近日，望友科技技術(shù)總監(jiān)劉久軒在《一步步新技術(shù)》雜志發(fā)表了題為《DFX工具是提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的抓手》文章，深入闡釋了企業(yè)應(yīng)用好DFX/DFM工具，讓DFX/DFM工具成為提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的抓手對(duì)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)高質(zhì)量高可靠發(fā)展的必要性。原文如下：
各企業(yè)產(chǎn)品中電子模塊設(shè)計(jì)差異越來(lái)越小，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，通過(guò)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和制造經(jīng)驗(yàn)（know-how）這些細(xì)分差異壁壘來(lái)提高競(jìng)爭(zhēng)力開(kāi)始凸顯出重要性。比如同類(lèi)產(chǎn)品誰(shuí)的設(shè)計(jì)成本低5個(gè)百分點(diǎn)，誰(shuí)的產(chǎn)品良品率高2個(gè)百分點(diǎn)，誰(shuí)的可靠性高故障率低2個(gè)百分點(diǎn)等，這些會(huì)成為企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。在快速升級(jí)迭代的行業(yè)需求背景下，傳統(tǒng)的靠試錯(cuò)來(lái)創(chuàng)新設(shè)計(jì)已經(jīng)越來(lái)越局限。以汽車(chē)行業(yè)為例，傳統(tǒng)汽車(chē)一款車(chē)型的換代周期在3~5年，而到了新能源汽車(chē)時(shí)代，就像是按下了快進(jìn)鍵，一年一改款已是基本操作，甚至部分車(chē)型的改款周期小于12個(gè)月，產(chǎn)品迭代時(shí)間不斷被壓縮。行業(yè)在快速發(fā)展，細(xì)分需求在變化，但本質(zhì)核心沒(méi)有變。如何創(chuàng)新設(shè)計(jì)、保障設(shè)計(jì)質(zhì)量（一個(gè)小小的質(zhì)量事故可能給企業(yè)帶來(lái)的是巨大的損失）、縮短設(shè)計(jì)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(bào)廢率和返修率）依然是不變的話題。單一的EDA設(shè)計(jì)畫(huà)圖軟件無(wú)法滿(mǎn)足DFX需求。在使用EDA軟件進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)過(guò)程中，會(huì)使用DRC（design rule check）進(jìn)行檢查，通常是器件擺放place bound重疊、禁布區(qū)、線寬線距、開(kāi)短路等。EDA中的DRC檢查只是基本的設(shè)計(jì)約束，它的特點(diǎn)是輕巧實(shí)時(shí)，因此DRC不能用于完成復(fù)雜專(zhuān)業(yè)的DFM或DFX審查，DRC不具備管理設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和工藝經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)事實(shí)就是研發(fā)人員滿(mǎn)足了DRC不代表設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品滿(mǎn)足各維度的DFX要求。采用checklist來(lái)打分審核已經(jīng)不能滿(mǎn)足企業(yè)發(fā)展和形成競(jìng)爭(zhēng)力。行業(yè)部分企業(yè)還在使用checklist人工復(fù)核的方式，借助看圖軟件設(shè)計(jì)人員工藝人員人工查看圖紙，在審查表格中對(duì)各審查項(xiàng)用“是”或“否”來(lái)進(jìn)行審查評(píng)判，很多是憑經(jīng)驗(yàn)過(guò)一下，對(duì)參與評(píng)審的人員要求高，有時(shí)能找出一些明顯問(wèn)題，但更多時(shí)候最后是硬著頭皮拍腦袋簽字，這樣的做法現(xiàn)狀會(huì)導(dǎo)致潛在問(wèn)題要在試產(chǎn)或量產(chǎn)才能發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重的會(huì)給后續(xù)的產(chǎn)品質(zhì)量埋下一些隱患。
DFM可制造性設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)訴求。以我們熟知的DFM為例，DFM不是單純的一項(xiàng)技術(shù)，從某種意義上，它更一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)思想，包含在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中；作為一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)的指導(dǎo)理論，DFM是一種指導(dǎo)量產(chǎn)型產(chǎn)品設(shè)計(jì)的有力的方法論。設(shè)計(jì)者只有在真正意義上掌握并應(yīng)用了DFM，設(shè)計(jì)者才能實(shí)現(xiàn)從單純繪圖人員到產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師的角色躍遷。同一個(gè)問(wèn)題，在早期設(shè)計(jì)中解決和在后期制造過(guò)程解決，效果一樣嗎？對(duì)這個(gè)問(wèn)題我們每個(gè)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(shè)計(jì)階段就把問(wèn)題發(fā)現(xiàn)和解決掉。“誰(shuí)投下了最大的陰影”是前輩們留下的經(jīng)典問(wèn)題，產(chǎn)品設(shè)計(jì)雖然占總成本的比例很小，但對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響最大。
設(shè)計(jì)人員不懂制造，搞制造的又不懂設(shè)計(jì)，這是現(xiàn)實(shí)情況，在這種情況下如何設(shè)計(jì)出好產(chǎn)品，如何一次做對(duì)？
設(shè)計(jì)和制造是產(chǎn)品生命周期中最重要的兩個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)設(shè)計(jì)和制造也是相互獨(dú)立的兩個(gè)環(huán)節(jié)，我們可以想象一下，如果設(shè)計(jì)和制造成了兩座孤島那會(huì)發(fā)生什么事情。要避免設(shè)計(jì)和制造成為孤島，就需要一座橋梁來(lái)打通它們，DFM就是這座橋梁。DFM讓設(shè)計(jì)師可以運(yùn)用交叉學(xué)科的設(shè)計(jì)手法來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，DFM可以整合跨部門(mén)專(zhuān)家資源在設(shè)計(jì)階段可以提前介入。我們有一個(gè)實(shí)施過(guò)的客戶(hù)說(shuō)“他們?cè)谕菩蠨FM前，很多項(xiàng)目都要經(jīng)過(guò)幾次改版才能進(jìn)入量產(chǎn)，印象最深的一個(gè)項(xiàng)目改版了9次才進(jìn)入量產(chǎn)，而引入DFM后基本都是一版通過(guò)”，大量實(shí)踐證明DFM思想讓從設(shè)計(jì)到制造一次對(duì)成為可能。
把以往發(fā)生的設(shè)計(jì)問(wèn)題、工藝問(wèn)題、質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，形成可以被用于審查核對(duì)的要求。這樣的總結(jié)隨著時(shí)間的推移，可以有成百上千的審查要求積累，靠人已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足審查要求，而這正是計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，把要求轉(zhuǎn)換成條件邏輯判斷和專(zhuān)門(mén)的算法，也就是DFM審查規(guī)則，由計(jì)算機(jī)對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)自動(dòng)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(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，包含了DFM以及更多維度的綜合審查能力。
DFX/DFM軟件通過(guò)輸入PCB設(shè)計(jì)圖和其它相關(guān)的輔助數(shù)據(jù)，使用分析規(guī)則自動(dòng)對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，產(chǎn)生分析結(jié)果，從結(jié)果中可以找出需要整改的地方。DFX/DFM軟件在報(bào)告不良設(shè)計(jì)的同時(shí)，會(huì)提供對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)提示和修改建議，讓不熟悉該領(lǐng)域的人員也能理解潛在影響和應(yīng)對(duì)方法。
DFX軟件的典型應(yīng)用場(chǎng)景包括且不限于如下：
- 焊盤(pán)圖形庫(kù)審查
- 多廠家物料差異帶來(lái)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(guān)鍵信號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)范審查（SI范疇）
- 電源設(shè)計(jì)規(guī)范審查（PI范疇）
- PCB可制造性審查
- PCB投板資料開(kāi)短路審查
- BOM元器件尺寸規(guī)格校驗(yàn)審查
- PCBA元器件裝配和焊接工藝過(guò)程審查
- 安規(guī)設(shè)計(jì)規(guī)范審查（安規(guī)范疇）
- PCBA和結(jié)構(gòu)、多PCBA組裝驗(yàn)證審查（DFA范疇）
- ……
DFX/DFM是設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和工藝經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)應(yīng)用，意味著企業(yè)也可以持續(xù)總結(jié)進(jìn)一步完善審查項(xiàng)目。
DFX/DFM協(xié)助企業(yè)建立數(shù)字化資產(chǎn)
設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和工藝經(jīng)驗(yàn)數(shù)字化資產(chǎn)電子硬件設(shè)計(jì)中關(guān)鍵信號(hào)、電源的設(shè)計(jì)，通過(guò)仿真技術(shù)一直是有效的驗(yàn)證手段。我們的產(chǎn)品設(shè)計(jì)專(zhuān)家說(shuō)“通過(guò)仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，其目的是為了少仿真或不仿真”。可以將仿真整改的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)在設(shè)計(jì)階段就使用專(zhuān)業(yè)DFX軟件來(lái)進(jìn)行審查和規(guī)避，比如在PCB繪圖設(shè)計(jì)過(guò)程就規(guī)避了以往已知的不良或不規(guī)范設(shè)計(jì)，減少仿真后的反復(fù)整改次數(shù)。DFX/DFM軟件的特點(diǎn)是把行業(yè)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)工藝經(jīng)驗(yàn)整合為可執(zhí)行的自動(dòng)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(hù)基本只需要根據(jù)自身產(chǎn)品特點(diǎn)調(diào)整檢查指標(biāo)就可以投入應(yīng)用，這些審查規(guī)則可以解決企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的絕大部分問(wèn)題。企業(yè)還可以把自己積累掌握的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和工藝經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)換添加進(jìn)去形成補(bǔ)充，這部分可以通過(guò)二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)，企業(yè)自己有開(kāi)發(fā)能力的可以自己開(kāi)發(fā)，也可以委托軟件廠商進(jìn)行開(kāi)發(fā)，由于這類(lèi)開(kāi)發(fā)不是單純的IT開(kāi)發(fā)工作，是比較專(zhuān)業(yè)的，相比企業(yè)自己投入人力和時(shí)間來(lái)開(kāi)發(fā)維護(hù)，找軟件廠商來(lái)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)整體成本會(huì)更低，技術(shù)效果會(huì)更好。元器件模型數(shù)字化資產(chǎn)“數(shù)字化樣機(jī)”是“數(shù)字孿生”的一個(gè)細(xì)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(jī)，需要有完整的元器件模型，需要一套快速構(gòu)建出PCBA模型的方法，那么對(duì)電子元器件模型的需求和管理就來(lái)了。DFM軟件經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)望友DFM軟件廠商早已經(jīng)具備生成3D PCBA的能力，通過(guò)DFM軟件可以快速構(gòu)建出現(xiàn)電子模塊的數(shù)字化樣機(jī)。
DFX/DFM協(xié)助企業(yè)整合專(zhuān)家資源，建立橋梁，實(shí)現(xiàn)跨部門(mén)協(xié)同設(shè)計(jì)
在行業(yè)大家說(shuō)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(gè)部門(mén)的專(zhuān)家資源參與到產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程。
我們的用戶(hù)航天某單位的工藝專(zhuān)家說(shuō)“航天禁限用工藝由主導(dǎo)的工藝專(zhuān)家收集整理編制，設(shè)計(jì)人員對(duì)它的了解就會(huì)相對(duì)滯后”，那么通過(guò)DFM軟件工具，一旦工藝專(zhuān)家將禁限用元器件和工藝更新到系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)中出現(xiàn)這樣的元器件和設(shè)計(jì)就會(huì)被DFM軟件分析發(fā)現(xiàn)，這樣工藝人員和設(shè)計(jì)人員通過(guò)DFM工具就能消除信息差，實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)。
小結(jié)
高質(zhì)量高可靠、快交付、低成本是企業(yè)發(fā)展的目標(biāo)之一，企業(yè)應(yīng)用好DFX/DFM工具，持續(xù)開(kāi)展DFX/DFM研究，對(duì)積累的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和工藝經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行提煉形成企業(yè)的數(shù)字化資產(chǎn)，整合專(zhuān)家資源推動(dòng)協(xié)同設(shè)計(jì)，讓DFX/DFM工具成為提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的抓手，是實(shí)現(xiàn)互聯(lián)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)高質(zhì)量高可靠發(fā)展的基礎(chǔ)保障。
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