, o una información muy similar, y las fuentes suelen ser universales. Es como una bellota que crece hasta convertirse en un poderoso roble cuando se planta en tierra fértil. La información inicial de partida también es vital para el éxito del proyecto en general. Añadiría que, si la información inicial de un proyecto de PCB no es precisa, lo más probable es que el diseño tampoco acabe siéndolo. En este punto, lo más importante es centrarse en la calidad de la información y no en la cantidad.

Creación y recopilación de datos

Todos los participantes en el proyecto, incluidos el equipo de diseño de PCB, el fabricante del producto, los contratistas externos y el cliente final, deberán crear y recopilar los datos. Dichos datos incluyen, pero no se limitan a:

• La documentación de ingeniería de front-end, incluidos los requisitos del cliente y los enunciados de trabajo.
• Los datos básicos de diseño, incluidos los esquemáticos y la información sobre la disposición de la PCB.
• Cualquier modelo de componente que pudiera incluir partes mecánicas como, por ejemplo, los conectores de la PCB.
• Las fichas técnicas y cualquier otra especificación de componentes proporcionada por los proveedores.
• Los datos CAD de la carcasa, así como su material e información de montaje.
• Los datos de fabricación y los archivos de salida del diseño, como, por ejemplo, los planos de fabricación y montaje y los datos para el mecanizado.
• El código para el firmware/software embebido.

Todos estos datos tienen que ser objeto de seguimiento, y no todos los crea el equipo de diseño de PCB. El problema es que los datos cambian a lo largo del proceso de desarrollo. Los clientes cambian sus requisitos. La comprensión de los requisitos por parte del equipo de diseño puede cambiar a medida que se resuelven las ambigüedades y se someten a prueba las suposiciones.

Además, la gestión de datos de una PCB puede resultar aún más complicada si tenemos en cuenta que no todos los datos son estáticos. Por ejemplo, mientras que las tolerancias y especificaciones de los componentes tienden a ser inamovibles, los datos dinámicos, como los precios de los componentes o los plazos de entrega, pueden cambiar de un día para otro. Por ese motivo, muchas empresas implementan un sistema PLM/ERP centralizado capaz de integrarse con sus sistemas de inventario y su cadena de suministro. Estos sistemas son esencialmente métodos de almacenamiento y uso compartido de archivos, pero con funciones de jerarquía y categorización incorporadas, de modo que los cambios y los nuevos datos se puedan rastrear y gestionar a nivel de proyecto, de archivo o de componente.

Modelos CAD y fichas técnicas de los componentes

Las fichas técnicas de los componentes son los documentos más importantes que debes adquirir y verificar antes de utilizarlos. Son los documentos a los que se acude antes de dar cualquier paso adelante, por lo que son un elemento fundamental y deben ser correctos. He visto demasiados casos en los que un diseño se basaba enteramente en la suposición de que una ficha técnica era correcta, con los consecuentes problemas posteriores por no haberlo verificado. Los resultados fueron desastrosos. La máxima de todo diseñador de PCB debería ser: "Confiar está bien, pero verificar es aún mejor". En función de la procedencia del modelo CAD o de lo que figure en la ficha técnica, el footprint también puede ser incorrecto. Así pues, también debería verificarse, lo que tradicionalmente es una de las funciones del responsable de las bibliotecas de PCB.

En cuanto a las especificaciones de componentes y placas de circuito impreso (PCB), las fichas técnicas se suelen obtener directamente del fabricante y se suelen dar por buenas. Por lo general, nadie te avisará cuando haya revisiones de las fichas técnicas, por lo que el equipo de diseño de PCB es el principal responsable de comprobar que está utilizando la última versión y que no hay notificaciones de errores de dominio público. A menudo, esto se reduce a la experiencia en ingeniería y a la elección de los componentes por parte de tu fabricante de confianza con un historial acreditado en proporcionar datos correctos. Un buen consejo es que, en el caso de que varios proveedores ofrezcan las mismas piezas, se comparen las fichas técnicas de cada proveedor y se investiguen las diferencias. Además, los proveedores con un historial de errores en sus fichas técnicas pueden pasar de ser considerados de confianza a requerir comprobaciones adicionales en caso de que se utilicen sus productos.

Entonces, ¿cómo podemos determinar la precisión de una ficha técnica? Una buena manera de hacerlo es verificar la información a través de diversas fuentes. No confíes ciegamente en la información de un único proveedor de piezas y en su ficha técnica. Busca los componentes en diferentes fuentes y proveedores y reúne todas las fichas técnicas de cada uno de ellos. Una vez hecho, podrás compararlas para ver si coinciden.

Consejo profesional: Personalmente, llevaría la verificación un paso más allá y examinaría las fichas técnicas de esos proveedores concretos para determinar si hay algún problema con otras fichas técnicas de productos que proporcionen, ya que también podrían tenerlos.

Almacenamiento y seguridad

El siguiente punto es el almacenamiento. Una vez obtenidos los datos, es de vital importancia almacenarlos y protegerlos adecuadamente. De eso se encarga la arquitectura de tu biblioteca de componentes. Está virtualmente garantizado que tu biblioteca estará estructurada de manera completamente diferente a la de cualquier otra persona. Sin embargo, sea cual sea el aspecto de tu biblioteca de componentes, deberás contar con algunos elementos importantes.

En primer lugar, es importante ser capaz de encontrar rápidamente cualquier componente. Esto suele ir directamente asociado a la utilización de una estructura o convención de nomenclatura que permita optimizar las búsquedas. Una de las tareas más difíciles es encontrar algo en una biblioteca con un sistema de nomenclatura confuso. Un recurso excelente para evitar este problema es la última versión de la IPC-7251 (componentes de agujero pasante) y de la IPC-7351 (componentes SMT). Estas normas comprenden una estructura muy sistemática de cómo deben denominarse los footprints y deben aplicarse siempre que se cree un footprint personalizado para un encapsulado estándar.

En segundo lugar, querrás disponer de una biblioteca de componentes con una arquitectura fácilmente ampliable. De esta manera, a medida que crezca la empresa y las líneas de productos, la biblioteca crece con ellas, y también lo hará la lista de componentes verificados y calificados disponibles para su reutilización en los diseños.

Por último, tener todos los datos recopilados y gestionados es fantástico hasta que ocurre algo catastrófico que afecta a todos tus datos. Los ordenadores pueden fallar o ser pirateados, los datos pueden quedar expuestos públicamente a través de servicios de intercambio de archivos defectuosos, los correos electrónicos pueden borrarse o corromperse, etc. Todo ello generará riesgos de exposición, pérdida o corrupción de la propiedad intelectual.

Puedes lograr todos estos objetivos organizando tu lista de componentes por categorías y familias en una única ubicación segura. Las modernas plataformas en la nube facilitan estas tareas. Gracias a ellas, puedes reforzar la seguridad y la privacidad de los datos de PCB almacenados y, al mismo tiempo, agruparlos en las categorías necesarias para facilitar su verificación y distribución.

Finalmente, hacer llegar ciertos datos a determinadas personas es crucial y es una parte importante de la seguridad en tu proceso de diseño de PCB. Una manera de enfocarlo es considerar que el uso de los datos es interno a la organización y la distribución es externa. Cuando trabajes con la distribución de cualquier tipo de datos, ten siempre en cuenta que la seguridad es de vital importancia. Los dos grandes "paquetes" que provienen de los datos y del proceso de diseño son la información de fabricación y montaje. La norma establecida es que ambos se envían en direcciones opuestas y nunca deben encontrarse. Porque si ambos paquetes cayeran en manos de una persona sin escrúpulos, podría usarlos para reproducir tu diseño.

Verificación

La primera regla de verificación de componentes y datos es que la persona que realizó el trabajo no debe ser la persona que lo verifique. A menudo, la persona que ha realizado el trabajo no es capaz de ver sus propios errores y el resultado suele ser que los volverá a pasar por alto durante la verificación. Siempre es mejor recurrir a una segunda persona que pueda examinar los datos con otros ojos.

El proceso de verificación es un proceso de auditoría. Mientras se lleva a cabo el proceso de revisión de los componentes y los datos, estos deben ponerse en cuarentena para que no se utilicen en los diseños publicados. Déjame aclarar ese punto: antes de enviar el diseño de una PCB a la fabricación, deberás llevar a cabo un proceso de auditoría en todos los componentes nuevos. De esta forma, protegerás tanto la integridad del diseño de la PCB como tu salud mental.

Durante el proceso de diseño de una PCB, utilizarás determinadas informaciones en puntos concretos del mismo. Por ejemplo, durante la parte esquemática del diseño, te ocuparás sobre todo del flujo y la conectividad del circuito. Lo más importante serán los símbolos esquemáticos de los componentes. Por ejemplo, un ingeniero electrónico examinaría la información paramétrica relativa a una pieza concreta, asegurándose de que cumple con los requisitos de diseño establecidos para el producto.

En cuanto a la PCB, pasarías a los datos de información del footprint de la PCB y del modelo 3D. Los datos se utilizarían para verificar los requisitos mecánicos y de enrutamiento. Este es también el momento en que un ingeniero mecánico se incorporaría al equipo y empezaría con la parte del trabajo que le correspondiese.

Mantenimiento y control de versiones

El último aspecto de la definición de la gestión de datos de la PCB es el mantenimiento, el seguimiento del historial de revisiones y el control de versiones. Como la mayoría de los datos utilizados en un proyecto de PCB son dinámicos (que no estáticos), cambian constantemente. Esto significa que debe existir un plan para determinar qué cambios se han producido y cómo afectan al proceso de actualización en la base de datos. De esta manera, tus datos seguirán siendo relevantes para las necesidades de la empresa, así como para la industria electrónica en constante cambio.

Uno de los retos que se presentan es que los conjuntos de datos de diseño de PCB suelen ser enormes y contienen elementos incompatibles. Los datos contenidos en las herramientas de diseño asistido por ordenador (ECAD) y diseño mecánico asistido por ordenador (MCAD) rara vez son compatibles entre sí, por no hablar de su incompatibilidad con los datos de las herramientas de gestión de requisitos. La gestión eficaz de datos de la PCB requiere de una única solución integrada que pueda vincular fácilmente y sin esfuerzo las herramientas con las bibliotecas de datos gestionadas desde la perspectiva del equipo de diseño.

Una buena solución debe reunir los datos, tanto los estáticos como los dinámicos, procedentes de diversos orígenes en una única fuente de información actualizada y precisa en la que los diseñadores puedan confiar. Automatizar este proceso para minimizar los gastos generales de gestión de datos y eliminar el error humano es esencial. Para ello, es necesario conectarse a la cadena de suministro, aplicar una fuente de datos de componentes verificados e implementar un sistema de control de versiones integrado en el proceso de diseño.

La adopción de una solución como Altium para proporcionar una plataforma de gestión de datos de PCB unificada para el proceso de desarrollo es un punto de partida excelente para aplicar eficazmente procesos de gestión de datos a todos los datos de diseño. Sin embargo, aún queda trabajo por hacer si lo que queremos es crear procesos automatizados en torno al ciclo de vida del desarrollo a fin de eliminar los errores humanos y garantizar la validez del conjunto de datos. Supervisar los datos dinámicos para detectar cambios y gestionar las actualizaciones del conjunto de datos puede ser una actividad que requiera mucho esfuerzo, lo que la convierte en una candidata ideal para la automatización, teniendo en cuenta las posibles consecuencias de utilizar datos erróneos o desactualizados.

Cuando necesites gestionar los datos de tus proyectos de PCB en Altium Designer^®, puedes usar las funciones integradas de la biblioteca y la base de datos para hacer un seguimiento de los componentes y proyectos propios en la plataforma Altium 365^™ o en tu instancia local de Altium Concord Pro. Este sistema único de gestión de datos de PCB también hace seguimiento de los datos de fabricación para cada revisión del proyecto. También tendrás acceso a los datos de componentes más recientes de los principales distribuidores, así como al estado del ciclo de vida de los componentes proporcionado por IHS Markit.

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