Bibliothèques de composants centralisées – Meilleures pratiques pour les équipes matérielles

Voici quelque chose que personne ne m'a dit avant que je sois quatre ans dans ma carrière de freelance en tant qu'ingénieur matériel : la bibliothèque de composants et sa bonne gestion sont le véritable goulot d'étranglement dans la conception de PCB.

Ce n'est pas tant la conception du circuit ou même l'agencement du PCB. Ce sont les composants, leur disponibilité et leur adéquation.

Moi, ainsi que d'autres ingénieurs, avons passé des heures ou des jours à chercher les bons connecteurs et en-têtes dans une bibliothèque parce que nous ne savions pas quelle version était correcte.

J'ai eu des cartes retardées pendant des semaines parce que des résistances, des condensateurs et d'autres passifs avaient le mauvais numéro de pièce du fabricant, aucun stock, ou étaient en fin de vie (EOL). J'ai également vu des situations en cours de devis où un composant était signalé comme non recommandé pour de nouveaux designs (NRND) ou EOL dans un outil de gestion de BOM.

Ces problèmes prennent une énorme quantité de temps même après que la disposition du PCB soit terminée. Malheureusement, étant donné le nombre de pièces dans n'importe quel BOM, ces situations se produisent avec une haute probabilité ; elles ne sont pas de rares exceptions.

Dans cet article, nous explorerons les meilleures pratiques pour construire et maintenir des bibliothèques de composants centralisées afin que votre équipe matérielle puisse avancer plus rapidement et éviter les surprises de production.

Points Clés

• Les bibliothèques de composants mal gérées ou décentralisées constituent un goulot d'étranglement majeur dans la conception de PCB, causant souvent plus de retards que le travail sur les schémas ou la mise en page.
• Lorsque chaque ingénieur gère les pièces différemment, vous obtenez des pièces en double, des empreintes incohérentes et des modèles 3D manquants, ce qui entraîne des erreurs et une perte de temps lors de la cotation et de la production.
• Un système centralisé puissant nécessite un flux de travail clair pour la création de pièces, des symboles et des empreintes standardisés, un contrôle de version strict et des rôles de révision/approbation définis.
• Les bibliothèques centralisées efficaces incluent des capacités telles que les aperçus des pièces, le suivi de l'utilisation à travers les conceptions, la visibilité du cycle de vie/statut, les mises à jour à l'échelle de l'écosystème, les commentaires et les dernières vérifications de stock et de disponibilité.
• La maintenance continue ainsi qu'un accès clair et des permissions garantissent que la bibliothèque reste précise, prend en charge les alternatives et maintient les projets matériels en mouvement sans surprises de dernière minute dans la chaîne d'approvisionnement.

Ce qui se passe quand chacun fait à sa manière

Disons que vous avez cinq ingénieurs. Chacun a sa propre manière de gérer les pièces. Un ingénieur rend tous les pins « passifs » parce que c’est plus rapide. Un autre passe trop de temps à perfectionner chaque pièce. Un autre travaille simplement avec les bibliothèques de pièces téléchargées telles quelles, après quelques vérifications visuelles rapides.

Avance rapide de deux ans à travers plusieurs conceptions. Vous vous retrouvez avec :

• Le même numéro de pièce de microcontrôleur STM32 enregistré sous quatre noms différents.
• Empreintes de résistances avec des cours différentes et des pads (ce qui est important pour les niveaux de densité IPC).
• Pièces sans modèles 3D ou avec différents modèles 3D, donc la mécanique ne peut pas vérifier de manière fiable les dégagements.
• Des puces qui apparaissent toujours comme obsolètes même dans les nouveaux designs.

Souvent, vous ne découvrez ce qui manque que lorsque vous essayez d'obtenir un devis. Vous manquez un petit détail = vous pouvez facilement perdre une journée de travail complète.

Comment résoudre le problème des pièces Whack-a-Mole (sans devenir fou)

Voici ce qui fonctionne en pratique. Il y a six étapes majeures pour construire un flux de travail de composants centralisé robuste qui détecte les erreurs avant qu'elles ne deviennent des retards, des redesigns ou des pertes de contrats.

• Pour une ventilation encore plus détaillée, consultez un article dédié sur la gestion de la bibliothèque ECAD si votre équipe a besoin d'une plongée plus profonde.

Étape 1 : Définir votre flux de travail de création de composants

Chaque pièce que vous créez a besoin :

• Symbole schématique
• Empreinte PCB
• Informations sur le composant (description détaillée du composant, fabricant, numéro de pièce du fabricant, spécifications clés comme la tension et le courant, lien vers la fiche technique ou fichier, modèles de simulation, etc.)
• Emplacement de stockage accessible à tous

Ceci est votre base. Tout design matériel nécessite ces éléments pour chaque composant.

Étape 2 : Créer des symboles schématiques de manière universelle

Pour les symboles schématiques :

• Utilisez les symboles standards IEC/IEEE. Les ingénieurs seniors peuvent lire vos schémas plus rapidement. Si vous devez montrer la disposition réelle des broches pour le débogage, créez une seconde version du symbole.
• Définissez correctement les types de broches. Ne marquez pas tout comme « passif ». Utilisez entrée, sortie, bidirectionnel, alimentation selon le besoin (référez-vous à la fiche technique). Les types de broches corrects aident le DRC à détecter automatiquement les problèmes.
• Ajoutez une description détaillée. Écrivez ce que fait le dispositif et où il est utilisé, par exemple, « STM32F4 ARM Cortex-M4, 168 MHz, utilisé pour le contrôle moteur dans les produits A, B, C. » Le vous du futur vous remerciera.
• Incluez un numéro de pièce interne à l'entreprise. Cela vous permet de mapper plusieurs numéros de pièce du fabricant au même dispositif interne.
• Stockez les symboles où tout le monde peut y accéder. Utilisez un disque réseau avec contrôle de version, un stockage en nuage avec versionnage intégré, ou Git/SVN.
• Utilisez des aperçus de symboles et d'empreintes si possible.Choisissez un système ou un PLM qui vous permet de prévisualiser sans téléchargement, ou téléchargez des images de prévisualisation des symboles, empreintes et modèles 3D.

Étape 3 : Gérer les Empreintes Sans Sur-analyser

Les empreintes sont plus simples que les symboles. Suivez ces étapes :

• Nommez-les en utilisant IPC-7351. Cela vous assure une nomination cohérente et significative.
• Téléchargez un pack de démarrage d'empreintes standard. Obtenez vos empreintes standard communes 0201, 0402, 0603, 0805, 1210, SOIC, SSOP, et autres en une seule fois auprès d'une source fiable (par exemple, Octopart). Cela couvre la plupart des composants que vous utiliserez.
• Pour les modèles de dispositifs personnalisés, téléchargez-les selon le besoin. Pour les connecteurs, inducteurs et autres pièces uniques, téléchargez les empreintes selon le besoin, testez-les localement, puis intégrez-les dans votre processus de mise en production vers le hub centralisé.
• Incluez des motifs de pastilles pour différentes densités de cartes. C'est particulièrement important pour les PCB HDI et pour correspondre aux méthodes de soudage utilisées par vos fabricants.

Étape 4 : Mettre en Place le Contrôle de Version

Dans l'un de mes postes précédents, un ingénieur électricien senior n'utilisait pas systématiquement le contrôle de version. Quelques mois après le début d'un projet, le directeur de l'ingénierie a remarqué qu'une résistance était passée de 3 kΩ à 10 kΩ. Il avait un schéma imprimé de la semaine précédente montrant la valeur correcte.

La cause probable : une solution de circuit alternatif a été copiée dans le nouveau design et la valeur de la résistance n'a jamais été réajustée.

J'ai fait des erreurs similaires avec les détails de conception de harnais. Le circuit correct, mais deux étiquettes de fils étaient erronées. Dans ce cas, un schéma sauvegardé dans SVN peut être utilisé pour tout rétablir aux versions correctes en quelques minutes.

Que vous utilisiez Git, SVN, PLM ou une solution cloud, vous avez besoin de contrôle de version numérique et d'un processus d'approbation traçable connecté à votre logiciel de conception. Les notes visuelles seules ne suffisent pas.

Étape 5 : Le Processus d'Approbation

Vous ne pouvez pas utiliser une pièce en production ou prototype tant qu'elle n'a pas été libérée. Voici donc un workflow d'approbation simple :

1. Brouillon de Composant
    
   • Vous créez la pièce. Elle fonctionne fonctionnellement, mais elle n'est pas approuvée.
   • Marquez-le Brouillon 01, Brouillon 02, etc.
      
2. Revue des Composants
    
   • Quelqu'un vérifie l'empreinte par rapport à la fiche technique.
   • Quelqu'un vérifie le numéro de pièce.
   • Quelqu'un vérifie que le modèle 3D s'adapte dans le boîtier.
   • Les problèmes sont notés et corrigés.
      
3. Composant Libéré
    
   • Une fois qu'il passe la revue, il devient la Révision A.
   • Maintenant, tout le monde peut l'utiliser. C'est officiel.

Si vous avez besoin de changer une pièce libérée, remettez-la en brouillon (par exemple, A1), revoyez-la, puis libérez-la comme Révision B.

Exemple de numérotation des versions :

• Brouillon 01, Brouillon 02, Brouillon 03…
• Approuvé → Libéré = Révision A
• Prochain cycle de changement → Brouillon → Revue → Révision B

Règle : Laissez toujours un commentaire clair expliquant le changement clé que vous avez effectué. Pas juste « pièce mise à jour », mais « Type de broche 7 changé de non spécifié à alimentation parce que le DRC échouait sur la Feuille 4. » Dans six mois, quelqu'un se demandera pourquoi vous l'avez changé et pourrait le rétablir. Les commentaires empêchent cela.

Étape 6 : Qui examine et approuve quoi

Avoir un processus d'approbation standard rend tout plus rapide et plus fiable.

Attribuer une propriété claire :

• Un ingénieur senior approuve toutes les pièces analogiques.
• Un autre approuve les pièces numériques.
• L'ingénieur mécanique vérifie les modèles 3D et les dégagements.
• Un directeur ou un responsable donne l'approbation finale.

Mettez le nom du propriétaire dans les informations de la pièce. Lorsque quelqu'un a une question sur un STM32, il sait exactement à qui s'adresser.

Dans les entreprises comptant des dizaines de milliers de composants, il est courant d'attribuer une partie importante de la gestion de la bibliothèque à un ingénieur et d'ajouter plus de personnes au besoin. Les concepteurs de PCB peuvent alors se concentrer sur la mise en page, les ingénieurs électroniciens sur les circuits et les ingénieurs matériels sur l'intégration système.

Au fur et à mesure que votre entreprise grandit, vous pouvez même avoir une personne à temps plein dédiée à la « bibliothèque ». Tout passe par elle, ce qui rend la bibliothèque plus cohérente et prévisible.

Où stocker tout

Vous avez besoin d'un seul endroit pour stocker tous les modèles de composants (empreintes PCB, symboles schématiques, modèles 3D, etc.). Pas éparpillés sur des ordinateurs portables locaux et des dossiers aléatoires.

Une stratégie commune : les ingénieurs travaillent avec une copie locale de la bibliothèque de composants, la modifient, vérifient les pièces dans de vrais designs, puis repoussent les composants mis à jour vers le dépôt central avec contrôle de version. Travailler directement à partir d'un lecteur réseau est possible mais peut causer des problèmes de performance ECAD.

Quelles capacités clés un système de composants centralisé devrait-il inclure ?

Viser les fonctionnalités suivantes :

• Aperçu des pièces sans téléchargement. Énorme gain de temps lors de la révision des composants.
• Suivre tous les designs où une pièce est utilisée. Vous devez savoir où un composant se trouve dans tous les produits.
• Suivi du statut des composants : obsolète, en rupture de stock, stock faible, NRND (Non recommandé pour les nouveaux designs). Avoir ces informations avant les devis de fabrication économise des semaines d'allers-retours.
• Capacité de mettre à jour un composant à travers l'écosystème. Lorsque vous mettez à jour l'empreinte d'une résistance, cette modification devrait se propager ou être facilement intégrée dans tous les designs pertinents.
• Commentaires et notes sur les pièces. Par exemple : « Ce composant chauffe, ajouter un dissipateur thermique (voir page 47 de la fiche technique) », ou « Utiliser cette empreinte uniquement avec du FR4. »
• Les dernières vérifications de stock. Se connecter aux API des distributeurs ou aux outils de BOM pour voir la disponibilité avant d'utiliser les pièces.

Si votre flux centralisé ne prend pas en charge ces éléments, vous passerez plus de temps à « surveiller » les pièces qu'à concevoir des cartes.

Votre Nouveau Flux de Travail Pour Chaque Pièce

Voici un flux de travail adapté pour ajouter n'importe quelle nouvelle pièce à votre bibliothèque centralisée :

1. Trouvez la pièce et vérifiez les fournisseurs, les prix, la disponibilité et les modèles CAO.
2. Vérifiez si la pièce est en production ou obsolète. N'utilisez pas de pièces obsolètes. Cherchez des alternatives recommandées si nécessaire.
3. Vérifiez le boîtier et l'empreinte sur le PCB. Assurez-vous que le boîtier et l'empreinte correspondent en taille et en style.
4. Obtenez un modèle 3D. Si non disponible dans votre source principale, vérifiez sur le site du fabricant ou dans des bibliothèques de modèles 3D dédiées.
5. Vérifiez le stock et l'historique de disponibilité. Si la pièce est souvent en rupture de stock, choisissez une autre pièce.
6. Trouvez des pièces alternatives. Surtout pour les circuits intégrés. Ajoutez maintenant des alternatives raisonnables, pas lorsque votre pièce principale est à 12 semaines de délai.
7. Consolidez les distributeurs. Préférez les pièces disponibles auprès de plusieurs fournisseurs avec des quantités minimales de commande raisonnables.
8. Téléchargez la fiche technique du composant. Stockez-la localement sur les serveurs de l'entreprise car les URL changent.
9. Enregistrez le modèle du composant et les informations dans votre bibliothèque partagée avec contrôle de version.
10. Ajoutez un bref commentaire sur pourquoi vous avez configuré ou modifié la pièce. Puis poussez les changements.

Faites cela de manière consistante et vous éviterez de nombreuses surprises désagréables plus tard.

Les Pièces Alternatives Comptent Plus Que Vous Ne Le Pensez

Pour les pièces alternatives :

• Listez les numéros de pièces alternatives dans vos informations de pièce.
• Notez tout changement de circuit (brochages différents, spécifications ou tolérances).
• Si possible, testez les deux pièces avant de libérer la conception.

Si vous ne trouvez vraiment pas d'alternative parce que la pièce est uniquement adaptée :

• Assurez-vous qu'elle est largement disponible.
• Préférez un fabricant stable.
• Assurez-vous que plusieurs distributeurs la proposent.
• Soyez explicite sur le fait que c'est un risque et documentez-le.

Lorsque c'est possible, envisagez également des conceptions de circuits alternatifs qui réalisent la même fonction avec des composants différents. Cela devient une partie de votre bibliothèque de réutilisation de conception.

Maintenance de la bibliothèque de composants

Une cadence de mise à jour pratique :

• Hebdomadaire : Ajoutez de nouvelles pièces selon les besoins des équipes (en utilisant le workflow ci-dessus).
• Mensuel : Mettez à jour les anciennes bibliothèques. Vérifiez les pièces obsolètes et décidez comment les gérer.
• Tous les six mois : Après des lancements de produits réussis, ajoutez des pièces qui ont mieux performé que les sélections originales.
• Annuellement : Rafraîchissez tous les composants, en particulier les circuits intégrés, pour détecter les changements chez les fabricants, les acquisitions et l'obsolescence.

Pendant les mises à jour, demandez :

• Les pièces sont-elles toujours en production ?
• Les pièces sont-elles en stock chez les distributeurs ?
• Existe-t-il des versions plus récentes ou améliorées ?
• Des alternatives pour certaines pièces sont-elles nécessaires ?
• Y a-t-il maintenant des options meilleures ou moins chères ?

Si vous utilisez une pièce qui est devenue obsolète il y a deux ans et que vous ne le découvrez qu'au moment de la commande, vous pourriez être confronté à des redesigns ou risquer d'acheter auprès de vendeurs douteux.

Connecter votre bibliothèque centralisée aux données de distributeurs ou aux bases de données de disponibilité vous permet de voir quand les pièces commencent à manquer avant de vous engager à les utiliser. Les réalités de la chaîne d'approvisionnement dictent les calendriers matériels.

Accès et Permissions

Une fois que vous avez un système solide pour les bibliothèques de composants, définissez l'accès :

• Tous les ingénieurs électriques et électroniques pertinents doivent avoir accès pour voir et télécharger les pièces.
• Certains ingénieurs mécaniques ont besoin d'accès aux modèles 3D et aux empreintes pour vérifier l'ajustement dans les boîtiers.
• Les outils de collaboration ECAD et MCAD rendent cela encore plus important, idéalement avec des dimensions de composants partagées et des informations sur les boîtiers.

Un modèle de permission typique :

• Tous les approuvés peuvent voir et télécharger les pièces.
• Les ingénieurs peuvent créer des pièces de brouillon.
• Les réviseurs désignés approuvent les pièces.
• Les responsables/directeurs libèrent les pièces.

Lorsque vous êtes en effectif réduit, cela peut reposer sur un ou deux ingénieurs, mais visez une révision par plusieurs personnes dès que possible.

Questions Fréquemment Posées

Les ingénieurs mécaniques, de firmware et électriques doivent-ils partager la même base de données ?

Oui. S'ils travaillent sur le même produit, ils ont besoin des mêmes informations, surtout avec des flux de travail ECAD–MCAD plus intégrés.

Comment empêchons-nous les gens de changer accidentellement les pièces libérées ?

Utilisez des permissions appropriées, le contrôle de version et des flux d'approbation. De nombreux systèmes centralisés peuvent verrouiller les fichiers publiés. Si le vôtre ne le peut pas, appliquez des permissions de fichier sur votre serveur.

Quel est le bon calendrier pour les mises à jour de la bibliothèque ?

Ajoutez de nouvelles pièces chaque semaine, faites des mises à jour en masse mensuellement, réalisez des mises à jour post-projet tous les six mois et effectuez un rafraîchissement complet annuellement. Vous payez le prix maintenant ou vous paierez plus tard.

Notre entrepreneur refuse d'utiliser notre bibliothèque. Que faisons-nous ?

Comprenez leurs raisons, mais idéalement, travaillez avec des entrepreneurs prêts à utiliser votre bibliothèque ou à intégrer la leur dans votre écosystème.

Comment gérons-nous les pièces disponibles uniquement chez un fabricant ?

Documentez-le comme un risque. Si possible, créez un circuit de secours et surveillez étroitement le stock.

Conclusion

Tom Hausherr m'a dit un jour lors d'une réunion : « Un agencement de PCB n'est aussi bon que sa bibliothèque de composants. » Une fois que vous avez mis en place une bibliothèque centralisée, vous vous demanderez comment vous avez pu travailler sans.

Avec un système solide en place, vous pouvez gérer vos composants de PCB, obtenir des données à jour sur la chaîne d'approvisionnement et accéder à des millions de pièces prêtes à l'emploi, le tout dans une seule bibliothèque de composants de PCB sécurisée.Si vous souhaitez mettre en pratique ces meilleures pratiques, découvrez à quoi cela ressemble concrètement avec Altium Develop.