Что такое управление данными о печатных платах

Для эффективного проектирования и производства любой печатной платы требуется управлять данными. Каждый проект печатной платы включает в себя массу сведений о компонентах, расположении посадочных мест, физической компоновке, а также файлы для производства. Может потребоваться и другая документация, которая отсутствует в используемом программном обеспечении для проектирования печатных плат. Разработчик должен отслеживать эту информацию и управлять ею, потому что работа с неполными или устаревшими данными приведет к тому, что итоговое изделие не будет работать должным образом.

Управление данными о печатных платах охватывает требования и проектные данные в нескольких областях. Во-первых, существуют функциональные требования: что должен делать конечный продукт, каковы его спецификации, допуски и условия эксплуатации. Во-вторых, у каждого компонента есть связанные с ним данные разных типов (технические характеристики, которые хранятся в электронном виде в библиотеке инструментов проектирования и т. д.). В-третьих, имеются данные о самой печатной плате, свойствах ее материалов, физическом макете и производственных требованиях. Наконец, не каждый проект начинается с нуля, и в качестве отправной точки в нем могут повторно использоваться элементы прошлых удачных изделий.

Важнейшие вопросы, которые стоят перед проектировщиком:

• Есть ли у меня все необходимые данные?
• Верны ли и актуальны ли мои проектные данные?
• Кто-нибудь внес изменения, о которых я еще не знаю?

Эта статья поможет инженерам-проектировщикам ответить на эти вопросы, а также покажет, как современные инструменты меняют процессы управления данными в профессиональных проектных бюро и у OEM-производителей.

Что такое управление данными о печатных платах

Управление данными о печатных платах широко определяется как сбор, хранение, проверка, использование, распределение и обновление данных, используемых при проектировании, изготовлении и сборке печатной платы. Массив данных пополняется на протяжении всего процесса проектирования печатных плат, в том числе:

• при формулировании требований к проекту и устройству (ТЗ);
• при начальном проектировании, когда создается эскизный проект и собираются данные о компонентах;
• во время физического проектирования, когда в программном обеспечении САПР создаются механические и электрические проекты;
• после передачи проектов в производство, где подготавливаются окончательные проектные данные, которые будут использоваться при изготовлении изделий.

Решения, касающиеся одного аспекта проекта, приводят к изменениям других элементов, например если компонент печатной платы становится слишком высоким, то приходится адаптировать форму корпуса. Изменение условий эксплуатации означает, что в проекте необходимо учесть другие температуры окружающей среды или более высокие уровни вибрации. Конструкция некоторой секции логики управления может потребовать от системы питания обеспечить мощность в пределах других допусков. Список возможных изменений бесконечен. Крайне важно, чтобы у разработчиков были процессы управления данными, позволяющие учитывать любые изменения.

Эти проблемы усугубляются, если работу над новым продуктом ведут несколько команд, будь то на уровне печатной платы или механической части. Например, процессы управления данными должны гарантировать, что все в команде разработчиков будут знать об изменениях в спецификации или о замене компонента на другой с другими физическими или электрическими характеристиками. Если данные собираются в общие системы, доступные для всех участников проекта, отслеживаемые изменения и новая информация могут быть видны всем разработчикам.

Добавим немного деталей в это определение. Прежде чем говорить о самом управлении данными, необходимо понять, какую информацию мы планируем собирать, каким образом и где именно. Если вы проработали в сфере разработки печатных плат достаточное время, то знаете, что проектирование плат в значительной мере связано с использованием готовых шаблонов. В большинстве проектов печатных плат за основу берутся одинаковые или очень похожие данные, а их источники часто одни и те же. Прошлые наработки позволяют упростить создание нового проекта. Начальная информация играет ключевую роль в успехе всего проекта. Я бы добавил, что если начальная информация для проекта печатной платы неточна, то, скорее всего, проект также будет неточным. В начале очень важно сосредоточиться на качестве, а не на количестве информации.

Создание и получение данных

Данные будут создаваться и собираться всеми участниками проекта, включая команду проектирования печатных плат, производителя продукции, внешних подрядчиков и конечного клиента. К таким данным, помимо прочего, относятся:

• начальная проектная документация, включая требования заказчика и ТЗ;
• основные проектные данные, включая схемы и сведения о компоновке печатной платы;
• любые модели компонентов, к которым могут относиться механические части, например разъемы;
• технические характеристики и другие спецификации по компонентам, которые предоставляются поставщиком;
• данные САПР для корпуса, а также информация об используемых в нем материалах и процедуре сборки;
• производственные данные и проектная документация, например сборочные чертежи и данные для оснастки;
• код для микропрограммного/программного обеспечения.

Все эти данные необходимо отслеживать, и не все из них создаются командой проектировщиков печатной платы. Проблема в том, что в процессе разработки данные меняются. Клиенты меняют свои требования. Разработчики устраняют неопределенности, выстраивают предположения и начинают по-другому оценивать стоящие перед ними задачи.

Управлять данными может быть еще сложнее, если вспомнить, что не все данные статичны. Например, допуски по компонентам и их спецификации обычно жестко фиксируются, однако динамические данные, такие как цены на компоненты и сроки поставки, могут меняться ежедневно. Поэтому многие компании внедряют централизованную систему управления жизненным циклом (PLM)/управления предприятием (ERP), которая интегрируется с системой управления запасами и цепочками поставок. По сути, это системы хранения и обмена файлами, но со встроенной иерархией и функциями категоризации, что позволяет отслеживать изменения и новые данные и управлять ими на уровне проекта, файла или компонента.

CAD-модели и спецификации компонентов

Технические характеристики компонентов содержат базовую информацию, которую необходимо получить и проверить до использования в проекте. Это критически важные документы, формирующие фундамент для всей дальнейшей работы, поэтому они должны быть верными. Я был свидетелем множества ситуаций, когда проект строился на предположении о правильности технических характеристик, которые никто не потрудился проверить. Результатом была катастрофа. «Доверяй, но проверяй» — таким должен быть девиз любого проектировщика печатных плат. От того, где создана модель САПР или что указано в технических характеристиках, зависит точность расположения посадочных мест. Такие факты обязательно требуется проверять. Ранее это было одной из должностных обязанностей управляющего документацией по печатным платам.

Спецификации компонентов и печатных плат обычно получают от производителя и не подвергают сомнению. Как правило, никто не объявляет об изменениях спецификаций, поэтому проектная группа сама должна контролировать актуальность используемой версии и отслеживать публикацию уведомлений об ошибках в открытом доступе. Зачастую здесь важно иметь личный инженерный опыт и выбирать компоненты от надежных производителей, которые не были замечены в предоставлении ошибочных данных. Хороший совет: если запчасти берутся у нескольких поставщиков, можно сравнить характеристики от каждого из них. А поставщики, которые ранее допускали ошибки в технических характеристиках, могут быть переведены из категории надежных в категорию требующих дополнительных проверок.

Итак, как определить точность технических характеристик? Правильный подход — использовать несколько источников для проверки информации. Не полагайтесь только на поставщика и его документацию. Ознакомьтесь с разными источниками и поставщиками компонентов и получите от них все технические характеристики. Затем проверьте, совпадают ли они.

Совет профессионала: лично я бы пошел еще дальше. Я бы изучал технические характеристики для других продуктов от таких поставщиков на предмет наличия проблем.

Хранение и безопасность

Следующий пункт — хранение. Получив данные, необходимо обеспечить их хранение и защиту. Это реализуется посредством архитектуры библиотеки компонентов. Практически наверняка структура вашей библиотеки будет отличаться от других библиотек. Однако независимо от этого в ней должны быть реализованы некоторые ключевые функции.

Во-первых, должна быть возможность быстро найти определенные компоненты. Обычно это достигается за счет применения определенной структуры или соглашений об именовании, которые упрощают поиск. Крайне сложно найти что-то в библиотеке, где используются разные типы имен. Для решения этой задачи рекомендуется пользоваться последним выпуском стандартов IPC-7251 (Компоненты со сквозными отверстиями) и IPC-7351 (Компоненты поверхностного монтажа). В них описывается системный подход к именованию посадочных мест, и этих рекомендаций следует придерживаться при создании измененных посадочных мест для стандартных корпусов.

Во-вторых, библиотека компонентов должна иметь легко расширяемую архитектуру. Таким образом, по мере роста компании и числа продуктовых линеек будет расти и библиотека, а также список проверенных и квалифицированных компонентов, доступных для повторного использования в проектах.

Наконец, объединение и управление всеми данными удобно только до тех пор, пока не случится катастрофа, которая затронет все данные. Компьютеры могут ломаться или подвергаться атакам хакеров, данные могут раскрываться в результате утечек из незащищенных файловых служб, электронные письма могут быть удалены или повреждены — все это создает риски раскрытия, потери или повреждения интеллектуальной собственности.

Всех этих целей можно достичь, организовав хранение всех компонентов по категориям и семействам в одном защищенном месте. Эти задачи упрощаются благодаря современным облачным платформам. Вы можете обеспечить безопасность и конфиденциальность сохраненных данных, а также сгруппировать их по нужным категориям, чтобы облегчить проверку и передачу заинтересованным лицам.

Наконец, в процессе проектирования большое значение имеет передача данных конкретным людям и обеспечение безопасности такой информации. Считайте, что использование данных — это внутреннее дело организации, а их передача — внешнее. При передаче любых данных всегда помните о безопасности. Есть два больших массива данных, которые создают в процессе проектирования, — это информация об изготовлении и сборке. И стандартное правило гласит, что эти данные отправляются в противоположные стороны и никогда не должны встречаться. Потому что, получив оба массива информации, недобросовестный человек сможет воссоздать ваш проект.

Проверка

Первое правило проверки заключается в том, что выполнять работу и проверять ее должны разные люди. Если человек допустил ошибку во время работы, скорее всего, он не заметит ее и при проверке. Всегда лучше использовать второго человека, который может взглянуть на данные свежим взглядом.

Проверка — это своеобразный аудит. Пока компоненты или данные находятся на рассмотрении, их следует заблокировать, чтобы они не использовались в уже выпущенных проектах. Этот момент нужно прояснить: прежде чем проект печатной платы будет одобрен для производства, необходимо провести аудит всех новых компонентов. Таким образом, вы обеспечите функциональность конструкции печатной платы и душевный покой для себя.

В процессе проектирования печатных плат определенная информация используется на конкретных этапах. Например, при разработке схемы вы в первую очередь используете сведения о соединениях и движении тока в цепи. Здесь наибольшее значение имеют обозначения компонентов на схеме. Например, инженер-электронщик будет смотреть на параметрические данные о конкретной детали, чтобы убедиться, что она соответствует проектным требованиям к изделию.

А при работе с печатной платой требуется информация о посадочных местах и трехмерная модель. Эти данные используются для проверки трассировки и механических требований. То же верно, когда в работу включается специалист по механике.

Обновление и управление версиями

Последняя часть определения — это обновление, история правок и управление версиями. Большинство данных, используемых при проектировании печатных плат, являются динамическими (а не статическими), то есть они постоянно меняются. Это означает, что необходимо разработать план, который позволит определять возникающие изменения и их влияние на процесс обновления в базе данных. Таким образом, данные всегда будут соответствовать требованиям вашей компании, а также постоянно меняющейся электронной промышленности.

Одной из проблем является то, что наборы данных в проектах печатных плат, как правило, весьма обширны и содержат несовместимые элементы. Данные в системах САПР для электротехники (ECAD) и для механических устройств (MCAD) редко можно сопоставить друг с другом, не говоря уже об их сопоставлении с данными в инструментах управления требованиями. Для эффективного управления данными требуется единое интегрированное решение, которое с точки зрения проектной команды позволит легко связывать инструменты с управляемыми библиотеками данных.

Любое такое решение должно объединять статические и динамические данные из разных источников в единую систему с актуальной и достоверной информацией, на которую разработчики могут положиться. Большое значение имеет автоматизация этого процесса, которая позволяет минимизировать накладные расходы на управление данными и устранение ошибок, связанных с человеческим фактором. Для этого в данной работе нужно подключить цепочку поставок, обеспечить наличие источника проверенных данных о компонентах и внедрить интегрированную систему управления версиями в процессе проектирования.

Внедрение такого решения, как Altium, для создания единой платформы управления данными в процессе разработки станет фундаментом для эффективного управления всеми проектными данными. Однако это только начало, поскольку еще потребуется создать автоматизированные процессы для жизненного цикла разработки, которые помогут исключить человеческие ошибки и гарантировать достоверность набора данных. Отслеживание изменений в динамических данных и управление обновлениями набора данных может быть трудоемкой задачей, которая идеально подходит для автоматизации, учитывая потенциальные последствия использования ошибочных или устаревших данных.

Если вам нужно управлять данными из проектов Altium Designer^®, вы можете использовать функции интегрированной библиотеки и базы данных для отслеживания проприетарных компонентов и проектов на платформе Altium 365^™ или в локальном экземпляре Altium Concord Pro. Эта уникальная система в том числе отслеживает производственные данные для каждой версии проекта. Вы также получите доступ к новейшим данным о компонентах от основных дистрибьюторов, а также к информации IHS Markit о состоянии жизненного цикла компонентов.

Мы лишь поверхностно рассмотрели некоторые возможности Altium Designer на Altium 365. Начните использование бесплатной пробной версии Altium Designer + Altium 365 сегодня .