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PCBの実装図を作成して設計の意図を明確に伝える PCBの実装図を作成して設計の意図を明確に伝える 1 min Thought Leadership 「一部、組み立てが必要です」この文言は、買ったばかりのものに心を躍らせていた人を恐怖に陥れます。実は、私にもそんな経験があります。それは、子どもたちへのクリスマスプレゼントとして購入したサッカーのテーブルゲームでした。サイズが大きかったために、私はゲームを箱に入れ、クリスマスイブの夜遅くまでガレージに隠しておきました。「それほど難しくはないはずだ」そう高を括った私は、子どもたちがベッドに入ってから、テーブルゲームを組み立て始めました。何杯ものカフェインを摂取し、指の節に痣を作り、部品を失くし、私を「行儀の悪い人リスト」に載せてしまうようないくつかの罵りを口にしながら、夜が明ける直前になってようやくベッドに入りました。クリスマスの朝の家族写真には、テーブルゲームで楽しそうに遊ぶ子どもたちと、もう1杯のカフェインにしがみつくゾンビのような父親が写っていました。 組み立てが必要になるものはたくさんありますが、PCBの世界では実装が必ず必要になります。設計者は部品の配置やトレースの配線中に、実装について常に考えているわけではありません。ただし単純な事実は、設計者が設計したものを誰かが実装しなければならないということです。そこで必要になるのが、製造業者に基板の実装方法を伝えるための実装図です。 これまでに実装図を作成したことがない場合は、この投稿を入門として活用できます。ご安心ください。これは分厚いマニュアルではありませんし、幼稚園に通う私の子どものお絵描きのような設計の見取り図も含まれていません。ここで必要になるのは、実装図のさまざまな要素のほか、PCBのレイアウトツールが実装図の作成にどう役立つのかについて理解することだけです。一番よいところは、ここに含まれる情報が読んでいただくものであり、実際の実装は必要ないという点です。 PCBの実装図には、部品の外形やデジグネータなどの要素が記載される PCB実装図の項目 連携する製造業者にとって使いやすく正確なものにするために、実装図は複数の形態で作成できます。設計中はPCBが実際にどのようになるのかについて、必ず実装図で製造業者に伝えるようにします。自分が連携している製造業者に留意することは重要ですが、大半の実装図に共通する下記の基本的な要素を理解しておく必要があります。 実装図の形式: CADシステムには、図面の形式が自動的に生成されるものと、個別のライブラリーの形状として図面を手動で作成する必要があるものがあります。いずれを使用する場合も、形式と設計データベースを組み合わせて実装図を作成することになります。 基板外形: 製造図と同様に、基板外形を表示します。基板のサイズに応じ、画像を縮尺して実装図の形式に合わせたり、画像を拡大して詳細を表示したりすることができます。 部品の形状: 基板外形内には、基板に半田付けされるすべての部品の形状とそれらのデジグネータを含めます。 機械部品: 取り付け工具を使って基板に配置する機械部品も表示します。こうした部品は標準的なPCBフットプリントではないかもしれませんが、形状を個別に追加または描画しなければならないことがあります。機械部品の例としてはejector handleが挙げられます。これは電気部品ではないため、回路図に表示されない場合もありますが、実装図と 部品表には含める必要があります。 実装の注記: 基本的な実装の詳細、業界の標準や仕様に関する参照、特別な要素の位置が記載される指示の一覧です。 識別ラベルの位置: バーコードや実装タグなどの識別ラベルは、実装の注記に含まれる特定のラベルへの参照や描画ポインターを使って含めます。 記事を読む
部品表在庫管理とオンライン部品リクエストシステムの利点 部品表在庫管理とオンライン部品リクエスト文書システムの利点 1 min Thought Leadership ある時、頭金として使うために家族の一員にお金を借りようと頼んだことがあります。彼の返答には私が理解できない反提案が含まれていたので、そのままにしてしまいました。残念ながら、彼の返答を理解しなかったことで、最初に求めていたものよりもさらに良い機会を逃してしまいました。 そのやり取りは、明確なコミュニケーションの重要性を示す例として私の心に残っています。PCB設計の世界では、特に新しい部品をリクエストする際には、明確なコミュニケーションが不可欠です。しかし、部品リクエストの文書が適切に配布されないために、これらのリクエストが混乱したり、遅れたり、あるいは失われたりすることがあります。エンジニアが利用可能でない部品や、承認されたベンダーリストにないサプライヤーからの部品をリクエストすることもあります。これらの問題はすべて、コストのかかる再設計を引き起こし、製造を遅らせる可能性があります。幸いなことに、部品リクエストの問題を解決するのに役立つ 部品表在庫管理ツールがあります。 新しい部品リクエストを提出する従来の方法 プリント基板が設計されて以来、設計チームによる部品の要求は常にありました。PCB設計が進むにつれて、部品は回路図に追加され、回路を完成させるために接続されます。設計にこれまで使用されていない新しい部品が必要な場合、通常以下の手順が取られます： エンジニアリングチームは、必要な部品を見つけるために部品ベンダーを調査します。 部品が見つかったら、エンジニアリングはスプレッドシート、Eメール、または紙の文書の形で購買およびCAD部門に新しい部品のリクエストを提出します。 購買は部品のコストと入手可能性を調査し、それに企業の部品番号を割り当てます。 CAD部門は、エンジニアリングによって収集された部品データを使用して、回路図とレイアウトのための予備のライブラリ部品を開発します。 入手可能性が確認されると、承認された部品リクエストがエンジニアリングに返送されます。 ライブラリ部品、回路図、およびレイアウトはすべて、承認された部品情報で更新されます。 このプロセスには多くのステップがあり、そのいずれかが部品リクエストに問題を引き起こす可能性があります。 従来の部品リクエストシステムの問題点 従来の部品リクエストシステムに関連する問題点 従来の部品リクエスト方法には、いくつかの問題が生じる可能性があります。これらの問題の中で最悪の2つは、未承認のベンダーから新しい部品をリクエストすること、および購入できない部品をリクエストすることです。 正確な部品を見つけるために、エンジニアリングは会社で承認されたベンダーとして資格を持たない部品供給業者を検討することがあります。要求された部品が設計にとって完璧な解決策であっても、部品ベンダー自体がエンジニアリングには明らかでないビジネス上の理由で受け入れられない可能性があります。また、承認されたベンダーによって新しい部品が提供されている場合でも、まだ使用できないか、または製造ニーズをサポートするのに必要な数量で利用できない場合があります。 新しいベンダーを認定するか、利用できない部品の代替品を見つけるには時間がかかります。設計が進行して新しい代替部品を収容するための再設計が設計スケジュールに深刻な影響を与える段階に達しているかもしれません。 もう1つの問題は、部品リクエスト文書の配布に失敗することが発生することです。これは次のような理由で起こる可能性があります： 1) 紙の部品リクエストは、うっかり失くされたり破壊されたりすることがあります。「宿題を犬が食べた」という古い言い訳を笑っていたものですが、紛失した書類の現実は笑えるものではありません。 記事を読む
複数のデザイン構成にPCB実装バリアントを使用すべき理由 複数のデザイン構成にPCB実装バリアントを使用すべき理由 1 min Thought Leadership 何年も前、筆者は既存の基板からコピーしたデザインを扱っていましたが、問題が1つありました。レイアウト上のいくつかの回路が、技術者が作成した回路図の回路と一致しませんでした。これによって多くの混乱が生じました。最終的には、設計が承認されて製造部門に送られた後で基板に加えられた編集が問題だったことが判明しました。実装バリアントを作成したことで、回路図との同期が失われたと同時に、基板に不用意な変更が行われたのです。手作業で実装バリアントを管理しようとした場合、このような問題が忍び寄ってくる可能性があります。これにより、設計が遅れたり、さらに悪いことには、発覚していないエラーのため不良基板が製造されるかもしれません。 PCB実装バリアントとその必要性 同じ基板を、複数用途のため、実装時に異なる構成にできるよう回路基板を設計することは一般的です。これらの異なる構成は実装バリアントとして知られています。例えば、異なる電圧で動作させることができるよう電源供給を設計するケースがあります。どの部品を使用するか、使用しないか、あるいは変更するかを変えることで、実装時に異なるバージョンの電源供給基板を作成する方法が決まります。 実装バリアント用の回路基板を設計する場合、金属の電気回路構成要素（パッド、トレース、領域フィルなど）が、提案された全ての構成で機能するようレイアウトされることが重要です。このように、異なる構成が全て、未加工の同一基板設計から作成可能です。これにより、設計者の作業負荷を減らすだけでなく、基板製造と在庫の費用を減らすことができます。 各PCB実装バリアントにはドキュメントが必要です 手作業による実装バリアントの作成とドキュメント化 従来、PCB設計者は、複数のバリアントを扱う場合、各基板の実装構成に対応するため、別々のデザイン データベースを作成する必要がありました 。 これは、各実装に専用のドキュメントが必要だからです。 ただし、この方法でも設計エラーが生じる可能性がありました。 各デザイン データベースは、未加工の基板設計を含んでいるので、全てのバリアント データベースにコピーされます。未加工の基板設計のマスターコピーを1つ持つことは優れた設計慣習ですが、そのマスターコピーが各バリアントのコピーに含まれる場合は問題が生じる可能性があります。これは、たとえ偶然でも、未加工の設計がいずれかのバリアントコピーで変更された場合、未加工の基板設計の異なるコピーが作成されることになります。こうなると、どれが正しいマスターコピーか分らなくなる可能性があります。未加工の基板が全ての異なる実装バリアントの基本デザインである場合、これは問題です。何年も前に経験済みですが、変更の結果、回路図とのリンクが切断された場合、状況はさらに悪化します。 最終的には、これらの潜在的な問題と、同じデザイン データベースでの複数コピーの管理は、作業負荷を増やします。未加工の基板が意図的に変更されるたびに、各バリアント データベースに編集内容をコピーする必要があります。これは、時間のかかる作業であり、データベース間でデザインの一貫性を確実に保つために高い集中力が求められます。 PCB実装バリアントにより、同じ基板を異なる用途のために構成できます。 バリアント管理ツールによるプロセスの簡素化 CADアプリケーションのバリアント管理ツールは、1つの基本データベース内で全ての作業を行えるようにすることで、異なる実装バリアントの作成と管理のプロセスを簡素化します。バリアントを作成する際、特定部品を使用する、使用しない、あるいは値を変更するなどを指定することができます。また、バリアント管理ツールにより、実装図面などの出力や部品表を変更して、変更された部品の状態を反映できます。 記事を読む
不十分なデータ管理に起因する開発後の問題の評価 不十分なデータ管理に起因する開発後の問題の評価 1 min Blog どのような設計者やチーム、企業にとっても、設計をリリースまで漕ぎつけたときは安堵のため息をつける瞬間でしょう。しかしながら、この瞬間が常に喜びに満ちたものになるとは限りません。プロジェクトの完了には、次の2種類があります。a）ドキュメント化プロセスに何の不備もなく無事設計を完了しており、リリースの準備を開始できるケース。b）設計は問題なく完了しているが、データ管理プロセスに小さな（または大きな）誤りがあるため、修正と製造の後戻りが必要であり、製品リリースを遅延せざるを得ないケース。データ管理プロセスに何らかの不備がある場合、開発後はすべての局面を通じて後悔し続けることになりかねません。 開発後の懸念と後戻りの可能性 開発後の局面で懸念が持ち上がるのは当然のことであり、特にデータ管理についての不確定要素がある場合はなおさらです。ECADデータ資産の管理が十分でないと、ドキュメント化の方法が時代遅れになる傾向にあります。その場合、データ管理システムでエラーが非常に発生しやすくなり、ECADプロセスの多数の要素を手動で構成し直す結果になるおそれがあります。 ECADデータの正しい保存方法 ECADデータの保存場所は、その保存方法と同じくらい重要です。いまだに数多くの企業が、Dropboxなどの一般向けネットワークドライブを利用してECAD資産を保存しています。これは一見便利に思えるかもしれませんが、体系化された信頼できるデータ管理システムが設計方針に組み込まれていない限り、以下のような問題が生じるおそれがあります。 アクセスの制限 不十分なデータコントロール 異種の複雑なデータ ライフサイクルの非対応 プロジェクトを重視して体系化されたデータ管理システムがない場合、特定のファイルにアクセスできないだけでなく、データの配置ミスや紛失につながる可能性があります。 迷いのない製品リリース 開発後の不確定要素を評価するときは、仮説のわなに陥り、自分を見失いやすいものです。しかし、使用するリソース、データ管理戦略の正しい実施方法、データの保存場所をきちんと理解していれば、不安を確信へと変えることができます。現在のプロセスに疑いを抱いたり、損失の大きいエラーのために設計データの修正を余儀なくされたりした場合、貴重な時間が無駄になります。設計から製造までのプロセスを進める中で、このような問題を回避するには、正確なデータを体系化して、はじめから正しい方法で管理することです。 無償の ホワイトペーパー を今すぐダウンロードしてください。このホワイトペーパーでは、Altium Vaultを利用して、時間と予算を重視した賢明なデータ管理システム運用について説明しています。 記事を読む
設計ドキュメントの主要なPCB設計要素の捕捉 設計ドキュメントの主要なPCB設計要素の捕捉 1 min Blog ハードウェア製造業スタートアップ企業 / エレクトロニクスプロトタイパー ハードウェア製造業スタートアップ企業 / エレクトロニクスプロトタイパー ハードウェア製造業スタートアップ企業 / エレクトロニクスプロトタイパー 設計ドキュメント作成のうち最も重要でありながら、多くの場合に回避される要素の1つは、正式な設計ドキュメントです。設計を完了し、製造、実装、検証ドキュメントを生成しただけで、業務が完了したとみなしてしまうことは珍しくありません。システム仕様、設計の意図、設計プロセス、仕様の追跡可能性を正しく捕捉することは、時間を要し、骨の折れる作業ですが、極めて重要です。設計ドキュメントでは、システムの設計のあらゆる側面を捕捉し、関連するすべての設計情報へ簡単にアクセスできる必要があります。しかし、製造や実装の図面に含まれない設計の詳細をどのように捕捉すればいいのでしょうか? 設計の全ての側面を設計ドキュメントに表現する あらゆる設計において、設計ドキュメントの作成は計画段階で開始し、仕様から始める必要があります。設計ドキュメントの対象である設計が、より大きなシステムのサブシステムである場合、システム全体の仕様を提示してから、システム全体からそのサブシステムまで、システムがどのように分割されるかの仕様を記載する必要があります。設計プロセス全体を通して、設計ドキュメントは生きたドキュメントとなり、設計プロセスにおいて、それぞれの部分の回路が設計され、実装されていきます。 設計の仕様段階は、時間や予算の制約のために多くの場合見逃されたり、回避されたりする部分です。そこで、仕様を正しく開発するため、前もって時間とリソースを割り当てておくことが必要です。起動環境での作業に従事したことがあるなら、おそらくは仕様が不明瞭、またはまったく存在しない設計プロジェクトに直面したことがあり、この手法が危険であることを理解しているでしょう。仕様が存在しない、または固定されていない場合、その仕様に合わせて設計を行おうとすると、終わりのない開発のやり直しにはまり込むことになります。仕様の目的は、何を達成すべきかを明確にし、設計が完成したことを検証できるようにすることです。「もっと良いものを作れるはずだ」という考えから、プロジェクトが予算を超過し、スケジュールが遅延することは珍しくありません。このような結果が起きるのは、最初の時点で仕様を明確に決定しておかないことが主な原因です。 設計ドキュメントにおいて対象としているデバイスの仕様は、より大きなシステムのサブシステムであることも珍しくありません。システム全体の仕様が提示され、その後で設計対象のデバイスに適用される部分のシステムの仕様が、論理的で整った形式で示されます。 仕様には次の内容を含める必要があります（これで全部とは限りません）。 機能（サブシステムがどのような動作を目的としているか） 動作環境（温度、湿度など） 他のサブシステムとのインターフェイス パワーバジェット 利用可能な電源電圧 機械的な制約: サイズ、重量、形状 衝撃や振動に関する要件 熱（利用できる冷却、放射熱の放出制約など） EMIの放射、伝導、および感受性 信頼性 仕様ステージ以後にも、設計フェーズが完了したことを判定するため、関連する設計情報を捕捉する必要のある他の分野が存在します。正式な設計ドキュメントの作成には時間を要しますが、回路図、製造図、実装図の範囲を超えて、設計の全ての側面を捕捉するためには不可欠なことです。 正式な設計ドキュメントに、その他に何を含めるべきかについては、無料のホワイトペーパー 「設計ドキュメントによる設計の捕捉」 記事を読む
汎用コントローラーを2つのPCBに分割した方がよい理由 汎用コントローラーを2つのPCBに分割した方がよい理由 1 min Thought Leadership 私は常に、成功のためには他者の成功を真似し、失敗を避ける必要があると考えてきました。私が職務を始めた頃は、Raspberry Piのような単一基板のコンピューターは存在せず、Arduinoを産業アプリケーション向けに真剣に考える人はいませんでした。私が自分で設計した汎用コントローラーのメンテナンスを初めて行うことになったときの苦労を想像してみてください。それは、火災警報のコントローラーで、50本を超えるワイヤーが手作業でネジ止めされていました。私は、障害のある8ピンのEEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）を交換する必要がありました。顧客は不満を持っており、私はこの作業を迅速に、間違いなく行うよう圧力をかけられていました。このときから、私は汎用コントローラーの設計を複数の物理モジュールに分割するようになりました。同様に今日、Raspberry Pi は産業用アプリケーションに使用されています。これはコストだけではなく、そのモジュール化設計のためでもあります。 汎用コントローラーとは 電子機器産業におけるコンポーネントと労働力のコストが増大し続けていることから、 デザインのフットプリントを最小限にする のは論理的です。しかし、汎用コントローラーの設計においては、長期的にこれが最良の選択肢ではないこともあります。 スマートフォンやテレビのような民生用電子機器とは異なり、汎用コントローラーは一般的な仕様で設計され、多くの場合に小規模で使用されます。ファームウェアが異なれば、同じコントローラーでも異なる機能を果たすようになります。例えば、同じコントローラーを支払い機のコントローラー、セキュリティ管理コントローラー、または単純なデータ監視ステーションとして使用できます。 一般的な汎用コントローラーは、次の部分で構成されます。 マイクロコントローラー（MCU） SRAM、 FRAM 、フラッシュ、EEPROMなどのメモリチップ 周辺機器インターフェイス（イーサネット、USB、 RS485 記事を読む
PCB回路製品: 修理できるように設計するべきか？ PCB回路製品: 修理できるように設計するべきか？ 1 min Thought Leadership 自分の手掛けたものを誰かに修理してもらわなければならないとき、私は技術者としての落ち度を感じてしまいます。それが電子機器であれ、たまにしか担当しない木工品であれ、まずは自分で何とかしてみるまでは助けを求めたくありません。ただし、配管となると話は別です。その場合は すぐさま 助けを呼ぶことになります。 自分が手掛けた製品は自分で修理したい―そんな衝動が働きますが、問題なのは多くの企業がそれを求めていないことです。ケースを空けるために専用のドライバーが必要になったために、ラベルを破いて正式に保証を無効にしたことは数え切れないほどです。しかも、バッテリー交換のためだけにです。ここで専門的なアドバイスを1つお届けしましょう。どうしてもバッテリーを交換したいのに、細長いネジ穴に対してドライバーが小さすぎるとします。この場合は、プラスドライバーと輪ゴムでどうにか対処できることがあります。まず、輪ゴムを細長いネジ穴の上に置きます。不安定な細長いネジ穴にドライバーがしっかりと、はまるまで押し込み、ネジを外します。 とはいえ、開けたケースが混乱と後悔の詰まったパンドラの箱に化けてしまったこともあります。LCDモニターは、VCRの焼け焦げたコンデンサーを交換するのとは大違いなのです。 自分が手掛けた機器の修理に対してどんな考えを持っていても、製品の設計を開始する前には、消費者による修理について必ず考慮すべきでしょう。消費者が自分で製品を修理できるようにするのか？消費者が自由に修理業者を選べるようにするのか？それとも、企業が提供するサービスや特別に訓練された技術者だけを利用できるようにするのか？では、いろいろな選択肢を比較しながら、関連する法的要件についても見ていきましょう。 社内での対応 多くの製造業者は、消費者が自分で製品を修理できないようにしたいと考えています。悩ましいところですが、多くの場合にこれにはもっともな理由があります。高電圧、傷つきやすい部品、特許で保護されたコンポーネントは、適切な予防措置がない状態で消費者に機器の分解を許可していない、という明確な理由です。 社内ですべての修理を行う場合は、送られてきた修理品や現地での修理に対応する十分に訓練されたスタッフが必要です。一方で、製品が「消耗品」であれば、修理するよりも新しいものに取り換えたほうが安くつく場合もあるでしょう。この場合は故障率を把握して、保証期間中に問題が発生したすべての製品を交換する体制を整備しなければなりません。 指定した技術者に修理を委託することもできるでしょう。 修理の選択肢を提供する 消費者が製品を修理できるものにしたほうが容易な場合もあります。コンポーネントの複雑さによっては、交換部品の販売が新しい収益源になることもあります。私が勤めていた会社では、元のハードウェアの交換と同じくらい独自のバッテリーの交換に対応していました。これは、プリンター用の新しいインクの購入に似ています。 いずれにしても説明書は作成する必要があるため、特別に訓練された修理業者を説明書に記載して提供することもできます。ここでは、適切なガイダンスと免責事項も含めておきます。たとえば、エンジン、回転翼、高電圧など、製品の中には安全に扱わないと危険なものがあるからです。警告ラベルが必要なコンポーネントが製品に含まれる場合は、修理ガイドに説明を明記しておきます。 オープンな修理については、諸経費を大幅に節約し、長期的にサービスを提供することができます。これは技術者にとってもありがたい話です。 法的要件 どの方法を採用するかにかかわらず、法的な要件についても考慮する必要があります。「消費者が合法的に所有している製品を自分で修理することは許可されるべき」という指針に基づいて、米国の複数の州で 「修理支持」の法律 の制定が進められてます。また、海外では修理に対応できないという議論もあります。これは特に、農業や自動車の業界にずっと依存してきた地域経済にとっての強力な動機でしょう。 一部の大手企業は、この法案に積極的に反対しています。多くの場合、これは特許を取得できる設計に関して懸念があるからです。また、顧客にメンテナンスサービスを提供するための独占請負契約からの収益を守りたいと考えている企業も数多く存在します。 中小企業では、請負契約や売上の競争が激しくなるでしょう。この法案の支持者は、独占的なサービスでなく顧客サービスによって成り立つ市場を期待しています。修理する権利を持つ消費者は修理したハードウェアを売買しやすくなるものの、それによって企業の全体的な売上が減少する可能性があります。 記事を読む