PCB Design

Life Elettronica – Migliorare il Time-to-Market riducendo gli errori in Produzione

Questa storia di successo in ambito di Design for Manufacturing del PCB racconta di un’azienda emiliana leader nel settore dell’industrializzazione e dell’assemblaggio di schede elettroniche, che oltre a vantare un’esperienza trentennale nel settore offre una gamma completa di servizi ODM, EMS, ma anche di schede e sistemi elettronici/meccatronici.

La produzione di schede elettroniche è il fiore all’occhiello di Life Elettronica, che è costantemente alla ricerca della migliore tecnologia sul mercato per soddisfare anche il cliente più esigente.

Nel momento in cui un’azienda cliente deve realizzare il prototipo di un nuovo prodotto, Life Elettronica può proporre un servizio di verifica della fabbricabilità basato su Valor NPI, lo strumento di Siemens per il Design for Manufacturing del PCB.

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Life Elettronica

La sfida

Life Elettronica è un’azienda che, nell’ambito della filiera elettronica, opera in un’ottica di servizio, producendo schede elettroniche per conto terzi, in qualità di EMS, o assiemi completi, come ODM. Il suo scopo è quello di aiutare i propri clienti a essere competitivi in uno dei mercati più dimamici e concorrenziali che siano mai esistiti.

Tra i clienti di Life Elettronica domina la necessità di fare fronte a mercati sempre più specializzati e, al tempo stesso, frammentati, nei quali la molteplicità di esigenze espresse dai consumatori finali richiede la realizzazione di lotti industriali sempre più piccoli e più frequenti.

La soluzione

Adesso, nel momento in cui un’azienda cliente deve realizzare il prototipo di un nuovo prodotto, Life Elettronica può proporre un servizio di verifica della fabbricabilità basato su Valor NPI, grazie al quale è possibile individuare preventivamente non solo problemi che potrebbero verificarsi in fase di campionatura, ma anche prevenire errori nel passaggio alla produzione di massa. Al cliente viene così fornita un’analisi esaustiva delle criticità e delle migliorie che è possibile implementare prima ancora di realizzare anche il primo prototipo.

I benefici

Con l’introduzione di Valor NPI, il servizio di verifica della producibilità offerto da Life Elettronica è decollato, consentendo all’azienda di estendere ed integrare i servizi di assemblaggio già offerti ai propri clienti, con i quali si è creato un dialogo continuo, interamente finalizzato alla qualità e alla competitività del prodotto.

Ebook

Life Elettronica. Migliorare il Time-to-Market riducendo gli errori in Produzione

Il nostro e-book racconta la storia di un esempio di verifica della producibilità e di riduzione del gap tra progettazione e produzione . Grazie a questo testo potrai saperne di più su:

  • come accelerare l’Introduzione di Nuovi Prodotti;
  • come ridurre al minimo la necessità di effettuare rilavorazioni;
  • perché analizzare criticità e migliorie ancor prima della fase di prototipazione.
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Damiano RomagnoliLife Elettronica – Migliorare il Time-to-Market riducendo gli errori in Produzione

Storia dell’azienda sempre all’avanguardia nella progettazione elettronica

Questa storia di successo nel PCB Design racconta di un’azienda spagnola, Indra Sistemas, che ha fatto dell’innovazione continua il proprio principio guida, riuscendo a ottenere molti successi nei propri mercati di riferimento.

Il contesto è quello dell’industria elettronica, un terreno di sfide continue, per la sua evoluzione a gran velocità. Un’azienda come Indra, ad esempio, ha iniziato a lavorare con componenti a foro passante (THT), per poi passare alla tecnologia SMT e ai componenti miniaturizzati. Ciò ha consentito di aumentare il numero di componenti per scheda ma, a sua volta, ha richiesto di incrementare fino a 16  il numero di strati. Successivamente, è stata introdotta la tecnologia rigido-flessibile.

Attualmente Indra sta lavorando con segnali ad alta velocità. Secondo Antonio Martínez Mellado, responsabile dell’area routing, “ogni traccia ha una vita propria” e ciò richiede che siani verificati i bus di memoria, i ritardi e i segnali di clock. “Le alte velocità richiedono un trattamento molto meticoloso del segnale e della scelta dei materiali”. La sfida che i progettisti di Indra devono affrontare è l’integrazione della RF con il design digitale e i segnali ad alta velocità.

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Indra Sistemas. All'avanguardia nell'innovazione

La soluzione

In Indra sono state valutate diverse soluzioni, prima di optare per Xpedition, il software di Siemens EDA per il routing di PCB. “Xpedition è uno strumento in grado di rispondere con garanzie di successo a tutte le nostre esigenze di routing” ha detto Antonio Martinez Mellado, manager R&D dell’azienda, “comprese quelle più complesse”.

Xpedition, inoltre, consente la generazione di file di output per effettuare le varie simulazioni e verifiche necessarie,  come nel caso dell’integrità del segnale, per il quale in Indra viene utilizzato HyperLynx. È anche possibile esportare i progetti in formato ODB ++, che consente di tenere sotto controllo le fasi di test e assemblaggio del PCB.

“Abbiamo scelto Siemens EDA non solo per le nostre esigenze di progettazione”, prosegue Martinez Mellado, “ma anche perché i nostri partner chiave lavorano con gli stessi strumenti. Questo ci consente di lavorare in modo molto più efficace“.

Per Indra era inoltre essenziale disporre di un supporto tecnico in lingua e di qualità, per poter essere in grado di affrontare le sfide presenti e future. Tutto questo con l’obiettivo di garantire la producibilità e l’affidabilità dei propri prodotti.

I benefici

Xpedition ha consentito uno studio dettagliato dello stack-up della scheda, per soddisfare le specifiche del progetto. È stato possibile introdurre il Constraint Management per verificare la producibilità delle schede con lo sketch routng, tenendo conto di ciascuno dei parametri necessari, come i componenti, gli strati o gli strati dello stack-up più appropriati, i diversi calcoli di impedenza dei segnali, l’equalizzazione dei bus o la diversità delle vias.

L’utilizzo di modelli 3D ha comportato un salto di qualità per Indra, non solo in termini di rappresentazione grafica, ma anche come prova dei footprint all’interno dei progetti, nonché per l’individuazione di possibili interferenze tra componenti o con altri PCB.

Xpedition inoltre ha consentito ai progettisti meccanici di inviare file STEP per verificare, con strumenti come Solid Edge, se ci sono interferenze tra più schede all’interno di un modulo.

Xpedition lancia costantemente nuove versioni per includere le ultime tecnologie sul mercato e questo rappresenta un vantaggio per aziende come Indra, che riescono in questo modo ad ottimizzare sia i costi sia il time-to-market dei propri prodotti.

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Ebook

Indra Sistemas. Sempre all’avanguardia nell’innovazione

Il nostro eBook racconta la storia di un esempio di successo di PCB Design applicato a progetti complessi con il coinvolgimento di team distribuiti sul territorio. Grazie a questo testo potrai saperne di più su:

  • come integrare con successo RF con il design digitale e i segnali ad alta velocità;
  • come effettuare facilmente uno studio dettagliato dello stack-up della scheda, per soddisfare le specifiche del progetto,
  • come introdurre il Constraint Management per verificare la producibilità delle schede con lo sketch routng, tenendo conto di tutti i parametri rilevanti;
  • come effettuare un salto di qualità con modelli 3D che consentono di tenere sotto controllo le interferenze;
  • come collaborare in modo efficace e fluido tra team di progettazione meccanica ed elettronica;
  • come, grazie a tutto ciò, arrivare prima sul mercato con prodotti migliori e per di più riducendo i costi.
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Dal PCB Design alle nano-particelle, come si arriva a una grande scoperta

Questo caso esemplare di PCB Design è anche la storia di uno dei più grandi successi scientifici del secolo, ottenuto con il duro lavoro di tante persone tenaci e preparate e grazie all’uso di tecnologie potenti e sofisticate.

La storia completa comincia più di un secolo fa, nel 1913, quando, con le prime teorie sulla meccanica quantistica, furono gettate le basi per una delle più grandi rivoluzioni nel nostro modo di vedere il mondo. Assieme alla teoria della relatività di Albert Einstein, presentata nel 1905, la teoria dei quanti di Niels Bohr consentiva di descrivere i fenomeni naturali fondamentali in modo più realistico, rispetto alla fisica classica. In estrema sintesi, la meccanica quantistica – nata proprio allora – descrive la radiazione e la materia sia come fenomeno ondulatorio che come entità particellare. È l’opposto della meccanica classica, nella quale, ad esempio, la luce è descritta solo come un’onda o l’elettrone solo come una particella.

Tra Einstein e Bohr si sviluppò un dibattito divenuto leggendario, che in buona parte è stato risolto nella seconda metà degli anni ‘60, con l’elaborazione del Modello Standard, una teoria fisica che descrive le caratteristiche delle interazioni fondamentali all’interno della materia. Il Modello Standard aveva tra i suoi presupposti fondamentali il ruolo svolto dal bosone di Higgs, un tipo di particella che sta alla base di tutta la materia. Il bosone di Higgs, teorizzato nel 1964, è stato finalmente “visto” dal vivo, e dunque dimostrato, solo nel 2012, grazie agli esperimenti compiuti dall’acceleratore LHC del CERN di Ginevra.

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CAEN. Dal PCB Design alle nano-particelle, come si arriva a una grande scoperta

Da Viareggio a Ginevra, alla ricerca dei segreti della materia

L’LHC del CERN è un acceleratore di particelle che ha un diametro di 27 Km e serve a investigare la struttura della materia su scala subnucleare, cioè a cercare risposte alle domande fondamentali sula realtà. Immaginatevi quanto possa essere sofisticata una macchina del genere! Ebbene, gran parte dell’apparecchiatura elettronica dell’LHC è stata realizzata dalla CAEN S.p.A. di Viareggio, in Toscana.

La CAEN, in quanto spin off dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, è il fornitore di elettronica dei più importanti esperimenti che vengono compiuti in campo fisico. L’azienda fornisce da più di 40 anni le strumentazioni elettroniche più avanzate per i rilevatori di particelle o radiazioni. Forte di rapporti di collaborazione stretti con i laboratori di ricerca, CERN compreso, realizza gli strumenti per indagare fenomeni come la fisica dei neutrini o l’investigazione della materia oscura, ma anche per realizzare strumentazioni in ambito industriale.

Prodotti tipici di CAEN sono gli alimentatori ad alta e bassa tensione per gli esperimenti di fisica delle particelle e le apparecchiature per l’elaborazione numerica dei segnali. Tali dispositivi vengono realizzati grazie a un comparto R&D che è il punto di forza di questa azienda ed è composto da 40 tra fisici e ingegneri. L’R&D di CAEN è proprio quell’elemento che consente di mettere l’elettronica al servizio di una sperimentazione scientifica così avanzata come quella sulle nano particelle.

La necessità di tool di progettazione avanzati

L’altro requisito necessario alla realizzazione dei sofisticati dispositivi di CAEN è la disponibilità di tool di progettazione in grado di gestire schede elettroniche dalle caratteristiche molto spinte. “Quando il nostro team R&D ha cominciato a progettare schede ad alta velocità con memorie DDR4 e segnali fino a 8 Gigahertz” – raccontano i responsabili del progetto hardware in azienda – “non potevamo avere la conferma dal CAD che funzionassero correttamente. Inizialmente ci siamo rivolti a un service esterno che utilizzava HyperLynx, per integrare la simulazione nel flusso di progettazione”.

Il team R&D ha così introdotto PADS Professional in alcune postazioni, non essendo gli altri tool per il PCB Design in grado di gestire progetti di tale complessità, spiegando che: “Progettando con PADS Professional abbiamo potuto riscontrare un’interattività molto più veloce. Specialmente le dimensioni del progetto sono state la caratteristica che ha giustificato una scelta come quella di introdurre in azienda un nuovo tool. È stato necessario un investimento iniziale in formazione, giustificato dalla maggiore velocità di progettazione. In PADS Professional, ad esempio, le regole sono più semplici da impostare sul timing dell’alta velocità. Ma abbiamo notato delle differenze significative anche per quanto riguarda l’elaborazione dei piani diffusi e il routing”.

L'acceleratore LHC del Cern

L'acceleratore LHC del Cern

Quando PADS Professional fa la differenza

Il caso di CAEN è particolarmente significativo per quanto riguarda le differenze tra i vari tool oggi disponibili sul mercato. Se ad esempio altri strumenti facilitano il primo approccio per la loro interfaccia user-friendly, quando il progetto si fa un po’ più complesso è decisamente più vantaggioso adottare un tool come PADS Professional. La possibilità di progettare più velocemente si traduce subito in costi minori e possibilità di arrivare prima sul mercato.

Dal punto di vista strettamente tecnico, il caso che abbiamo raccontato richiama quattro caratteristiche, in particolare, che rendono ineguagliabile PADS Professional.

  1. Il database integrato per progetto, che garantisce l’integrità e la continuità dei dati tra schematico e PCB e lungo tutto il flusso elettronico, tramite un interscambio dati di tipo sincrono.
  2. Il sistema di regole progettuali avanzato, che si basa su una struttura di impostazione delle regole fisiche ed elettriche basata su foglio elettronico e strutturata a livello di database. Ciò garantisce una totale aderenza alle problematiche di progettazione, tramite un’applicazione unica accessibile da tutto il flusso elettronico.
  3. La gestione del planner di piazzamento per gruppi logici, che consente di lavorare non più su ogni singolo componente, ma di pianificare il piazzamento dei PCB tramite le funzioni logiche di schematico.
  4. I simulatori di integrità di segnale pre e post-layout integrati, basati sulla tecnologia Mentor HyperLynx, riconosciuta a livello mondiale. Essa permette il controllo della qualità dei segnali sia in fase di specifica che di realizzazione del PCB, fino alle frequenze più alte oggi utilizzate.

Ecco dunque che si svela un piccolo segreto dietro una grande scoperta scientifica. Per raggiungere gli obiettivi più ambiziosi servono persone competenti, motivate e ricche di immaginazione. Ma anche tecnologie all’altezza. Per realizzarle, è necessario che tutto sia ai massimi livelli, a cominciare dal software utilizzato per la progettazione.

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Ebook

CAEN. Dal PCB Design alle nano-particelle, come si arriva a una grande scoperta

Il nostro eBook racconta la storia di un esempio di successo di PCB Design applicato a progetti complessi. Grazie a questo testo potrai saperne di più su:

  • come un piccolo team di progettazione può disporre di uno strumento software molto sofisticato ma semplice da usare;
  • come garantire l’integrità e la continuità dei dati tra schematico e PCB e lungo tutto il flusso elettronico;
  • come disporre di un sistema di regole progettuali avanzato e utilizzarlo al meglio;
  • come gestire un planner di piazzamento per gruppi logici;
  • come disporre di simulatori di integrità di segnale pre e post-layout integrati.
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PCB Design, 10 motivi validi per scegliere PADS Professional [infografica]

Quando è il momento di scegliere il software più adatto per il PCB Design, i progettisti di circuiti elettronici hanno bisogno di capire qual è l’opzione migliore per le proprie esigenze. I CAD per il PCB Design e la progettazione di circuiti stampati non sono tutti uguali. Attualmente, per i progettisti indipendenti e per i piccoli gruppi di lavoro, la scelta migliore è senz’altro PADS Professional, la suite di strumenti messa a punto da Siemens per gestire l’intero ciclo fi progettazione del prodotto elettronico.

Abbiamo preparato una bella infografica che spiega in estrema sintesi i 10 motivi per scegliere PADS Professional, scelti sulla base dell’esperienza con i nostri clienti. Scarica l’infografica e scopri tutti i vantaggi di PADS Professional!

Clicca sull’immagine per scaricare l’infografica:

infografica pads professional

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Rigid Flex PCB, adesso la progettazione è alla portata di tutti

Il Rigid Flex PCB è in questo momento una delle tecnologie che traina maggiormente il cambiamento nell’industria elettronica. L’adozione del Rigid Flex PCB è spinta dalla necessità di interconnettere elementi nell’ambito di dispositivi sempre più piccoli, affidabili e al tempo stesso economici. Questo oggi vale soprattutto per settori come IoT, indossabili, comunicazioni, automotive, medicale. Il Rigid Flex PCB ha di per sé un potenziale economico notevole: ci si aspetta che generi ricavi per 16,5 miliardi di dollari entro il 2021, con un incremento del 21% nel quinquennio 2016-2021.

Gli 8 motivi alla base della crescita della domanda di Rigid Flex PCB

L’interesse per questa tecnologia è motivata da almeno otto ragioni molto importanti:

  1. Affidabilità
  2. Meno passaggi richiesti per l’assemblaggio
  3. Compatibilità con temperature più alte
  4. Migliore integrità di segnale
  5. Risparmi a lungo termine sui costi dei materiali
  6. Meno component da gestire nella BOM
  7. Minore spazio richiesto
  8. Consente progetti che sarebbero impossibili con i PCB rigidi

Se i vantaggi sono così notevoli, perché mai il Rigid Flex PCB non è sempre la scelta preferita dai progettisti? Sicuramente la scarsa conoscenza della tecnologia e la mancanza di esperienza, ma ha pesato anche una disponibilità insufficiente di strumenti adeguati. Sono mancati soprattutto strumenti con buone capacità di DRC e con un’intelligenza tale da consentire di evitare cicli multipli di progettazione con relativa realizzazione di prototipi.

Le caratteristiche richieste per un progetto Rigid Flex

I tool di progettazione devono avere determinate caratteristiche, per consentire di affrontare in modo adeguato un progetto Rigid Flex:

  • Uno stack-up che includa anche i layer flessibili
  • Requisiti aggiuntivi per le piazzole definite dal rame e dal solder
  • Necessità di teardrop
  • Necessità di tracce arcuate
  • Requisiti per le aree di transizione (bend areas)
  • Possibilità di vedere contemporaneamente le parti meccaniche ed elettriche, per semplificare il processo progettuale
  • Requisiti speciali per la produzione
  • Stiffener, se necessari

Tutte queste possibilità sono incluse in un tool come PADS Professional, il più completo sulla parte di progettazione Rigid Flex. Gli strumenti ad hoc che la tecnologia Rigid Flex di PADS Professional mette a disposizione non solo consentono di evitare workaround di progettazione e prototipi fisici, ma anche di mettere a punto prodotti con le migliori performance.

Video On Demand

Rigid-flex PCB: progettare circuiti stampati rigido flessibili con PADS Professional

In questo video vengono illustrate le caratteristiche di PADS Professional per la progettazione di circuiti stampati rigido-flessibili. Si tratta di una tecnologia irrinunciabile in tutti gli ambiti nei quali sono richiesti specifici vincoli, come il contenimento dello spazio, la flessibilità, la necessità di disporre di circuiti unici. PADS Professional, con le sue funzionalità ad hoc per il Rigid Flex PCB, consente di rispondere al meglio a tali esigenze.

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Ottenere prodotti migliori a costi minori con la progettazione guidata dalla simulazione

La progettazione guidata dalla simulazione consiste nell’uso della simulazione da parte dei progettisti (elettronici o meccanici) nelle prime fasi del processo di progettazione. In questo articolo vedremo come essa consente di ottenere prodotti più innovativi, una maggiore probabilità che tutto funzioni al primo tentativo, e minori probabilità che siano necessarie rilavorazioni significative nelle fasi avanzate del processo di progettazione.

Tutti sappiamo che la priorità numero uno dei progettisti è lanciare rapidamente sul mercato prodotti innovativi. In passato, ciò significava completare il progetto iniziale e consegnarlo a un gruppo dedicato di esperti di simulazione, per un’ulteriore iterazione e ottimizzazione del progetto. Mentre l’esperienza degli esperti è sempre apprezzata, il loro apporto nella fase finale del progetto è diventato sempre più un collo di bottiglia.

La tendenza oggi è diversa. Spinti dalle pressioni e dalle sfide del mercato, i progettisti migliori del settore applicano sempre più la simulazione durante la fase di progettazione.

progettazione guidata dalla simulazione (simulation driven design)

Pressioni e sfide che motivano la progettazione guidata dalla simulazione

Le pressioni e le sfide della produzione odierna stanno spingendo i progettisti a introdurre la simulazione nel team di progettazione e utilizzarla prima nell’ambito dell’iter progettuale.

I produttori sono sottoposti a pressioni per comprendere meglio il comportamento del prodotto già durante la fase di progettazione. La necessità di una maggiore innovazione è fondamentale ed è un catalizzatore per creare nuove opportunità di mercato. Oltre alla necessità di innovare, c’è un’enorme pressione per differenziare i prodotti in termini di qualità, affidabilità e funzionalità.

C’è meno tempo per sviluppare prodotti innovativi, a causa di programmi di sviluppo più brevi e della necessità di un time-to-market più rapido. C’è anche una continua domanda da parte dei clienti di prodotti a basso costo, nonostante richiedano, al tempo stesso, funzionalità più ricche e caratteristiche di prodotto “intelligenti”.

A tali pressioni si aggiungono le molte sfide che i progettisti devono affrontare.

I prodotti stanno diventando molto più complessi, ma allo stesso tempo c’è una minor tolleranza per i difetti di progettazione. Sebbene la pressione per creare prodotti differenziati sia elevata, soddisfare tale differenziazione è sempre più difficile, soprattutto a fronte di risorse di sviluppo limitate. Inoltre i progettisti devono lanciare prodotti che riducano i costi del ciclo di vita (garanzia, richiamo, ecc.).

Per attenuare la tensione creata da tali pressioni e sfide, i migliori progettisti sanno come reagire. Di fronte a tempi di progettazione più lunghi, tempi di immissione sul mercato più brevi e esigenze crescenti di qualità, hanno scoperto un modo migliore per l’innovazione del prodotto: la progettazione guidata dalla simulazione.

Perché le Aziende Top adottano la progettazione basata sulla simulazione

Il principio della progettazione basata sulla simulazione è semplice. Poiché i progettisti sono più numerosi degli esperti di simulazione – in un rapporto di 5 a 1 o addirittura di 10 a 1 – il gruppo di specialisti della simulazione è diventato un collo di bottiglia nel processo di progettazione. Le migliori aziende del settore (che qui chiameremo Aziende Top) hanno quindi risposto introducendo la simulazione direttamente nell’ambiente di progettazione. Il principio è espresso nel famoso proverbio: “Dai a una persona un pesce e gli dai da mangiare per un giorno; insegnate a una persona a pescare e le date da mangiare per tutta la vita“. In pratica, la risorsa degli specialisti della simulazione è utilizzata meglio come leva per i progettisti, per consigliarli mentre simulano da sé, piuttosto che farlo per loro abitualmente.

Da una ricerca del Gruppo Aberdeen, che qui mettiamo a disposizione per il download gratuito, risulta che l’87% delle organizzazioni migliori della categoria ha utilizzato la simulazione, rispetto al 75% di due anni prima. Inoltre, la value proposition della simulazione si è spostata nelle fasi di progettazione dello sviluppo del prodotto.

Tra le Aziende Top, l’impatto positivo della simulazione si è spostato a sinistra nelle fasi di sviluppo del prodotto incentrate sulla progettazione. In tali fasi si ha il massimo di impatto positivo della simulazione, raggiungendo un picco nella fase di progettazione di dettaglio a livello di componente. Tra tutti gli altri tipi di aziende, il picco rimane nella fase di verifica e test.

impatto della progettazione guidata dalla simulazione (simulation driven design)

Con la progettazione basata sulla simulazione, l’Azienda Top garantisce il successo in vari modi. In questo nuovo modello incentrato sul progettista, gli esperti di simulazione collaborano ampiamente con i progettisti mentre questi ultimi simulano da soli. Inoltre, le Aziende Top acquisiscono le competenze degli esperti CAE e le rendono più accessibili ai progettisti. Infine, il 73% delle Aziende Top verifica la progettazione del prodotto prima, nel processo di sviluppo, attraverso la modellazione computazionale. Quest’ultimo passaggio è fondamentale per garantire che la prova di concetto del prodotto funzioni correttamente la prima volta.

Mentre le Aziende Top passano alla progettazione guidata dalla simulazione, stanno anche attente a catturare e condividere le migliori pratiche e competenze di simulazione, rendendola disponibile per i non esperti. Ciò incoraggia e consente ai non esperti di aggiornarsi con le moderne tecniche di simulazione.

I vantaggi della progettazione basata sulla simulazione

La progettazione guidata dalla simulazione ripaga? Le prove del Gruppo Aberdeen suggeriscono fortemente che lo fa. Le aziende migliori del settore che implementano la progettazione basata sulla simulazione godono di vantaggi significativi, in termini di costi di sviluppo del prodotto, time-to-market e qualità.

I progettisti best-in-class che implementano la simulazione all’inizio del processo di progettazione superano facilmente tutti gli altri, rispetto al costo del prodotto, al suo lancio, ai ricavi e agli obiettivi di qualità. Questo successo è direttamente attribuibile alla spinta verso la simulazione dei progettisti e alla loro possibilità di iterare e innovarsi. Ciò si traduce in progetti di prodotto ottimizzati e innovativi.

Le aziende migliori della categoria hanno anche risparmiato sui tempi di rilavorazione del prodotto, riducendo lo sviluppo di prototipi e diminuendo i tempi di sviluppo.

Come tutti gli ingegneri di progettazione sanno, il costo di un passo falso nella progettazione è molto alto. Più tardi emerge un problema di progettazione, più diventa costoso risolverlo o rielaborarlo. La progettazione guidata dalla simulazione risolve questo inconveniente, spingendo la simulazione verso le fasi precedenti della progettazione del prodotto. Ciò paga molto, con un miglioramento del 21% nel numero di ordini di modifica tecnica (ECO) emessi dopo il rilascio alla produzione. Tutti gli altri, che non hanno implementato la progettazione basata sulla simulazione, hanno sperimentato il 3% in più di ECO. Grazie all’aumento della prototipazione virtuale, i migliori progettisti del settore hanno costruito il 27% in meno di prototipi fisici. Infine, l’Azienda Top ha migliorato del 29% i tempi di sviluppo.

Conclusioni e raccomandazioni chiave

Per cogliere i vantaggi legati agli obiettivi di time-to-market, qualità e costi, oltre che per dissipare le pressioni e le sfide legate alla produzione, Aberdeen Group raccomanda ai progettisti di raggiungere i propri obiettivi attraverso la progettazione basata sulla simulazione.

  • Adottare la progettazione basata sulla simulazione per l’innovazione di prodotto. Il motivo per cui i Best-in-Class hanno ridotto i loro prototipi fisici del 27 percento è perché sono passati a prototipi virtuali e test virtuali. Ciò ha permesso loro di esplorare centinaia di iterazioni di design (o più), per concentrarsi sui design più innovativi con il più alto potenziale di innovazione.
  • Adottare la progettazione basata sulla simulazione per un migliore time-to-market. I progettisti migliori della categoria hanno migliorato i tempi di sviluppo del 29%, sei volte il tasso di miglioramento di tutti gli altri. Le Aziende Top hanno anche raggiunto gli obiettivi di time-to-market il 76% delle volte, un tasso superiore del 17% rispetto a tutti gli altri.
  • Adottare la progettazione basata sulla simulazione per una qualità superiore. Il 77% delle aziende migliori della categoria ha raggiunto i propri obiettivi di qualità del prodotto. Inoltre, i prodotti “Top” hanno avuto maggiori probabilità di funzionare correttamente la prima volta e meno probabilità di richiedere rilavorazioni, poiché le Aziende Top hanno migliorato i loro ECO del 21%, dopo il rilascio alla produzione.
  • Adottare la progettazione basata sulla simulazione per ridurre i costi. Il 71% percento dei progettisti delle Aziende Top ha raggiunto gli obiettivi di costo del prodotto, contro il 63% delle altre.

 

thomas edison

Thomas Edison

Thomas Edison una volta disse che il genio era “L’uno per cento di ispirazione e il 99 per cento di sudorazione”. Il design guidato dalla simulazione aggiorna la massima di Edison, consentendo ai progettisti di innovare attraverso l’iterazione tramite prototipazione virtuale e test virtuali. Questo nuovo modo di fare elimina la “sudorazione” della prototipazione fisica. I designer sono ora liberi di testare centinaia (o migliaia) di alternative di progettazione fino a quando non vengono “ispirate” dalla scelta di progettazione del prodotto più innovativa.

Edison ha provato oltre 1.000 prototipi fisici della lampadina a incandescenza, prima di scoprire che il modesto filamento di carbonio a base di bambù ha prodotto una lampadina che durava oltre 1.200 ore. Nella scelta del design basato sulla simulazione, gli ingegneri ottengono il meglio da entrambi i mondi: prodotto innovativo che soddisfa anche obiettivi di time-to-market, costi e qualità.

White Paper

Il rapporto Aberdeen sulla progettazione guidata dalla simulazione

Il testo completo di “The Benefits of Simulation-Driven Design”, la ricerca di Aberdeen Group sull’adozione della progettazione guidata dalla simulazione (Simulation-Driven Design). Si tratta di un approccio che prevede che i progettisti stessi si occupino della simulazione sin dalle fasi iniziali del progetto, per essere in grado di provare diverse varianti e vedere quali funzionano meglio, senza bisogno di ricorrere poi a prototipi fisici. Nel documento viene spiegato in dettaglio come le Aziende Top nel settore elettronico riescono a ridurre i costi e i tempi di rilascio dei prodotti grazie alla progettazione guidata dalla simulazione.

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Esempi di collaborazione multi-dominio nel PCB Design

La realizzazione del prodotto elettronico avviene sempre più per mezzo di un sistema complesso, all’interno del quale opera una moltitudine di professionalità diverse, inserite in team di lavoro specializzati. Affinché il prodotto sia competitivo, sia come tempi di realizzazione che come costo, tale sistema va ottimizzato, in modo che la collaborazione tra le diverse discipline sia massima e porti ai risultati migliori. Dunque è fondamentale che i diversi domini – meccanico, elettronico ed elettrico – collaborino in modo efficiente.

Ciò richiede di superare l’approccio tradizionale, basato sulla suddivisione tra gruppi di lavoro che operano per lo più autonomamente, riunendosi solo alla fine del processo per convalidare il sistema complessivo. È un problema culturale, ma non solo. Chi ha provato a collaborare spesso si è dovuto scontrare con l’incompatibilità degli strumenti, la mancanza di una piattaforma di revisione comune e vincoli di sistema tra loro incoerenti.

Il prezzo di una collaborazione inefficiente

Le organizzazioni tradizionali tipicamente creano dei “silos” tra loro separati per ogni specializzazione del design, dove la collaborazione è affidata a lenti processi manuali. Questi ultimi comprendono sistemi come le prove su carta, il telefono, l’email o altro, senza che sia possibile mantenere un flusso digitale continuo tra le diverse discipline. Portare più velocemente prodotti complessi sul mercato richiede un’integrazione più completa di hardware elettronico, software, cablaggio e infrastruttura meccanica. Sono necessari scambi multi-dominio più efficienti in termini di tempo, per ottimizzare e differenziare il prodotto finale.

Inoltre, il crescente affermarsi di team distribuiti geograficamente evidenzia ulteriormente le lacune di questi processi di collaborazione esistenti.

La separazione tra discipline diverse nel PCB Design

È chiaro che questo tipo di organizzazione comporta un livello di integrazione insufficiente, nel quale gli strumenti di collaborazione sono costituiti da standard inadeguati al contesto, come Powerpoint, Excel e Visio, o qualche automazione personalizzata. Negli ambiti più peculiari del PCB Design si sono sviluppate forme specifiche di collaborazione, ma ancora insufficienti per una collaborazione tra discipline diverse.

Secondo una ricerca Aberdeen, il 53% delle aziende con performance nella media hanno bisogno di risorse aggiuntive per raggiungere i propri obiettivi, quando si tratta di introdurre nuovi prodotti sul mercato. In un terzo circa di tali aziende (32%), i manager ritengono che la scarsità di collaborazione sia un delle principali cause che portano al fallimento degli obiettivi.

Una collaborazione “ottimizzata” richiede una trasformazione che tramite un flusso digitale continuo interessi tutte le discipline e i processi, dalla definizione dei requisiti del prodotto fino alla produzione. Tale trasformazione riduce la necessità di interventi manuali, favorisce la collaborazione e migliora la trasparenza tra le diverse discipline. Un approccio del genere, inoltre, abbatte le barriere tra i team e le discipline, per consentire una progettazione simultanea, nella quale l’elettronica è integrata nel flusso di lavoro complessivo di sviluppo del prodotto. Ciò consente di arrivare sul mercato più velocemente e con prodotti migliori.

Negli esempi che seguono vedremo come la continuità del flusso digitalizzato consenta ai diversi specialisti di collaborare già all’interno delle proprie applicazioni specifiche.

Collaborazione ECAD/MCAD

La collaborazione tra CAD elettronico e CAD meccanico è tra le più significative. Essa è resa fluida e immediata quando i due tipi di tool sono integrati tra loro, come ad esempio Xpedition con NX o PADS con Solid Edge. L’integrazione permette di ottimizzare il prodotto in base alla forma, dal punto di vista della qualità e delle prestazioni. I team possono lavorare a diverse ipotesi progettuali, prima di arrivare alla versione definitiva. Quando i progettisti elettronici possono operare all’interno del modello 3D, tutte le interferenze vengono tenute sotto controllo direttamente, senza ulteriori passaggi.

In questo breve video possiamo vedere un esempio di integrazione tra Xpedition e NX:

Collaborazione elettronica/cablaggio

Un altro esempio è la collaborazione tra l’elettronica e il relativo cablaggio elettrico. Il cablaggio elettrico può essere presente tra più schede all’interno di uno stesso involucro. Oppure c’è il caso dei cablaggi più complessi tra sistemi di sistemi in applicazioni dei settori aerospaziale, militare, automotive o industriale.

Le soluzioni Siemens consentono agli architetti di sistema di definire i modelli funzionali a partire dai requisiti, suddividerli in architetture EE ottimizzate e quindi co-progettare ciascuno dei domini all’interno di ambienti integrati. È inoltre possibile gestire e ottimizzare i sistemi hardware complessi, con schede multiple e connessioni tramite connettori e cavi, così come i sistemi hardware distribuiti collegati ai cablaggi.

Nel caso dei sistemi multi-scheda, è necessario progettare il cablaggio tra le schede e verso gli elementi elettro-meccanici esterni, come i sensori e gli attuatori. Il cablaggio è caratterizzato dal fatto di essere bidirezionale e integrato col CAD meccanico. Il suo ruolo è fondamentale nell’assicurare una definizione accurata dei percorsi dei segnali e per ottimizzare il peso e le dimensioni dei dispositivi.

In questo video possiamo vedere un esempio di progettazione del cablaggio all’interno di Xpedition:

Altri ambiti di collaborazione

Altre forme di collaborazione multi-disciplinare possono includere i seguenti casi.

Co-design PCB / FPGA

È possibile abilitare l’ottimizzazione I/O di FPGA multiple nel contesto del PCB, in un ambiente correct-by-construction che sfrutta le regole del produttore FPGA.

Ottimizzazione del package PCB / IC

È possibile ottimizzare l’I/O dei circuiti stampati in un processo efficiente e prevedibile e ottenere un flusso flessibile e multidirezionale per l’ottimizzazione di die, package o PCB.

Design to manufacturing

È possibile ottenere un processo snello di introduzione di nuovi prodotti (NPI), facilitato dalla validazione DFM simultanea e un modello di prodotto pulito e completo per l’integrazione diretta nei processi di produzione.

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Le migliori pratiche per i Responsabili del PCB Design

Tutti i dati, in italiano, che emergono dal rapporto dell’Aberdeen Group sulle caratteristiche dei gruppi di progetto che ottengono i migliori risultati in termini di rispetto dei tempi, del budget, successo sul mercato.

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CadlogEsempi di collaborazione multi-dominio nel PCB Design

PCB Design, cos’è Design Rule Checking (DRC), con un esempio pratico di applicazione

Il Design Rule Checking (DRC) è il processo finalizzato a verificare che, in un progetto elettronico, non siano state violate le regole di progettazione. Tali regole sono i vincoli geometrici imposti ai progettisti di circuiti stampati , dispositivi a semiconduttore e circuiti integrati (IC), per garantire che i loro progetti funzionino correttamente, oltre che in modo affidabile, e possano essere prodotti con una resa accettabile. Il DRC è un passaggio importante nell’ambito del signoff, cioè l’insieme delle verifiche sugli aspetti fisici di un progetto, il quale comprende anche verifiche LVS ( layout versus schematic ), controlli XOR, ERC ( controllo delle regole elettriche ) e controlli dell’antenna.

Per semplificare al massimo, il seguente schema mostra quali sono i tipici controlli di base che vanno fatti sul layout del PCB: verificare che l’ampiezza della pista sia sufficiente, che lo sia la spaziatura tra piste contigue e che il perimetro in rame di una piazzola sia regolare e di spessore sufficiente.

I 3 principali controlli del Design Rule Checking (DRC)

Quando si parla di Design Rule Checking, la posta in gioco è la possibilità di evitare i re-spin del progetto, come ad esempio dover rifare un prototipo perché al primo tentativo sono emersi dei problemi. Sono passaggi che possono costare anche decine di migliaia di euro. Questo tipo di controlli non fa parte della prassi, per molti progettisti, specie nelle aziende a dimensione locale, i quali rischiano così di essere tagliati fuori da un mercato che è sempre più competitivo.

La suite di strumenti di PADS Professional risponde proprio a questo tipo di esigenza, perché include al suo interno il modulo HyperLynx DRC. HyperLynx DRC è uno strumento che rende possibile ciò che prima sembrava impossibile e di individuare violazioni che un’ispezione manuale non potrebbe mai vedere.

Con l’aggiunta di HyperLynx DRC, PADS Professional aiuta il progettista a garantire che il design rientri entro i limiti richiesti per una gran quantità di regole di progettazione elettrica diverse. Vi si trovano integrati oltre 70 controlli di integrità di segnale analogica (SI), integrità di alimentazione (PI) e interferenza elettromagnetica (EMI). Tali controlli consentono al progettista di identificare e correggere le violazioni, eliminare l’ispezione manuale e ridurre i costosi re-spin di progetto, che compromettono i tempi di commercializzazione del prodotto.

Un caso reale di applicazione del DRC

In questo articolo vedremo un caso reale di utilizzo di HyperLynx DRC all’interno di PADS Professional. Per questo esempio è stata utilizzata una BeagleBone Black. Si tratta di un computer a scheda singola open source a bassa potenza, prodotto da Texas Instruments e popolare sia tra gli sviluppatori che tra gli appassionati di hobby. La scheda di sviluppo è costituita dal processore TI Sitara, da 512 Mb di RAM DDR3 e 2 GB di memoria flash, oltre a un numero di interfacce fisiche e altre funzionalità.

Beaglebone Black

La Beaglebone Black

Il Design Rule Checking di base con HyperLynx DRC in PADS Professional

Una volta che il progetto viene nel DRC nella finestra Integrated Analysis Control, le regole sono suddivise in categorie. Per determinare quali sono importanti per la progettazione, il progettista crea un elenco di oggetti personalizzati per includere le reti GPIO richieste. Il GPIO (General Purpose Input/Output) è un’interfaccia con dispositivi e periferiche esterne, sia di input che di output. Con l’aumento della complessità e della densità degli attuali progetti di PCB, trovare e rivedere tutte le istanze di una net che attraversa un piano separato (split plane) sarebbe un processo manuale estenuante. Gli strumenti di simulazione standard in genere non controllano tali eventi.

Il problema con la maggior parte dei tool è che quando una rete ad alta velocità attraversa uno split plane, può creare una discontinuità di impedenza sulla traccia del segnale, che potrebbe portare a riflessioni, radiazioni e crosstalk indesiderati. Quando il progettista esegue la regola ‘Nets Crossing Gaps’ in HyperLynx DRC, è in grado di individuare facilmente quando e dove appaiono tali discontinuità. HyperLynx DRC ha una descrizione incorporata delle sue regole, insieme ai prerequisiti e una serie di parametri personalizzabili.

Nets Crossing Gaps DRC

La regola Nets Crossing Gaps consente di verificare che le tracce del segnale abbiano un riferimento solido sotto di esse. I segnali richiedono un piano di riferimento solido adiacente, per consentire percorsi di corrente a ritorno continuo, riducendo così il rischio di radiazioni common-mode.


In genere ci sono decine di violazioni, su quel tipo di reti. Il progettista può selezionarle individuandole all’interno del foglio di calcolo e restringere i risultati. I dati di violazione vengono automaticamente trasferiti dal client DRC e il progettista può eseguire lo zoom per visualizzare le violazioni in maggior dettaglio. Quindi può decidere se la violazione deve essere risolta, apportare le modifiche necessarie e ri-eseguire la regola DRC, finché la violazione non viene più visualizzata.

Il progettista inoltre può eseguire una regola separata “IC-over splits”, che controllerà se i componenti del circuito integrato (IC) hanno un piano di riferimento adeguato al di sotto di essi. Se un IC non ha un piano di riferimento integrato nella sua confezione, e non è correttamente referenziato al di sotto, potrebbe portare alla radiazione in modalità comune. Se vengono trovate queste istanze di IC senza piani di riferimento designati, il progettista può fare clic su una specifica violazione e lo strumento passerà alla relativa posizione sul progetto.

IC over split DRC

L’applicazione della regola ICs over split

Il DRC delle coppie differenziali con HyperLynx

Il BeagleBone Black ha diverse coppie differenziali con impedenza differenziale di 90 ohm. Per gestirli, il progettista può impostare il Constraint Manager con classi di vincoli separate. Dopo essere stati richiamati, i dati della classe di vincoli vengono caricati automaticamente dalle definizioni della classe di vincoli in PADS Professional. Tornando alle relative regole, il progettista può controllare l’impedenza sulle tracce differenziali da 90 ohm. Se ci sono complicazioni di integrità del segnale associate a disadattamenti di impedenza differenziale, il progettista può trovare una diversa regola di impedenza sotto la categoria SI. Questa regola controllerà se l’impedenza rimane coerente per tutti i segmenti della traccia in una determinata net.

Dopo che le proprietà della regola sono state configurate correttamente, il progettista può vedere se compaiono eventuali violazioni. Se si verificano violazioni di impedenza, il motivo potrebbe essere che la regola è stata eseguita utilizzando i parametri standard predefiniti. Ad esempio, il valore di impedenza automatica nella regola potrebbe essere 100 ohm, ma il valore delle coppie differenziali è 90 ohm. Il progettista può modificare rapidamente l’impostazione predefinita utilizzando HyperLynx DRC e quindi rieseguire la regola.

Posizionamento del condensatore di disaccoppiamento

Una delle tante sfide che i progettisti devono affrontare è quella di tenere traccia dei parametri per ciascun componente. Durante la visualizzazione del foglio dati per il processore TI utilizzato su BeagleBone Black, il progettista vorrà concentrarsi sulla sezione che descrive i requisiti del condensatore di disaccoppiamento del processore. Se i condensatori di disaccoppiamento non sono posizionati correttamente, c’è un’alta probabilità che l’interfaccia DDR3 possa funzionare male. La scheda tecnica indica che la distanza massima consentita per i condensatori di bypass sulla net VDDS DDR è di 100 mm (400 mils).

Con queste informazioni, è fondamentale rivisitare lo strumento DRC e trovare la regola di posizionamento dei condensatori di disaccoppiamento che determina se essi sono collocati entro i parametri appropriati attorno all’IC. Se vi sono violazioni nella spaziatura, il progettista può selezionare ciascuna istanza della violazione. PADS Professional aiuta il progettista a rilevare dove si verifica l’errore e il raggio di test che è stato specificato.

Analisi della transizione del segnale da layer a layer

La regola ” vertical reference plane change” considera le istanze di passaggio del segnale da un layer all’altro. Mentre cambiare i piani è una pratica di progettazione comune, per adattarsi all’attuale densità del layout dei PCB, occorre prestare attenzione per ridurre il rischio di radiazioni in modalità comune. Frequentemente, i condensatori o le stich vias sono posizionati per consentire il percorso di ritorno della corrente continua. Questa regola determina se tali condizioni sono soddisfatte. Il progettista esegue la regola nell’elenco degli oggetti GPIO precedentemente definito, per specificare i vincoli per i cambiamenti di piano. Se ci fossero violazioni, ulteriori indagini potrebbero mostrare che si verificano su diversi pin della testata del dispositivo. La necessità di affrontare tali violazioni dipenderebbe dal tipo di utilizzo delle testate e dallo scopo di tali pin.

Il timing nelle net ad alta velocità

La regola successiva che il designer esegue è “delay and links matching”. Il timing nelle net ad alta velocità è estremamente importante, per una corretta funzionalità, specialmente nelle net DDR. Se i segnali DDR non raggiungono la loro destinazione con vincoli di timing adeguati, la memoria non funzionerà correttamente. I problemi di timing si verificano per una moltitudine di ragioni, tra cui il ritardo di propagazione della linea di trasmissione a causa dello stack-up del layer, delle proprietà dielettriche e del routing della traccia. Poiché i problemi di ritardo sono spesso dovuti a proprietà fisiche uniche di un PCB, è un parametro importante che il progettista deve prendere in considerazione. Poiché le net DDR sono spesso soggette a ritardi, il progettista crea un altro elenco di oggetti contenente le net DDR.

Una delle funzionalità più potenti di HyperLynx DRC è il calcolo automatico dei valori necessari dalle informazioni dello stack-up dei layer. In caso di violazioni, all’interno di PADS Professional vengono visualizzate esattamente le net interessate, evidenziate in rosso, e la net di riferimento evidenziata in verde.

Signal e Power Integrity

HyperLynx DRC ha regole avanzate che aiutano a identificare possibili problemi di integrità di segnale (SI) e di alimentazione (PI). In un progetto DDR che utilizza la topologia fly-by, la lunghezza di stub è importante per la corretta funzionalità.

  • La regola ‘Fly-by Topology’ verifica che le reti con topologia fly-by siano progettate con vincoli appropriati. Un aspetto al quale porre attenzione è il coupling del crosstalk, perché può causare gravi errori di timing e funzionalità ed è molto difficile da diagnosticare manualmente su un PCB realizzato. La regola della topologia fly-by aiuta il progettista a identificare il crosstalk indesiderato su net sensibili.
  • La regola “Signal Supply” verifica le discontinuità tra i piani di alimentazione di componenti integrati e il piano di riferimento delle net collegate. Questi tipi di violazione possono portare a radiazioni potenzialmente forti e causare guasti EMI (interferenza elettromagnetica).
  • La regola ‘Power Ground Width’ controlla le strettoie delle tracce sulle net di massa. Se le tracce di alimentazione e di massa non sono sufficientemente ampie, la corrente risultante può essere insufficiente. Ciò può portare a una serie di problemi, che includono un’alimentazione inadeguata dei componenti e una produzione di calore non necessaria.
  • La regola ‘Filter Placement’ verifica la presenza di filtri nelle immediate vicinanze dei pin dei connettori. I filtri sono necessari per sopprimere il rumore che potrebbe essere presente su un connettore per proteggere i segnali sensibili e prevenire le radiazioni. L’assenza o il disallineamento dei filtri sui connettori può causare gravi problemi EMI.
  • La regola “Return Path” garantisce che i segnali testati abbiano un percorso di ritorno di impedenza sufficientemente basso. L’aderenza a questo tipo di regola è importante, in particolare con l’aumento dei requisiti di progettazione dei circuiti ad alta velocità di oggi e con la riduzione delle dimensioni del PCB. Nel caso in cui la corrente di ritorno su una traccia non scorresse correttamente sotto il conduttore, potrebbe prendere un percorso non intenzionale attraverso altre aree del circuito, causando probabilmente problemi di interferenza elettromagnetica.

In PADS Professional, il progettista può visualizzare tutte le regole che sono state eseguite nella finestra Analysis Control. Le violazioni specifiche sono descritte in modo più dettagliato nella finestra Hazards. Se il progettista decide di ignorare un pericolo, può accettarlo, scegliendo il segno di spunta. C’è anche la possibilità di scrivere commenti sui rischi accettati, per tenere facilmente traccia delle decisioni di progettazione. Il progettista può quindi segnalare tutte le violazioni in un file di testo facendo clic sull’icona “Segnala tutti i pericoli”.

HyperLynx DRC in PADS Professional

La finestra Analysis Control di HyperLynx DRC in PADS Professional

Successo al primo colpo con HyperLynx DRC

In conclusione, con PADS Professional e HyperLynx DRC il progettista può avere la garanzia che il proprio progetto funzionerà al primo passaggio, tramite l’individuazione di errori altrimenti difficili da diagnosticare. Con tali strumenti, si evita di sprecare tempo e risorse in costosi guasti della scheda e re-spin del design. Garantire che il PCB rispetti tutte le aspettative sulle regole elettriche avanzate è il presupposto per il successo del primo passaggio di progettazione.

Accelerare i tempi di progettazione con il Design Rule Checking (DRC)

Guarda ora il webinar on demand

webinar sul Design Rule Checking (DRC)

Nel PCB Design, è frequente che si presentino dei difetti di progettazione comuni, spesso difficili da individuare, che degradano le prestazioni generali del progetto e provocano guasti irreversibili sul campo. Ma grazie al Design Rule Checking (DRC) è possibile verificare l’integrità del progetto, sia dal punto di vista logico che fisico.

In questo webinar, illustreremo le caratteristiche di HyperLynx DRC per PADS Professional, un sistema di controllo personalizzabile, basato su regole elettriche per PCB layout e l’IC Design.

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CadlogPCB Design, cos’è Design Rule Checking (DRC), con un esempio pratico di applicazione

Ottimizzare la produzione del cablaggio con Capital Formboard Manager

In questo articolo parleremo di come, nella produzione del cablaggio, la “formboard accorpata” possa consentire un uso efficiente dello spazio della fabbrica e della linea di produzione, quando si tratta di realizzare più varianti di uno stesso cablaggio, salvaguardando la redditività della produzione. Vedremo come ciò possa essere realizzato in modo molto efficace tramite Capital Formboard Manager.

La produzione del cablaggio alla sfida del cambiamento

In un settore industriale già molto competitivo come quello del cablaggio, l’aumento della complessità tende a mettere a dura prova la redditività del processo di produzione, che è ancora largamente manuale e ad alta intensità di manodopera. In futuro è prevedibile che tale complessità aumenti ulteriormente, a causa di trend come l’affermazione dei veicoli elettrici e dei sistemi di guida autonoma e del loro impatto sui sistemi di distribuzione elettrica. Inoltre, succede che i produttori di cablaggi debbano attuare molti cambiamenti di progettazione mentre il prodotto è già in produzione, con un impatto ulteriore sulle linee di produzione. Tutto ciò impatta fortemente sull’uso di risorse preziose come gli operatori, le attrezzature e persino lo spazio all’interno della fabbrica.

L’impostazione iniziale di una linea di produzione è un’attività chiave, che richiede molta esperienza di ingegneria di produzione. Le aree di preparazione devono essere progettate, i cablaggi devono essere disposti sui pannelli, vanno poi creati i fori per gli elementi di fissaggio, i supporti devono essere montati sulla tavola e vanno definite le postazioni di lavoro, con le relative assegnazioni di compiti. Anche l’attrezzatura di prova deve essere progettata e preparata. L’intera linea di produzione deve essere bilanciata sulla base del tempo di consegna e dei volumi previsti, fattori che influiscono sul numero di linee di produzione e sull’utilizzo dello spazio all’interno della fabbrica.

Tali decisioni devono essere rivalutate per ogni modifica di progetto. Le formboard possono richiedere un aggiornamento, una linea di produzione ben bilanciata può richiedere un ribilanciamento o gli operatori potrebbero richiedere di essere riqualificati. Inoltre, la produttività può diminuire per un breve periodo di tempo dopo aver effettuato un cambiamento, a seguito di cambi legati a variazioni nei volumi di produzione. Un significativo cambio nella domanda di un cablaggio può influire drasticamente sull’utilizzo della capacità di una linea di produzione. E anche la normale variabilità dei volumi e le percentuali di utilizzo durante il ciclo di vita del progetto possono costringere i produttori di cablaggi a reagire e riprogettare le linee di produzione.

Figura 1 – Una linea di produzione di cablaggio con le formboard accostate.

La formboard accorpata per la produzione del cablaggio

Utilizzando formboard accorpate, gli ingegneri di produzione possono progettare linee che consentano loro di produrre cablaggi diversi (ma molto simili) sulla stessa linea. In altre parole, più linee di produzione possono essere sostituite da un’unica linea unita, liberando spazio nella fabbrica e altre risorse e aumentando la produttività e l’efficienza delle singole linee.

Poiché su un disegno di una formboard accorpata vengono mostrati due o più cablaggi, è una pratica comune utilizzare i colori per evidenziare quali elementi appartengono a quale cablaggio. Si notino ad esempio i tre colori sul lato destro della Figura 2.

Harness merged formboard

Figura 2 - Un esempio di formboard accorpata (merged formboard)

  • Nero: utilizzato per le parti comuni a tutti i cablaggi
  • Blu: questa parte è solo in uno dei cablaggi, poiché ad esso è stato associato il colore blu
  • Arancio: questa parte è solo in uno dei cablaggi, poiché ad esso è stato associato il colore arancio

L’operatore dello shop-floor sa quali cablaggi devono essere prodotti. Dunque è sufficiente che conosca la codifica dei colori perché possa identificare la sezione correlata sulla formboard.

La comunanza tra i cablaggi – cioè la percentuale di parti in comune – è il parametro chiave per decidere se iniziare il processo di accorpamento. Generalmente, il 70-80% di comunanza è ritenuto un valore sufficiente. Se c’è solo poca comunanza, la formboard accorpata risultante potrebbe risultare troppo complicata da leggere e capire. Ciò porterà a una scarsa efficienza di produzione, dal momento che, da un disegno complicato della formboard, gli operatori non riescono a ottenere le informazioni necessarie abbastanza velocemente.

Come viene progettata oggi una formboard accorpata

Tradizionalmente, le formboard accorpate vengono create in un processo con una forte componente manuale, utilizzando strumenti di disegno che non sono necessariamente progettati per il riutilizzo e la condivisione dei dati. Anche il primo passo – decidere se due cablaggi sono buoni candidati da produrre su una linea di produzione unita – è un compito lungo e laborioso. I disegni devono essere confrontati manualmente, prestando attenzione a una serie di parametri come dimensioni, layout, componenti e relative posizioni, elementi di fissaggio e contenitori per i componenti necessari.

Il processo di accorpamento in se stesso è un’altra attività laboriosa, quando si utilizzano principalmente strumenti di disegno. In questa fase, date le limitazioni della maggior parte degli strumenti di disegno, i dati del cablaggio di solito non vengono considerati affatto. Ecco perché, per completare il progetto iniziale di formboard accorpata, possono essere necessari giorni o anche settimane, in caso di cablaggi di grandi dimensioni.

Una volta progettata, la formboard accorpata deve essere mantenuta. Tutte le modifiche apportate ai progetti di cablaggi originali devono essere implementate, il che comporta anche l’aggiornamento della formboard accorpata. Ma ancora una volta, dal momento che questa formboard accorpata è stata probabilmente progettata utilizzando strumenti di disegno scollegati da qualsiasi origine dati, si tratterà di un’ulteriore attività manuale, dispendiosa in termini di tempo e soggetta a errori.

Non sorprende che molti ingegneri di produzione optino a sfavore dell’ottimizzazione della linea di produzione tramite formboard accorpate. Per i principianti, è spesso difficile trovare buoni candidati per una formboard accorpata. Anche quando c’è una comunanza significativa tra due linee, la creazione e il mantenimento di formboard accorpate risulta troppo onerosa.

La progettazione della formboard accorpata con Capital

La buona notizia è che ci sono alternative all’affidarsi esclusivamente agli strumenti di disegno. La suite Capital di Siemens PLM fornisce una tecnologia incentrata sui dati che supporta l’intero flusso di progettazione e produzione. Le due tabelle che seguono offrono una panoramica di alcune delle principali caratteristiche e dei vantaggi di Capital.

Capital – Caratteristiche
Flusso di processo data-centrico
Possibilità di riutilizzare i dati
Continuità dei dati
Ampia gamma di capacità di automazione
Gestione del cambiamento integrata

 

Capital – Vantaggi
Risparmio di tempo
  • Possibilità di reinvestire il tempo in attività di ottimizzazione della linea di produzione
Nuove opportunità
  • Possibilità di esplorare diversi scenari del tipo “What-If”
Minor tempo di reazione
  • Reazione rapida ai cambiamenti della domanda, dei volumi di produzione o di altri parametri
  • Nessuna perdita dovuta a usi inefficienti delle linee di produzione
Minor tempo per la creazione del disegno
  • Un effetto benefico collaterale delle funzionalità avanzate del tool

Un progetto di cablaggio nella suite Capital è innanzitutto un set di dati, che può anche essere rappresentato da diagrammi. Ogni diagramma può essere disegnato in modo indipendente, consentendo ai progettisti di creare la giusta rappresentazione grafica per ogni caso d’uso. La gestione delle modifiche è più semplice e affidabile poiché i dati, una volta immessi, possono essere riutilizzati quasi all’infinito e poiché i dati ei diagrammi corrispondenti rimangono correlati l’uno all’altro per l’intero flusso.

Capital offre un ambiente perfetto per la creazione e il mantenimento di formboard e linee di produzione accorpate. I tecnici di produzione possono selezionare le formboard esistenti e confrontarle, per trovare coppie adatte di candidati. Data la continuità dei dati, Capital Formboard Manager offre una gamma di casi per individuare le formboard candidate all’accorpamento. Il calcolo della quantità effettiva di parti in comune può essere effettuato con un solo clic. La funzionalità di accorpamento automatico può incorporare molte attività di livello inferiore e predefinite. Lo strumento supporta il flusso di lavoro naturale di un team di progettisti. La conoscenza del cablaggio, che è memorizzata nei dati, è subito disponibile per essere applicata durante l’intero processo di unione.

Capital inoltre riduce drasticamente il tempo necessario per creare una formboard accorpata. Ad esempio, lo strumento semplifica il mantenimento della posizione degli elementi di fissaggio esistenti sulla formboard fisica durante l’accorpamento. In tal modo, la gestione delle modifiche è generalmente molto veloce e facile da gestire.

Formboard accorpato e formboard combinate

Le “formboard combinate” offrono un altro mezzo per utilizzare le risorse nel modo più efficiente possibile nelle fabbriche di cablaggi. La differenza è che, in questo caso, diversi cablaggi si trovano in posizioni diverse. In altri termini, lo spazio libero su fomboard esistenti viene utilizzato per produrre un cablaggio molto diverso. Questo metodo è spesso utilizzato per piccoli cablaggi e cablaggi con bassi volumi di produzione. La combinazione di formboard consente di produrre molti cablaggi di questo tipo utilizzando la stessa attrezzatura e lo stesso spazio di fabbrica. Capital Formboard Manager può essere utilizzato anche per creare e mantenere questo tipo di formboard. La Figura 3 sotto mostra un esempio di queste formboard combinata.

Herness combined formboard

Figura 3 - Un esempio di formboard combinata

Conclusione

Capital Formboard Manager consente la creazione e la manutenzione di formboard accorpate, in un ambiente basato su flussi di dati contigui. Lo strumento rende facile, per il reparto di ingegneria, massimizzare l’efficienza delle linee di produzione. Il passaggio da un approccio puramente manuale, basato esclusivamente su strumenti di disegno, a uno basato su dati collegati, riduce notevolmente lo sforzo necessario per accorpare e combinare formboard e linee di produzione. Capital consente agli ingegneri di produzione di concentrarsi su ciò che sanno fare meglio, come muoversi rapidamente tra diversi scenari di ottimizzazione della linea, piuttosto che utilizzare un pesante software di disegno. Per i produttori di cablaggi, ciò significa prendere decisioni migliori e, in ultima analisi, raggiungere la zona di redditività molto più rapidamente, a fronte di inevitabili modifiche che si possono presentare.

Scarica ora il libro bianco con sintesi in italiano:

Capital Formboard Manager: Technology for Greater Wire Harness Manufacturing Efficiency

capital formboard managerIl libro bianco di Mentor illustra le problematiche di ottimizzazione nella produzione di cablaggi, a fronte di variazioni nella domanda, e come esse possano essere affrontate efficacemente con le formboard accorpate.

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CadlogOttimizzare la produzione del cablaggio con Capital Formboard Manager

Come funziona la New Product Introduction nell’industria elettronica

La New Product Introduction (NPI), altrimenti nota come New Product Development, è l’insieme delle attività necessarie a portare sul mercato un nuovo prodotto industriale. Ogni volta che si crea un nuovo progetto e si decide di passare alla sua ingegnerizzazione e poi alla produzione, si parla di New Product Introduction. La NPI è il ponte che lega il progetto alla produzione, consentendo di considerare il prodotto da entrambi i punti di vista. La New Product Introduction consente di:

  • comprendere gli impatti sulla produzione del progetto di PCB;
  • ottimizzare il progetto di PCB in base ai volumi di produzione;
  • comunicare alla produzione i dati completi del progetto;
  • generare di tutta la documentazione, i programmi e gli strumenti necessari alla produzione.

La necessità di soluzioni per la NPI

La New Product Introduction è una fase del processo industriale che nasce dalla necessità di risolvere alcuni problemi, come ad esempio:

  • un livello eccessivamente alto di scarti durante il processo produttivo;
  • rese scarse nella produzione;
  • la difficoltà a rispettare i tempi di consegna;
  • problemi di affidabilità del prodotto;
  • tempi di preparazione dei dati per la produzione troppo lunghi;
  • necessità di impiegare troppa forza lavoro per gestire i problemi;
  • richiesta da parte dei clienti di servizi di Design for Manufacturing (DFM) e di feedback.

Una soluzione che risponde a tutte queste necessità è Valor NPI, il tool di Mentor e Siemens PLM che utilizza le migliori soluzioni DFM per consentire un’introduzione di nuovi prodotti efficiente ed economica. Il processo di NPI che tale strumento abilita consiste prima nella verifica che i dati di output del progetto siano compatibili coi processi produttivi che si intendono adottare e con i vincoli tecnologici. Poi prepara tali dati per un loro utilizzo a prova di inconvenienti nella preparazione del processo produttivo.

Il processo di New Product Introduction (NPI)

Valor NPI analizza i progetti di PCB dal punto di vista della resa in fase di produzione, del costo e di eventuali problemi di affidabilità del prodotto finito.

Il processo di DFM per la New Product Introduction visto da vicino

Il processo di Design for Manufacturing per la New Product Introduction si colloca in teoria alla fine della fase di progettazione. In realtà, come vedremo, il DFM non solo comporta la necessità di rimettere mano ad alcuni aspetti del progetto stesso, ma è bene che intervenga già all’interno del processo progettuale. I dati di output, possibilmente nei formati standard IPC-2581 e ODB++, vengono processati da Valor NPI, che li analizza alla ricerca di eventuali problemi, effettuando numerosi controlli. Questi ultimi possono riguardare sia la fabbricazione del PCB, sia l’assemblaggio della scheda. A questo punto si possono presentare due tipi di situazioni:

  • se ci sono problemi, viene inviato un feedback per effettuare modifiche al progetto; va detto per inciso che sempre più progettisti preferiscono sottoporsi prima a correzioni al proprio lavoro, piuttosto che constatare poi lievitazioni dei costi a causa degli errori;
  • se i controlli vengono superati, i dati sono pronti per essere passati alla fase successiva, quella del CAM (Computer-aided manufacturing), i software che gestiscono le macchine per la fabbricazione del PCB; in questo ambito la parte del leone la fa Valor Process Preparation, la soluzione di Siemens PLM per l’ingegnerizzazione, il DFA (Design for Assembly), l’assemblaggio e il test dei PCB.

Poi, come si evince dallo schema che segue, si passa alla fabbricazione del PCB e quindi all’assemblaggio dei componenti, per la realizzazione del PCB completo, dove la soluzione più avanzata è Valor MSS, oggi integrata all’interno di Siemens Opcenter Execution Electronics.

Valor NPI nel processo di produzione del PCB

La necessità di un DFM precoce

L’esperienza ha insegnato alla maggior parte dei progettisti che effettuare i controlli DFM solo alla fine di tutto il processo progettuale è rischioso, perché potrebbe essere troppo tardi. Qui risulta prezioso l’approccio di “spostamento a sinistra” proposto da Mentor. Non stiamo parlando di politica, ma di un una cultura progettuale che si sta diffondendo sempre di più nell’industria.

Spostamento a sinistra significa anticipare il più possibile, su un’immaginaria scala cronologica orizzontale, tutti i controlli, le verifiche e le simulazioni che si rendono necessarie per prevedere i comportamenti del prodotto e dei suoi componenti, e prevenire così eventuali problemi. Ne abbiamo già parlato più volte a proposito della verifica e della simulazione, nell’ambito della cosiddetta prototipazione virtuale. In questo caso parliamo essenzialmente di prevenire i difetti e i problemi di producibilità.

Il principio è semplice: risolvere i problemi appena si intravedono è facile, poi sempre più difficile. Ma questa è una regola che vale per qualsiasi aspetto della vita! Lo schema che segue illustra in quali fasi, in particolare, il DFM si dimostra più efficace nel prevenire i problemi.

Il DFM simultaneo (concurrent DFM) nel processo di progettazione del PCB

Un vantaggio che va sottolineato, riguardo l’adozione di un tool come Valor NPI di un progetto elettronico, è che i risultati dell’analisi DFM sono collegati direttamente al CAD che gestisce il layout del PCB, abbreviando così i tempi di qualsiasi tipi di modifica. Questo approccio inoltre ha un importante aspetto che potremmo definire culturale, perché aiuta i progettisti a essere più consapevoli della produzione. Molto spesso, infatti, assistiamo al fenomeno dei progettisti che non sanno nulla dei processi produttivi, che addirittura non sono mai entrati in una fabbrica in vita loro, e tendono così a rimanere confinati in un approccio astratto alla progettazione. È un fenomeno provocato da vari fattori, tra cui la diffusione degli strumenti digitali di progettazione, la sempre maggiore complessità dei progetti, la necessità di ridurre sempre di più i tempi, eccetera.

I controlli DFM

A questo punto rimane da capire cosa c’è da controllare, in un progetto che ha probabilmente passato tutte le fasi di verifica, validazione e simulazione. Il lavoro da fare (per il software) è parecchio, considerato ad esempio che un problema potrebbe passare indenne il Design Rule Checking, ma impattare ugualmente sulla resa in produzione, sul costo o sull’affidabilità del prodotto finito.

Allo stato attuale, Valor NPI effettua ben 953 controlli di tipo diverso, di cui 292 relativi alla fabbricazione del PCB, 366 all’assemblaggio, 123 alle tecnologie del flessibile e rigido flessibile, 45 alle microvias, 39 alla pannellizzazione, 88 ai substrati. Inoltre esegue la validazione della netlist e della BOM e della Approved Vendor List (AVL).

Per avere un’idea del tipo di impatto che può avere il DFM, può essere utile consultare la lista dei controlli effettuati da Valor NPI per la fabbricazione del PCB, cioè le verifiche che consentono di individuare potenziali problemi durante la produzione del circuito stampato (PCB) in quanto tale.

Un esempio interessante riguarda un aspetto piuttosto trascurato, in fase di progettazione, quello della pannellizzazione, cioè la disposizione di più copie del PCB in un unico pannello delle dimensioni idonee ad essere processato dalle macchine nella linea di assemblaggio. I normali programmi CAD dispongono i PCB in base alle loro dimensioni, senza tenere conto della forma, ma questo si traduce in un grande spreco di materiale.

Nell’esempio che segue, viene utilizzato un pannello da 18” x 24”. Nel primo caso i PCB sono disposti in base al loro ingombro complessivo e in un pannello ce n’entrano 6, con un tasso di utilizzo del materiale del 18,7%. Nel secondo caso, Valor NPI ha studiato più a fondo la questione, scoprendo che in quello stesso pannello ce ne possono entrare 10, di PCB, con un utilizzo del 31,5% di materiale. Non ci sono da aggiungere molte altre parole.

Ottimizzazione nella pannellizzazione del PCB con Valor NPI

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La presentazione, riccamente illustrata e piena di esempi, che mostra in modo esaustivo cone risparmiare tempo e soldi con il Design for Manufacturing di valor NPI. La guida definitiva per capire come creare quel collegamento che mancava tra progettazione e produzione del PCB.

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