Zcentralizowane biblioteki komponentów – najlepsze praktyki dla zespołów zajmujących się sprzętem

Oto coś, czego nikt mi nie powiedział, dopóki nie byłem cztery lata na własnej ścieżce kariery jako inżynier sprzętu: biblioteka części i jej dobre zarządzanie to prawdziwe gardło butelkowe w projektowaniu PCB.

To nie tyle projektowanie obwodów, czy nawet układ PCB. Chodzi o części, ich dostępność i przydatność.

Ja wraz z innymi inżynierami spędziliśmy godziny, a nawet dni, szukając odpowiednich złącz i nagłówków w bibliotece, ponieważ nie wiedzieliśmy, która wersja jest poprawna.

Miałem płyty zatrzymane na tygodnie, ponieważ rezystory, kondensatory i inne elementy pasywne miały zły numer części producenta, nie było ich na stanie, lub były EOL. Widziałem również sytuacje w trakcie wyceny, gdy układ scalony pojawiał się jako NRND lub EOL w narzędziu do zarządzania BOM.

Te problemy zabierają ogromną ilość czasu nawet po zakończeniu układu PCB. Niestety, biorąc pod uwagę liczbę części w dowolnym BOM, te sytuacje występują z dużym prawdopodobieństwem; nie są rzadkimi wyjątkami.

W tym artykule przyjrzymy się najlepszym praktykom budowania i utrzymywania scentralizowanych bibliotek komponentów, aby Twój zespół sprzętowy mógł działać szybciej i unikać niespodzianek produkcyjnych.

Kluczowe wnioski

• Słabo zarządzane lub zdecentralizowane biblioteki komponentów są głównym wąskim gardłem w projektowaniu PCB, często powodując więcej opóźnień niż prace nad schematem czy układem.
• Gdy każdy inżynier zarządza częściami na swój sposób, pojawiają się duplikaty części, niejednolite obrysy oraz brakujące modele 3D, co prowadzi do błędów i marnowania czasu podczas wyceny i produkcji.
• Mocny, scentralizowany system wymaga jasnego procesu tworzenia części, ustandaryzowanych symboli i obrysów, ścisłej kontroli wersji oraz określonych ról w procesie przeglądu i zatwierdzania.
• Skuteczne scentralizowane biblioteki zawierają funkcje takie jak podgląd części, śledzenie użycia w różnych projektach, widoczność cyklu życia/statusu, aktualizacje na całym ekosystemie, komentarze oraz najnowsze sprawdzenia stanu i dostępności.
• Stałe utrzymanie oraz jasne zasady dostępu i uprawnień zapewniają, że biblioteka pozostaje dokładna, wspiera alternatywne rozwiązania i utrzymuje projekty sprzętowe w ruchu bez niespodzianek związanych z łańcuchem dostaw w ostatniej chwili.

Co się dzieje, gdy każdy robi po swojemu

Załóżmy, że masz pięciu inżynierów. Każdy zarządza częściami na swój sposób. Jeden inżynier ustawia wszystkie piny jako „pasywne”, bo to szybsze. Inny spędza zbyt dużo czasu na doskonaleniu każdej części. Kolejny po prostu pracuje z pobranymi bibliotekami części takimi, jakie są, po kilku szybkich wizualnych sprawdzeniach.

Przewińmy dwa lata do przodu przez wiele projektów. Kończysz z:

• Ten sam mikrokontroler STM32 zapisany pod czterema różnymi nazwami.
• Obrysy rezystorów z różnymi dziedzińcami i padami (co ma znaczenie dla poziomów gęstości IPC).
• Części bez modeli 3D lub z różnymi modelami 3D, więc mechanicy nie mogą niezawodnie sprawdzać luzów.
• Układy, które nadal są oznaczane jako przestarzałe, nawet w nowych projektach.

Często dowiesz się, czego brakuje, dopiero gdy próbujesz uzyskać wycenę. Przeoczysz jeden mały szczegół = możesz łatwo stracić cały dzień pracy.

Jak Naprawić Problem Z Uciążliwymi Częściami (Bez Szaleństwa)

Oto co działa w praktyce. Istnieje sześć głównych kroków, aby zbudować solidny, scentralizowany przepływ pracy komponentów, który wyłapuje błędy zanim staną się opóźnieniami, przeprojektowaniami lub utraconymi zleceniami.

• Dla jeszcze bardziej szczegółowego podziału, zobacz dedykowany artykuł o zarządzaniu biblioteką ECAD, jeśli Twój zespół potrzebuje głębszego zanurzenia.

Krok 1: Zdefiniuj Swój Przepływ Pracy Tworzenia Komponentów

Każda część, którą tworzysz, potrzebuje:

• Symbolu schematycznego
• Obrysu PCB
• Informacji o komponencie (szczegółowy opis komponentu, producent, numer części producenta, kluczowe specyfikacje takie jak napięcie i prąd, link do karty katalogowej lub plik, modele symulacyjne itp.)
• Miejsca przechowywania, do którego każdy ma dostęp

To jest Twoja baza wyjściowa. Każdy projekt sprzętowy wymaga tego dla każdego komponentu.

Krok 2: Tworzenie symboli schematycznych w sposób uniwersalny

Dla symboli schematycznych:

• Użyj standardowych symboli IEC/IEEE. Starsi inżynierowie mogą szybciej czytać Twoje schematy. Jeśli musisz pokazać rzeczywisty układ pinów do debugowania, stwórz drugą wersję symbolu.
• Poprawnie ustaw typy pinów. Nie oznaczaj wszystkiego jako „pasywne”. Użyj wejścia, wyjścia, dwukierunkowości, zasilania według potrzeb (odwołaj się do karty katalogowej). Poprawne typy pinów pomagają DRC automatycznie wyłapywać problemy.
• Dodaj szczegółowy opis. Napisz, co urządzenie robi i gdzie jest używane, np. „STM32F4 ARM Cortex-M4, 168 MHz, używany do sterowania silnikiem w produktach A, B, C”. Przyszły Ty podziękuje Ci.
• Dołącz wewnętrzny numer części firmy. To pozwala Ci mapować wiele numerów części producenta na to samo wewnętrzne urządzenie.
• Przechowuj symbole w miejscu dostępnym dla wszystkich. Użyj dysku sieciowego z kontrolą wersji, przechowywania w chmurze z wbudowanym wersjonowaniem lub Git/SVN.
• Jeśli to możliwe, użyj podglądów symboli i obrysów.Wybierz system lub PLM, który umożliwia podgląd bez konieczności pobierania lub przesyłaj obrazy podglądowe symboli, śladów i modeli 3D.

Krok 3: Obsługa śladów bez nadmiernego zastanawiania się

Ślady są łatwiejsze niż symbole. Postępuj zgodnie z tymi krokami:

• Nazwij je używając IPC-7351. To zapewnia spójne, znaczące nazewnictwo.
• Pobierz standardowy pakiet startowy śladów. Zdobądź swoje powszechne 0201, 0402, 0603, 0805, 1210, SOIC, SSOP i inne standardowe ślady od zaufanego źródła (np. Octopart) za jednym razem. To pokrywa większość części, których będziesz używać.
• Dla niestandardowych modeli urządzeń, pobieraj w miarę potrzeb. Dla złącz, dławików i innych unikalnych części, pobieraj ślady w miarę potrzeby, testuj je lokalnie, a następnie przepuść je przez proces wydania do scentralizowanego centrum.
• Dołącz wzory lądowania dla różnych gęstości płytek. To jest szczególnie ważne dla PCB HDI i aby dopasować metody lutowania używane przez twoich producentów.

Krok 4: Ustaw kontrolę wersji

W jednej z moich poprzednich ról, starszy inżynier elektryk nie korzystał konsekwentnie z kontroli wersji. Kilka miesięcy po rozpoczęciu projektu, Dyrektor ds. Inżynierii zauważył, że wartość rezystora zmieniła się z 3 kΩ na 10 kΩ. Miał wydrukowany schemat z poprzedniego tygodnia pokazujący poprawną wartość.

Prawdopodobną przyczyną: alternatywne rozwiązanie obwodu zostało skopiowane do nowego projektu i wartość rezystora nigdy nie została zmieniona z powrotem.

Ja również popełniłem podobne błędy dotyczące szczegółów projektowania wiązek. Poprawny obwód, ale dwie etykiety przewodów były błędne. W takim przypadku, schemat zapisany w SVN może być użyty do przywrócenia wszystkiego do poprawnych wersji w ciągu kilku minut.

Niezależnie od tego, czy używasz Git, SVN, PLM, czy rozwiązania w chmurze, potrzebujesz cyfrowej kontroli wersji oraz śledzalnego procesu zatwierdzania połączonego z twoim oprogramowaniem do projektowania. Samodzielne notatki wizualne nie są wystarczające.

Krok 5: Proces Zatwierdzania

Nie możesz użyć części w produkcji lub prototypie, dopóki nie zostanie ona zatwierdzona. Oto prosty przepływ pracy zatwierdzania:

1. Szkic Komponentu
    
   • Tworzysz część. Działa funkcjonalnie, ale nie jest zatwierdzona.
   • Oznacz jako Szkic 01, Szkic 02, itd.
      
2. Przegląd Komponentu
    
   • Ktoś sprawdza zgodność obrysu z kartą katalogową.
   • Ktoś weryfikuje numer części.
   • Ktoś sprawdza, czy model 3D pasuje do obudowy.
   • Problemy są zauważane i naprawiane.
      
3. Komponent Zatwierdzony
    
   • Po zatwierdzeniu staje się Rewizją A.
   • Teraz każdy może go używać. To oficjalne.

Jeśli musisz zmienić zatwierdzoną część, przenieś ją z powrotem do szkicu (np. A1), ponownie przeglądaj, a następnie wydaj jako Rewizję B.

Przykład numeracji wersji:

• Szkic 01, Szkic 02, Szkic 03…
• Zatwierdzone → Wydane = Rewizja A
• Następny cykl zmian → Szkic → Przegląd → Rewizja B

Zasada: Zawsze zostawiaj jasny komentarz wyjaśniający kluczową zmianę, którą wprowadziłeś. Nie tylko „zaktualizowano część”, ale „Zmieniono typ pinu 7 z nieokreślonego na zasilanie, ponieważ DRC nie przechodził na Arkuszu 4.” Za sześć miesięcy ktoś zastanowi się, dlaczego to zmieniłeś i może to cofnąć. Komentarze temu zapobiegają.

Krok 6: Kto Przegląda i Zatwierdza Co

Posiadanie standardowego procesu zatwierdzania sprawia, że wszystko jest szybsze i bardziej niezawodne.

Przypisz jasne własności:

• Jeden starszy inżynier zatwierdza wszystkie części analogowe.
• Inny zatwierdza części cyfrowe.
• Inżynier mechanik sprawdza modele 3D i luz.
• Dyrektor lub lider daje ostateczną zgodę.

Umieść nazwisko właściciela w informacjach o części. Gdy ktoś ma pytanie dotyczące STM32, dokładnie wie, do kogo się zwrócić.

W firmach z dziesiątkami tysięcy komponentów, często przypisuje się znaczną część zarządzania biblioteką jednemu inżynierowi i dodaje więcej osób w miarę potrzeb. Projektanci PCB mogą wtedy skupić się na układzie, inżynierowie elektronicy na obwodach, a inżynierowie sprzętowi na integracji systemu.

W miarę rozwoju firmy możesz nawet mieć pełnoetatowego „bibliotekarza”. Wszystko przechodzi przez niego, co sprawia, że biblioteka jest bardziej spójna i przewidywalna.

Gdzie przechowywać wszystko

Potrzebujesz jednego miejsca do przechowywania wszystkich modeli komponentów (obrysy PCB, symbole schematyczne, modele 3D itp.). Nie rozrzucone po lokalnych laptopach i losowych folderach.

Typowa strategia: inżynierowie pracują z lokalną kopią biblioteki komponentów, modyfikują ją, weryfikują części w rzeczywistych projektach, a następnie aktualizują komponenty i wysyłają je z powrotem do centralnego repozytorium z kontrolą wersji. Praca bezpośrednio z dysku sieciowego jest możliwa, ale może powodować problemy z wydajnością ECAD.

Jakie kluczowe funkcje powinien zawierać scentralizowany system komponentów?

Dąż do następujących funkcjonalności:

• Podgląd części bez pobierania. Ogromny oszczędność czasu podczas przeglądania komponentów.
• Śledzenie wszystkich projektów, w których użyto części. Musisz wiedzieć, gdzie komponent znajduje się we wszystkich produktach.
• Śledzenie statusu komponentów: przestarzałe, niedostępne, mało na stanie, NRND (Not Recommended for New Designs - niezalecane do nowych projektów). Posiadanie tych informacji przed uzyskaniem wyceny produkcji oszczędza tygodnie wymiany korespondencji.
• Możliwość aktualizacji komponentu w całym ekosystemie. Gdy aktualizujesz obrys rezystora, ta zmiana powinna być propagowana lub łatwo wprowadzana do wszystkich odpowiednich projektów.
• Komentarze i notatki do części. Na przykład: „Ten chip się mocno nagrzewa, dodaj radiator (patrz strona 47 w karcie katalogowej)” lub „Używaj tego obrysu tylko z FR4.”
• Najnowsze sprawdzenia stanu magazynowego. Połącz się z API dystrybutorów lub narzędziami BOM, aby sprawdzić dostępność przed użyciem części.

Jeśli twoje scentralizowane przepływy tego nie wspierają, spędzisz więcej czasu na „opiece” nad częściami niż na projektowaniu płyt.

Twój Nowy Przepływ Pracy Dla Każdej Części

Oto odpowiedni przepływ pracy dla dodania każdej nowej części do twojej scentralizowanej biblioteki:

1. Znajdź część i sprawdź dostawców, ceny, dostępność oraz modele CAD.
2. Sprawdź, czy część jest w produkcji czy przestarzała. Nie używaj przestarzałych części. Szukaj zalecanych alternatyw, jeśli jest to konieczne.
3. Sprawdź obudowę i obrys na PCB. Upewnij się, że obudowa i obrys pasują do siebie rozmiarem i stylem.
4. Uzyskaj model 3D. Jeśli nie jest dostępny w Twoim głównym źródle, sprawdź stronę producenta lub dedykowane biblioteki modeli 3D.
5. Sprawdź stan magazynowy i historię dostępności. Jeśli część często jest niedostępna, wybierz inną część.
6. Znajdź części zamienne. Szczególnie dla układów scalonych. Dodaj rozsądne alternatywy już teraz, a nie gdy Twój główny komponent będzie niedostępny przez 12 tygodni.
7. Konsoliduj dystrybutorów. Preferuj części dostępne od wielu dostawców z rozsądnymi minimalnymi ilościami zamówień.
8. Pobierz kartę katalogową komponentu. Zapisz ją lokalnie na serwerach firmy, ponieważ adresy URL się zmieniają.
9. Zapisz model komponentu i informacje do wspólnej biblioteki z kontrolą wersji.
10. Dodaj krótki komentarz, dlaczego ustawiłeś lub zmieniłeś część. Następnie wypchnij zmiany.

Robiąc to konsekwentnie, unikniesz wielu nieprzyjemnych niespodzianek później.

Części zamienne mają większe znaczenie, niż myślisz

Dla części zamiennych:

• Wymień numery części zamiennych w informacjach o części.
• Zanotuj wszelkie zmiany w obwodzie (inne rozmieszczenie wyprowadzeń, specyfikacje lub tolerancje).
• Jeśli to możliwe, przetestuj obie części przed zatwierdzeniem projektu.

Jeśli naprawdę nie możesz znaleźć alternatywy, ponieważ część jest wyjątkowo dobrze dopasowana:

• Upewnij się, że jest szeroko dostępna.
• Preferuj stabilnego producenta.
• Upewnij się, że wielu dystrybutorów ją oferuje.
• Bądź wyraźny, że to ryzyko i je udokumentuj.

Jeśli to możliwe, rozważ również alternatywne projekty obwodów, które realizują tę samą funkcję za pomocą innych części. To staje się częścią twojej biblioteki ponownego wykorzystania projektów.

Utrzymanie Biblioteki Komponentów

Praktyczne tempo aktualizacji:

• Co tydzień: Dodawaj nowe części, gdy zespół ich potrzebuje (korzystając z powyższego procesu).
• Co miesiąc: Aktualizuj starsze biblioteki. Sprawdź, czy są przestarzałe części i zdecyduj, jak je obsłużyć.
• Co sześć miesięcy: Po udanych wprowadzeniach produktu na rynek, dodaj części, które sprawdziły się lepiej niż pierwotnie wybrane.
• Co rok: Odśwież wszystkie komponenty, szczególnie układy scalone, aby zarejestrować zmiany w producentach, przejęciach i przestarzałości.

Podczas aktualizacji pytaj:

• Czy części są nadal produkowane?
• Czy części są dostępne u dystrybutorów?
• Czy są nowsze lub ulepszone wersje?
• Czy do jakichś części potrzebne są alternatywy?
• Czy są teraz lepsze lub tańsze opcje?

Jeśli użyjesz części, która stała się przestarzała dwa lata temu i odkryjesz to dopiero przy zamawianiu, możesz stanąć przed koniecznością przeprojektowania lub ryzykiem zakupu od wątpliwych dostawców.

Połączenie centralnej biblioteki z danymi dystrybutorów lub bazami dostępności pozwala zobaczyć, kiedy części zaczynają się kończyć, zanim zdecydujesz się ich użyć. Rzeczywistość łańcucha dostaw napędza harmonogramy sprzętu.

Dostęp i uprawnienia

Po ustanowieniu solidnego systemu dla bibliotek komponentów, zdefiniuj dostęp:

• Wszyscy istotni inżynierowie elektrycy i elektronicy potrzebują dostępu do przeglądania i pobierania części.
• Niektórzy inżynierowie mechanicy potrzebują dostępu do modeli 3D i śladów, aby sprawdzić dopasowanie w obudowach.
• Narzędzia współpracy ECAD i MCAD czynią to jeszcze ważniejszym, idealnie z udostępnionymi wymiarami komponentów i informacjami o obudowie.

Typowy model uprawnień:

• Każdy zatwierdzony może przeglądać i pobierać części.
• Inżynierowie mogą tworzyć części wersji roboczych.
• Wybrani recenzenci zatwierdzają części.
• Kierownicy/dyrektorzy udostępniają części.

Kiedy działasz oszczędnie, to wszystko może spoczywać na jednym lub dwóch inżynierach, ale dąż do przeglądu przez wiele osób tak szybko, jak to możliwe.

Najczęściej zadawane pytania

Czy inżynierowie mechanicy, firmware i elektrycy powinni korzystać z tej samej bazy danych?

Tak. Jeśli pracują nad tym samym produktem, potrzebują tych samych informacji, szczególnie przy bardziej zintegrowanych przepływach pracy ECAD–MCAD.

Jak zapobiec przypadkowym zmianom w wydanych częściach?

Korzystaj z odpowiednich uprawnień, kontroli wersji i procedur zatwierdzania. Wiele scentralizowanych systemów może blokować wydane pliki. Jeśli Twój tego nie umożliwia, wprowadź ograniczenia uprawnień na swoim serwerze.

Jaki jest odpowiedni harmonogram aktualizacji biblioteki?

Dodawaj nowe części co tydzień, wykonuj masowe aktualizacje co miesiąc, aktualizacje po projekcie co pół roku i pełne odświeżenie raz w roku. Albo zapłacisz cenę teraz, albo zapłacisz więcej później.

Nasz wykonawca nie chce korzystać z naszej biblioteki. Co robimy?

Zrozum ich powody, ale idealnie współpracuj z wykonawcami, którzy są gotowi korzystać z Twojej biblioteki lub zintegrować swoją z Twoim ekosystemem.

Jak radzić sobie z częściami dostępnymi tylko od jednego producenta?

Dokumentuj to jako ryzyko. Jeśli to możliwe, stwórz zapasowy projekt obwodu i uważnie monitoruj stan magazynowy.

Podsumowanie

Tom Hausherr kiedyś powiedział mi na spotkaniu: „Układ PCB jest tylko tak dobry, jak jego biblioteka komponentów”. Gdy masz już ustawioną scentralizowaną bibliotekę, będziesz się zastanawiać, jak kiedykolwiek pracowałeś bez niej.

Z solidnym systemem możesz zarządzać komponentami PCB, uzyskiwać aktualne dane łańcucha dostaw i mieć dostęp do milionów gotowych do użycia części, wszystko to w jednej bezpiecznej bibliotece komponentów PCB.Jeśli chcesz wprowadzić te najlepsze praktyki w życie, zobacz, jak to wygląda w praktyce z Altium Develop.