אופטימיזציה של תכנון משותף ורב תחומי

במאמר זה ברצוני להתמקד בתכנון ושיתוף פעולה על פני מספר תחומים (למשל, אלקטרוניקה, חשמל ומכניקה) וכיצד חיווט דיגיטלי מאפשר זאת.

מהירויות העברת נתונים הדרושות כיום במערכות אלקטרוניות חייבו התייחסות לעיכוב ואיכות הפצת האות לא רק בתוך האלקטרוניקה, אלא גם באמצעות רתמות התיל. גורמי צורה הדוקים יותר הפחיתו למינימום את המעגל המודפס האופייני, שבו ללוח מלבני פשוט היה מספיק מרווח לכך שרק לעתים רחוקות יווצרו בו בעיות. מעגלים קשיחים/גמישים מדגישים לעתים קרובות תכנון ECAD/MCAD חוצה תחומים עם הערימות המרובות והכיפוף שלהם. וגם אם מושגת צורה/התאמה, מערכות בעלות ביצועים גבוהים עם פיזור חום משמעותי צריכות להבטיח זרימת אוויר/נוזל נאותה דרך המבנה.

טכנולוגיות מתפתחות כמו ייצור מתווסף (additive manufacturing ) יניעו חיבור נוסף בין התחומים; למשל, הפוטנציאל להדפיס חיבורים בלוחות גוף רכב במקום להשתמש בכבלים וברתמות תיל או אלקטרוניקה יצוקה לקווי המתאר של לוחות המכשור.

עולמות האלקטרוניקה, החשמל והמכניקה דומים וייחודיים בו זמנית. תכנון אלקטרוני (מערכות חומרה) ותכנון חשמלי (החיווט בין החומרה ליצירת מערכות אלקטרוניות גדולות יותר) פועלים באופן טבעי יחד ולעתים קרובות התבלבלו בינהם מאז ששניהם נקראים "ECAD", ושניהם מעסיקים מהנדסי חשמל.  תכנוני החשמל והאלקטרוניקה חולקים גם אתגרים משותפים בעת השילוב עם תכנון מכני.

מבחינה היסטורית, שיתוף פעולה בין תחומי נבלם על ידי מספר בעיות. לתחומים השונים היו שרשראות כלים שונות לחלוטין, התמחויות שונות, שפות/מונחים שונים לתקשורת ומסדי נתונים שונים. זה היקשה על העברת שינויים בזמן ששני התחומים התנהלו במקביל. הטוב ביותר שניתן היה לצפות לו היה אימייל, ציורים על פתקי פוסט-איט או "עכבר מונע קול" (בהנחה שהם נמצאים באותו מתקן).

מורכבות התכנון הניעה גם את השימוש בסימולציות רב-תחומיות של התיאום הדיגיטלי (למשל, שלמות האות/הספק, אלקטרומגנטיקה, תרמית, מבנית ואקוסטיקה) כדי למזער איטרציות ולשפר מוצרים, אבל מעבר נתונים לתוך כלים אלה מעוכב על ידי אותו הדבר.

בעיות. התוצאה הייתה תקשורת נדירה, עם אימות דיגיטלי מוגבל או ללא אימות כלל. זה לא היה נדיר לחכות עד לאינטגרציה של המערכת כדי להבין שדברים לא מתאימים. מחקרים של חב' אברדין הראו ש-59% מהמוצרים המורכבים ידרשו לפחות שתי איטרציות תכנון נוספות כדי לטפל בבעיות אלקטרו-מכניות. 68% מהחברות מציינות את סנכרון הנתונים האלקטרו-מכני כאתגר משמעותי. בינתיים התעשייה התפתחה, וסיפקה חיווטים דיגיטלים בצורה של פורמטים סטנדרטיים בתעשייה.

לפני עשרות שנים, DXFs הפכו לדרך נפוצה להעביר נתונים גרפיים, אך המידע היה מוגבל מאוד (לעתים קרובות דו-ממדי, ללא אינטליגנציה לגבי אובייקטים), ולכן נדרשה פרשנות, כך שהוא שימש בדרך כלל רק בנתיב חד-כיווני מ-MCAD ל-ECAD. STEP איפשרה יותר בינה תלת מימדית, כולל מארזים.  IDF נבנה לשיתוף פעולה דו-כיווני, אך הוא העביר את כל בסיס הנתונים ללא כל מעקב לזיהוי שינויים. IDX נתן לנו את היכולת לשלוח שינויים מצטברים ויכולת מעקב. כדי לייעל עוד יותר את שיתוף הפעולה, צמדי כלים מסוימים מספקים אינטגרציה של נתונים אפילו מעבר לפורמטים הסטנדרטיים הללו. זהו צעד חיובי אך דורש סינכרון של כל שחרור הכלים בשרשרת. חברות מסוימות יצרו כלים הממזגים תחומים אך חסרים מספיק עומק, ובסופו של דבר הם מוגבלים לשימוש בתכנונים פשוטים יותר.

כיום, רוב הכלים תומכים במספר פורמטים, אך אימוץ הגישות המתקדמות ביותר מוגבל. חלק מזה נובע מאינרציה ארגונית – קשה לשנות תהליכים, במיוחד כאשר ייתכן שנוצר קוד מותאם אישית כדי לפצות על חוסר יעילות. זה אפילו קשה יותר לשינוי אם מעורבים מספר דומיינים, עם צוותים מיוחדים ושרשרות הכלים הייחודיות להם.

עם זאת ההבטחה לתכנון משותף אופטימלי על פני מספר תחומים המאפשרים חיווט דיגיטלי היא משמעותית. מחקרים מראים שתהליכי שיטות עבודה מומלצות יכולים לצמצם אבות טיפוס פיזיים וספינים חוזרים באמצעות תקשורת עקבית ואיטרטיבית כדי למנוע עיבוד חוזר מאוחר בתהליך התכנון. ניתן להגדיל משמעותית את היעילות ההנדסית, תוך הפחתת עלות וזמן הפיתוח. כך שהצלחה כבר במעבר ראשון היא הרבה יותר סבירה. ניתן ליצור תכנונים חזקים יותר באמצעות שיתוף פעולה ואימות נרחבים.

בואו נסקור את היתרונות של תכנון משותף בין תחומים אופטימלי:

הגדלת הפרודוקטיביות

• מאפשר תרחישי "מה היה אם" כדי למנוע איטרציות תכנון גוזלות זמן

• מאפשר למתכנני ECAD ו-MCAD לתכנן במשותף בסביבה משלהם מבלי ללמוד כלים חדשים

• מספק יותר זמן לפרויקטים חדשים עקב פחות חזרות תכנון

שיפור חוסן התכנון

• מקל על האופטימיזציה של גורמי הצורה הקומפקטיים המורכבים של היום

• מבטיח איכות, אמינות וביצועים גבוהים יותר עם אימות מוקדם של התיאום הדיגיטלי

• מטבעו פחות נוטה לשגיאות ולכן מפחית סיכון

הגברת שיתוף הפעולה והיעילות

• מספק תקשורת עקבית ואיטרטיבית לאורך תהליך הפיתוח

• מאיץ את קבלת ההחלטות לשינויים מוסכמים הדדיים

• משפר בדיקות תלת מימד והתנגשות לתוך תחום ה-ECAD

השגת הצלחה בתכנון הראשון

• מספק תהליך משולב כדי למנוע עיבוד חוזר עקב בעיות אלקטרו-מכניות

• מפחית חזרות תכנון על ידי אימות כוונת התכנון לאורך תהליך הפיתוח

• מגדיל את ההסתברות לעמוד ביעד השקת המוצר

אז איך נראית פריסה של שיטות עבודה מומלצות? להלן מספר המלצות:

• ברור שככל שהחיבור בין הכלים בכל תחום הדוק יותר, מעבר הנתונים נקי יותר ויעילות שיתוף הפעולה גבוהה יותר. התקן התעשייה לאינטגרציה אלקטרו-מכנית הוא IDX, המאפשר שיתוף פעולה תכוף ומצטבר. אבל כאמור, שילובים הדוקים עוד יותר אפשריים.

• גישה מונעת מודלים, כאשר גם ECAD וגם MCAD חולקים את אותה ספריית רכיבים, יכול להיווצר חסכון זמן משמעותי ביצירת ספרייה וכן בטחון שכל התכנון ההנדסי יהיה תואם.

• כלי תכנון , ECAD תלת מימדים מאפשרים למתכנני פריסה לראות על מה עובד המהנדס מבלי לעזוב את הסביבה המקורית שלהם ולאמת את התכנון שלהם בהקשר זה. באופן דומה, נתוני PCB עד לרמות המעקב והדרך עוזרים למהנדס המכונות לדגום ולדמות במדויק את הלוח בסביבתו.

• בנקודה זו, כפי שצוין קודם , ישנם מספר כלי ניתוח זמינים לאימות התיאום הדיגיטלי לפני אב טיפוס. באופן אידיאלי, אלה פועלים ישירות מחוץ למסד הנתונים של ECAD או MCAD (תאום דיגיטלי בנאמנות גבוהה) כדי למזער את העיבוד מחדש. למרות שאימוץ הכלים הללו נשמע כמו עבודה נוספת, הוכח ש"אב-טיפוס וירטואלי" (ניתוח ואימות במהלך התכנון) חוסך זמן ועלות משמעותיים באמצעות הפחתת ספין חוזר.

ולסיכום המלצה: נסו להסתכל על תהליךהתכנון חוצה התחומים הנוכחי שלכם בצורה אוביקטיבית תוך שימת דגש על חוסר יעילות אפשרית. זה אולי "עובד" היום (כלומר, אף אחד לא מתלונן), אבל כמה צעדים יכולים לשפר באופן דרמטי את הביצועים של צוות ההנדסה שלכם. לנקודת מבט של אנליסט בתעשייה, עיינו בדוח זה.

דייב ווינס הוא מנהל שיווק מוצר ב-  Siemens EDA