Durch die stetige Weiterentwicklung der Elektronikprodukte und der zugehörigen Produktionsprozesse müssen auch die grundverschiedenen Welten des Elektronik- und Mechanik-Designs harmonisch zusammenspielen. Um heute wettbewerbsfähig bleiben zu können, sind Design-Systeme erforderlich, die einen einheitlichen Designprozess und einen reibungslosen Austausch von Designdaten über die Elektronik/Mechanik-Grenze hinaus gewährleisten.
Die Design-Landschaft verändert sich
Sofern Sie nicht die letzten 10 Jahre auf einer einsamen Insel verbracht haben, sind Ihnen sicherlich die Veränderungen im Bereich der Elektronikentwicklung und Elektronikproduktion aufgefallen. Durch den globalen Wettbewerb müssen immer kleinere und intelligentere Produkte in immer kürzerer Zeit entwickelt werden. Die Ingenieure müssen deshalb den gesamten Designprozess – vom Konzept bis hin zur Fertigung – neu überdenken.
Noch rasanter hat sich die Elektroniktechnologie weiterentwickelt und hat im Zuge einiger evolutionärer Schritte die grundlegenden Prozesse verändert, mit denen die heutigen Elektronikprodukte erzeugt werden. Die neue Herausforderung für die Produktentwicklungsteams besteht nun darin, trotz dieser zunehmend voneinander abhängigen Prozesse die vorgegebenen Zeitpläne einzuhalten.
Die Einführung von kostengünstigen Mikroprozessoren hat eine Elektronikrevolution ausgelöst, die eine zunehmende Verlagerung der Produktfunktionalität von der Hardware in den Softwarebereich zur Folge hat. Dieses neue „Soft Design“-Paradigma hat die Grenzen zwischen den Designdisziplinen verwischt. Heute lassen sich mit weniger Bausteinen noch intelligentere Produkte erstellen, wobei dies beim Einsatz der richtigen Tools sogar in noch kürzerer Zeit möglich ist. In Folge dieser Entwicklung werden die heutigen Produkte immer kleiner und bieten immer mehr Funktionalität. Gerade dies stellt aber für die Entwicklungsteams neue Design-Herausforderungen dar.
Da mehr und mehr Designelemente in den „Soft“-Bereich verlagert werden, sind für die Entscheidungen, welche Teile eines Designs als Software, Hardware oder „Soft“-Hardware realisiert werden sollen, umfassende Interaktionen zwischen allen Phasen des Elektronikdesigns notwendig. Traditionelle Produktentwicklungsprozesse, bei denen Designinformationen oft zwischen separaten und unterschiedlichen Anwendungen ausgetauscht werden, stehen damit einer Designinteraktion und einem zusammenhängenden Datenmanagement im Weg. Mittlerweile wird ein sehr viel effizienterer Design-Flow benötigt.
Indem alle diese Elemente auf einer Plattformebene zusammenführt werden – durch eine Vereinheitlichung des Elektronikentwicklungsprozesses – ergibt sich daraus die für eine in allen Phasen des Elektronikdesigns notwendige Umgebung für eine echte Designinteraktion und Zusammenarbeit. Durch die Integration der benötigten Prozesse in einer einzigen Anwendung ermöglicht ein vereinheitlichtes Elektronikentwicklungssystem eine gemeinsame Nutzung der Designdaten und ein globales Management von Designinformationen. Der nahtlose Informationsfluss zwischen verschiedenen Designphasen ermöglicht flexible, interaktive und innovative Designpraktiken, die eine problemlose Aufteilung von Hardware und Software unterstützen.
Die hohe Effizienz und Designzusammenarbeit eines vereinheitlichten Entwicklungssystems für Elektronikprodukte erstreckt sich über alle Ebenen des Design-Flows – vom Konzept bis hin zur Fertigung. Dank der zentralen Steuerung der Designinformationen und Daten können alle am Produktentwicklungsprozess Beteiligten eng miteinander zusammenarbeiten – sei es bei der Handhabung von Dokumenten, dem Bauteile-Management oder der Fertigung.
Die Notwendigkeit einer effektiven Designzusammenarbeit geht jedoch über den Bereich des Elektronikdesigns hinaus. Die Interaktion zwischen den elektronischen und den mechanischen Aspekten eines Designs wird in der Produktentwicklung zunehmend wichtiger. Durch die Forderung nach immer kleineren und funktionelleren Gehäusen ist eine enge Zusammenarbeit dieser beiden Bereiche unumgänglich, und zwar sowohl im physikalischen Sinne, als auch im Hinblick auf deren Entwicklung.
Die Baugruppe umfasst heute normalerweise auch die gesamte externe Hardware, wie Stecker, Tasten und Anzeigen, wobei das Produktgehäuse diese für den Benutzer zugänglich macht. Längst vorbei sind die Zeiten, als das Produktgehäuse lediglich die Elektronikelemente enthielt und die verschiedenen Hardwareelemente über Kabel miteinander verbunden waren. Kurz gesagt, das Gehäuse ist heute nicht mehr nur einfach ein Container, sondern ein integrierter Teil des Produkts.
Coverging MCAD-ECAD design
Das Gehäuse eines Produkts muss heute mehr als jemals zuvor die physikalischen Aspekte der internen Elektronik berücksichtigen. Ebenso müssen auch die Elektronikelemente, also praktisch das Board-Design, die Anforderungen hinsichtlich der physikalischen Ausgestaltung und Funktionalität des Gehäusedesigns berücksichtigen. Diese zunehmende gegenseitige Abhängigkeit der Designprozesse entspricht dem allgemeinen Trend in der Entwicklung von Elektronikprodukten, wobei bisher separate Phasen des Design-Flows jetzt effizient zusammenarbeiten müssen. Von der Designerstellung bis hin zur Fertigung sind – will man konkurrenzfähig bleiben - Tools und Prozesse erforderlich, die eine Zusammenarbeit auf allen Ebenen der Entwicklung unterstützen.
Eine zentrale Voraussetzung für eine erfolgreiche Produktentwicklung und eine gute Zusammenarbeit ist damit das überwinden der Kluft zwischen den mechanischen und elektronischen Designprozessen. Anstatt aber einfach nur Abmessungs- und Positionsdaten zwischen der ECAD- zur MCAD-Umgebung auszutauschen, benötigen wir Designtools, die einen bidirektionalen Fluss von umfassenden 3D-Daten zwischen diesen Bereichen erlauben. In der ECAD-Welt bedeutet dies die Fähigkeit, 3D Bauteildaten aus einer MCAD-Umgebung zu importieren und nahtlos zu integrieren und anschließend eine vollständige und genaue 3D-Darstellung der Board-Bestückung an den MCAD-Bereich zurückzugeben.
Dieser übergeordnete Prozess erlaubt zudem eine frühzeitige übergabe von umfassenden Baugruppendaten einschließlich der Bauteile an das mechanische Design, wodurch ein ECAD-MCAD Co-Design ermöglicht wird. Damit lässt sich nicht nur die Design-Effizienz verbessern, sondern es wird zudem auch kein Board-Prototyp während des MCAD Designs mehr benötigt. Durch den umfassendem Austausch von 3D-Daten stehen den Mechanikdesignern die kompletten Abmessungen zu Verfügung – selbst dann, wenn das Board noch in der ECAD-Umgebung entflochten wird.
Um dieses Potential nutzen zu können, während Sie gleichzeitig Ihr Designsystem auf die Konvergenz der MCAD- und ECAD-Welten vorbereiten, benötigen Sie zumindest ein Elektronikdesignsystem, das ein 3D-Modeling auf Bauteileebene unterstützt. Diese Fähigkeit in Verbindung mit Funktionen zum Export von genauen 3D-Designdaten unterstützt die notwendige Interaktion zwischen den mechanischen und elektrischen Umgebungen, während gleichzeitig die Produktivitätsvorteile eines kollaborativen MCAD-ECAD Co-Design zur Verfügung stehen.
Elektromechanischer Design-Flow
Angesichts immer kleinerer Elektronikprodukte und immer kürzerer Produktionszyklen und dem Trend hin zu „Soft“-Elektronikdesignlösungen wird ein effizienter Informationsaustausch über alle Designprozesse zunehmend wichtiger. Die vereinheitlichte Produktentwicklungsumgebung von Altium Designer unterstützt dies von Haus aus, da alle Stufen des Elektronikdesigns – Hardware, programmierbare Hardware und Embedded Software – innerhalb einer einzigen Umgebung erledigt werden können.
Altium hat diese Möglichkeiten durch fortschrittliche 3D-Systeme noch weiter ausgebaut. Diese erlauben eine nahtlose Berücksichtigung der mechanischen Aspekte des Produktdesigns, so dass die Designingenieure exakte 3 D Modeling-Informationen entwickeln und austauschen können. Altium Designer bietet zudem die Möglichkeit 3D Bauteilmodelldaten über das weit verbreitete IGES Format zu importieren. In der neusten Version 6.6 ist dies auch mit dem neuen STEP Format möglich.
In Kombination mit dem 3D PCB-Viewer von Altium Designer und den umfassenden Exportfunktionen für Designdaten, mit denen die gesamte 3D Board-Bestückung als eine IGES oder STEP-Datei an die MCAD-Umgebung weitergegeben werden kann, erlaubt das System ein hohes Niveau von Integration zwischen der ECAD- und MCAD-Welt. Damit können die MCAD-Designer wiederum früher mit dem mechanischen Design beginnen und sogar parallel zum Elektronikdesign arbeiten, wodurch ein ECAD-MCAD Co-Design ermöglicht wird. Zudem können zuverlässige und genaue 3D-Designdaten jederzeit zwischen den Bereichen ausgetauscht werden.
Das Endergebnis ist eine höchste Effizienz und problemlose Zusammenarbeit zwischen der MCAD- und ECAD-Welt. Dadurch lässt sich der mechanische Designprozess vereinfachen, die Produktqualität erhöhen und eine höhere Produktivität über den gesamten Entwicklungsprozess für Elektronikprodukte hinweg erreichen – vom ersten Konzept bis hin zur Fertigung.
Diejenigen, die sich bislang nur mit der traditionellen 2D-Designerstellung und Board-Design beschäftigt haben, sollten jetzt überlegen, welche Vorteile ein 3D-Design auch für die gesamte Produktionskette bietet. Die Möglichkeit im Elektronik-Designsystem 3D-Objekte anzuzeigen, auszutauschen und mit diesen zu arbeiten, ist nicht nur eine nette Zusatzfunktion oder eine technische Spielerei. Durch die Konvergenz der Designdisziplinen und einer Zusammenarbeit auf immer höherem Niveau ist diese Fähigkeit zu einem zentralen Bestandteil des Produktentwicklungsprozesses geworden und wird in Zukunft eine immer wichtigere Rolle spielen.
Further information links
- For more information, refer to the article Link zu weiteren Informationen zum STEP 3D-Format und den STEP-Funktionen von Altium Designer
