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DFX工具是提高設計質(zhì)量的抓手

發(fā)布時間：2025-01-07瀏覽次數(shù)：661

近日，望友科技技術總監(jiān)劉久軒在《一步步新技術》雜志發(fā)表了題為《DFX工具是提高設計質(zhì)量的抓手》文章，深入闡釋了企業(yè)應用好DFX/DFM工具，讓DFX/DFM工具成為提高設計質(zhì)量的抓手對實現(xiàn)互聯(lián)電子系統(tǒng)設計高質(zhì)量高可靠發(fā)展的必要性。原文如下：

行業(yè)的變化和挑戰(zhàn)
各企業(yè)產(chǎn)品中電子模塊設計差異越來越小，企業(yè)競爭日益激烈，通過設計經(jīng)驗和制造經(jīng)驗（know-how）這些細分差異壁壘來提高競爭力開始凸顯出重要性。比如同類產(chǎn)品誰的設計成本低5個百分點，誰的產(chǎn)品良品率高2個百分點，誰的可靠性高故障率低2個百分點等，這些會成為企業(yè)發(fā)展的關鍵。在快速升級迭代的行業(yè)需求背景下，傳統(tǒng)的靠試錯來創(chuàng)新設計已經(jīng)越來越局限。以汽車行業(yè)為例，傳統(tǒng)汽車一款車型的換代周期在3~5年，而到了新能源汽車時代，就像是按下了快進鍵，一年一改款已是基本操作，甚至部分車型的改款周期小于12個月，產(chǎn)品迭代時間不斷被壓縮。行業(yè)在快速發(fā)展，細分需求在變化，但本質(zhì)核心沒有變。如何創(chuàng)新設計、保障設計質(zhì)量（一個小小的質(zhì)量事故可能給企業(yè)帶來的是巨大的損失）、縮短設計周期（減少改版次數(shù)）、降低成本（減少試產(chǎn)次數(shù)，提高制造良品率，減低報廢率和返修率）依然是不變的話題。單一的EDA設計畫圖軟件無法滿足DFX需求。在使用EDA軟件進行PCB設計過程中，會使用DRC（design rule check）進行檢查，通常是器件擺放place bound重疊、禁布區(qū)、線寬線距、開短路等。EDA中的DRC檢查只是基本的設計約束，它的特點是輕巧實時，因此DRC不能用于完成復雜專業(yè)的DFM或DFX審查，DRC不具備管理設計經(jīng)驗和工藝經(jīng)驗，一個事實就是研發(fā)人員滿足了DRC不代表設計出來的產(chǎn)品滿足各維度的DFX要求。采用checklist來打分審核已經(jīng)不能滿足企業(yè)發(fā)展和形成競爭力。行業(yè)部分企業(yè)還在使用checklist人工復核的方式，借助看圖軟件設計人員工藝人員人工查看圖紙，在審查表格中對各審查項用“是”或“否”來進行審查評判，很多是憑經(jīng)驗過一下，對參與評審的人員要求高，有時能找出一些明顯問題，但更多時候最后是硬著頭皮拍腦袋簽字，這樣的做法現(xiàn)狀會導致潛在問題要在試產(chǎn)或量產(chǎn)才能發(fā)現(xiàn)，嚴重的會給后續(xù)的產(chǎn)品質(zhì)量埋下一些隱患。

推行DFX/DFM的意義
DFM可制造性設計，DFX則不局限在M的可制造性，X包含更多面向產(chǎn)品生命周期提出的更多維度的設計訴求。以我們熟知的DFM為例，DFM不是單純的一項技術，從某種意義上，它更一種產(chǎn)品設計思想，包含在產(chǎn)品設計中；作為一種產(chǎn)品設計的指導理論，DFM是一種指導量產(chǎn)型產(chǎn)品設計的有力的方法論。設計者只有在真正意義上掌握并應用了DFM，設計者才能實現(xiàn)從單純繪圖人員到產(chǎn)品設計工程師的角色躍遷。同一個問題，在早期設計中解決和在后期制造過程解決，效果一樣嗎？對這個問題我們每個人的答案都是一樣的，即能越早發(fā)現(xiàn)越早解決，則投入越小收益越大，尤其是在產(chǎn)品設計階段就把問題發(fā)現(xiàn)和解決掉。“誰投下了最大的陰影”是前輩們留下的經(jīng)典問題，產(chǎn)品設計雖然占總成本的比例很小，但對產(chǎn)品質(zhì)量的影響最大。
設計人員不懂制造，搞制造的又不懂設計，這是現(xiàn)實情況，在這種情況下如何設計出好產(chǎn)品，如何一次做對？
設計和制造是產(chǎn)品生命周期中最重要的兩個環(huán)節(jié)，同時設計和制造也是相互獨立的兩個環(huán)節(jié)，我們可以想象一下，如果設計和制造成了兩座孤島那會發(fā)生什么事情。要避免設計和制造成為孤島，就需要一座橋梁來打通它們，DFM就是這座橋梁。DFM讓設計師可以運用交叉學科的設計手法來設計產(chǎn)品，DFM可以整合跨部門專家資源在設計階段可以提前介入。我們有一個實施過的客戶說“他們在推行DFM前，很多項目都要經(jīng)過幾次改版才能進入量產(chǎn)，印象最深的一個項目改版了9次才進入量產(chǎn)，而引入DFM后基本都是一版通過”，大量實踐證明DFM思想讓從設計到制造一次對成為可能。
DFX/DFM軟件的基本原理
把以往發(fā)生的設計問題、工藝問題、質(zhì)量問題進行總結，形成可以被用于審查核對的要求。這樣的總結隨著時間的推移，可以有成百上千的審查要求積累，靠人已經(jīng)無法滿足審查要求，而這正是計算機的優(yōu)勢，把要求轉換成條件邏輯判斷和專門的算法，也就是DFM審查規(guī)則，由計算機對設計數(shù)據(jù)自動執(zhí)行審查，它可以不遺漏的完成全面審查分析。DFX是在DFM基礎上發(fā)展起來的，包含了DFM以及更多維度的綜合審查能力。
DFX/DFM軟件通過輸入PCB設計圖和其它相關的輔助數(shù)據(jù)，使用分析規(guī)則自動對設計數(shù)據(jù)進行分析，產(chǎn)生分析結果，從結果中可以找出需要整改的地方。DFX/DFM軟件在報告不良設計的同時，會提供對應的風險提示和修改建議，讓不熟悉該領域的人員也能理解潛在影響和應對方法。
DFX軟件的典型應用場景包括且不限于如下：
  • 焊盤圖形庫審查
  • 多廠家物料差異帶來的兼容性審查
  • 元器件選型審查（避免選到禁限用的元器件，安裝困難的元器件等）
  • 關鍵信號設計規(guī)范審查（SI范疇）
  • 電源設計規(guī)范審查（PI范疇）
  • PCB可制造性審查
  • PCB投板資料開短路審查
  • BOM元器件尺寸規(guī)格校驗審查
  • PCBA元器件裝配和焊接工藝過程審查
  • 安規(guī)設計規(guī)范審查（安規(guī)范疇）
  • PCBA和結構、多PCBA組裝驗證審查（DFA范疇）
  • ……
DFX/DFM是設計經(jīng)驗和工藝經(jīng)驗的總結應用，意味著企業(yè)也可以持續(xù)總結進一步完善審查項目。
DFX/DFM協(xié)助企業(yè)建立數(shù)字化資產(chǎn)
設計經(jīng)驗和工藝經(jīng)驗數(shù)字化資產(chǎn)電子硬件設計中關鍵信號、電源的設計，通過仿真技術一直是有效的驗證手段。我們的產(chǎn)品設計專家說“通過仿真驗證設計積累設計經(jīng)驗，其目的是為了少仿真或不仿真”。可以將仿真整改的設計經(jīng)驗在設計階段就使用專業(yè)DFX軟件來進行審查和規(guī)避，比如在PCB繪圖設計過程就規(guī)避了以往已知的不良或不規(guī)范設計，減少仿真后的反復整改次數(shù)。DFX/DFM軟件的特點是把行業(yè)的設計經(jīng)驗工藝經(jīng)驗整合為可執(zhí)行的自動化審查規(guī)則，隨著DFX/DFM軟件的發(fā)展，它已經(jīng)積累包含了豐富的審查規(guī)則，用戶基本只需要根據(jù)自身產(chǎn)品特點調(diào)整檢查指標就可以投入應用，這些審查規(guī)則可以解決企業(yè)產(chǎn)品設計中的絕大部分問題。企業(yè)還可以把自己積累掌握的設計經(jīng)驗和工藝經(jīng)驗轉換添加進去形成補充，這部分可以通過二次開發(fā)實現(xiàn)，企業(yè)自己有開發(fā)能力的可以自己開發(fā)，也可以委托軟件廠商進行開發(fā)，由于這類開發(fā)不是單純的IT開發(fā)工作，是比較專業(yè)的，相比企業(yè)自己投入人力和時間來開發(fā)維護，找軟件廠商來進行專業(yè)開發(fā)整體成本會更低，技術效果會更好。元器件模型數(shù)字化資產(chǎn)

“數(shù)字化樣機”是“數(shù)字孿生”的一個細分，電子模塊的核心組件形態(tài)是PCBA組件，要想建立電子模塊的數(shù)字化樣機，需要有完整的元器件模型，需要一套快速構建出PCBA模型的方法，那么對電子元器件模型的需求和管理就來了。DFM軟件經(jīng)過幾十年的發(fā)展，國內(nèi)望友DFM軟件廠商早已經(jīng)具備生成3D PCBA的能力，通過DFM軟件可以快速構建出現(xiàn)電子模塊的數(shù)字化樣機。

DFX/DFM協(xié)助企業(yè)整合專家資源，建立橋梁，實現(xiàn)跨部門協(xié)同設計

在行業(yè)大家說DFM是一道“橋梁”，“橋梁”的作用就是打通研發(fā)和制造，消除信息孤島和信息差，讓多個部門的專家資源參與到產(chǎn)品設計過程。

我們的用戶航天某單位的工藝專家說“航天禁限用工藝由主導的工藝專家收集整理編制，設計人員對它的了解就會相對滯后”，那么通過DFM軟件工具，一旦工藝專家將禁限用元器件和工藝更新到系統(tǒng)，設計人員設計中出現(xiàn)這樣的元器件和設計就會被DFM軟件分析發(fā)現(xiàn)，這樣工藝人員和設計人員通過DFM工具就能消除信息差，實現(xiàn)協(xié)同設計。

小結

高質(zhì)量高可靠、快交付、低成本是企業(yè)發(fā)展的目標之一，企業(yè)應用好DFX/DFM工具，持續(xù)開展DFX/DFM研究，對積累的設計經(jīng)驗和工藝經(jīng)驗進行提煉形成企業(yè)的數(shù)字化資產(chǎn)，整合專家資源推動協(xié)同設計，讓DFX/DFM工具成為提高設計質(zhì)量的抓手，是實現(xiàn)互聯(lián)電子系統(tǒng)設計高質(zhì)量高可靠發(fā)展的基礎保障。

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