En quoi consiste la gestion des données de PCB ?

La conception et la fabrication d'un circuit imprimé sont conditionnées par une gestion des données efficace. Chaque projet de PCB comporte en effet un volume considérable de données sur les composants, les schémas préliminaires, le routage physique et les fichiers de fabrication. D'autres documents, qui ne sont pas capturés par votre logiciel de conception de circuits imprimés, peuvent également s'avérer nécessaires. Toutes ces données doivent être consignées et gérées par le concepteur, au risque de vous retrouver avec des données incomplètes ou obsolètes susceptibles de mettre à mal votre conception.

Les données d'un circuit imprimé englobent l'ensemble des exigences et informations relatives à la conception. Elles comprennent tout d'abord les exigences fonctionnelles liées à l'utilisation du produit final, ses spécifications et ses tolérances, ou encore ses conditions d'utilisation. S'y ajoutent ensuite toutes les données associées à chaque composant, lesquelles peuvent prendre des formes multiples (fiches techniques, données électroniques stockées dans la bibliothèque d'un logiciel de routage de PCB, etc.). En outre, d'autres données concernent le circuit imprimé en lui-même, telles que les propriétés de ses matériaux, son routage physique et ses exigences de fabrication. Enfin, les concepteurs ne repartent pas toujours d'une page blanche. Certaines conceptions réutilisent des composantes de projets antérieurs validés, dont il faudra aussi tenir compte.

Dès lors, les questions à vous poser en tant que concepteur sont les suivantes :

• Est-ce que je dispose de toutes les données dont j'ai besoin ?
• Mes données de conception sont-elles exactes et à jour ?
• Quelqu'un a-t-il apporté des modifications dont je n'ai pas connaissance ?

Cet article devrait aider les ingénieurs en conception à répondre à ces questions, tout en expliquant comment les outils modernes transforment le processus de gestion des données pour les entreprises de conception et les fabricants de produits électroniques.

En quoi consiste la gestion des données de PCB ?

La gestion des données de PCB est communément définie comme l'acquisition, le stockage, la vérification, l'utilisation, la distribution et la maintenance des données utilisées lors de la conception, la fabrication et l'assemblage d'une carte de circuit imprimé. Ces données sont créées et acquises tout au long de l'avancement d'un projet de conception de circuits imprimés, notamment :

• Lors la définition des exigences relatives au projet et au dispositif (cahier des charges)
• Pendant les étapes d'ingénierie front-end, lors de la création d'une conception préliminaire et de la collecte des données des composants
• Pendant la conception physique, lors de la création des conceptions mécaniques et électriques dans un logiciel de CAO
• Lors de la préparation des données pour la production après l'envoi de la conception en fabrication

Par ailleurs, certaines modifications apportées en cours de conception peuvent en entraîner d'autres. Un changement de forme du boîtier peut par exemple poser problème si l'un des composants devient trop haut pour s'intégrer à l'intérieur. Il en va de même si les conditions d'utilisation prévues changent et que votre conception doit désormais faire face à des températures ambiantes différentes ou à des niveaux de vibration supérieurs. La conception d'une section de logique de commande peut également nécessiter une alimentation avec des tolérances différentes. La liste des modifications possibles est infinie. Il est donc impératif de mettre en place les processus nécessaires pour gérer efficacement ces données en cas de changement.

Ces problèmes sont encore amplifiés lorsque plusieurs intervenants collaborent sur un nouveau produit, que ce soit au niveau du PCB ou de la conception mécanique. Il faudra ainsi s'assurer que tous les membres de l'équipe de conception sont avertis en cas de modification d'une spécification ou de remplacement d'un composant par un autre avec propriétés physiques ou électriques différentes. Pour ce faire, l'ensemble des modifications et nouvelles informations doit pouvoir être consulté par tous les membres de l'équipe de conception. Cela passe par l'utilisation de systèmes partagés qui compilent ces données et garantissent un accès à tous les intervenants du projet.

Examinons un peu plus en détail cette définition. Avant de parler de la gestion des données en elle-même, nous devons nous demander dans quel objectif, comment et où nous comptons acquérir ces informations. Avec un peu d'expérience dans le secteur des PCB, vous constaterez qu'une grande partie du processus de conception est en fait standardisé. La plupart des conceptions de PCB reposent généralement sur des informations identiques ou très similaires, et les sources utilisées sont souvent universelles. Comme on dit, ce sont les petits ruisseaux qui font les grandes rivières ! Ces informations initiales sont essentielles à la réussite du projet dans son ensemble. J'ajouterais que la précision de votre conception est conditionnée par celle de ces données. À ce stade, la qualité de l'information prévaudra sur la quantité.

Création et acquisition des données

Les données seront créées et compilées par l'ensemble des intervenants du projet, notamment l'équipe de conception du circuit imprimé, le fabricant du produit, les sous-traitants et le client final. Elles incluent, sans s'y limiter :

• La documentation d'ingénierie front-end, y compris les exigences des clients et les cahiers des charges
• Les données de conception de base, dont les schémas et les informations relatives au routage
• Tous les modèles de composants, y compris de composants mécaniques tels que les connecteurs
• Les fiches techniques et autres spécifications sur les composants, communiquées par le fournisseur
• Les données de CAO du boîtier, ainsi que les informations relatives à ses matériaux et son assemblage
• Les données de fabrication et fichiers de sortie de conception, tels que les dessins de fabrication/d'assemblage et les données d'équipements
• Le code des micrologiciels/logiciels embarqués

Toutes ces données doivent être soigneusement consignées, même si elles ne sont pas toutes créées par l'équipe de conception de circuits imprimés. Bien sûr, elles sont aussi amenées à évoluer tout au long du processus de développement. Les clients changent d'avis, et la compréhension des exigences par l'équipe de conception peut évoluer avec la résolution des ambiguïtés et la confirmation, ou non, des hypothèses.

La gestion de ces données devient souvent encore plus complexe lorsque l'on prend en compte leur caractère changeant. Par exemple, si les tolérances et les spécifications des composants évoluent rarement, certaines données sont bien plus sujettes à modification. Le tarif et les délais de livraison peuvent ainsi être modifiés quotidiennement ! C'est pourquoi de nombreuses entreprises s'appuient sur un système PLM/ERP centralisé, qui s'intègre à leurs systèmes de gestion des stocks et de la chaîne d'approvisionnement. Il s'agit essentiellement de systèmes de stockage et de partage de fichiers, proposant en plus des fonctions de hiérarchisation et de catégorisation intégrées. Les modifications et les ajouts de données peuvent ainsi être suivis et gérés efficacement à l'échelle du projet, d'un fichier ou d'un composant.

Fiches techniques et modèles de CAO de composants

Les fiches techniques des composants sont des documents essentiels, qui doivent être recueillis et vérifiés avant toute utilisation. Vous devrez en effet vous y référer tout au long de la conception. Toute erreur ou inexactitude est donc inenvisageable. J'ai trop souvent vu des conceptions entièrement réalisées à partir d'une fiche technique supposée à tort correcte, pour finalement déboucher sur une multitude de problèmes. Une simple vérification suffirait pourtant à éviter un tel désastre. « Mieux vaut prévenir que guérir » devrait être le mantra de tout concepteur de PCB. Selon l'origine d'un modèle de CAO ou le contenu de la fiche technique, l'empreinte peut également s'avérer incorrecte. Ce point doit être vérifié et c'est traditionnellement l'une des fonctions du responsable de la gestion des bibliothèques.

En ce qui concerne les spécifications des composants et des circuits imprimés, les fiches techniques sont généralement fournies par le fabricant et considérées comme fiables. En règle générale, les révisions de fiches techniques ne font l'objet d'aucun avertissement. L'équipe de conception devra donc veiller à utiliser la dernière version et vérifier qu'aucun signalement d'erreur n'a été diffusé. Fiez-vous à votre expérience et privilégiez les fabricants de confiance avec un historique établi. Pour les pièces disponibles chez plusieurs fournisseurs, il peut être judicieux de comparer les fiches techniques de chacun afin de déceler toute incohérence. Il est également possible d'exiger des vérifications supplémentaires avant d'utiliser des produits de fournisseurs ayant déjà transmis des données inexactes.

Comment vérifier l'exactitude d'une fiche technique ? Une bonne stratégie consiste à consulter plusieurs sources. Ne vous fiez pas aveuglément à un seul fournisseur et à sa fiche technique. Recherchez vos composants auprès de différentes sources et fournisseurs, et consignez toutes leurs fiches techniques. Vous pourrez ensuite les comparer pour vérifier leur cohérence.

Conseil de pro : personnellement, j'irais encore plus loin et je contrôlerais les fiches techniques de ces fournisseurs pour d'autres produits afin de savoir si elles présentent elles aussi des erreurs.

Stockage et sécurité

Intéressons-nous maintenant au stockage. Une fois toutes ces données recueillies, il faut en effet les stocker et les protéger. Comment ? Grâce à l'architecture de votre bibliothèque de composants. Cette dernière peut revêtir des formes très diverses, mais certaines caractéristiques essentielles doivent être présentes.

Tout d'abord, elle doit vous permettre de retrouver rapidement les composants souhaités. Cela implique généralement d'utiliser une structure ou une convention de dénomination qui facilite la recherche. Je vous mets au défi de retrouver un composant dans une bibliothèque avec un méli-mélo de schémas de dénomination. La dernière version des normes IPC-7251 (composants traversants) et IPC-7351 (composants CMS) constitue une ressource précieuse pour remédier à ce problème. Ces normes couvrent la manière dont les empreintes doivent être nommées. Cette structure devra être scrupuleusement appliquée chaque fois qu’une empreinte personnalisée est créée pour un boîtier standard.

Deuxièmement, l'architecture de votre bibliothèque de composants doit être facilement extensible. Ainsi, à mesure que l'entreprise se développe et que les gammes de produits s'étoffent, votre bibliothèque pourra aisément être adaptée, tout comme la liste des composants vérifiés et qualifiés disponibles pour la réutilisation.

Bien sûr, tous ces processus et bonnes pratiques ne vous mettront pas à l'abri d'un événement exceptionnel compromettant l'ensemble de vos données. Un ordinateur qui plante, un piratage, des données exposées publiquement à cause de services de partage de fichiers peu scrupuleux, des e-mails supprimés ou corrompus… Ces événements sont autant de risques d'exposition, de perte ou de corruption de votre propriété intellectuelle.

Vous pouvez atteindre tous ces objectifs en organisant votre liste de composants par catégorie et par famille dans un seul emplacement sécurisé. Pour cela, les plateformes cloud modernes seront vos meilleures alliées. Vous pourrez ainsi garantir la sécurité et la confidentialité de vos données stockées tout en les regroupant dans les catégories pertinentes pour faciliter leur vérification et leur distribution.

Enfin, votre capacité à distribuer ces données à des intervenants spécifiques est essentielle, notamment pour sécuriser votre processus de conception. Pour faire simple, l'utilisation des données est interne à l'entreprise, tandis que leur distribution est externe. Lorsque vous êtes amené à distribuer certaines données, prenez donc toutes les précautions qui s'imposent. Les informations de fabrication et d'assemblage constituent les deux principaux « packages » issus de vos données et du processus de conception. L'usage veut que ces deux éléments soient envoyés dans des directions opposées et ne se rencontrent jamais. Réunis, ils pourraient en effet permettre à une personne mal intentionnée de reproduire votre conception.

Vérification

En matière de vérification, la première règle est la suivante : la personne qui a effectué le travail ne doit pas être celle qui le vérifie. Il est en effet plus difficile d'identifier ses propres erreurs et celles-ci risquent donc de passer à nouveau inaperçues lors de l'étape de vérification. Il est toujours préférable de faire appel à une tierce personne qui sera capable de porter un regard neuf sur les données.

Le processus de vérification est un processus d'audit. Les composants ou les données en cours de vérification doivent être mis en quarantaine afin d'éviter toute utilisation dans des conceptions validées. Je m'explique : avant de valider votre conception pour la fabrication, appliquez ce processus d'audit à tous les nouveaux composants. De cette façon, vous préserverez l'intégrité de votre conception tout en vous affranchissant de difficultés à venir.

Tout au long de la conception, vous serez amené à utiliser diverses informations propres aux différentes composantes de votre PCB. Lors de la création du schéma, vous vous intéresserez tout particulièrement au débit et à la connectivité du circuit. Ici, les symboles schématiques des composants constituent le point le plus important. À titre d'exemple, l'ingénieur en électronique examinera les paramètres d'un composant donné afin de s'assurer qu'il répond aux exigences de conception recherchées pour le produit.

En ce qui concerne le PCB, nous nous pencherons plutôt sur l'empreinte du PCB et les données du modèle 3D. Ces informations permettent en effet de contrôler le routage et les exigences mécaniques. C'est à ce stade qu'intervient habituellement l'ingénieur en mécanique.

Maintenance et contrôle des versions

Reprenons notre définition de la gestion des données. La dernière composante qu'il nous reste à aborder est la maintenance, le suivi de l'historique des révisions et le contrôle des versions. Étant donné que la plupart des données utilisées dans le cadre d'un projet de PCB sont dynamiques (et non statiques), nous savons donc qu'elles sont amenées à évoluer. Pour pallier cela, il est essentiel de définir une stratégie qui lève le voile sur les modifications apportées et leur impact sur le processus de mise à jour dans la base de données. Cela vous aidera à garantir la pertinence de vos données, que ce soit pour répondre aux besoins de votre entreprise ou pour faire face à l'évolution constante du secteur de l'électronique.

Le fait que les ensembles de données de conception soient généralement vastes et contiennent des éléments incompatibles s'avère problématique. Les données stockées dans les outils de conception électronique assistée par ordinateur (CAO électronique) et de conception mécanique assistée par ordinateur (CAO mécanique) sont rarement compatibles les unes avec les autres, et encore moins avec les données des outils de gestion des exigences. Pour gérer efficacement l'ensemble de ces données, il est donc nécessaire de se doter d'une solution intégrée unique, capable de connecter de manière simple et automatisée vos outils à des bibliothèques de données gérées.

Cette solution doit être capable de rassembler vos données, statiques comme dynamiques, quelle qu'en soit la source, pour offrir une source unique de vérité précise et à jour sur laquelle les concepteurs peuvent compter. L'automatisation de ce processus est par ailleurs essentielle puisqu'elle permet de réduire les coûts associés à la gestion des données tout en éliminant les erreurs humaines. Cela nécessite une connexion à la chaîne d'approvisionnement, la mise en œuvre d'une source de données de composants vérifiée et la mise en place d'un système de contrôle de versions intégré au processus de conception.

L'adoption d'une solution comme Altium en tant que plateforme de gestion de données unifiée est un excellent point de départ pour assurer l'efficacité du processus de gestion de toutes vos données de conception. Mais il faut encore mettre en place les processus automatisés qui permettront d'éliminer les erreurs humaines et de garantir la validité de l'ensemble de données tout au long du cycle de développement. Le suivi des données dynamiques relatives aux modifications et la gestion des mises à jour de l'ensemble de données constituent également une activité fastidieuse, qui s'avère donc particulièrement propice à l'automatisation, compte tenu des risques associés à l'utilisation de données erronées ou obsolètes.

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