博客作者：Tom Swallow

隨著電子設(shè)備持續(xù)小型化，PCB設(shè)計(jì)師面臨著前所未有的精度要求。然而，ECAD與MCAD流程之間的脫節(jié)仍然導(dǎo)致代價(jià)高昂的錯(cuò)位問(wèn)題。

工程和制造的每個(gè)階段都需要精度，但某些環(huán)節(jié)仍然存在不同步的情況。外殼和連接器的錯(cuò)位通常源于電子設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)之間缺乏協(xié)同。這些問(wèn)題常在原型制作階段暴露，雖然可能在投產(chǎn)前被發(fā)現(xiàn)，但解決起來(lái)仍然既昂貴又耗時(shí)。

認(rèn)識(shí)到問(wèn)題自然指向解決方案：電子工程師和機(jī)械工程師必須在一致、清晰的基礎(chǔ)上協(xié)同工作，整合他們的設(shè)計(jì)平臺(tái)以確保數(shù)據(jù)透明。在進(jìn)一步探討這種集成之前，讓我們先仔細(xì)看看元件錯(cuò)位的具體原因和解決方法。

設(shè)計(jì)錯(cuò)位的常見(jiàn)原因

外殼和連接器錯(cuò)位一直是硬件開(kāi)發(fā)中一個(gè)持續(xù)存在的挑戰(zhàn)。

這些問(wèn)題往往直到第一個(gè)原型組裝時(shí)才會(huì)被注意到。雖然這看起來(lái)可能比在制造初期才發(fā)現(xiàn)要好，但它仍然會(huì)耗費(fèi)工程師的設(shè)計(jì)時(shí)間，因?yàn)樗麄冃枰厮葑畛醯牟季帧?/p>

在此階段，由于額外的工程工作導(dǎo)致延遲或重新訂購(gòu)，整個(gè)供應(yīng)鏈都會(huì)感受到成本壓力。但為什么會(huì)發(fā)生這種情況？

這部分是由于采購(gòu)團(tuán)隊(duì)所能獲取的信息有限。通常，采購(gòu)工作基于Gerber文件的內(nèi)容，而這些文件通常排除了一些關(guān)鍵的機(jī)械因素，例如：

連接器、按鈕及其他機(jī)械元件的精確3D定位。

元件高度和方向。

外殼或罩體的規(guī)格。

用于組裝的安裝硬件、固定件或禁布區(qū)。

物料清單中的公差信息及其他差異（在更新、更緊湊的設(shè)計(jì)中此問(wèn)題已顯著減少）。

組裝說(shuō)明和扭矩規(guī)格。

這將焦點(diǎn)集中到了電子與機(jī)械設(shè)計(jì)師之間的協(xié)作上。這些設(shè)計(jì)部門(mén)間協(xié)作不暢是以下原因造成的：脫節(jié)的工作流程、過(guò)時(shí)的文件交換系統(tǒng)、對(duì)連接器定位的假設(shè)，以及缺乏共享數(shù)據(jù)和評(píng)審。

ECAD與MCAD團(tuán)隊(duì)間脫節(jié)的工作流程

電子和機(jī)械團(tuán)隊(duì)常常各自為政，使用不同的工具、數(shù)據(jù)和時(shí)間線。這種脫節(jié)的流程導(dǎo)致交接環(huán)節(jié)脆弱，通常依賴(lài)非正式的信息共享，從而將人為錯(cuò)誤引入裝配過(guò)程。

手動(dòng)文件交換與版本偏差

當(dāng)電子計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ECAD）和機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（MCAD）團(tuán)隊(duì)缺乏一個(gè)共享、一致且及時(shí)更新的設(shè)計(jì)環(huán)境時(shí)，他們的工作很難保持一致，這會(huì)在最終原型中反映出來(lái)。即使是溝通上的微小延遲，也可能導(dǎo)致機(jī)械部分與電子要求不匹配。這是連接器錯(cuò)位的一個(gè)普遍原因。

對(duì)連接器幾何形狀與安裝方式的假設(shè)

連接器不僅僅是原理圖符號(hào)，而是具有高度、方向和精確安裝要求的三維元件。對(duì)其放置位置的誤解可能導(dǎo)致貫穿供應(yīng)鏈的重大錯(cuò)誤。及早識(shí)別錯(cuò)位根源可以防止后續(xù)出現(xiàn)更深的延誤。

通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)的深入了解，采購(gòu)團(tuán)隊(duì)能夠在開(kāi)發(fā)階段進(jìn)行物料尋源，并且亟需了解問(wèn)題是配合不良還是放置錯(cuò)誤所致。

缺乏共享的設(shè)計(jì)規(guī)則與參考

如果ECAD和MCAD團(tuán)隊(duì)沒(méi)有完全搞清楚設(shè)計(jì)規(guī)則、坐標(biāo)原點(diǎn)或元件的標(biāo)注方式，就很容易產(chǎn)生不一致。一個(gè)連接器在電子藍(lán)圖中可能看似放置正確，但可能在機(jī)械放置方面存在缺陷，從而導(dǎo)致配合問(wèn)題或完全的機(jī)械故障。

不定期且缺乏記錄的評(píng)審

對(duì)于某些企業(yè)而言，在各自為政的環(huán)境中進(jìn)行的設(shè)計(jì)評(píng)審，仍然是出現(xiàn)尺寸和外形問(wèn)題的主要原因。缺乏對(duì)整個(gè)機(jī)電結(jié)構(gòu)的協(xié)作視圖，關(guān)鍵的錯(cuò)位問(wèn)題可能直到物理部件組裝時(shí)才會(huì)被發(fā)現(xiàn)。

PCB設(shè)計(jì)師的主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)策略

避免錯(cuò)位不僅僅是在設(shè)計(jì)過(guò)程中捕捉錯(cuò)誤，更重要的是協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，以確保此類(lèi)問(wèn)題盡可能少發(fā)生。

隨著PCB設(shè)計(jì)追求高密度，以及連接器-外殼位置需要滿足更嚴(yán)格的規(guī)格，即使是一個(gè)微小的機(jī)械疏忽也會(huì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致代價(jià)高昂的返工或采購(gòu)延遲。

主動(dòng)的方法包括改善電子與機(jī)械團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)作。在追求精度的過(guò)程中，以下一些策略可以最大限度地減少流程中的缺陷，這些缺陷日后會(huì)體現(xiàn)為重大的生產(chǎn)障礙：

1. 在PCB和外殼設(shè)計(jì)過(guò)程中使用精確的機(jī)械圖紙和3D模型。

2. 在Altium的PCB設(shè)計(jì)環(huán)境等ECAD工具中執(zhí)行3D檢查。

3. 添加如安裝孔和定位銷(xiāo)等對(duì)準(zhǔn)特征，以指導(dǎo)電子側(cè)的特定放置（對(duì)于公差要求較小的元件并不總是適用）。

4. 使用3D打印或CNC技術(shù)打印或制作外殼和PCB的原型以驗(yàn)證配合。

5. 通過(guò)集成設(shè)計(jì)來(lái)促進(jìn)電子與機(jī)械工程團(tuán)隊(duì)之間更好的工作流程。

MCAD協(xié)同設(shè)計(jì)：無(wú)縫的ECAD-MCAD協(xié)作

MCAD協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了ECAD與MCAD環(huán)境之間的實(shí)時(shí)、雙向協(xié)作，將Altium設(shè)計(jì)與行業(yè)優(yōu)選工具（如SolidWorks、PTC Creo、Autodesk Inventor和Fusion 360）連接起來(lái)。團(tuán)隊(duì)不再依賴(lài)ECAD和MCAD之間手動(dòng)文件傳輸或過(guò)時(shí)的模型，而是可以即時(shí)共享包含完整機(jī)械上下文（包括3D幾何形狀和放置數(shù)據(jù)）的設(shè)計(jì)變更。

將此類(lèi)解決方案直接集成到工程師常用的工具中，有助于保持兩個(gè)學(xué)科之間的一致性，降低溝通錯(cuò)誤和返工的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于處理日益復(fù)雜或緊湊設(shè)計(jì)的團(tuán)隊(duì)而言，獲得這種級(jí)別的精度和協(xié)作能力可以顯著減少迭代周期，加快開(kāi)發(fā)速度。

MCAD協(xié)同設(shè)計(jì)對(duì)團(tuán)隊(duì)和利益相關(guān)者的價(jià)值

對(duì)于機(jī)械工程師，MCAD協(xié)同設(shè)計(jì)消除了與連接器和外殼對(duì)準(zhǔn)相關(guān)的猜測(cè)。他們不再基于靜態(tài)文件導(dǎo)出或過(guò)時(shí)模型進(jìn)行工作，而是可以在其原生CAD環(huán)境中實(shí)時(shí)查看詳細(xì)的板級(jí)設(shè)計(jì)。

電子設(shè)計(jì)師遇到的干擾更少，迭代周期更快。無(wú)需再等待反饋或手動(dòng)重新生成文件來(lái)溝通意圖，只需一個(gè)跨學(xué)科共享的單一數(shù)據(jù)來(lái)源。

對(duì)于所有其他利益相關(guān)者、制造商及所有下游企業(yè)而言，更少的原型迭代、更短的開(kāi)發(fā)周期、更低的成本以及更快的上市時(shí)間本身就具有內(nèi)在價(jià)值。MCAD協(xié)同設(shè)計(jì)使元件、團(tuán)隊(duì)、目標(biāo)和結(jié)果保持一致。

總結(jié)

行業(yè)正被“快速上市”的需求驅(qū)動(dòng)，同時(shí) ECAD 和 MCAD 設(shè)計(jì)的復(fù)雜性與精度不斷提升，使效率成為每個(gè)精密產(chǎn)品的核心。然而，這兩者之間的平衡往往留下元件錯(cuò)位的隱患，而高速節(jié)奏最終可能影響成品的完整性。

諸如 MCAD 協(xié)同設(shè)計(jì) 等能力，使團(tuán)隊(duì)能夠及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，減少高昂的返工成本，并在開(kāi)發(fā)的每個(gè)階段提升協(xié)作。隨著設(shè)備愈加緊湊、時(shí)間表愈加緊張，彌合機(jī)械與電氣之間的鴻溝，已成為實(shí)現(xiàn)更可靠創(chuàng)新的必然之舉。當(dāng) ECAD 與 MCAD 保持一致，團(tuán)隊(duì)將加快進(jìn)度，避免浪費(fèi)，并按時(shí)按規(guī)格交付更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

關(guān)于Altium

Altium有限公司隸屬于瑞薩集團(tuán)，總部位于美國(guó)加利福尼亞州圣迭戈，是一家致力于加速電子創(chuàng)新的全球軟件公司。Altium提供數(shù)字解決方案，以最大限度提高電子設(shè)計(jì)的生產(chǎn)力，連接整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的所有利益相關(guān)者，提供對(duì)元器件資源和信息的無(wú)縫訪問(wèn)，并管理整個(gè)電子產(chǎn)品生命周期。Altium生態(tài)系統(tǒng)加速了各行業(yè)及各規(guī)模企業(yè)的電子產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)進(jìn)程。