Progetto PCB

Esempi di collaborazione multi-dominio nel PCB Design

on 3 Giugno 2019

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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Così la visione Siemens sta cambiando la progettazione e la produzione di PCB

on 26 Febbraio 2019

La crescente complessità progettuale sta profondamente cambiando l’industria elettronica. Le aree dove possiamo vedere i maggiori cambiamenti sono: l’automotive, dove si prevede che entro il 2030 il 50% dei costi sia basato sull’elettronica; l’IoT, per il cui mercato globale è stimata una crescita dai 157 miliardi di dollari del 2016 ai 457 entro il 2020; la realtà aumentata e virtuale, con una spesa totale prevista di 215 miliardi entro il 2021 e un tasso annuo di crescita composto (CAGR) del 113,2%.

L’industria elettronica, nella sua storia, è passata attraverso diverse “ere”. L’era di 40 anni fa era caratterizzata da prodotti e soluzioni con un ciclo di vita lungo, come i mainframes. Un grande cambiamento ci fu a metà degli anni 2000, quando gli smartphone, la mobilità e l’accesso internet sono diventati elementi di supporto della società moderna. Tali innovazioni hanno accelerato un’esplosione che ha portato ai dispositivi connessi. La presenza di connettività in ogni prodotto ha aggiunto nuove forme di pressione, come finestre di tempo più brevi per portare il prodotto sul mercato, aspettative dei consumatori sull’interoperabilità più alte che mai, e un’esplosione della varietà di componenti elettronici necessari per un prodotto del giorno d’oggi.

Il ritmo crescente del cambiamento e la domanda per la “prossima grande novità” hanno abbreviato notevolmente le finestre di opportunità per un successo di mercato. Le aziende devono essere preparato dal punto di vista organizzativo, di processo e tecnologico, per poter affrontare in modo competitivo non solo le sfide di oggi, ma anche per preparare le proprie strutture progettuali alle sfide future di ulteriore complessità, competitività e differenziazione nel mercato globale.

Integrazione di tutti i domini: una visione diventata realtà

L’ingresso di Mentor in Siemens ha cambiato completamente lo scenario, per i progettisti e le aziende che devono affrontare tali sfide. La visione Siemens, in particolare, sta affrontando una delle maggiori sfide nello sviluppo del prodotto, l’integrazione di tutti i domini, facilitando la collaborazione e aumentando la trasparenza tra i diversi domini. Con Mentor all’interno di Siemens, c’è la possibilità di rompere le barriere tra i domini, integrando gli ambiti elettronico, elettrico, meccanico e informatico, dall’ideazione del prodotto lungo tutto il suo ciclo di vita. In quanto fornitore che copre tutti i domini, così come la gestione del ciclo di vita, Siemens adesso consente un’efficienza maggiore, attraverso lo sviluppo del prodotto, riducendo i rischi di riduzione delle qualità e della comunicazione tra domini diversi.

The Future of Electronic Systems Design

Rompere le barriere tra gruppi di lavoro e discipline per abilitare la “progettazione simultanea” (concurrent design), consente un’integrazione senza soluzione di continuità dell’elettronica nel più vasto flusso di lavorazione, per arrivare più velocemente sul mercato con prodotti migliori. Questo approccio riduce il rischio di un’implementazione a silos e accelera la collaborazione, migliorando la visibilità tra i diversi processi e gruppi di lavoro e consentendo la tracciabilità tra domini differenti.

Con l’integrazione delle soluzioni di Mentor in ambito elettronico, elettrico e di semiconduttori, dal progetto alla produzione, diviene per la prima volta una realtà la visione di Siemens dell’impresa digitale che abbraccia tutti i domini.

Un vero digital twin del prodotto

Nel frattempo, Siemens continua a rimanere tecnicamente e culturalmente aperta, integrando le proprie soluzioni con quelle di terze parti, come ad esempio altri CAD meccanici, software o soluzioni PLM. Mentre l’integrazione potrebbe non essere in grado di sfruttare tutta la gamma di possibilità, consente ai clienti Siemens di integrarsi con le piattaforme già disponibili, riducendo i costi e i rischi.

Lo stesso impegno si applica anche alle soluzioni per il progetto elettronico di Mentor. I suoi tool si interfacciano con altri tool meccanici, così come con quelli per il PLM, usando gli stessi formati convenienti economicamente e indipendenti dalle release, che riducono ulteriormente i rischi di migrazione e transizione.

Ad ogni modo, la soluzione Mentor ha tutti i componenti richiesti per il progetto del sistema elettronico, senza dipendere da tool di terze parti. L’integrazione tra i vari processi è un differenziatore chiave. L’integrazione tra i vari domini – progetto elettronico ed elettrico, simulazione, analisi, produzione – consente il vero digital twin (gemello digitale) del prodotto, assicurando il massimo livello qualitativo, il minimo costo d’integrazione e una soluzione a fornitore unico che consente anche economie di scala.

La metodologia di spostamento a sinistra di Mentor

Una delle ragioni principali che impedisce ai progettisti di raggiungere le migliori performance è il loro processo iterativo, un “approccio tradizionale”, che consiste nel portare a termine le attività in modo sequenziale e trasferire i dati da un gruppo di lavoro al successivo. Ciò non consente di ridurre il tempo totale, dal momento che i dati hanno bisogni di essere validati manualmente o per mezzo di soluzioni personalizzate prima di passare al team successivo.

Conventional design process

Mentor ha introdotto la “metodologia di spostamento a sinistra”, nella quale la validazione è spinta il più possibile verso le fasi iniziali del processo, idealmente prima che gli errori si manifestino sin dall’inizio della progettazione. Per abilitare tale processo, gli strumenti di verifica devono essere facili da usare e strettamente integrati con l’ambiente di creazione. Idealmente, il modello del digital twin del progetto viene creato automaticamente, semplificando enormemente il processo di validazione.  Nell’ambente Mentor, questi processi procedono in parallelo, riducendo perfino ulteriormente il time-to.market e i costi generali amministrativi.

metodologia progettuale mentor di spostamento a sinistra

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