第一步:可制造性设计(DFM)
最优化设计(DFX)
随着越来越多的公司引入可制造性设计(DFM)方法来提高利润和产量,最优化设计(DFX)的概念逐渐变得引人瞩目起来。
成功实施DFX,可以确保产品的生产和检测质量,保证高度的可制造性和可测试性,因而DFX可以说是电子组装中的一个关键性因素。缺乏有竞争力的DFX文化和方法可能导致设计失败。
SMT行业正渐渐地、实实在在地接受DFX的概念。要让公司的各部门,特别是分布在全球各地的公司各部门,普遍接受DFX理念,肯定是一件困难的
任务。不过网站是分享知识的优秀工具。我们不妨来讨论一下DFX的理念,同时探讨如何建立和维护一个DFX网站。表面贴装顾问委员会(SMC)在七八年前就提出了DFX概念,以鼓励可制造性(DFM)、可测试性和可靠性等的设计。从那以后,SMC不断推广DFX概念并鼓励应用DFX。在1996年的表面贴装国际会议上,DFX是其中一个主要议题;同年SMC出版了一个包含6个DFX白皮书的文件(其副本可从IPC–连接电子工业协会获得)。该文件名SMC-WP-004,包括以下论文:《成功的设计》,作者为Hiatt & Associates公司的Dale Hiatt;《装配设计》,作者是Tessera公司的Vern Solberg;《构造设计》,作者是德州仪器公司的Foster Gray;《测试设计》,作者是Teradyne公司的Paul Spitz ;《可靠性设计》,作者是Engelmaier & Associates公司的Werner Engelmaier和乔治亚技术学院的Laura Turbini;以及IPC的Christopher Rhodes所写的《环境设计》。
DFX是一种方法论,它涉及产品的制造和设计的各种类别的方法。它既可以说是一门科学,也可以被称为艺术。成功的DFX团队应该把创造性思维与基础工程技术相结合,把激情和责任相结合。因为DFX能够一方面提高产品质量、可靠性和客户满意度,一方面缩短产品的开发时间和制造周期,降低产品成本;它可以减少产品从概念形成到交付客户所需的整个时间周期,这是决定性的成功因素。DFX必须是公司文化的一部分,必须得到各级管理层的有力支持。其目标必须是可计量的,其利益必须是值得追求的。
设计目标:乐趣与利润
产品的生命周期由两个关键阶段组成:概念期和实施期。在概念期,性能和成本是主要驱动力。这一阶段包括三大任务:需求分析、产品定义和设计完成。实施阶段包括六大任务:建立模型、确立试验、确证产品、预生产、第一批样品制造和全面生产。
因为希望尽快投产并推向市场,经典的设计方法鼓励快速地完成设计。然而,许多时候,由于关键性功能或可制造性问题被忽略,反而使整个过程变慢了。而由此引起的问题需要一次或多次重新设计才能纠正。同时,每一次修正都需要额外建立模型来加以确证。所以,现代设计方法鼓励更长时间的,更详细的设计。其结果是,在前期花费了更多的时间,但实际上却减少了推向市场的时间,因为在设计完成之前,产品的每一个关键因素都得到了仔细分析,错误也被纠正了。图一比较了这两种方法。
在产品的概念阶段,就应该组成协作的工程团队。协作工程就是将一个公司的资源、知识和经验结合起来,同步应用于产品的开发、设计和制造之中。这个团队涵盖了各个功能领域,如设计工程、制造工程、质量工程以及制造与采购。它从一开始就重视功能性、可制造性、可检测性、可靠性、质量、成本和环境等主题。从一开始就协作工作,提高了设计成功的可能性。
新产品引进(NPI)是产品开发、设计和制造的一个结构性步骤,它确保了组织、计划、交流和管理工作的良性运行。ISO认证要求记录下NPI处理过程。这一过程必须确保产品符合客户和相关标准制定机构指定的所有设计要求。在很多情况下,产品设计演变成为性能、可制造性和成本之间的折衷方案。但是,质量和可靠性永远不应该打折扣。DFX团队应该在两个关键点上进行风险评估:一是在设计完成时,一是在第一批样品制造时。应该记录下这些风险,并且与管理层进行讨论,同时,在项目推进前,采取防范措施来预防风险。
DFX文化
启动DFX项目,坚持DFX理念不是一件容易的事情——它需要时间和付出,不过它能够带来的成果是值得我们为之努力的。在项目开始之前,应该清楚自己的想法和期望。我们强烈推荐下列战略原则:
—DFX必须是公司文化的一部分;管理层必须支持和鼓励DFX。
—DFX应当以客户需求为主导,即充分理解客户的需求和愿望。
—DFX要求团队协作和创造性思维;管理层必须支持团队协作和开放性思维。
—DFX必须有可计量的、合理的目标;通过最为关键的成本、成品率等方面来确定。
—DFX必须易于应用,必须建立和记录其方法及程序,必须使用行业准则和标准。
建立DFM文档
即使正式的或书面的DFM指导原则还没有确立,组成它们所需要的大部分内容可能已经早就存在了。在那些业已涉及设计过程的组织里,由设计者创建和使用的CAD程序库和设计规则,就是这方面的一个良好开端。如上所述,人们也可以获得来自各标准组织的信息,如IPC,电子工业联盟(EIA)和表面贴装设备制造商协会(SMEMA);然而,这类信息可能不足以满足个别制造过程的需要或具体客户的要求。可以从标准组织获得的信息,通常是某一范围内的,而某一组织期望的也许是为每个单一项目确立一致的规格或性能。而确保所有的DFM指导原则符合所推荐的行业标准(也就是标准的目标),一直是非常重要的。另外的信息来源是元件供应商。与此设计有关的所有组织,都需要参与到DFM指导原则的制定和修改中去。设计工程、测试工程和加工/制造工程等组织通常都需要置入DFM指导原则中.
以下是应该包括在任何DFM指导原则中的主要项目列表:
* SMT和通孔元件的选择标准
* 印制电路板(PCB)尺寸要求
* 焊盘、垫片和圆筒尺寸要求
* 标志符和命名惯例
* 波峰焊接条件
* 元件定位要求
* 元件间距要求(留出地带)
* 基准要求
* 路由要求
* 可测性设计要求
* 适用的行业规格
利用互联网/内联网
一旦建立了DFM的指导原则,则它必定是容易得到的;另一方面,它可能也会被当作是机密文件。按照书面的文档来展开工作,并不能确保其中包含了最近的更新,还可能造成安全隐患。尤其当涉及多个设计、制造场所或地区时,问题会变得更糟。
今天,大多数公司拥有局域网或互联网。使用网站为上述问题提供了解决方案 。DFM指导准则可以放到一个网站上,同时严格控制对它的访问。这样就能确保当 DFM指导准则更新时,所有的人都能立即获得新的信息。加入彩图、动画和声音,可以使它更有趣,也有助于更有效地交流思想。网站可以为满足特殊的应用和需求进行定制。通过网络,人们可以从世界上的任何角落看到 DFM指导准则。如果使用的是内联网,只要通过互联网可以访问公司的内联网,那么内联网上的内容也可以被看到。大部分公司使用防火墙来防止未经授权的用户访问他们的内联网。当然需要有管理员来负责维护站点,而选择维护 DFM指导准则的人当网站管理员是顺理成章的。为了设置和维护网站,可能需要对管理员加以额外的培训。
管理DFM指导准则的变更
在提交、审核、批准和更新对于 DFM指导准则的变更请求时,我们强烈推荐结构化的程序。要清晰地定义并记录包括变更通知和适当培训在内的修订控制过程。如果需要 在DFM指导准则上附加信息,或改变已有信息,应当向DFM管理员提出请求。简单的方法就是发送电子邮件。请求应该包括以下内容:问题陈述;关于请示变更的详细说明(为什么修订是必要的);关于所涉及的元件或性能的信息以及其他相关信息。在DFM请求程序中,可以用结构化的可控的请求表格,确保所有的变量一一列出。组织中任何正在应用 DFM指导准则或受其影响的人,都可以提出请求。DFM管理员接到请求后,将审核该请求并决定是否提交批准。
向DFM团队提交关于DFM变更请求,可以有各种各样的方法。DFM团队可能召集关于审核和变更的会议;不过如果涉及到多个地点,召集会议就不大实际。确定团队中每个人都能参加会议的时间会相当困难,而且,打断工作时间安排,对公司来说不一定是有利的。其实,可以通过电子邮件,把DFM变更请求发给团队中的每个人,然后他们可以用电子邮件回复其意见,尽管这可能给管理多少增加一些难度。从团队成员得到回应的最简单的方法,就是把DFM变更请求贴在网页上,让所有的团队成员读写此网页。然后再用电子邮件通知他们其中某项已经贴出,请他们加以注意。对每个DFM变更请求标上号码,更易于追踪,特别是在同时张贴了多个请求的时候。假如请求用的是某个字处理软件如微软的WORD格式,进行处理的好办法就是让DFM审核成员打开文档,在插入菜单下使用注释功能,注明其赞成或反对意见。
同时,应该向请求者发送通知,告知其请求已受理,正在审核中,何时被送往DFM团队审核,或告知譬如为什么其请求被拒绝等信息。一旦请求得到批准,管理员需要确定所有支持这些变更所需的程序是否到位,是否包含在程序执行计划和日程表中。如果得到确定,管理员应立即更新DFM指导准则。一个记录了所有DFM指导准则变更历史的修订文档是必需的。当更新完成后,应该通知所有受此变更影响的组织。在包含了这些设计变更的第一个模版完成后,应该对设计性能进行评估。评估结果可以发送给DFM审核成员和请求变更者。
摘要
DFX不是一种时尚。可制造性和可测试性设计都是决定性的成功因素。成功的设计和制造组织在DFX方面表现出色。为什么还有许多公司仍旧忽视这一通向成功的概念呢?也许有种种原因,不过最重要的是缺乏高级管理层的支持。当个人、团队和公司具有挑战现有模式、探索新方法的意愿时,新观念和新概念就可能赢得成功。充分利用网络工具,是一种能够简化DFX管理工作的方法。这些工具能够帮助人们在不同地理空间、不同地点之间传输信息。为了确保成功,把建立、审核、评估、变更和执行DFX指导准则的各过程清晰明确起来,十分必要。