Happy Holden和Michael Ford讨论了行业对填补设计与制造之间鸿沟的迫切需求。Michael阐述了IPC-2581和CFX结合后，将不再存在无法为制造商的工艺优化电路板设计的借口，以及其中的原因。正如Michael所说，现在正是破除障碍、推动DFM和行业继续向前发展的好时机。
Andy Shaughnessy：我们今天共探讨DFM，以及我们要如何帮助设计师和那些总是收到错误数据的CAM工程师。为什么DFM看起来如此可望不可及？
Michael Ford：设计和制造之间存在着很大的鸿沟，主要有3个原因。首先，设计和制造的地理位置之间存在距离。产品投入生产的地点和进行产品设计的地点往往相距很远。除了存在空间上的距离，还存在时间间隔，完成产品设计后，可能需要几个月后才能投入生产。而此时，产品设计师已经开始进行其他项目了。
但这也与二者从属不同的技术领域有关。当遇到制造难题时，制造领域的从业者寻求帮助，他们往往会从贴装机、回流焊炉温度曲线谈起，而这些术语对于设计师而言很难理解。
设计和制造双方都只关注自己的经验、技术和描述问题的方式，不能达到真正有效的沟通。也正因为制造非常复杂，需要涉及不同的设备和材料，所以对任何人而言都很成功难获取全面的信息。
Happy Holden：我在指导设计电路板布局的设计工程师时（哪怕他们看到同一家工厂生产了不同的多层电路板），告诉他们最重要的一点是，“你们面临的艰巨任务就是在设计PCB的同时还要谨记，一定要按计划进行设计、使用EDA工具和新元件，缩短上升时间、减少受热问题。做到这一切，就能成为世界顶级PCB设计师。我并不希望你们能成为制造专家，你唯一需要做的就是参观PCB生产工厂，了解整个PCB制造流程的复杂性。一旦遇到问题，及时给制造方发邮件询问或亲自前往制造工厂询问。”
设计师面临的一大难题就是缺少一个详细的PCB设计流程图。在某个节点，会遇到元件放置和布局方面的严重问题，而这些不同的方面可能都会出错。我们稍后会去询问CAM从业人员这些问题，让他们解决这些问题，并根据PCB成品的成本，给出标准化的答案。不同的选择会导致不同的成本，成本决定了哪种方案便宜、哪种方案贵。
然后我们会把结果填进一张表或一张检查单，供设计师使用。至少他们在做出选择之前能了解不同的选择会导致哪种结果的标示。我从没在哪本书、哪个设计课程或哪项IPC标准中见到过这类信息。如果PCB布局有无数种方法，你如何才能选择出最佳方式？如果我把这块CPU放置在一个只能三面布线而不能四面布线的边缘位置，会有什么样的后果？
Ford：前景还是非常乐观的，因为行业近期取得了不错的进展，有些具体事项已经得到了落实。首先，IPC-2581标准C版，现在称之为DPMX，即将发布。C版中加入了专门针对DFM反馈的新模块。新版标准不再采用过去那种以规则为基础的DFM——一种仅从制造角度加入一些规则的设计规则检查；而是构建了设计师与制造商能够通过明确的数字化方法直接沟通的一种机制。使用这种机制，人们再也不需要发送大量的文件和图纸、通过打电话和发邮件来回传递信息，这些方式容易丢失信息或引起误解，转而采用一种传递所有信息流的通道。
第二项进展就是DPMX文件（即IPC-2581）现在已开始用于制造组装中。之前，设计数据主要流向数字制造工程系统中，这个系统会计算每台设备所需的不同数据，并应用本地的BOM。但若涉及设备编程，设备就需要更多产品设计信息。为此，IPC互联工厂数据交换（CFX）IIoT数据交换具有直接向机器发送原始IPC-2581文件的功能，以便机器直接精确参考整个设计数据。不久之后，我们就能看到最先进的设备供应商实际已经采用了这项技术的新闻报道。
Holden：很像是一种TAM网络。
Ford：没错，难点一直在于不同领域很难完全理解这些设计信息。已经有明确定义的IPC数字孪生概念规定了跨领域获取信息的方式。不同工艺的信息分解为可以理解的数字内容，例如能从DPMX文件中获得的信息。这是整个数字孪生的一部分。设计和制造领域所需要的正是连通性和互操作性。
Nolan Johnson：对于CAD工具和制造商而言，这是不是一个让他们在设计过程中可实时沟通和交互的契机？
Ford：这是第一阶段。我们希望在设计师那里看到的变化是他们在将产品送去制造之前，不再以界限明确的项目形式去设计产品，而是能够与制造方共同合作，双方之间有连续的信息流。因为制造和设计双方总是存在一定距离，当材料短缺或定价问题等情况出现时，例如需要从所选的当地供应商那里调用替代材料，制造方常常会使用未经设计师授权采用的材料，甚至是他们没有预见到要采用的材料。全球所有DFM规则都未包含设计控制预料之外的逻辑。
所以需要这样一个合作平台，在遇到这类情况时，可以使那些寻找替代材料以满足生产要求的当地制造商能够得到设计师的许可，让设计师确认替换材料的功能、规格和物理属性（包括引脚、焊盘、形状和尺寸等）都符合要求。这个流程目前还未实现，就算目前已实现，也是一个毫无作用的流程，因为等到制造商想要和设计师沟通时，设计师早就去负责其他项目了。
Holden：这一点很重要，因为有负责选取元件等物料的工程师，似乎一切都没问题，但如果问起组装测试的负责人，他们就会说，“不是的，这类元件故障率很高，经常出现测试问题。那个元件能够发挥同样的作用，但是在质量测试中，比你们所选的元件具有更高的可测试性水平。”
Ford：这种事时有发生，可能也是一种本地化问题。可能取决于具体的生产设备及材料供应商。互动真的很重要，我见过这样沟通顺畅的团队，他们相互提供反馈信息，所以就不会出现我刚才提到的DFM问题，因为制造商能给出一些信息，比如使用这款元件时，存在直通率问题，失效率约为100×10-6，而通过不同的朝向放置此元件时，直通率会提高，失效率可减少到10×10-6。这类信息格式对于设计师而言很好理解，因为通过使用数据，就可以避免使用以领域为基础的技术术语。
Johnson：听起来就像是将海量数据转换成可以用作反馈的统计AI建议。也一定意味着制造商收集和解读数据的方式会发生巨大变化，制造商需要具备大量AI相关知识的专业人员。
Ford：制造领域大量从业者目前的工作重点是尽可能多地收集数据，很多情况下，他们会从设备中收集消息。IPC CFX标准是从机器中收集数据的最高效方式，但需要在具体环境下才能创造价值。
经查实的信息与事件应该进行沟通，如果只交换原始数据（其占用空间大和复杂度高），设计师如何理解这些数据？所有以设计为基础的计算机软件都有类似的问题——就像人类设计师不能理解制造工程师的表述一样，设计师的计算机方案也无法读取制造数据。在制造方将数据点放在一起的语境，产生了便于其他人理解的含义。我们还需要避免制造过程中发生的偏差的内因，这样才不会将内因和根本原因混淆。然后我们会以一种设计师能理解的方式，将事实情况反馈给他们及其使用的系统。
Johnson：过去人们会把这种情况编写成设计规则。比如在Mentor Graphics早期使用Calibre和xCalibre处理IC时，产品团队的工作之一就是和半导体工厂共同创建针对某项工艺的设计规则。这属于一种静态工作。我们一直以来在DFM领域的情况就是这样，采用的是一组静态的设计规则。
Ford：没错，设计规则存在两个问题。一是制造技术在不断发展，所以设计规则总是不能做到准确无误。二是设计规则会变得极其复杂，以致所有人都无法理解，或记不住要如何更新这些检查项。我们必须要找到既简单又更有意义的设计规则，找到制造方和设计方都能采用以交换数据的特定语言，这也是IPC-2581标准明确定义的内容。这个项目真的很不错。
Holden：设计规则的另一个问题在于，他们存在杠杆效应。换句话说，产品做得稳健、体积大，那么制造起来也很简单、迅速，成本较低。但是达到技术极限时，产品的制作周期就会延长，成本也会变高，制造过程也会变复杂。要在哪里采用这些规则？又怎么确定规则的具体内容？大多数情况下都不能接受“视具体情况而定”的规则。
Ford：没错，人们好像从来就未对这些规则达成一致意见。他们总是想使这些规则差异化，因为他们各自的情况有所不同，甚至说是独一无二的。我们希望能看到有一个考虑了所有观点的公共平台，每个解决方案都可保持互操作性。这始终是IPC数字孪生概念的宗旨。我们会发现行业正在推广以数字孪生概念为基础的解决方案，所有人都说自己的方案中有某种形式的“数字孪生”。
基于解决方案的数字孪生的问题是他们都将受到解决方案范围的限制。受到专利保护的前提下，他们可以随心所欲，但除此之外他们不能使用任何其他资源。如果不能鉴定在泡沫之外触发的事件或变化，那么使用环境是受限的，要如何考量这些因素？例如，如果你使用AOI机器测量PCB上元件放置的X轴位置和Y轴位置相对电路板表面的偏差，但你并没能意识到不同批次的PCB会发生尺寸变化，也就是说带入了新的变化，那这种情况对统计分析放置精度趋势会产生什么影响？
由于篇幅原因，本文节选刊登，更多内容可点击点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》4月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。
Michael Ford
Aegis Software公司新兴产业战略高级总监，I-Connect007专栏作家
