應對MCAD-ECAD協(xié)同設(shè)計的一體化設(shè)計方案

　　在當今全球市場中，設(shè)計人員受分立設(shè)計原則的過時思想所困擾。他們只想設(shè)計能夠在競爭中勝出的優(yōu)秀產(chǎn)品，而且他們只想獲得一種簡單易用、使自己能夠?qū)Ｖ诋a(chǎn)品智能設(shè)計的解決方案。

　　在更短時間內(nèi)開發(fā)出新一代電子產(chǎn)品的壓力，使設(shè)計人員不得不重新審慎評估從概念到制造的整個產(chǎn)品開發(fā)過程。在電子技術(shù)不斷發(fā)展的推動下，生產(chǎn)能在市場中帶來競爭優(yōu)勢的更小型、更智能、連接性更強的產(chǎn)品意味著現(xiàn)在需要整體權(quán)衡產(chǎn)品設(shè)計過程的每一個部分。

　　讓產(chǎn)品區(qū)別于競爭對手的機械與電子設(shè)計特性，過去一直被認為先是各自為政，然后被迫作為一個整體產(chǎn)品協(xié)同運行。正是這些元素融合在一起的特殊性創(chuàng)造出當今獨特的互連產(chǎn)品。但這帶來一個問題，即如何將產(chǎn)品融合在一起以提供獨特優(yōu)勢。

　　現(xiàn)在需要從更廣的角度看待設(shè)計過程，這需要跨越所有設(shè)計學科，讓所有元素都能協(xié)同工作。產(chǎn)品開發(fā)過程中日益重要的一個要求是電子設(shè)計ECAD與機械設(shè)計的動態(tài)交互。特別是對尺寸更小、功能性更強的產(chǎn)品套件的持續(xù)需求，迫使二者不得不緊密地聯(lián)系在一起，無論是物理層面還是就其開發(fā)而言。

　　電路板組裝目前一般會容納所有外部硬件設(shè)備，如連接器、鍵盤以及顯示器等，而產(chǎn)品的外殼組裝讓這些設(shè)備展現(xiàn)在用戶面前。這種物理接口也為內(nèi)藏的產(chǎn)品設(shè)計智能地與用戶見面提供了機會。

　　這兩個領(lǐng)域息息相關(guān)。長久以來，電子產(chǎn)品的外殼設(shè)計一直都是滿足所容納電子組件的物理特性要求。如今，產(chǎn)品的電子設(shè)計與機械設(shè)計之間的關(guān)系正在朝相反的方向發(fā)展，即電子組件的設(shè)計現(xiàn)在需要在實體上迎合目標外殼形式(圖1)。這是因為當今具有競爭力的產(chǎn)品(這些產(chǎn)品因其或卓越不凡，或極富吸引力，或讓人耳目一新而各不相同)在更大程度上取決于用戶體驗，而用戶體驗最易受產(chǎn)品外形與功能的影響。用戶體驗的好壞取決于美學、人體工程學和功能表現(xiàn)等要素，而這些要素取決于產(chǎn)品的機械設(shè)計與電氣設(shè)計。

　　圖1：當今產(chǎn)品中的電子與機械設(shè)計方面相互交融、相互依存。

　　隨著設(shè)計日趨復雜化、智能化而且聯(lián)系更密切，高級設(shè)計概念在ECAD領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計以及MCAD領(lǐng)域的工業(yè)設(shè)計中應運而生。它們聯(lián)合在一起共同決定設(shè)備的智能性、設(shè)計、功能以及外形如何結(jié)合并一起創(chuàng)造所有人都能使用的產(chǎn)品。

　　機械設(shè)計如今給電子設(shè)計帶來了前所未有的深刻影響，它可以影響或決定主板形狀、尺寸與組件布局，而且在許多情況下還會決定所使用的組件類型，甚至軟件運行方式。這種趨勢給兩者之間的交互賦予了前所未有的重要性，因為現(xiàn)在產(chǎn)品的成功取決于ECAD-MCAD協(xié)作的成效，需要的是通力協(xié)作而非僅僅是有所聯(lián)系的過程。

　　長達25年的協(xié)同設(shè)計困擾

　　實際上，采用在各自領(lǐng)域設(shè)計應用之間傳遞基本尺寸信息的通用文件格式，只能簡單滿足ECAD和MCAD設(shè)計的數(shù)據(jù)傳輸需求。尤其是從MCAD角度來看，MCAD設(shè)計在二十世紀七十年代的發(fā)展以及八十年代出現(xiàn)的實體建模，為數(shù)據(jù)交換文件格式的發(fā)展開辟了一條稍顯崎嶇的道路。

　　根據(jù)MCAD與ECAD應用程序的不同，催生了一種傾向于僅在基本層面存在、依賴于大量文件交換格式的ECAD-MCAD設(shè)計流程。在過去，這意味著一個應用的尺寸與對象布局數(shù)據(jù)經(jīng)處理后需要通過各種2D和3D文件格式、作為"重要事件"發(fā)送到另一個應用。如果每一步都需要適當?shù)脑O(shè)計修改，則會引發(fā)又一次數(shù)據(jù)交換以確認相關(guān)修改，從而最終形成一種妨礙MCAD-ECAD設(shè)計協(xié)作的繁雜過程。

　　解決上述問題的另一方法，是采用獨立的第三方設(shè)計轉(zhuǎn)換程序來簡化文件兼容性問題(如IDF在MCAD域偶爾獲得支持)，并提高過程的靈活性。這些程序通常以ECAD-MCAD應用的本機格式提供導入/導出選項，而且在某些情況下會與采用對象鏈接(OLE)或編程界面(API)的程序直接連接。

　　但這兩種方法都不盡如人意。在采用基本文件交換設(shè)置情況下，由于交換格式自身的限制與不一致性，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換錯誤頻頻出現(xiàn)，而且數(shù)據(jù)傳輸量很難控制(太多或太少都有問題)。最重要的是，上述過程一般很難操作，且由于數(shù)據(jù)交換格式不兼容而容易出錯。

　　由于能夠更嚴格定義格式和數(shù)據(jù)過濾選項以使用戶能指定傳輸所包含的對象，專用CAD轉(zhuǎn)換程序一般可以提供更好的解決方法。但不幸的是，由于在這過程中所插入的附加轉(zhuǎn)換層的復雜性，前后各需要兩個步驟。例如，由于與MCAD-ECAD應用具有密切關(guān)系，這種方法會使轉(zhuǎn)換程序具有版本依賴性，從而進一步增加整個設(shè)計系統(tǒng)的許可費用。通過將其嵌入到MCAD或ECAD應用，轉(zhuǎn)換程序的鏈接(OLE、API)版本可以提供集成度更高的解決方案，但代價是對版本的依賴性更高，而且MCAD-ECAD應用必須加載到相同的PC平臺才能建立OLE/API互連。

　　一體化解決方案

　　與為滿足日益增長的需求而不斷發(fā)展的其他工程過程一樣，我們需要從更高層面審視這些過程提供的預期結(jié)果。事實上，現(xiàn)有解決方案試圖利用旨在把過程融合在一起的繁雜文件格式和應用來消除MCAD-ECAD隔閡。但從過程角度來看，基本的需求是設(shè)計和規(guī)劃兩個域中正確的尺寸對象，以使整體設(shè)計按照預期理想地結(jié)合為一體。因此，主要任務(wù)其實是間隙檢驗，或者說是"材料配合"。這部分任務(wù)一般在MCAD環(huán)境中進行，首先將PCB的3D數(shù)據(jù)導入MCAD設(shè)計，然后由該環(huán)境下的沖突檢測決定配合是否成功，必要時則將主板修改數(shù)據(jù)發(fā)回給ECAD域。

　　基本的需求是在兩個域之間數(shù)據(jù)能可靠、全面和便捷地傳輸途徑。幸運的是，3D數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的開發(fā)已經(jīng)發(fā)展到具備相對較新的STEP格式的新層次。STEP是一種針對3D設(shè)計與制造過程而設(shè)計的協(xié)議，不僅具有數(shù)據(jù)豐富性，而且極其穩(wěn)定。

　　STEP目前得到了大多數(shù)MCAD系統(tǒng)的支持，而且在ECAD域引入雙向支持可以實現(xiàn)一次性消除3D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題。STEP文件可以是大文件，但如果 ECAD系統(tǒng)在轉(zhuǎn)換界面提供一系列智能對象過濾選項，則可以輕松約束文件大小。除了文件兼容性的優(yōu)勢，此方法還能避免第三方應用帶來的復雜性以及由此產(chǎn)生的費用，并且不受MCAD-ECAD應用程序版本問題的困擾。

　　讓我們再次關(guān)注一下基本需求，很顯然，問題的重要部分也需在ECAD域解決，尤其是在需要真正并行ECAD-MCAD設(shè)計的情況下。在當前工作流程中，對象間隙問題完全在MCAD域解決，ECAD設(shè)計只有在完成關(guān)鍵間隙檢查之后才可以繼續(xù)進行(圖2)。最后，斷續(xù)設(shè)計并行性可能是最好的結(jié)果。

　　圖2：在具有3D功能的ECAD主板設(shè)計空間集成了關(guān)鍵MCAD部分，可以使設(shè)計人員無需依賴兩個域之間低效率的連續(xù)交換設(shè)計數(shù)據(jù)流程便可實時檢查并糾正間隙與配合問題。

　　為實現(xiàn)ECAD間隙檢查，PCB編輯器不僅要求具有實時3D功能，還要求能將MCAD組件導入此空間。利用穩(wěn)定的STEP格式在ECAD領(lǐng)域引入組件(如外殼組件)，便可在PCB設(shè)計環(huán)境中實現(xiàn)實際干擾檢查。如果結(jié)合這種系統(tǒng)來匹配用戶自定義間隙規(guī)則和3D對象透明度選項，便可在MCAD領(lǐng)域?qū)崟r解決大部分機械配合問題(圖3)。該系統(tǒng)符合甚至可能超越MCAD環(huán)境中同等過程的性能要求，從而實現(xiàn)兩個領(lǐng)域之間真正的并行設(shè)計。

　　圖3：只要ECAD系統(tǒng)能夠提供對象間隙檢查功能且可鏈接至PCB設(shè)計空間之外的MCAD生成的3D STEP文件，就能實現(xiàn)ECAD與MCAD領(lǐng)域之間真正的并行設(shè)計。

　　上述方案可顯著降低復雜性并減少當前系統(tǒng)所需的MCAD-ECAD設(shè)計過程中反復測試的次數(shù)。理想情況下，同時適合MCAD與ECAD設(shè)計的單個大型設(shè)計環(huán)境可避免反復操作。盡管利用當前技術(shù)無法實現(xiàn)，但可通過鏈接至3D數(shù)據(jù)文件，而不是將數(shù)據(jù)嵌入ECAD設(shè)計文件就可以減少甚至消除文件交換過程。

　　從工作流程角度來看，ECAD應用只需從MCAD應用已生成的外部3D STEP文件加載數(shù)據(jù)，PCB編輯器便可在外部文件修改時提醒用戶(對MCAD域的更新做出響應)，然后更新PCB工作空間和ECAD設(shè)計文件中的相應對象。這一切均可在實時3D設(shè)計環(huán)境下進行，從而無需連續(xù)的MCAD-ECAD反復設(shè)計便可使主板設(shè)計人員實時解決機械間隙誤差問題。

　　當今設(shè)計過程中物理特性重要性的日益提高，意味著最終需要采用直接處理核心問題的系統(tǒng)來解決ECAD與MCAD設(shè)計環(huán)境相互依存的關(guān)系。大部分試圖提供某種解決方案的現(xiàn)有系統(tǒng)均歸于失敗，或者就是造成效果相反、易于出錯的工作流程。通過引入可提供穩(wěn)定3D數(shù)據(jù)傳輸、交互式間隙檢查以及實時MCAD領(lǐng)域鏈接功能的ECAD系統(tǒng)，設(shè)計人員可同時在兩個領(lǐng)域開展協(xié)作，開發(fā)出具有顯著可持續(xù)競爭優(yōu)勢的獨特產(chǎn)品。

　　最新的Altium一體化產(chǎn)品開發(fā)解決方案Altium Designer擁有用于開發(fā)新一代產(chǎn)品的更高級電子產(chǎn)品設(shè)計工具。Altium通過將電子產(chǎn)品設(shè)計直到MCAD領(lǐng)域的整個設(shè)計過程進行完整統(tǒng)一，從而實現(xiàn)高級ECAD-MCAD功能。

　　這一切延續(xù)了Altium的戰(zhàn)略，即為所有設(shè)計人員提供實現(xiàn)設(shè)計與產(chǎn)品創(chuàng)新所需的解決方案。Altium Designer的最新版本專注于設(shè)計過程中核心設(shè)備的智能化，使設(shè)計人員從一開始就可通過Altium的一體化電子產(chǎn)品設(shè)備環(huán)境自由駕馭MCAD設(shè)計。