Разработка электроники многими компаниями рассматривается как товар. Это управленческое видение в отрасли неожиданно в свете доклада[1] Aberdeen Group, в котором сообщается, что ведущие компании считают на 50% более вероятным инновации в дизайне электроники, чем в дизайне механизмов.
Разработка электронных продуктов обусловлена постоянными изменениями и решением задач управления данными. В этой статье подчеркивается высокая важность управления библиотекой компонентов и проектными данными с точки зрения развития бизнеса, а не с точки зрения интеграции САПР. Исследования раскрывают последствия плохой организации менеджмента данных и показывают, как удачное решение способно вернуть инвестиции и сэкономить миллионы долларов даже для средних компаний буквально за несколько месяцев.
Ключевым фактором успеха является интеграция в управлении библиотекой и данными компонентов для проектирования электроники, использование всех доступных корпоративных источников данных и создание условий для принятия наилучших проектных решений уже на начальных этапах разработки. Это значительно снижает время и стоимость проектирования благодаря стандартизации и унификации данного процесса, что выходит за рамки возможностей сторонних поставщиков и производителей, которые могут предложить лишь частичные решения.
29 февраля 2012 года стартовали предзаказы на Raspberry PI. 700 заказов в секунду привели к сбою серверов на сайтах дистрибьюторов. Первая партия в 10000 мини-ПК Raspberry Pi была распродана за несколько минут.
Рис. 1. Raspberry Pi – бюджетный карманный компьютер для образовательных целей
Плохая новость для первых нетерпеливых покупателей появилась через пару недель, когда мировая пресса сообщила о том, что Raspberry Pi испытывает большие трудности и задержку с выходом вследствие производственной ошибки. Сторонний производитель без разрешения заменил Ethernet-разъем на более дешевый компонент, что привело к неспособности карманного ПК подключаться к сети интернет. Разработчику пришлось срочно искать поставщика для 10 000 нужных разъемов за короткий промежуток времени.
Рис. 2. Небольшая разница в выбранных компонентах с существенным влиянием на сроки выхода Raspberry Pi
Правильный подбор компонента в процессе проектирования становится еще более критичным, если речь идет о схеме для воздушно-космического модуля. Неправильный коннектор может быстро стать стопором для всего проекта, если он требует замены, которая сопряжена с дорогостоящим перепроектированием и тестированием прототипа, изменением механической конструкции.Выбор компонентов – это прерогатива инженеров. Тем не менее, есть задачи, связанные с производством, которые выходят за рамки инженерного контроля, но при этом требуют гибкости без ущерба качеству. Решение этих задач также не должно быть дорогостоящим и оказывать существенного влияния на график производства.
2011 год был хорошим примером, показывающим необходимость быстрой адаптации. Природные катаклизмы, особенно в Японии и Таиланде, вызвали нехватку во всей промышленности. Компаниям необходим «План Б»: альтернативные компоненты, которые не влияют на техническую спецификацию продукта. Или, что еще лучше, реализация, которая включает допуски, позволяющие использовать альтернативные варианты компонентов.
В случае с Raspberry Pi сторонний разработчик сделал не разрешенный производителем выбор компонента, что существенно задержало время выхода на рынок. Удивительно, как выбор одного единственного компонента может иметь такое значение! На самом деле, очень редко выбор компонента действительно прост, и наличие точной информации о нем может сказаться на всем жизненном цикле проекта. Несмотря на то, что время выхода на рынок не так критично для некоммерческих организаций вроде основателя Raspberry Pi, такие сценарии для коммерческих компаний реализуются каждый день и могут оказывать существенное влияние.
Неполная информация в BOM или неэффективные процессы подбора компонентов создают неопределенность, которая вызывает:
Неэффективные процессы управления ECAD-библиотеками и компонентами создают административные издержки, требуя избыточных ресурсов, дублирования компонентов и дополнительных затрат на производство и инвентаризацию. Отсутствие активных процессов вывода устаревших компонентов из использования может привести к незапланированным дорогостоящим итерациям проектирования и остановкам производства.
Влияние проблем на бизнес, которые связаны с компонентами и библиотекой, может быть значительным:
Аналитическая компания Aberdeen Group разработала две методики исследования рынка, которые выявляют лучшие в отрасли компании и особенности, которые делают их более успешными в сравнении с другими.
Согласно одному исследованию Aberdeen под названием «Why PCB Design Matters to the Executive», лучшие в своем классе компании гораздо успешнее добиваются своих показателей в стоимости продуктов, планировании и качестве. Они постоянно обеспечивают снижение стоимости продукта и времени разработки, в то время как отстающие компании стараются удержать стоимость и время на НИОКР с одновременным увеличением сложности продукта.
Что лидеры делают по-другому? В чем технологические, организационные и инфраструктурные различия, которые делают их более успешными?
На следующей диаграмме выделены две из семи отличительных технологий в процессе проектирования, которые связаны с управлением библиотекой и инструментами, позволяющими выбирать компоненты на основе технических и не технических критериев.
Рис. 3. Технологии в проектировании печатных плат
Во втором отчете «Need to save PCB design time» Aberdeen делает упор на управление данными в процессе разработки электроники. Здесь Aberdeen показывает, что сокращение цикла разработки не приводит к ошибкам и дополнительным итерациям. В этом исследовании также подчеркивается, что 3 из 5 ключевых факторов сдерживания на пути к эффективному управлению данными при проектировании печатных плат, связаны с необходимостью прогнозирования стоимости продукта на ранних стадиях, а также обеспечением в срок полноты и точности данных для производства.
Важным фактором успеха, повышающим предсказуемость затрат на дизайн и обеспечивающим снижение рисков в процессе выпуска и внедрения новых продуктов, является быстрый и легкий доступ ко всей актуальной информации об электрических, коммерческих, логистических данных и жизненном цикле компонентов в вашей библиотеке под управлением защищенной программной среды. Если какой-либо из этих аспектов смещен на более поздний этап процесса разработки, то повышаются риски возникновения дополнительных итераций проектирования и замены компонентов при закупке. Это означает, что идеальным местом для принятия решений является рабочий стол инженеров, а временные рамки для этого выбора – первоначальный подбор компонентов для дизайна.
Рис. 4. Три из пяти ключевых факторов связаны с использованием библиотек
Другие критические данные, связанные со списком материалов, часто доступны на поздних этапах разработки:
Поиск и подбор альтернативных компонентов требуют более широких возможностей, чем простое сравнение списка электрических параметров. Чтобы четко понимать отличия между компонентами, инженеру также требуются инструменты для сравнения графики УГО и ТПП. Часто это трудоемкий процесс, который будет принесен в жертву эмпирическому правилу. Для контроля стоимости, соответствия ТЗ или показателям надежности инженеры должны проводить подробный анализ и определять соответствие компонента всем требованиям. В противном случае неизбежно возникнет необходимость в изменениях, повторных итерациях проектирования и, следовательно, увеличении стоимости продукции и НИОКР.
Отчет[2] DARPA показывает, что 75 % стоимости жизненного цикла продукта закладывается на ранних этапах разработки. Интеллектуальный выбор компонентов с учетом всех влияющих факторов может значительно повлиять на успех продукта.
Рис. 5. Влияние разработки на стоимость на протяжении жизненного цикла продукта
Для большинства компаний в отрасли потребность в раннем масштабном подборе компонентов и принятии решений представляется очевидной. Но почему это не является общепринятой практикой?
Многие компании пытаются реализовать это следующими способами:
Каждое решение имеет возможные ограничения или недостатки. В следующей таблице приведен обзор этих подходов, а также их положительные и отрицательные стороны:
Таблица 1. Общие подходы к управлению интегрированной библиотекой и данными компонентов
Самые дорогостоящие решения – это индивидуальная реализация с высокой долгосрочной стоимостью владения, также, как и управление компонентами ECAD на базе PLM. Этим решениям не хватает глубокой интеграции с инструментами проектирования, они поставляются с высокой стоимостью настройки и требуют использования нескольких приложений на рабочем столе инженера. Остается много вопросов по проверке библиотек и целостности данных, являющихся сферой ответственности специалистов ECAD из-за отсутствия достаточного инструментария для работы с пространством библиотеки.
Стороннее решение обеспечивает хорошую базовую функциональность в маршруте проектирования, связывая инженерные данные (схемы и символы) вместе с информацией о компонентах. Это общий подход, особенно для неинтегрированных маршрутов проектирования, где схемотехника и топология связаны интерфейсом на основе списка цепей (netlist) без централизованной библиотеки. Такое решение также имеет риск рассогласования информации между разработчиками и топологами, в следствии чего могут возникать ситуации, когда появляются задержки в совместной работе из-за несоответствия свойств и назначений. Чтобы избежать этих проблем, пользователи должны разработать свои собственные инструменты проверки свойств, библиотек и т. д. Такую проверку необходимо делать при каждой последующей передаче данных со схемы на плату и обратно, и такие инструменты должны актуализироваться для каждого обновления ECAD.
Интегрированное решение для управления библиотекой ECAD имеет минимальные риски, самый широкий охват случаев применения и может быть установлено с минимальной кастомизацией. Хотя оно и ориентировано на один конкретный маршрут, здесь уменьшаются административные барьеры и предоставляется возможность для глубокой интеграции с корпоративными информационными ресурсами. Такой подход должен быть предпочтительным решением, если он применяется производителем САПР.
Согласно Aberdeen, устранение проблем с целостностью данных и увеличение повторного использования проектов являются двумя из четырех наилучших стратегий в управлении данными проектирования, которые отличают лучшие в своем классе компании от остальных. Это исследование указывает на то, что вам необходимо решение, которое успешно интегрируется в вашу ECAD-библиотеку .
Ниже приведены конкретные требования и преимущества, которые относятся к каждому из этих KPI:
Рис. 6. Графический предпросмотр, информация о жизненном цикле и просмотр альтернативных компонентов снижает время поиска и гарантирует целостность данных
2. Сокращение цикла разработки с учетом уменьшения количества изменений в библиотеке и компонентах.3. Повышение качества продукции благодаря использованию списка одобренных/предпочтительных производителей и компонентов, снижение стоимости хранения и внедрения новых компонентов.
4. Снижение стоимости инфраструктуры и накладных расходов.
Хотя многие из этих задач обычно решаются PLM- или MRP-системой, ключевым преимуществом интеграции библиотеки САПР является предоставление клиентам возможности «сдвига влево» в процессе принятия решений.
Рис. 7. Консолидация данных от САПР и предприятия становится ключевым фактором успеха в электронной промышленности
Эта интеграция не приводит к увеличению вводимых данных или передаче ответственности за ключевые функции в управлении компонентами в среду ECAD-библиотеки. Целью является сбор данных через простые XML-интерфейсы или веб-службы. Обмен информацией о компонентах с разработкой и создание эффективного способа представления этой информации для инженеров становится все более важным фактором успеха для направления проектирования электроники. Чем скорее будет выбран правильный компонент, тем меньше риск для стоимости продукта, качества и графика выхода на рынок.
Инвестиции в инфраструктуру должны быть оправданы. Исследование Aberdeen явно подчеркивает необходимость сокращения времени разработки печатных плат в качестве основного фактора давления со стороны рынка и указывает на необходимость правильной организации доступа к данным печатных плат как одно из решений, которое отличает лучшие в своей отрасли компании.
Для руководства важно понять какова рентабельность инвестиций в такую систему, и как централизованное решение по управлению данными и библиотеками ECAD обеспечивает дополнительные преимущества для существующей инфраструктуры управления жизненным циклом и данными предприятия. В следующей таблице представлены некоторые примеры, где рассматривается компания со штатом в 50 инженеров, 10 000 активных компонентов, стандартным для промышленности внедрением 250 новых компонентов в год и ежегодным объемом закупок компонентов на $ 50 млн.
Область экономии средств |
Критерий |
Типовая экономия за 3 года |
Снижение количества внедряемых новых компонентов | 250 новых компонентов в год, сокращение минимум на 10 % (среднеотраслевой показатель 25 % или выше), $ 20 000 стоимость внедрения нового продукта (NPI), $ 500 годовая стоимость жизненного цикла | $ 1 537 500 |
Эффективность разработки | 50 инженеров, 7,5 % времени на поиск компонентов (среднеотраслевой показатель), 30 % повышения эффективности, $ 100k загрузки в расчете на одного инженера | $ 386 363 |
Снижение затрат на учет и складирование компонентов | $ 50 млн. объем закупки компонентов, 1 % снижения затрат за счет консолидации компонентов, 1 % снижения стоимости управления 10 000 активных компонентов | $ 1 575 900 |
В исследовании Aberdeen показано, как система управления библиотекой и интеграция данных между библиотеками и компонентами выделяет лучшие в своей отрасли компании от остальных. Эти ведущие компании (порядка 20 %) разработали методологии для последовательного достижения целевых показателей по качеству продукции, стоимости и планированию жизненного цикла. Кроме того, они оказались более эффективными благодаря постоянному снижению затрат на НИОКР и продукцию.
Проверенный подход, необходимый для достижения наилучших показателей в области проектирования электроники, заключается в том, чтобы избежать временных задержек, связанных с несогласованностью данных. Этот подход обеспечивается за счет тесной интеграции среды проектирования, ее динамических и комплексных библиотек ECAD и расширения предприятия.
Интеграция между маршрутом проектирования и средой управления библиотекой и данными доказала, что этим достигается максимальная рентабельность инвестиций для данного типа инфраструктуры, что дает возможность клиентам поддерживать целостность данных с минимальным ручным трудом или настройкой.
Проектирование электроники и среда разработки постоянно развиваются вокруг ваших технологических требований как лидера отрасли и новатора. Производители PLM и различных сторонних инструментов могут предоставить некоторые статические, консультативные решения для управления компонентами на основе некоторой универсальной модели. Но только производители вашей САПР способны дать возможность получить максимальную выгоду от ваших ресурсов НИОКР, предоставляя решение, которое будет эффективным и не будет мешать вашему развитию.
Mentor предлагает уникальную систему управления центральной библиотекой и данными о компонентах для средних и крупных организаций – Xpedition Engineering Data Management (EDM). Быстрое развертывание и использование полностью интегрированного в маршрут разработки Xpedition решения, делают EDM ключом к повышению эффективности проектирования и роста бизнеса по разработке электроники.
[1] The Aberdeen Group, “Why PCB Design Matters to the Executive”, 2010
[2] DARPA Rapid Design Exploration and Optimization (RaDEO) project