可制造性設(shè)計

在設(shè)計任何與電子技術(shù)相關(guān)的新產(chǎn)品時，通常都會遇到一些重大的工程挑戰(zhàn)。一個電路的原型設(shè)計通常也需要在盡量短時間內(nèi)快速完成。

典型的設(shè)計挑戰(zhàn)包括：

• 空間限制
• 功率預(yù)算和限制
• 所能夠提供的系列功能

在設(shè)計完成后，將其轉(zhuǎn)移到制造過程中會增加更多的復(fù)雜性。元器件的生命周期、交貨時間和假冒零件的風(fēng)險等都給采購團隊帶來了一系列需要解決的問題。

可制造性設(shè)計 (DFM) 的概念用于解決整個設(shè)計過程中所有潛在的工程和采購挑戰(zhàn)，最重要的是，這些都需要在生產(chǎn)開始之前完成。

本文將重點介紹 DFM 流程應(yīng)該包括的一些步驟，并提供一些有用的信息和工具來幫助實施。

消除生產(chǎn)和供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)

啟動一個新的設(shè)計項目可能會令人興奮。項目的市場營銷規(guī)格能夠提供概念或操作方面的基本要求，但將據(jù)此生成的相關(guān)產(chǎn)品規(guī)范變?yōu)楝F(xiàn)實則是工程團隊的責(zé)任。他們首先需要審查產(chǎn)品特性和要求，然后開始設(shè)計和開發(fā)過程。

從一開始，就會提出許多影響設(shè)計的問題，例如：

• 產(chǎn)品的最大尺寸是多少？
• 產(chǎn)品是用戶可以佩戴的東西嗎？例如戴在手腕上產(chǎn)品
• 是否安裝在生產(chǎn)線上？
• 是否需要暴露在不利的環(huán)境條件下？
• 是否需要顯示器？
• 如果由電池供電，一次充電需要維持多長時間？

這些以及更多的工程因素都需要知曉和解決。通常，工程部門分為不同的功能學(xué)科，如機械、電子硬件、軟件開發(fā)，以及越來越多的用戶體驗。

除了工程之外，供應(yīng)鏈、生產(chǎn)和市場營銷等其他重要業(yè)務(wù)職能部門也需要密切合作，才能將新產(chǎn)品成功推向市場。此外，工程團隊做出的許多設(shè)計決策會產(chǎn)生進一步的影響。例如，設(shè)計一款配備一流性能電池的新型可穿戴設(shè)備可能對用戶體驗非常有利，但可能會導(dǎo)致留給電路設(shè)計的空間太小，這突出表明在各種情況下都需要在所做選擇之間取得平衡。

可制造性設(shè)計

可制造性設(shè)計策略的目標(biāo)是要能夠提供一種易于制造的產(chǎn)品，并在流程的早期能夠識別和緩解任何潛在障礙和不可預(yù)見的挑戰(zhàn)。DFM 方法成功的關(guān)鍵是將產(chǎn)品設(shè)計和流程規(guī)劃整合到一個活動中。

重要的是，DFM 策略的范疇涵蓋了所做的每一個設(shè)計決策及其影響：

• 材料采購
• 元器件采購
• 生產(chǎn)過程規(guī)劃

通過使用 DFM 策略，公司將建立明確記錄的設(shè)計和制造指南，以幫助減少制造新產(chǎn)品的成本和挑戰(zhàn)。

為了取得成功，工程、采購和生產(chǎn)團隊之間的溝通至關(guān)重要。通過清晰的溝通，一些潛在隱患能夠在變?yōu)橹卮髥栴}之前得到發(fā)現(xiàn)和解決。例如，從技術(shù)角度看，某些特定的半導(dǎo)體器件看起來可能非常理想，但事實證明，其采購卻很困難。再例如，某個無線元器件可能是超薄型，但事實證明卻難以用表面貼裝機器進行可靠的拾取和放置。團隊之間交流是無價之寶。

采購人員的實際 DFM 考慮因素
對于供應(yīng)鏈專業(yè)人士來說，在開始 DFM 流程時，有很多事情需要與工程和生產(chǎn)團隊考慮和討論，例如：

元器件選擇：工程團隊可能已經(jīng)提供了要采購的元器件列表，但仍然可以提出一些相關(guān)問題，包括：

• 元器件的使用范圍有多廣？您是否已經(jīng)為其他產(chǎn)品而采購了該組件？如果是這樣，到目前為止您的體驗如何？

• 半導(dǎo)體和IC 通常有不同的封裝類型。是否已經(jīng)采購了不同封裝中的相同器件？是否可以修改新設(shè)計以使用已經(jīng)購買過的器件封裝？

• 電容器和電阻器等被動元件通常是根據(jù)容差提供，如果采用低成本元件就足夠時，是否必須采用高容差、高成本的元件？此外，電容器具有不同的構(gòu)建材料，如鉭和陶瓷。工程師指定這些元件是否僅僅因為在進行原型設(shè)計時已經(jīng)有這種元件可用，并沒有考慮購買其他選項？

元器件供貨能力：一條生產(chǎn)線因為缺少元器件而停止運行，可能會導(dǎo)致代價高昂的停機，或更糟的是，導(dǎo)致新產(chǎn)品推出的延遲，進而影響營業(yè)收入，這可能使競爭對手取得優(yōu)勢。

• 需要時常查看物料清單(BOM) ，并與采購和供應(yīng)鏈合作伙伴一起檢查元器件的交貨期，延誤是否正如預(yù)期？供應(yīng)鏈中斷的潛在風(fēng)險是什么？

• 務(wù)必需要與工程團隊查驗，是否可能有合適的替代元器件，是否更容易獲得。審查在上述部件選擇部分著重強調(diào)的參數(shù)。

• 與元器件供應(yīng)商檢查有關(guān)第二貨源的問題，并建立定期檢查制度，以確定未來的短缺、配額順序，以及其它可能擾亂供應(yīng)鏈的因素。

構(gòu)建與購買的考慮：這雖然通常是工程團隊的討論話題，但其影響卻非常廣泛和深刻。例如，許多經(jīng)常使用的電路或功能現(xiàn)在可以作為模塊或片上系統(tǒng)提供，而無需從頭開始設(shè)計電路，工程師可以選擇一個現(xiàn)成的模塊，諸如DC/DC轉(zhuǎn)換器。

雖然分立設(shè)計方法能夠使工程師精確地達到所需的參數(shù)指標(biāo)，但這種方法也有缺點，分立設(shè)計需要通過額外的工程和測試，這些都會添加到BOM。而一個模塊則是一個單一的BOM項目，并不會導(dǎo)致一次性工程費用（NRE）。模塊也可能已被制造商進行了空間優(yōu)化，能夠節(jié)省寶貴的PCB面積。在DC/DC轉(zhuǎn)換器情況下，熱管理也已經(jīng)在其中設(shè)計成型。

符合安全和型式認(rèn)可（type approval）標(biāo)準(zhǔn)是采用模塊，而不是分立設(shè)計方法的另一個好處。例如，DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊已經(jīng)被認(rèn)證為符合隔離EMI/EMC標(biāo)準(zhǔn)，同樣，無線模塊也被型式批準(zhǔn)為符合國際無線規(guī)范和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。對于標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證所需要的時間可以占據(jù)NRE中相當(dāng)大的部分，所以使用模塊化產(chǎn)品可以幫助加快開發(fā)和測試過程，并簡化BOM。

采購風(fēng)險：元器件供應(yīng)中斷并不是需要考慮的唯一風(fēng)險。

• 假冒元器件可以通過許多途徑進入供應(yīng)鏈。信譽良好的供應(yīng)商都會堅持元器件的可追溯性，需要與您的零部件供應(yīng)商確認(rèn)，他們提供的每一個元器件都具有可追溯性。

• 重新包裝的元器件也偶爾出現(xiàn)，這構(gòu)成對設(shè)計的巨大風(fēng)險。重新包裝的元器件可能包含另一個完全不相關(guān)的器件，甚至可能會重新印刷有您認(rèn)為要購買的品牌和型號。從外面看，沒有明顯的跡象顯示所有這些是不正確的，只有經(jīng)過適當(dāng)?shù)臏y試和使用 X 光機檢測，才能確定元器件是否重新包裝。

• 符合特定的標(biāo)準(zhǔn)需要提供每個相關(guān)元器件或模塊的一套完整文檔，包括證書。這一要求是必需的，特別是對于與安全相關(guān)的元器件，諸如醫(yī)療相關(guān)的應(yīng)用。

全球化問題：這個話題有很多因素需要考慮，包括從貿(mào)易爭端到環(huán)境災(zāi)難等方面。

• 地區(qū)性或國家之間貿(mào)易爭端往往比較引人注目，但由于當(dāng)?shù)貏诠栴}導(dǎo)致的設(shè)施關(guān)閉也同樣具有破壞性。需要定期查看供應(yīng)商的新聞和網(wǎng)站，檢查是否有任何預(yù)警跡象。

• 原材料短缺也可能給元器件供應(yīng)商帶來風(fēng)險。例如，許多電子元件生產(chǎn)依賴于稀土礦物的供貨。您的 BOM 上是否確定了所有可能受影響的元器件？

• 可持續(xù)性正在成為不斷增大影響消費者購買行為的因素。您所選擇的元器件供應(yīng)商和制造商所處的環(huán)境、社會和治理 (ESG) 保證怎么樣？

• 盡管難以預(yù)見和計劃，但過去地震、洪水和火災(zāi)等環(huán)境災(zāi)害已中斷了許多電子元器件供應(yīng)鏈。需要檢查您的供應(yīng)商之前是否遇到過這些問題。
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上述因素只是實施 DFM 戰(zhàn)略的一些基本方面。最重要的是，與內(nèi)部和外部相關(guān)各方保持定期溝通至關(guān)重要。無論是在設(shè)計階段還是在生產(chǎn)過程中，潛在問題越及早發(fā)現(xiàn)，就有越多的時間來解決。

協(xié)助您實施 DFM 的工具
作為一家領(lǐng)先的元器件分銷商，貿(mào)澤電子擁有多個有助于簡化 DFM 任務(wù)的在線工具。其中包括貿(mào)澤電子的 BOM 工具 Forte，它能夠提供一種免費且方便的方法來管理產(chǎn)品生命周期的完整物料清單。Forte 可為用戶提供許多有助于將風(fēng)險降至最低的寶貴且省時的功能，例如：

• 可以從幾乎任何格式的電子表格實現(xiàn)靈活的 BOM 導(dǎo)入流程

• 元器件匹配置信度可確保正確選擇零部件

• 設(shè)計風(fēng)險指示有助于避免庫存和過時問題

• 無需離開工具即可輕松添加、修改和刪除零部件

• 在無需更改 BOM 的情況下檢查多個批量下的價格浮動

• 導(dǎo)出、共享和打印 BOM

貿(mào)澤電子還為每種元器件提供全面的設(shè)計信息，包括 PCB占位面積、符號和 3D CAD 模型。這些重要的產(chǎn)品文件包含電路和機械設(shè)計所需的全部信息，從而能夠簡化產(chǎn)品選擇和設(shè)計過程。所有文件均可免費下載。如果特定元器件不具備這些信息，用戶可以請求創(chuàng)建這些，從而可以節(jié)省數(shù)天的工程時間。

鑒于本文篇幅所限，這里并未討論諸如最小化處理、易于組裝和簡化制造等話題。然而，我們已經(jīng)突出強調(diào)了可制造性設(shè)計的一些關(guān)鍵方面，希望這些有助于在您的業(yè)務(wù)中成功實施 DFM，從而帶來更大的商業(yè)利益。

作者：貿(mào)澤電子Mark Patrick