Thiết kế PCB tích hợp so với các công cụ điểm truyền thống: Chi phí thực sự là gì?

Vào năm 2016, Samsung đã ngừng kinh doanh Galaxy Note 7 sau khi các lỗi trong thiết kế và sản xuất pin gây ra hiện tượng quá nhiệt, cháy nổ và dẫn đến đợt thu hồi trên toàn cầu. Sản phẩm không thất bại vì pin lithium-ion là công nghệ mới hay vì các kỹ sư thiếu năng lực, mà vì quy trình phát triển sản phẩm đã cho phép biên độ an toàn thiết kế không đủ, phạm vi xác thực yếu và biến thiên sản xuất không được kiểm soát đến tay khách hàng.

Trong phát triển PCB, cùng một dạng đổ vỡ quy trình cũng xuất hiện khi dữ liệu thiết kế bị phân mảnh trên các công cụ rời rạc xử lý riêng biệt việc vẽ sơ đồ nguyên lý, layout, mô phỏng và xuất dữ liệu sản xuất. Khi không có một mô hình dữ liệu thống nhất liên kết các giai đoạn này, những lỗi lẽ ra phải được phát hiện sớm vẫn tồn tại đến tận các tệp sản xuất. Chi phí thực sự của quy trình làm việc với các point tool cũ nằm ở rủi ro tích lũy từ dữ liệu không nhất quán, mất khả năng truy vết và phân tích nguyên nhân gốc chậm chạp khi độ phức tạp sản phẩm và gánh nặng tuân thủ ngày càng tăng.

Những điểm chính cần ghi nhớ

• Các quy trình làm việc dùng point tool truyền thống tạo ra chi phí ẩn thông qua các bước bàn giao, làm lại, chuyển đổi tệp và phản hồi bị chậm.
• Môi trường thiết kế tích hợp giúp giảm việc chuyển đổi ngữ cảnh bằng cách kết nối dữ liệu thiết kế, cộng tác, yêu cầu, rà soát cơ khí và chuỗi cung ứng.
• So sánh chi phí thực sự không chỉ là giá phần mềm mà còn là thời gian kỹ thuật, sự đồng bộ của nhóm và các sai sót phát sinh ở hạ nguồn.
• Khi sản phẩm và đội ngũ phát triển lớn hơn, quy trình làm việc phân mảnh trở nên khó quản lý hơn và tốn kém hơn để duy trì.

Chi phí vòng đời so với chi phí giấy phép

Các nhóm kỹ thuật thường đánh giá chuỗi công cụ chủ yếu dựa trên chi phí giấy phép, công sức di chuyển và thời gian đào tạo. Đây đều là những chi phí thực tế, nhưng chúng chỉ phát sinh một lần hoặc theo chu kỳ. Trong khi đó, chi phí quy trình làm việc của một chuỗi công cụ phân mảnh là liên tục: nó lặp lại hàng tuần trong suốt vòng đời của chuỗi công cụ.

Một phép so sánh chi phí đầy đủ hơn phải tính đến số giờ kỹ thuật lặp lại dành cho việc đồng bộ hóa, công việc làm lại do ràng buộc cũ hoặc thiếu, các vòng rà soát bị kéo dài vì không chắc chắn về phiên bản và các ECO phát sinh do thông tin đến quá muộn để ngăn lỗi thiết kế. Ở hầu hết các nhóm, các chi phí lặp lại này vượt qua phần chênh lệch giấy phép ngay trong năm đầu tiên, đặc biệt khi quy mô nhóm hoặc độ phức tạp sản phẩm tăng lên.

Phép tính này còn trở nên bất lợi hơn với các chuỗi công cụ phân mảnh khi sản phẩm đi qua vòng đời của nó. Theo dõi phiên bản trên các hệ thống rời rạc sẽ suy giảm theo thời gian. Khi một sản phẩm quay lại để làm mới sau 18 tháng, hoặc khi một kỹ sư mới tiếp nhận dự án, chi phí để tái dựng bối cảnh thiết kế từ các tệp, email và bảng tính rải rác có thể vượt quá chi phí của nỗ lực thiết kế ban đầu cho phân hệ đó.

Các điểm gãy khi mở rộng quy mô với điều phối thủ công

Một nhà thiết kế làm việc một mình thường vẫn có thể chấp nhận một chuỗi công cụ phân mảnh vì toàn bộ bối cảnh nằm trong trí nhớ của một người. Quy trình này sẽ đổ vỡ tại những điểm mở rộng quy mô có thể dự đoán được:

• Thêm một nhà thiết kế thứ hai cùng làm trên một board, đòi hỏi phải nhận biết thay đổi của nhau theo thời gian thực
• Thêm một người phụ trách ràng buộc cơ khí, người cần khả năng nhìn thấy hai chiều trong môi trường PCB
• Chuyển từ nguyên mẫu sang sản xuất, khi bàn giao cho sản xuất đòi hỏi tài liệu đầy đủ và nhất quán
• Yêu cầu các đợt rà soát thiết kế chính thức với khả năng truy vết giữa yêu cầu và phần triển khai
• Hỗ trợ đồng thời nhiều dự án đang hoạt động, nơi việc chuyển đổi ngữ cảnh giữa các dự án làm nhân lên chi phí đồng bộ hóa

Tại mỗi điểm gãy này, gánh nặng điều phối thủ công tăng theo kiểu phi tuyến. Nhóm либо phải chấp nhận phần chi phí này dưới dạng năng suất thấp hơn, hoặc lỗi bắt đầu lọt sang công đoạn chế tạo và lắp ráp.

Các dạng lỗi phổ biến trong quy trình làm việc phân mảnh

Bảng sau ánh xạ các tình huống lỗi cụ thể với nguyên nhân gốc và điểm phát hiện điển hình. Mỗi trường hợp đều là ví dụ mà một môi trường tích hợp với luồng ràng buộc trực tiếp có thể либо ngăn lỗi xảy ra, либо làm lộ lỗi ngay lập tức.

Đánh giá độ sâu tích hợp

Không phải mọi môi trường tích hợp đều cung cấp cùng một mức độ luồng ràng buộc. Khi đánh giá liệu một nền tảng có thực sự giải quyết bài toán phân mảnh hay không, những câu hỏi phù hợp là:

• Các ràng buộc cơ khí (biên dạng board, vùng cấm, chiều cao linh kiện) có được truyền hai chiều giữa MCAD và ECAD mà không cần trao đổi tệp thủ công không?
• Các quyết định về BOM và chuỗi cung ứng có hiển thị ngay trong môi trường thiết kế hay phải chuyển sang một cổng riêng biệt?
• Lịch sử phiên bản có ghi lại ai thay đổi cái gì, khi nào và vì sao, trên mọi miền trong một dòng thời gian duy nhất không?
• Các nhận xét trong rà soát thiết kế có thể gắn trực tiếp vào các đối tượng thiết kế thay vì nằm trong một tài liệu hoặc chuỗi email riêng biệt không?
• Các thay đổi ràng buộc có tự động lan truyền tới các rule bị ảnh hưởng hay phải nhập lại thủ công?

Các câu trả lời sẽ quyết định liệu nền tảng đó có loại bỏ các lỗi bàn giao hay chỉ đơn thuần gom giao diện người dùng lại trong khi vẫn giữ nguyên sự phân mảnh dữ liệu bên dưới.

Quy trình làm việc thống nhất cho thiết kế PCB phức tạp ở quy mô lớn

Khi đội ngũ phát triển lớn dần và thiết kế trở nên phức tạp hơn, các khoảng trống giữa các point tool ngày càng khó quản lý. Altium Agile Teams được thiết kế cho giai đoạn tăng trưởng này, khi điều phối, khả năng hiển thị và các đợt rà soát có thể lặp lại quan trọng không kém chính năng lực thiết kế. Nền tảng này cung cấp một môi trường dùng chung nơi dữ liệu thiết kế PCB, bối cảnh cơ khí, quyết định BOM và thông tin chi tiết về chuỗi cung ứng hội tụ lại với nhau.

Với Agile Teams, các bên liên quan ở mảng điện, cơ khí, sản xuất và tìm nguồn cung có thể cùng rà soát một bối cảnh thiết kế luôn được cập nhật, thảo luận thay đổi ngay tại chỗ và thống nhất quyết định sớm hơn trong quy trình. Thay vì phụ thuộc vào các bản xuất, bảng tính và trao đổi ngoài luồng, các nhóm có được cái nhìn rõ ràng hơn về những gì đã thay đổi, vì sao thay đổi và điều đó có ý nghĩa gì ở các công đoạn hạ nguồn.

Bằng cách giảm ma sát giữa công cụ và con người, Altium Agile Teams giúp các nhóm phần cứng đang phát triển dành ít thời gian hơn để quản lý quy trình làm việc và nhiều thời gian hơn để cung cấp các thiết kế đáng tin cậy.

Tìm hiểu thêm về Altium Agile Teams và xem cách các quy trình làm việc tích hợp có thể giảm ma sát khi nhóm của bạn mở rộng quy mô →

Câu hỏi thường gặp về việc chuyển sang thiết kế PCB tích hợp

Các point tool của chúng tôi đã được thanh toán rồi. Tại sao phải chuyển đổi?

Vì giá công cụ chỉ là một phần của chi phí. Nếu quy trình giữa các công cụ tạo ra sự chậm trễ lặp lại, nhầm lẫn và công việc làm lại, thì chuỗi công cụ rẻ hơn vẫn có thể tốn kém hơn về tổng thể.

Làm thế nào để định lượng phần tiết kiệm trong cộng tác?

Hãy bắt đầu từ thời gian kỹ thuật. Đo xem nhóm của bạn dành bao nhiêu giờ cho việc xuất dữ liệu, dọn BOM, chi phí rà soát thiết kế, các vòng làm rõ, điều phối tệp và khắc phục các vấn đề do thiếu khả năng hiển thị kịp thời. Những giờ đó chính là chi phí quy trình làm việc, ngay cả khi chúng không xuất hiện trong ngân sách phần mềm.

Chúng tôi có thể di chuyển thư viện một cách an toàn không?

Điều đó phụ thuộc vào lộ trình di chuyển và các công cụ liên quan, nhưng câu hỏi đúng cần rộng hơn: môi trường mới có bảo toàn dữ liệu thiết kế quan trọng đồng thời giảm sự phân mảnh về sau hay không? Di chuyển thư viện nên được đánh giá cẩn thận, nhưng không nên làm dừng cuộc trao đổi trước khi hiểu rõ tổng chi phí quy trình làm việc.

Việc di chuyển nghe có vẻ quá tốn công sức.

Di chuyển đúng là cần nhiều công sức. Nhưng ma sát lặp đi lặp lại cũng vậy. So sánh ở đây không phải giữa có công sức và không có công sức. Mà là giữa nỗ lực chuyển đổi một lần với lực cản quy trình kéo dài liên tục.

Chúng tôi có bị mất khả năng tương thích không?

Khả năng tương thích cần được đánh giá trực tiếp, không nên giả định. Mục tiêu thực sự là cải thiện tính liên tục mà không giam dữ liệu thiết kế hoặc khiến việc cộng tác về sau trở nên khó khăn hơn.