Happy Holden和Michael Ford討論了行業對填補設計與制造之間鴻溝的迫切需求。Michael闡述了IPC-2581和CFX結合后，將不再存在無法為制造商的工藝優化電路板設計的借口，以及其中的原因。正如Michael所說，現在正是破除障礙、推動DFM和行業繼續向前發展的好時機。Andy Shaughnessy：我們今天共探討DFM，以及我們要如何幫助設計師和那些總是收到錯誤數據的CAM工程師。為什么DFM看起來如此可望不可及？Michael Ford：設計和制造之間存在著很大的鴻溝，主要有3個原因。首先，設計和制造的地理位置之間存在距離。產品投入生產的地點和進行產品設計的地點往往相距很遠。除了存在空間上的距離，還存在時間間隔，完成產品設計后，可能需要幾個月后才能投入生產。而此時，產品設計師已經開始進行其他項目了。 但這也與二者從屬不同的技術領域有關。當遇到制造難題時，制造領域的從業者尋求幫助，他們往往會從貼裝機、回流焊爐溫度曲線談起，而這些術語對于設計師而言很難理解。設計和制造雙方都只關注自己的經驗、技術和描述問題的方式，不能達到真正有效的溝通。也正因為制造非常復雜，需要涉及不同的設備和材料，所以對任何人而言都很成功難獲取全面的信息。Happy Holden：我在指導設計電路板布局的設計工程師時（哪怕他們看到同一家工廠生產了不同的多層電路板），告訴他們最重要的一點是，“你們面臨的艱巨任務就是在設計PCB的同時還要謹記，一定要按計劃進行設計、使用EDA工具和新元件，縮短上升時間、減少受熱問題。做到這一切，就能成為世界頂級PCB設計師。我并不希望你們能成為制造專家，你唯一需要做的就是參觀PCB生產工廠，了解整個PCB制造流程的復雜性。一旦遇到問題，及時給制造方發郵件詢問或親自前往制造工廠詢問。” 設計師面臨的一大難題就是缺少一個詳細的PCB設計流程圖。在某個節點，會遇到元件放置和布局方面的嚴重問題，而這些不同的方面可能都會出錯。我們稍后會去詢問CAM從業人員這些問題，讓他們解決這些問題，并根據PCB成品的成本，給出標準化的答案。不同的選擇會導致不同的成本，成本決定了哪種方案便宜、哪種方案貴。然后我們會把結果填進一張表或一張檢查單，供設計師使用。至少他們在做出選擇之前能了解不同的選擇會導致哪種結果的標示。我從沒在哪本書、哪個設計課程或哪項IPC標準中見到過這類信息。如果PCB布局有無數種方法，你如何才能選擇出最佳方式？如果我把這塊CPU放置在一個只能三面布線而不能四面布線的邊緣位置，會有什么樣的后果？Ford：前景還是非常樂觀的，因為行業近期取得了不錯的進展，有些具體事項已經得到了落實。首先，IPC-2581標準C版，現在稱之為DPMX，即將發布。C版中加入了專門針對DFM反饋的新模塊。新版標準不再采用過去那種以規則為基礎的DFM——一種僅從制造角度加入一些規則的設計規則檢查；而是構建了設計師與制造商能夠通過明確的數字化方法直接溝通的一種機制。使用這種機制，人們再也不需要發送大量的文件和圖紙、通過打電話和發郵件來回傳遞信息，這些方式容易丟失信息或引起誤解，轉而采用一種傳遞所有信息流的通道。第二項進展就是DPMX文件（即IPC-2581）現在已開始用于制造組裝中。之前，設計數據主要流向數字制造工程系統中，這個系統會計算每臺設備所需的不同數據，并應用本地的BOM。但若涉及設備編程，設備就需要更多產品設計信息。為此，IPC互聯工廠數據交換（CFX）IIoT數據交換具有直接向機器發送原始IPC-2581文件的功能，以便機器直接精確參考整個設計數據。不久之后，我們就能看到最先進的設備供應商實際已經采用了這項技術的新聞報道。Ford：沒錯，難點一直在于不同領域很難完全理解這些設計信息。已經有明確定義的IPC數字孿生概念規定了跨領域獲取信息的方式。不同工藝的信息分解為可以理解的數字內容，例如能從DPMX文件中獲得的信息。這是整個數字孿生的一部分。設計和制造領域所需要的正是連通性和互操作性。Nolan Johnson：對于CAD工具和制造商而言，這是不是一個讓他們在設計過程中可實時溝通和交互的契機？Ford：這是第一階段。我們希望在設計師那里看到的變化是他們在將產品送去制造之前，不再以界限明確的項目形式去設計產品，而是能夠與制造方共同合作，雙方之間有連續的信息流。因為制造和設計雙方總是存在一定距離，當材料短缺或定價問題等情況出現時，例如需要從所選的當地供應商那里調用替代材料，制造方常常會使用未經設計師授權采用的材料，甚至是他們沒有預見到要采用的材料。全球所有DFM規則都未包含設計控制預料之外的邏輯。所以需要這樣一個合作平臺，在遇到這類情況時，可以使那些尋找替代材料以滿足生產要求的當地制造商能夠得到設計師的許可，讓設計師確認替換材料的功能、規格和物理屬性（包括引腳、焊盤、形狀和尺寸等）都符合要求。這個流程目前還未實現，就算目前已實現，也是一個毫無作用的流程，因為等到制造商想要和設計師溝通時，設計師早就去負責其他項目了。Holden：這一點很重要，因為有負責選取元件等物料的工程師，似乎一切都沒問題，但如果問起組裝測試的負責人，他們就會說，“不是的，這類元件故障率很高，經常出現測試問題。那個元件能夠發揮同樣的作用，但是在質量測試中，比你們所選的元件具有更高的可測試性水平。”Ford：這種事時有發生，可能也是一種本地化問題。可能取決于具體的生產設備及材料供應商。互動真的很重要，我見過這樣溝通順暢的團隊，他們相互提供反饋信息，所以就不會出現我剛才提到的DFM問題，因為制造商能給出一些信息，比如使用這款元件時，存在直通率問題，失效率約為100×10-6，而通過不同的朝向放置此元件時，直通率會提高，失效率可減少到10×10-6。這類信息格式對于設計師而言很好理解，因為通過使用數據，就可以避免使用以領域為基礎的技術術語。Johnson：聽起來就像是將海量數據轉換成可以用作反饋的統計AI建議。也一定意味著制造商收集和解讀數據的方式會發生巨大變化，制造商需要具備大量AI相關知識的專業人員。Ford：制造領域大量從業者目前的工作重點是盡可能多地收集數據，很多情況下，他們會從設備中收集消息。IPC CFX標準是從機器中收集數據的最高效方式，但需要在具體環境下才能創造價值。經查實的信息與事件應該進行溝通，如果只交換原始數據（其占用空間大和復雜度高），設計師如何理解這些數據？所有以設計為基礎的計算機軟件都有類似的問題——就像人類設計師不能理解制造工程師的表述一樣，設計師的計算機方案也無法讀取制造數據。在制造方將數據點放在一起的語境，產生了便于其他人理解的含義。我們還需要避免制造過程中發生的偏差的內因，這樣才不會將內因和根本原因混淆。然后我們會以一種設計師能理解的方式，將事實情況反饋給他們及其使用的系統。 Johnson：過去人們會把這種情況編寫成設計規則。比如在Mentor Graphics早期使用Calibre和xCalibre處理IC時，產品團隊的工作之一就是和半導體工廠共同創建針對某項工藝的設計規則。這屬于一種靜態工作。我們一直以來在DFM領域的情況就是這樣，采用的是一組靜態的設計規則。Ford：沒錯，設計規則存在兩個問題。一是制造技術在不斷發展，所以設計規則總是不能做到準確無誤。二是設計規則會變得極其復雜，以致所有人都無法理解，或記不住要如何更新這些檢查項。我們必須要找到既簡單又更有意義的設計規則，找到制造方和設計方都能采用以交換數據的特定語言，這也是IPC-2581標準明確定義的內容。這個項目真的很不錯。Holden：設計規則的另一個問題在于，他們存在杠桿效應。換句話說，產品做得穩健、體積大，那么制造起來也很簡單、迅速，成本較低。但是達到技術極限時，產品的制作周期就會延長，成本也會變高，制造過程也會變復雜。要在哪里采用這些規則？又怎么確定規則的具體內容？大多數情況下都不能接受“視具體情況而定”的規則。Ford：沒錯，人們好像從來就未對這些規則達成一致意見。他們總是想使這些規則差異化，因為他們各自的情況有所不同，甚至說是獨一無二的。我們希望能看到有一個考慮了所有觀點的公共平臺，每個解決方案都可保持互操作性。這始終是IPC數字孿生概念的宗旨。我們會發現行業正在推廣以數字孿生概念為基礎的解決方案，所有人都說自己的方案中有某種形式的“數字孿生”。基于解決方案的數字孿生的問題是他們都將受到解決方案范圍的限制。受到專利保護的前提下，他們可以隨心所欲，但除此之外他們不能使用任何其他資源。如果不能鑒定在泡沫之外觸發的事件或變化，那么使用環境是受限的，要如何考量這些因素？例如，如果你使用AOI機器測量PCB上元件放置的X軸位置和Y軸位置相對電路板表面的偏差，但你并沒能意識到不同批次的PCB會發生尺寸變化，也就是說帶入了新的變化，那這種情況對統計分析放置精度趨勢會產生什么影響？
