應對MCAD-ECAD協(xié)同設計的一體化方案

在當今全球市場(chǎng)中，設計人員受分立設計原則的過(guò)時(shí)思想所困擾。他們只想設計能夠在競爭中勝出的優(yōu)秀產(chǎn)品，而且他們只想獲得一種簡(jiǎn)單易用、使自己能夠專(zhuān)著(zhù)于產(chǎn)品智能設計的解決方案。

　　在更短時(shí)間內開(kāi)發(fā)出新一代電子產(chǎn)品的壓力，使設計人員不得不重新審慎評估從概念到制造的整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程。在電子技術(shù)不斷發(fā)展的推動(dòng)下，生產(chǎn)能在市場(chǎng)中帶來(lái)競爭優(yōu)勢的更小型、更智能、連接性更強的產(chǎn)品意味著(zhù)現在需要整體權衡產(chǎn)品設計過(guò)程的每一個(gè)部分。

　　讓產(chǎn)品區別于競爭對手的機械與電子設計特性，過(guò)去一直被認為先是各自為政，然后被迫作為一個(gè)整體產(chǎn)品協(xié)同運行。正是這些元素融合在一起的特殊性創(chuàng )造出當今獨特的互連產(chǎn)品。但這帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，即如何將產(chǎn)品融合在一起以提供獨特優(yōu)勢。

　　現在需要從更廣的角度看待設計過(guò)程，這需要跨越所有設計學(xué)科，讓所有元素都能協(xié)同工作。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中日益重要的一個(gè)要求是電子設計ECAD與機械設計的動(dòng)態(tài)交互。特別是對尺寸更小、功能性更強的產(chǎn)品套件的持續需求，迫使二者不得不緊密地聯(lián)系在一起，無(wú)論是物理層面還是就其開(kāi)發(fā)而言。

　　電路板組裝目前一般會(huì )容納所有外部硬件設備，如連接器、鍵盤(pán)以及顯示器等，而產(chǎn)品的外殼組裝讓這些設備展現在用戶(hù)面前。這種物理接口也為內藏的產(chǎn)品設計智能地與用戶(hù)見(jiàn)面提供了機會(huì )。

　　這兩個(gè)領(lǐng)域息息相關(guān)。長(cháng)久以來(lái)，電子產(chǎn)品的外殼設計一直都是滿(mǎn)足所容納電子組件的物理特性要求。如今，產(chǎn)品的電子設計與機械設計之間的關(guān)系正在朝相反的方向發(fā)展，即電子組件的設計現在需要在實(shí)體上迎合目標外殼形式(圖1)。這是因為當今具有競爭力的產(chǎn)品(這些產(chǎn)品因其或卓越不凡，或極富吸引力，或讓人耳目一新而各不相同)在更大程度上取決于用戶(hù)體驗，而用戶(hù)體驗最易受產(chǎn)品外形與功能的影響。用戶(hù)體驗的好壞取決于美學(xué)、人體工程學(xué)和功能表現等要素，而這些要素取決于產(chǎn)品的機械設計與電氣設計。

　　圖1：當今產(chǎn)品中的電子與機械設計方面相互交融、相互依存。

　　隨著(zhù)設計日趨復雜化、智能化而且聯(lián)系更密切，高級設計概念在ECAD領(lǐng)域的系統設計以及MCAD領(lǐng)域的工業(yè)設計中應運而生。它們聯(lián)合在一起共同決定設備的智能性、設計、功能以及外形如何結合并一起創(chuàng )造所有人都能使用的產(chǎn)品。

　　機械設計如今給電子設計帶來(lái)了前所未有的深刻影響，它可以影響或決定主板形狀、尺寸與組件布局，而且在許多情況下還會(huì )決定所使用的組件類(lèi)型，甚至軟件運行方式。這種趨勢給兩者之間的交互賦予了前所未有的重要性，因為現在產(chǎn)品的成功取決于ECAD-MCAD協(xié)作的成效，需要的是通力協(xié)作而非僅僅是有所聯(lián)系的過(guò)程。

　　長(cháng)達25年的協(xié)同設計困擾

　　實(shí)際上，采用在各自領(lǐng)域設計應用之間傳遞基本尺寸信息的通用文件格式，只能簡(jiǎn)單滿(mǎn)足ECAD和MCAD設計的數據傳輸需求。尤其是從MCAD角度來(lái)看，MCAD設計在二十世紀七十年代的發(fā)展以及八十年代出現的實(shí)體建模，為數據交換文件格式的發(fā)展開(kāi)辟了一條稍顯崎嶇的道路。

　　根據MCAD與ECAD應用程序的不同，催生了一種傾向于僅在基本層面存在、依賴(lài)于大量文件交換格式的ECAD-MCAD設計流程。在過(guò)去，這意味著(zhù)一個(gè)應用的尺寸與對象布局數據經(jīng)處理后需要通過(guò)各種2D和3D文件格式、作為重要事件發(fā)送到另一個(gè)應用。如果每一步都需要適當的設計修改，則會(huì )引發(fā)又一次數據交換以確認相關(guān)修改，從而最終形成一種妨礙MCAD-ECAD設計協(xié)作的繁雜過(guò)程。

　　解決上述問(wèn)題的另一方法，是采用獨立的第三方設計轉換程序來(lái)簡(jiǎn)化文件兼容性問(wèn)題(如IDF在MCAD域偶爾獲得支持)，并提高過(guò)程的靈活性。這些程序通常以ECAD-MCAD應用的本機格式提供導入/導出選項，而且在某些情況下會(huì )與采用對象鏈接(OLE)或編程界面(API)的程序直接連接。

　　但這兩種方法都不盡如人意。在采用基本文件交換設置情況下，由于交換格式自身的限制與不一致性，數據轉換錯誤頻頻出現，而且數據傳輸量很難控制(太多或太少都有問(wèn)題)。最重要的是，上述過(guò)程一般很難操作，且由于數據交換格式不兼容而容易出錯。

　　由于能夠更嚴格定義格式和數據過(guò)濾選項以使用戶(hù)能指定傳輸所包含的對象，專(zhuān)用CAD轉換程序一般可以提供更好的解決方法。但不幸的是，由于在這過(guò)程中所插入的附加轉換層的復雜性，前后各需要兩個(gè)步驟。例如，由于與MCAD-ECAD應用具有密切關(guān)系，這種方法會(huì )使轉換程序具有版本依賴(lài)性，從而進(jìn)一步增加整個(gè)設計系統的許可費用。通過(guò)將其嵌入到MCAD或ECAD應用，轉換程序的鏈接(OLE、API)版本可以提供集成度更高的解決方案，但代價(jià)是對版本的依賴(lài)性更高，而且MCAD-ECAD應用必須加載到相同的PC平臺才能建立OLE/API互連。

　　一體化解決方案

　　與為滿(mǎn)足日益增長(cháng)的需求而不斷發(fā)展的其他工程過(guò)程一樣，我們需要從更高層面審視這些過(guò)程提供的預期結果。事實(shí)上，現有解決方案試圖利用旨在把過(guò)程融合在一起的繁雜文件格式和應用來(lái)消除MCAD-ECAD隔閡。但從過(guò)程角度來(lái)看，基本的需求是設計和規劃兩個(gè)域中正確的尺寸對象，以使整體設計按照預期理想地結合為一體。因此，主要任務(wù)其實(shí)是間隙檢驗，或者說(shuō)是材料配合。這部分任務(wù)一般在MCAD環(huán)境中進(jìn)行，首先將PCB的3D數據導入MCAD設計，然后由該環(huán)境下的沖突檢測決定配合是否成功，必要時(shí)則將主板修改數據發(fā)回給ECAD域。

　　基本的需求是在兩個(gè)域之間數據能可靠、全面和便捷地傳輸途徑。幸運的是，3D數據傳輸協(xié)議的開(kāi)發(fā)已經(jīng)發(fā)展到具備相對較新的STEP格式的新層次。STEP是一種針對3D設計與制造過(guò)程而設計的協(xié)議，不僅具有數據豐富性，而且極其穩定。

　　STEP目前得到了大多數MCAD系統的支持，而且在ECAD域引入雙向支持可以實(shí)現一次性消除3D數據轉換問(wèn)題。STEP文件可以是大文件，但如果 ECAD系統在轉換界面提供一系列智能對象過(guò)濾選項，則可以輕松約束文件大小。除了文件兼容性的優(yōu)勢，此方法還能避免第三方應用帶來(lái)的復雜性以及由此產(chǎn)生的費用，并且不受MCAD-ECAD應用程序版本問(wèn)題的困擾。