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

הפוסט <strong>אופטימיזציה של תכנון משותף ורב תחומי</strong> הופיע לראשונה ב-Chiportal.

הסכימה היא מסמך השליטה בכל תכנון מעגלים מודפסים.(PCB)  היא מרכזת את כל כוונת התכנון ומניעה את כל התהליכים במורד הזרם, כולל סימולציה, ניתוח, פריסה, ייצור והרכבה. ככזו, קריטי שהסכימה תשקף במדויק את הדרישות והמפרטים האלקטרוניים של המוצר.

מבחינה היסטורית, המשימה החשובה ביותר היא לוודא שכוונת התכנון הסכימטית הועברה כראוי ובוצעה בדרך כלל בגיליון אחד או בבלוק אחד בכל פעם באופן ידני, עם קצת אוטומציה כדי לסייע בתהליך-כגון ייצוא של כל החומרים לקבצי טקסט או גיליונות אלקטרוניים.

עם זאת, תכנוני המעגלים של היום הופכים יותר ויותר מורכבים והאימות הידני דורש זמן רב. יתרה מכך, האימות הידני של מעגל מורכב מהווה סיכון משמעותי בכך שאינו מזהה טעויות תכנון סכימטיות המועברות, בתורן, לתהליכים במורד הזרם ולבסוף ללוח המיוצר. כתוצאה מכך, הם גורמים לעלות יקרה ומגדילים את זמן ההגעה לשוק. ככל שמתגלה שגיאה מאוחר יותר במחזור התכנון, כך התיקון יעלה יותר, במיוחד אם אב הטיפוס או המוצר נבנה פיזית.

התרשימים של היום פשוט מסובכים מכדי לבצע אימות ידני באופן אמין. במחקר שנערך לאחרונה על ידי קבוצת אברדין %65 מהחברות שנבדקו ציינו כי מורכבות המוצר ההולכת וגוברת היא אתגר התכנון העליון שלהם בתכנון מעגלים מודפסים (איור 1) .

איור 1: אתגרים מובילים בתכנון PCB מקור: קבוצת אברדין.

הממצאים של קבוצת אברדין מחזקים את הביקורתיות של הבטחת התכנון הסכימטי ללא טעויות לאורך כל תהליך פיתוח המוצר. מאמר זה דן באתגר כיצד תהליך סקירה סכימטי יעיל ואוטומטי לחלוטין יכול למנוע טעויות בתכנון סכימטי, ובכך להפחית עלויות יקרות ולשפר את הזמן ההגעה לשוק.

סקירה סכימטית ידנית – כבר לא אופציה

לכידה סכימטית היא בהחלט לא המשימה המרגשת או הזוהרת ביותר בתהליך פיתוח המוצר. למעשה, מהנדסי חומרה רבים מאצילים את המשימה לטכנאים בתוך הצוות, ומספקים שרטוטים ידניים או ייצוגי PowerPoint של המעגל לטכנאי כדי שידע מה לעשות. השגה זו מאפשרת למהנדס החומרה להתמקד במשימות אחרות, כגון אופטימיזציה של מעגלים או בדיקות מעבדה, אך היא גם מגבירה את החשיבות של אימות נכון והבטחה שהסכימה מומשה כראוי.

כשם שלא ניתן לבנות בניין גדול על בסיס חלש, לא ניתן לתכנן מוצר נהדר על תכנון סכימטי חלש. ככל שמורכבות התכנון גוברת וזמן פיתוח המוצר מתקצר, הצורך באימות סכימטי אוטומטי מלא הופך להיות חשוב יותר. ללא אימות סכימטי מתאים, קיים פוטנציאל משמעותי לבעיות חומרה נוספות, לזמן איטי יותר בהגעה לשוק, בהגדלת עליות התכנון ובאיכות מוצר ירודה (איור 2).

איור 2: השפעת אימות סכימטי גרוע ככל שמורכבות התכנון עולה.

במהלך סקירה סכימטית ידנית, צוותים מתמקדים בדרך כלל רק בנושאי התכנון הנפוצים ביותר, כולל:

•  רכיבים שאינם מחוברים כראוי לחשמל ו/או לקרקע

•  מחסור במתח

•  דיודות מכוונות בצורה לא נכונה

•  רשת מקלט חסרה

 • אי התאמת מתח פינים (ספי מתח שונים(

 • מחברי לוחות שגויים

 • בעיות קטנות וכתוצאה מכך עיכובים, עלות וסיכון מיותרים

אמנם לא מדובר בנושאים מורכבים, אך קשה, אם לא בלתי אפשרי, למצוא באופן חזותי את כל המופעים של נושאים אלה בתכנון מורכב. ואלו רק הנושאים הסכימטיים הנפוצים ביותר. יש עוד הרבה בעיות פוטנציאליות שסקירה ידנית פשוטה לא יכולה למצוא.

 אימות סכימטי אוטומטי לחלוטין

כלי האימות (ECAD) התמקדו באופן היסטורי בפריסה ובהיבטים של הייצור ושל התכנון, לא בסכימטיות. בהתחשב בעובדה ש -%78 מכל הפרויקטים חווים שניים או יותר התאמות וכי ניתן לייחס את המקור למרבית הבעיות לשגיאות תכנון סכימטיות, הגיע הזמן להשתמש באימות סכימטי אוטומטי לחלוטין. ביטול שגיאות סכימטיות יכול לגרום לחסכון משמעותי בעלויות ובזמן, וכתוצאה מכך להביא לזמן הגעה לשוק מהיר יותר, לאיכות משופרת של המוצר משופרת ולהקטנת הסיכונים בתכנון (איור 3) .

 איור 3: השפעה של טעויות סכימטיות מופחתות.

על ידי אוטומציה מלאה של אימות סכימטי המתרחש במהלך הלכידה הסכימטית, ולא לאחר מכן, תהליך הפיתוח עובר שמאלה, וכתוצאה מכך מתקבלים יתרונות מוכחים, כגון הפחתת זמן מחזור, עלויות נמוכות יותר וסילוק ספיני תכנון (איור 4).

איור 4: טכנולוגיית משמרת שמאל.

באמצעות ניתוח תקינות סכימטית ע"י Xpedition מתוצרת- Siemens EDA (חלק מתוכנת התעשייה הדיגיטלית של סימנס), יכולים המהנדסים לבדוק באופן מלא את כל הרשתות בסכימה באמצעות בדיקות מוגדרות מראש וספריית רכיבי דגמים נרחבת וחכמה. הבדיקות מתבצעות במהירות במקביל ללכידה סכימטית, כך שהפריסה תצליח בסבירות הגבוהה ביותר כבר בנסיון הראשון.

יותר מ- 125 בדיקות של שלמות סכימטית קניינית של Xpedition הינן ממצות, מהירות ומודעות גם לכוח וגם לטכנולוגיה. הם נועדו לזהות גם שגיאות פרמטריות וגם שיטות תכנון לקויות, והם עובדות עם כל כלי התכנון העיקריים של ה- PCB .רמה זו של ניתוח סכימטי אוטומטי יכולה לחסוך לצוותי התכנון מאות שעות של בדיקה ויזואלית וזמן ניפוי במעבדה.

יש לנצל ניתוח סכימטי אוטומטי לאחר השלמת הסכימה הראשונית, כך שניתן לנתח כל רכיב ורשת באופן מלא. ניתן לעשות זאת לפני שתוכננה הפריסה הפיזית. דו"ח האימות שהתקבל מדגיש איזורי תכנון שיש לדון בהם במהלך סקירת תכנון צוות.

שילוב ניתוח התקינות הסכימטית עם Xpedition מקצר את הזמן הנדרש לסקירה סכימטית תוך הקלה על חייו של המתכנן. ניתן להריץ פרויקט ניתוח ישירות מהסכימה של Xpedition לתכנן מתחים מראש ולהגדיל באופן מיידי את תוצאות הניתוח מבלי לבצע חיפוש נוסף אחר הרשת או הרכיב. תכונות אלה מצמצמות את הזמן הדרוש לניווט בתוצאות ואיסוף נתוני פרויקטים ממקורות מרובים.

המאפיינים העיקריים של ניתוח תקינות סכימטית של Xpedition כוללים:

• 125 + בדיקות אוטומטיות מובנות
• 6+  מיליון דגמים חכמים
• תמיכה ביצירת דגמי מכשירים מותאמים אישית
• בדיקה מלאה של % 100 מהרשתות הסכימטיות
• תמיכה בניתוח קישוריות בין לוחות שונים
• התקנה קלה ותפעול אינטואיטיבי
• תוצאות אינטליגנטיות לאחר עיבוד ודיווח למעקב וביקורת
• תומכת בכל כלי ה- EDA העיקריים
• אין צורך בתשתיות נוספות

מערכת ניתוח תקינות סכימטית של Xpedition מבצעת בממוצע, 400,000 בדיקות לכל תכנון. דוגמה לתוצאות לאחר ביצוע ניתוח תקינות סכימטית של Xpedition על סכימטי מוצגות באיור 5.

איור 5: בדוגמה זו, מערכת ניתוח תקינות סכימטית של Xpedition מצאה 82 בעיות קריטיות ו -235 פגמים וסיפקה 84 אזהרות – הרבה יותר ממה שניתן היה למצוא באמצעות בדיקה ידנית.

ארבעה תחומים בהם מתרחשות טעויות הניתנות למניעה הן: סמלים וספריות, חיבורי רשת, דרישות רכיבים ותקשורת בין מתכננים. מערכת ניתוח תקינות סכימטית של Xpedition יכולה לעזור בכל אחד מהתחומים הללו. אם סמל אינו נכון, יופיע חיבור רשת שגוי, שיסומן על ידי הניתוח. ישנם סוגים רבים של בעיות בחיבור רשת, כגון פין חשמל שאינו מחובר לחשמל (איור 6) או קלט שחסר לו מנהל התקן.

איור 6: בעיות התכנון הקריטיות הנפוצות ביותר שדווחו על ידי סימנס ייעוץ בשנת 2020. אלו היו טעויות שהתגלו בעיצובים של לקוחות אמיתיים באמצעות ניתוח סכמטי. (בניכוי False positives and redundant results) .

יתר על כן, דרישות הרכיב מתבטאות במודלים של ניתוח סכימטי, כולל דרישות pull-up/pull-down  וכיצד יש להתייחס לפין כאשר היא אינו בשימוש. הפרות של כללים אלה מזוהות באופן אוטומטי. ניתוח סכימטי יכול גם לאפשר תקשורת טובה יותר בין מתכנים על ידי דרישה שהם יעבדו יחד כדי להבין את הסכימה ולנקות כל פרט מעורפל, דבר העשוי גם לדרוש תיעוד מסודר. באופן כללי, סוג זה של בדיקות אוטומטיות מהווה את הבסיס לשיטות תכנון טובות.

 סיכום

אחת המטרות העיקריות של כל צוות פיתוח מוצרים היא לצמצם את מספר הבעיות בתכנון לפני שמשחררים את המוצר לשוק. בהתחשב בעובדה שהסיבה העיקרית לבעיות תכנון היא לרוב טעויות תכנון סכימטיות, תהליך הכולל אימות סכימטי אוטומטי לחלוטין יכול להפחית באופן משמעותי את שכיחות הבעיה היקרה הזו. ניתוח תקינות סכימטית של מערכת Xpedition מאפשר בדיקה מלאה של כל הרשתות בסכימה באמצעות בדיקות מוגדרות מראש וספריית רכיבים נרחבת וחכמה.

באופן ספציפי, מערכת ניתוח תקינות סכימטית של Xpedition  מאפשרת:

 • אוטומציה של איתור טעויות תכנון קריטיות

•  מונעת %50 עד %70 ממשימות התכנון הנגרמות על ידי שגיאות סכימטיות ושוליות

 • מספקת את הביטחון כי כוונת התכנון מיושמות בפעם הראשונה

•  מבטלת שעות רבות של סקירה ידנית, מפחיתה סיכון ומספקת החזר השקעה מהיר עם הדרכה מינימלית

ניתן לדגום תכנונים חדשים ולנתח אותם כל הזמן על מנת להבטיח כי שינויי התכנון של הרגע האחרון מוערכים במלואם. ניתן לשלב גם נתונים מתכנונים מרובים כדי לבצע אימות ברמת המערכת. יתר על כן, ניתן לבצע ניתוח תקינות סכימטי על תכנונים גם לאחר שיצאו לשוק כדי לשפר את איכות התכנון האלקטרוני העתידי, להגדיל את התשואה ולהקטין את החזרת המוצרים.

התכנונים המורכבים של היום אינם מאפשרים עוד סקירה ואימות סכימטי ידני. מערכת ניתוח תקינות סכימטי של Xpedition מספקת אימות סכימטי אוטומטי לחלוטין במקביל ללכידה סכימטית. הטכנולוגיה הייחודית הזו מבטיחה בדיקה מלאה של כל הרשתות בסכימה, וכתוצאה מכך מבטיחה פחות ספינים תכנוניים ושיפור זמן ההגעה לשוק.

• ניקול קייל היא מהנדסת שיווק טכני העובדת בקבוצת מערכות ה- PCB של Siemens EDA.

הפוסט כיצד ניתן למנוע שגיאות תכנון סכימטיות באמצעות האימות האוטומטי של סימנס הופיע לראשונה ב-Chiportal.