Der letzte Schritt bei der Entwicklung neuer Produkte

Große Elektronikunternehmen haben ein gemeinsames Ziel, wettbewerbsfähige Produkte schneller auf den Markt zu bringen und gleichzeitig die Entwicklungskosten möglichst niedrig zu halten. Durch die Bereitstellung von Werkzeugen, die eine Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Entwicklungsabteilungen ermöglichen, lässt sich die Prozesseffizienz erheblich verbessern. Dies hat tiefgreifende Auswirkungen auf die Entwicklungszeit, Produktqualität und Entwicklungskosten.

Da viele Kosten eines Produktes fix sind, zum Beispiel die Materialkosten, müssen sich die Hersteller auf andere Bereiche konzentrieren, die sie besser beeinflussen können. Dazu gehören die Auswahl der Entwicklungswerkzeuge, Verbesserungen beim Daten- und Prozessmanagement sowie eine höhere Effizienz innerhalb und zwischen den verschiedenen Abteilungen eines Unternehmens, die an der Entwicklung, Produktion und Lieferung eines Produkts beteiligt sind.

Schrittweise Verbesserungen bei den Entwicklungswerkzeugen und Prozessen sind zwar immer erforderlich, sie sind aber oft nicht adäquat, um die ehrgeizigen Geschäftsziele zu erreichen. Vielmehr sind breit angelegte Optimierungen und operative Philosophien erforderlich, damit mit einer einzigen Änderung der Prozess vom Konzept bis zur Auslieferung verbessert werden kann.

Da schrittweise Änderungen in jedem Bereich auftreten, wird es immer wichtiger, dass Mechanik- und Elektronikentwickler während des gesamten Entwicklungsprozesses zusammenarbeiten. Zum Beispiel können Änderungen am Gehäuse eines Produkts die Umrisse von Platinen oder die Lage von Befestigungslöchern beeinflussen. Umgekehrt kann die Platzierung großer Komponenten auf einer Leiterplatte das Gehäuse beeinträchtigen. Bild 1 zeigt, wie das thermische Management durch Zusammenarbeit von Elektronik- und Mechanikentwicklung erleichtert werden kann.

Bild 1. Die Zusammenarbeit zwischen Elektronik- und Mechanikentwicklung kann die Entwicklung beschleunigen und Respins verhindern. Mentor Graphics

Historisch waren dies zwei separate Entwicklungsabteilungen mit getrenntem Management und – in der Tat – unterschiedlichen Zielen. ECAD war für die Entwicklung und Leistungsfähigkeit der Leiterplatten eines Produktes verantwortlich. MCAD beschäftigte sich im Allgemeinen mehr mit den physikalischen Aspekten eines Produkts und seiner Schnittstelle zum Anwender, in Form von Gehäusen, Steuerungen und dem allgemeinen Look-and-Feel. Jedes Entwicklungsteam hatte seine eigenen Werkzeuge und Prozesse und die Entwicklungspläne überschnitten sich nur gelegentlich.

In einigen, glücklicherweise rückläufigen Fällen lag der fehlende Fortschritt in Richtung gegenseitiger Effizienz am Managementstil oder anderen gesellschaftlichen Zwängen im Unternehmen. Häufiger war es so, dass es keine adäquate gemeinsame Technologie gab, um diesen Anforderungen zu begegnen und die Teamarbeit zu verbessern.

Wenn schrittweise Verbesserungen nicht genug sind, was kann helfen? Eine Methode ist es, Möglichkeiten der Zusammenarbeit zu implementieren, die serielle Prozesse in parallele Prozesse wandeln, die Kommunikation von Papier auf Elektronik umstellen und es mehreren Abteilungen in einem Unternehmen ermöglichen, die Mauern zu durchbrechen und angedachte Designänderungen in Echtzeit zu verhandeln. Die in einem Unternehmen verteilten ECAD- und MCAD-Entwicklungsabteilungen können nicht nur wie oben beschrieben getrennt sein, sondern auch durch Zeitzonen und Sprachen. Eine enge Zusammenarbeit zwischen diesen Entwicklern während des Entwicklungsprozesses würde die Designzykluszeiten erheblich verringern, die Produktionsdurchläufe reduzieren und die Qualität des Produkts verbessern.

Lösungen analysieren

Die erste Herausforderung bei der Gestaltung einer Zusammenarbeit zwischen ECAD und MCAD ist, dass diese nicht dieselbe Sprache sprechen. Jeder Bereich hat sich über mehrere Jahrzehnte weiterentwickelt, um die Produktivität seiner Entwickler zu optimieren und die ehrgeizigen Geschäftsanforderungen seiner Kunden zu erfüllen. Das Ergebnis ist speziell auf die Datenbanken und Konstrukte der jeweiligen Lösung (ECAD und MCAD) abgestimmt. Wird dann versucht, Daten vor und zurück zu übersetzen, ist es so, als ob zwei völlig verschiedene Sprachen (Wörter, Konstrukte, Untertitel) mit einigen Gemeinsamkeiten probieren, miteinander zu kommunizieren.

Die nächste Herausforderung liegt darin, Möglichkeiten der Zusammenarbeit zu schaffen, die Informationen in der den Anwendern vertrauten Form darstellen. Sowohl ECAD- als auch MCAD-Entwickler nutzen ihre Werkzeuge seit Jahren und wenn sie für den Einsatz von Collaboration-Tools gezwungen werden, neue, vollständig fremde GUIs und Sprachen zu verwenden, dann würde das den erforderlichen Schulungsaufwand erheblich steigern, die Produktivität senken und somit die Akzeptanz verringern. Nur der weitverbreitete Einsatz würde zu den gewünschten Resultaten bei Produktivität und Prozesseffizienz führen.

Ein Standard für die Zusammenarbeit

Anstatt die grundlegenden Datenmodelle der beiden Bereiche zu ändern, wurde eine Teilmenge von Objekten ausgewählt und priorisiert, die am ehesten den Objekten entsprechen, die während der gemeinsamen Entwicklung des mechanischen Gehäuses und der Leiterplatten geändert werden. Beispiele sind Montagelöcher, Baugruppenumrisse, Platzierung der Komponenten, Höhenbeschränkungen und weitere. Jeder dieser Objektnamen, Eigenschaften und Konstrukte wurde in einer für beide Seiten akzeptablen Form spezifiziert, sodass die Systeme der beiden Bereiche sie verstehen können. Dies war der Beginn einer gemeinsamen Sprache, die die wichtigsten Objekte für die Zusammenarbeit umfasst und als das EDMD (Electrical Design, Mechanical Design) -Schema bekannt ist.

Bild 2. Die ECAD-MCAD-Collaboration-Architektur.Mentor Graphics

Für die Zusammenarbeit wurden auch ein Interaktionsprotokoll (XML), gemeinsam unterstützte Anwendungsfälle und die Beziehung der Collaboration-Tools zu den nativen ECAD- und MCAD-Tools definiert. All dies wurde in einem als ProSTEP iViP bezeichneten Dokument als Kommunikationsstandard spezifiziert, der für alle ECAD- und MCAD-Anbieter offen ist.

Keine Notwendigkeit, ein neues Werkzeug zu erlernen

Eines der Designkriterien für eine Collaboration-Lösung war, dass weder ECAD- noch MCAD-Entwickler die Bedienung des anderen Werkzeugs oder eines neuen Hybridwerkzeugs erlernen müssen. Beide sind Experten in ihren Bereichen. Die Implementierung der Collaboration-Lösung bietet eine gemeinsame Kommunikationsschicht zwischen den Systemen, die es jedem Entwickler ermöglicht das zu tun, was er am besten kann und zwar in der Umgebung, die er gewohnt ist. Dies erleichtert die Akzeptanz auf beiden Seiten des Designzyklus und beschleunigt die Lösung für die Industrie.

Den Bedarf adressieren

Es ist kein Geheimnis, dass es für die am Ende des Entwicklungszyklus gefundenen ECAD-MCAD-Designkonflikte häufig zu spät ist, um sie effizient zu lösen und sie deshalb schwere Folgen für die Produkteinführung in Bezug auf Kosten, Zeitplan und Qualität haben können.

Ein ECAD-MCAD-Collaboration-Tool und die dadurch verbesserten Prozesse sollten diese Probleme direkt angehen: Kontinuierliche, schrittweise Zusammenarbeit während des Designzyklus hilft, kostspielige Nacharbeiten und Respin-Überraschungen am Ende des Zyklus zu vermeiden; ECAD-MCAD-Konflikte werden frühzeitig im Prozess erkannt und behoben. Die gleichen Iterationen verringern auch die Wahrscheinlichkeit, dass Redesigns spät im Designzyklus den Zeitplan für die Auslieferung des Produktes negativ beeinflussen. Wahrscheinlich werden sie ihn sogar beschleunigen.

Beide werden verbessert, da die ECAD- und MCAD-Entwickler durch das Verständnis und die Wertschätzung der Designanforderungen des jeweils anderen produktiver werden. Denn sie verfügen über ein Werkzeug, das Konflikte früh lösen oder vermeiden kann und werden so immer mehr zu einem funktionierenden Team. Redesigns und Aktivitäten für Nacharbeiten kosten Zeit und verhindern, dass das nächste Design in Angriff genommen wird. In der Eile, die Probleme zu beheben, werden Entscheidungsprozesse beeinflusst und zusätzliche Fehler gemacht, die sich negativ auf die Qualität der Produkte auswirken. Das Durcheinander in einem späten Stadium zu vermeiden, kann die Produktqualität nur erhalten oder verbessern.

Enge Integration

Mit der Einführung des Xpedition Enterprise Flow integriert Mentor Graphics seinen ECAD-MCAD-Collaborator in den Flow und die Kommunikation mit dem MCAD-System. Das geschieht über den EDMD-ProSTEP-Standard und das XML-Protokoll. Der Kooperationsprozess selbst wird durch einfach zu bedienende Steuerelemente aktiviert. Diese begleiten den Anwender durch die einzelnen Schritte der Änderungsvorschläge, Ablehnungen, Akzeptierung und letztlichen Zustimmung und Synchronisation.

Der hohe Integrationsgrad dieser Entwicklungswerkzeuge ermöglicht es dem ECAD-Entwickler, eine Änderung vorzuschlagen (zum Beispiel das Verschieben eines Bauteils) und der MCAD-Organisation nur die zur Veranschaulichung des Vorschlags notwendigen Daten zu übertragen. Ebenso kann der MCAD-Designer eine Änderung vorschlagen, zum Beispiel eine Modifikation der Platinenumrisse, und nur die Daten übertragen, die der ECAD-Organisation den Vorschlag veranschaulichen. Sobald eine Übereinstimmung zwischen ECAD und MCAD erreicht ist, führt das Collaborator-Tool automatisch alle erforderlichen Änderungen an den jeweiligen Datenbanken durch.

Während der Zusammenarbeit können sowohl MCAD- als auch ECAD-Entwickler die vorgeschlagen Änderungen in ihren vertrauten Umgebungen betrachten. Das Resultat ist ein Collaboration-Prozess, der Papier durch digitale Inhalte ersetzt, die Möglichkeit für Überprüfungen und Gegenvorschläge bietet und bei akzeptierten Änderungen direkte Updates der entsprechenden Datenbanken ermöglicht.

Vertraute Umgebung

Das Collaborator-Tool ist so konzipiert, dass ECAD- und MCAD-Entwickler mit ihrer eigenen Entwicklungsumgebung arbeiten und bei Bedarf schnell und effizient bidirektional kommunizieren können. Im Gegensatz zum alten Schnittstellenformat, IDF, das zur Übertragung von vollständigen Designdaten zwischen ECAD und MCAD verwendet wird, transferiert das Collaborator-Tool nur eine vorgeschlagene inkrementelle Änderung. Dies ermöglicht ein standardmäßiges EDMD-XML-Schema, das die genaue, rechtzeitige bidirektionale Kommunikation von schrittweisen Designänderungen zwischen ECAD und MCAD unterstützt.

Bild 3. Das Collaborator-Tool bewahrt die Benutzerschnittstelle und die für den Leiterplattenentwickler vertraute Umgebung.Mentor Graphics

Zusammenarbeit versus 3D-Ansicht versus Datentransfer

EDMD ersetzt nicht den älteren IDF-Standard, der lange Zeit verwendet wurde, um ein vollständiges Leiterplatten- oder Gehäusedesign (Platinenumrisse, Löcher, Komponentenplatzierung) zwischen MCAD und ECAD zu übertragen. Dies waren in der Regel vollständige Daten-Dumps und keine inkrementellen Änderungen, die als Objekte für die Zusammenarbeit identifiziert werden. Obwohl die 3D-Visualisierung einer Leiterplatte in ihrem endgültigen Gehäuse Vorteile hat, ist das keine echte Zusammenarbeit. Diese erfordert die Fähigkeit, inkrementelle Vorschläge zu kommunizieren und jedem Bereich die Möglichkeit zu geben, die Änderungen in seiner eigenen ECAD- oder MCAD-Umgebung zu betrachten und damit zu experimentieren.

Typischer Fall einer Zusammenarbeit

• Während des Layouts findet der ECAD-Entwickler heraus, dass er ein Problem durch Drehen eines Bauteils in der Ecke der Leiterplatte lösen kann, dies aber eine Aussparung in der Baugruppe nicht erlaubt.
• Während der Collaboration-Sitzung schlägt er dem MCAD-Entwickler vor, diese Ecke auszugleichen.
• Der MCAD-Entwickler importiert den Vorschlag in sein Entwicklungssystem und stellt fest, dass die Änderung Interferenzen mit dem Gehäuse, in das die Leiterplatte hineinkommt, hervorrufen würde und sendet mithilfe des Collaborator-Tools eine Zurückweisung an den ECAD-Entwickler.
• Er findet jedoch, dass er das Problem durch Anbringen eines Radius an der Ecke der Platine lösen kann und nutzt das Collaborator-Tool, um dem ECAD-Entwickler seinen Vorschlag mitzuteilen.
• Der ECAD-Entwickler importiert diese Daten zur Überprüfung in sein System und stellt fest, dass es funktionieren wird.
• Er sendet seine Zustimmung zurück an den MCAD-Entwickler.
• Beide Entwickler aktualisieren ihre Designs mit identischen Daten und sind wieder synchron.

(ah)