Opublikowano standardy cyfrowego bliźniaka IPC-2551

8 lutego 2021 roku, IPC oficjalnie wydało IPC-2551: Międzynarodowy Standard dla Cyfrowych Bliźniaków. Ten standard wymiany danych i interoperacyjności był opracowywany od zeszłego roku, zanim został oficjalnie wydany w tym tygodniu. IPC-2551 to pierwszy międzynarodowy standard dotyczący cyfrowych bliźniaków i ma na celu tworzenie inteligentnych łańcuchów wartości z ustandaryzowanymi formatami danych.

Chociaż standard IPC-2551 jest publikowany przez organizację zajmującą się standardami elektroniki, nie zdziw się, gdy niektóre z jego głównych tematów i pomysłów pojawią się w innych standardach cyfrowych bliźniaków. Pomysł cyfrowych bliźniaków sięga 2002 roku, ale dopiero dzisiejszy rozwój mocy obliczeniowej umożliwił praktyczne wykorzystanie takiego cyfrowego konceptu.

Według głównego technologa IPC, Matta Kelly'ego, celem standardu IPC-2551 jest zmniejszenie (a możliwe wyeliminowanie) fizycznego prototypowania: „[Korzyści] z ustanowienia ram cyfrowego bliźniaka oraz narzędzi działających w ramach tych ram zapewnią, że oczekiwania fizyczne zostaną spełnione bez potrzeby tworzenia fizycznego prototypu... IPC-2551 pomoże w optymalizacji procesów, redukując straty związane z produkcją i logistyką, zwiększając produktywność, efektywność i wydajność kosztową.”

Co to jest Cyfrowy Bliźniak?

Zanim zagłębimy się w sedno nowej normy IPC-2551, warto zrozumieć, czym jest cyfrowy bliźniak? W skrócie, cyfrowy bliźniak to cyfrowe odwzorowanie fizycznego obiektu lub systemu reprezentowane na przestrzeni całego cyklu życia. Cyfrowy bliźniak to coś więcej niż tylko plik CAD czy model 3D twojego projektu, to symulacja rzeczywistego obiektu, która inkorporuje dane zebrane z fizycznego bliźniaka w czasie rzeczywistym. Symulacja cyfrowego bliźniaka takiego fizycznego obiektu może być używana do reprezentowania nowego produktu podczas jego projektowania, produkcji i eksploatacji.

Jeśli to brzmi ezoterycznie, po prostu pomyśl o cyfrowym bliźniaku jako o wirtualnym obiekcie, który istnieje obok rzeczywistego obiektu i funkcjonuje w wirtualnym środowisku. Im więcej danych projektowych jest dostępnych do stworzenia cyfrowego bliźniaka, tym dokładniejszy będzie cyfrowy bliźniak. Wymiana danych między produktem a bliźniakiem odbywa się również w przeciwnym kierunku, umożliwiając wykorzystanie cyfrowych bliźniaków produkcyjnych do udoskonalania projektu lub umożliwiając symulację produkcji przed rozpoczęciem produkcji.

Produkt, Produkcja i Cykl Życia w Cyfrowych Bliźniakach IPC-2551

Cyfrowe bliźniaki IPC-2551 są definiowane na trzech różnych poziomach:

• Definicja produktu: Cyfrowy bliźniak reprezentuje pojedynczą instancję projektu produktu lub zakres ściśle powiązanych wariantów produktów, w tym komponenty, historie ECO, dane środowiskowe, dane elektryczne i wiele więcej.
• Informacje produkcyjne: Procesy i dane wymagane do produkcji projektu na dużą skalę są zakodowane w cyfrowym bliźniaku, obejmując wszystko od standardowej dokumentacji fabrykacji/montażu po specyficzne etapy przetwarzania.
• Informacje o cyklu życia: Cykl życia produktu od produkcji po recykling może być zakodowany w cyfrowym bliźniaku, w tym szczegóły takie jak pakowanie, wysyłka i zastosowanie końcowe.

Dla projektantów PCB oznacza to nowe sposoby komunikowania ich intencji projektowych, wymagań produkcyjnych i innych danych łańcucha dostaw do producentów, ale z dodatkową korzyścią wynikającą ze standaryzacji masowej. Dwa typowe przypadki użycia dla cyfrowych bliźniaków w elektronice to:

• Eksploracja projektu, obejmująca zachowanie elektryczne, mechaniczne i inne
• Symulacja przetwarzania i wydajności przy użyciu cyfrowych bliźniaków aktywów produkcyjnych i procesów producenta

Te szerokie przypadki użycia dla projektantów PCB opierają się na innych uniwersalnych standardach wymiany danych od IPC.

Część większego ekosystemu standardów

Niektórzy mogą powiedzieć, że IPC wychodzi poza swoją historycznie kluczową dziedzinę zapewniania jakości producenta i niezawodności projektowania, ale nowa norma IPC-2551 jest zgodna z obecnym trendem integracji między różnymi częściami łańcucha wartości elektroniki. To już ma miejsce poza branżą elektroniczną. Jest to również perspektywiczne, jeśli chodzi o wymianę danych między różnymi aktorami w branży. Wreszcie, opiera się na niedawnych standardach dotyczących wymiany danych, z których każdy wpływa na inny segment branży elektronicznej.

Trzy inne istotne normy IPC, które stanowią podstawę nowej normy IPC-2551, przedstawiono w poniższej tabeli. Jeśli zaczniemy wspólnie przeglądać te standardy, możemy zacząć dostrzegać możliwość integracji między tymi ramami wymiany danych.

Ostatecznie, nowy IPC-2551 definiuje interoperacyjną ramę, w której tysiące aplikacji z wielu źródeł mogą współpracować, dając możliwość narzędziom CAD i producentom wdrożenia wirtualnego prototypowania, nawet na hali produkcyjnej. Opiera się na wymienionych powyżej standardach, aby przechwytywać krytyczne dane projektowe, dane produkcyjne i dane łańcucha dostaw w celu stworzenia cyfrowych bliźniaków produktu.

Innowacyjni dostawcy oprogramowania EDA, tacy jak Altium, będą tutaj, aby pomóc stworzyć ekosystem wokół cyfrowych bliźniaków, dostarczając narzędzia projektowe, architekturę i wsparcie produkcyjne dla projektantów elektroniki. W miarę jak sytuacja wokół standardu IPC-2551 staje się bardziej jasna i zaczniemy widzieć komercyjne rozwiązania, spodziewaj się ich implementacji w Altium Designer® oraz na platformie Altium 365®.