智能制造源于人工智能的研究。一般認(rèn)為智能是知識(shí)和智力的總和，前者是智能的基礎(chǔ)，后者是指獲取和運(yùn)用知識(shí)求解的能力。智能制造應(yīng)當(dāng)包含智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)，智能制造系統(tǒng)不僅能夠在實(shí)踐中不斷地充實(shí)知識(shí)庫(kù)，具有自學(xué)習(xí)功能，還有搜集與理解環(huán)境信息和自身的信息，并進(jìn)行分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力。
長(zhǎng)久以來，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造的銜接性一直是電子制造行業(yè)面臨的主要問題，表現(xiàn)為：一方面，電子產(chǎn)品研發(fā)工程師，特別是硬件開發(fā)人員普遍存在對(duì)制造工藝技術(shù)不熟悉，可制造性概念比較模糊，導(dǎo)致設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品不具備可生產(chǎn)性，需要多次反復(fù)改板，影響了產(chǎn)品的上市日期，甚至影響產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性;另一方面，工藝過程中75%的缺陷來自于設(shè)計(jì)，然而工藝工程師對(duì)這些設(shè)計(jì)缺陷難以辨別，試圖采取很多的工藝措施來解決這類問題，結(jié)果浪費(fèi)了大量時(shí)間，問題也不能從根本上解決。
而DFM技術(shù)在輔助產(chǎn)品開發(fā)以高效率、高質(zhì)量、低成本上著稱，其卓越表現(xiàn)越來越受電子企業(yè)的青睞。
認(rèn)識(shí)DFM
什么是DFM?
百度百科給出的DFM定義為：DFM，英文Design for manufacture首字母的縮寫，譯為面向制造的設(shè)計(jì)，是指產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要滿足產(chǎn)品制造的要求，具有良好的可制造性、使得產(chǎn)品以最低的成本、最短的時(shí)間、最高的質(zhì)量制造出來。
設(shè)計(jì)與制造是產(chǎn)品生命周期中最重要的兩個(gè)環(huán)節(jié)，而并行工程要求在產(chǎn)品開始設(shè)計(jì)時(shí)就考慮產(chǎn)品的可制造性和可裝配性等因素，DFM是并行工程的核心技術(shù)，其目的是在設(shè)計(jì)階段就充分考慮下有制造環(huán)節(jié)的可行性問題。
DFM有多重要?一個(gè)沒有運(yùn)用DFM技術(shù)的單純產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成，然后召集各路工程師商討制造可行性，結(jié)果結(jié)構(gòu)工程師認(rèn)為產(chǎn)品外形限制，密封無法實(shí)現(xiàn)，散熱無法實(shí)現(xiàn);電子工程師認(rèn)為外殼上音頻輸出孔的位置要修改，否則找不到可匹配的元器件;塑料工程師認(rèn)為產(chǎn)品外殼設(shè)計(jì)成這樣，模具結(jié)構(gòu)和動(dòng)作太復(fù)雜，沒法生存;機(jī)加工工程師認(rèn)為該產(chǎn)品的特征是傾斜的，刀具無法進(jìn)去加工;質(zhì)量工程師認(rèn)為這個(gè)零件無法確定基準(zhǔn)面，測(cè)量尺寸無從下手;成本工程師認(rèn)為設(shè)計(jì)預(yù)估不足，預(yù)算大幅超支……沒有經(jīng)歷過DFM的新產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，恐怕都會(huì)經(jīng)歷上述各個(gè)部門的質(zhì)疑。
DFM在電子制造行業(yè)的發(fā)展
DFM技術(shù)發(fā)展到今天，其內(nèi)涵也得到了很大的擴(kuò)展，很多電子制造公司將DFM分化為DFF(Design for Fabrication電路板裸板設(shè)計(jì))、DFA(Design for Assembly裝配性設(shè)計(jì))、DFT(Design for Testability測(cè)試性設(shè)計(jì))、DFR(Design for Reliability可靠性設(shè)計(jì))。
其中，DFF用于PCB板生產(chǎn)前的分析，目的是檢查PCB的設(shè)計(jì)是否符合裸板生產(chǎn)的要求，如內(nèi)部走線的合理性、各條走線的相互關(guān)系、走線布置的合理性;DFA用于元器件的焊接和裝配分析，目的是檢查設(shè)計(jì)是否滿足貼片標(biāo)準(zhǔn)、焊接及組裝的工藝要求;DFT主要用于單板的測(cè)試點(diǎn)的設(shè)計(jì)，這些測(cè)試點(diǎn)是以后的電氣高度和功能測(cè)試的需要，目的在于達(dá)到所有產(chǎn)品的電氣性能完好、免去事后引線的麻煩;DFR主要用于對(duì)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性分析和預(yù)測(cè)，即在現(xiàn)有元器件水平上，從設(shè)備或系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、元器件選用、降額設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)、電磁兼容設(shè)計(jì)、耐環(huán)境設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)以及維修性設(shè)計(jì)等方面采取措施，在重量、體積、性能、費(fèi)用、研發(fā)時(shí)間等因素的綜合權(quán)衡下，實(shí)現(xiàn)設(shè)備或系統(tǒng)既定的可靠性指標(biāo)。
由此可見，在電子制造行業(yè)，DFM不再是一個(gè)孤立的設(shè)計(jì)任務(wù)，而是貫穿于成本管理、整個(gè)系統(tǒng)的配合、PCB裸板測(cè)試、元器件的組裝工藝、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)和生產(chǎn)線的制造能力等各個(gè)環(huán)節(jié)的綜合考量。
面向制造的DFM解決方案
Mentor Valor NPI
電子行業(yè)的新產(chǎn)品在導(dǎo)入的時(shí)候，常常面臨制造過程中的高報(bào)廢率、低產(chǎn)率，滿足不了交貨期要求，產(chǎn)品可靠性問題，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間太長(zhǎng)，為解決問題點(diǎn)而維持了大量的人力，客戶要求提供DFM問題反饋服務(wù)等諸多問題與挑戰(zhàn)。由于傳統(tǒng)DFM設(shè)計(jì)流程的局限性，始終無法很好地解決這些問題，而Mentor Graphics基于自身超過15年的電子產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出基面向制造的DFM解決方案——Mentor Valor NPI，該解決方案在產(chǎn)品生命周期的早期確定并實(shí)施工程變更，可顯著節(jié)省新產(chǎn)品投入市場(chǎng)所需要的成本和時(shí)間。
▲圖1 電子制造業(yè)NPI面臨的問題與挑戰(zhàn)
在新產(chǎn)品導(dǎo)入的過程中，會(huì)涉及DFM驗(yàn)證和DFM反饋的環(huán)節(jié)，DFM驗(yàn)證是為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)是否適合制造過程及約束條件，為簡(jiǎn)化實(shí)際生產(chǎn)的工藝流程做準(zhǔn)備。而Valor NPI解決方案可識(shí)別設(shè)計(jì)文件中可能影響量產(chǎn)、成本及可靠性的DFM問題點(diǎn)，驗(yàn)證CAD數(shù)據(jù)和制造BOM的匹配性，分析驗(yàn)證所有替代料的可替代性，提供快速的自動(dòng)化平板設(shè)計(jì)及優(yōu)化功能，并且能執(zhí)行拼板級(jí)的DFM分析。此外，Valor NPI解決方案擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)綜合處理能力，可服務(wù)于整個(gè)生產(chǎn)流程，目前已經(jīng)有超過1000套的安裝量，服務(wù)于業(yè)界各種用戶，適用于各種CAD設(shè)計(jì)流程。
Valor NPI在制造流程中的應(yīng)用
▲圖2 NPI過程中的DFM
Valor NPI在制造流程中的應(yīng)用眾多，如在PCB Layou設(shè)計(jì)過程中執(zhí)行DFM分析、優(yōu)化反饋，確保設(shè)計(jì)符合制造商的生產(chǎn)能力;在產(chǎn)品模型接口階段，集中屬性管理使得NPI流程更高效，可快速啟動(dòng)DFM綜合分析;在DFM分析階段，支持裝配分析、裸板分析、柔板/硬板結(jié)合版分析、微孔分析、拼板分析、基本分析等各種檢查規(guī)則。