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  • PCB工厂数据交换的新型开放标准

    发布时间:2017-8-30

     

    为了精确定义PCB制造中的所有细节,确保产品完全按照客户要求生产、测试、认证和运输,这整个过程需要用到大量信息。对此,人们最感到担忧的事情不是组成线路板设计的图像数据——CAD/CAM界面已经具有了成熟的、人们可以广泛接受的样式——而是在提交订单要求时所需要处理的那些琐碎的必要信息。当这些信息被不同的客户用不同的格式表达出来的时候,PCB行业需要花大量的时间和金钱来翻译解读这些信息。如果这些信息可以用统一的“语言”来表达,那么所有人都可以节省很多时间,同时也可以避免信息的错误解读。

     

    最近,一个独立的国际工作组开发了一种新型开放的可交换印制电路制造数据标准,这个工作组由来自供应链各方的成员组成。只要看一眼CircuitData这个网站,就可以明白这个小组都取得了哪些成果:基本上来讲,它认为扩展现有的CAD/CAM格式或创造新的格式是不可行的——这些格式是根据特定需求开发的,把很多额外的信息层并入其中是非常不符合逻辑的。而且PCB设计师也没有责任去输入这些信息。

     

    CircuitData小组关注与详细数据的交流,例如线路板的物理信息、拼板方式、绝缘材料和导体层材料、堆叠结构、钻孔和其他机械工艺、电镀、阻焊层、图例说明、精加工、测试等等,当然也包括标准、要求和冲突解决程序。根据客户要求,一切可以实现成本效益和及时交货的相关信息都与该项目有关。术语以IPC-T-50为基础,数据输出格式是XML或JSON。

     

    这个项目最初由挪威的Elmatica公司发起,该公司是世界上成立时间最长的PCB中间商,拥有超过46年的行业经验。该行业十分重视准确高效地沟通PCB制造信息,特别是在给国防、汽车、民航和医疗部门等行业的客户服务的时候。

     

    Elmatica的技术总监Andreas Lydersen和高级技术顾问Jan Pedersen是CircuitData项目的负责人,我很高兴能采访他们。

     

    Pete Starkey:Andreas,Jan,谢谢你们能接受我的采访。关于你们的数据传输语言,我非常想进一步深入了解,相信我们I-Connect007的读者也是如此。我以前在一家快速流转PCB制造商工作,我还记得以前我们收到的电路设计是4:1的手录胶片,需要拿到当地照相馆进行缩像和分步重复处理。早期的CAD设计输出到矢量绘图器上,然后我们再以1:1照片原图的形式收到我们的信息,通常还夹带着一份工程绘图和一份客户规格要求。客户之前不愿意给我们数字信息,即使我们有了自己的CAM系统和激光绘图仪,他们也还是会担心我们会剽窃他们的设计。我们花了很长时间才让他们相信我们。随后我们见证了很多专有CAM及工程软件方案的发展,它们还具备报价和报告的辅助功能。现在,市面上有很多尖端系统。

     

    但在读过了你们发表的文章、浏览了CircuitData网站之后,我对你们想要达成的目标非常赞赏。我还注意到,在Elmatica公司,你们的业务是提供多个供应商和多个客户之间的互联服务,凭借你们对这个市场的深入了解,你们可以以一个理想的中立立场主持这次论坛并且带动整个行业去了解使用标准化语言进行沟通的优点。

     

    Jan Pedersen:说到我的背景,人们总开玩笑说我是在PCB工厂里出生的!1960年,我父亲在挪威Oslo附近开始从事PCB的生产工作,还是小孩子的我也投身于这个行业,在加入Elmatica公司之前,我在每个部门都工作过。1992年我进入了Elmatica,一路从销售到审计再到所有的技术职位,直到如今成为了高级技术顾问。

     

    Starkey:我还注意到你们负责两个IPC工作组,并且在今年获得了IPC“新星奖”。祝贺你们!

     

    Andreas Lydersen:我在Elmatica工作了六年了,我从事的工作更多是计算机方面的。很快,让我很惊讶的是有这么多数据交流是通过PDF格式传输的,所以打算做点什么来改变这种现象。

     

    在此我要指出几点:我们不是在和其他格式竞争。我们一开始确实收到了很多反映,但既然有现成的格式我们为什么不用呢?我们比较倾向于使用ODB++或IPC-2581,但收到的90%的信息都是Gerber格式。虽然我们的位置处于供应链中间,但我们的主要目标是用一种语言可以将我们拥有的所有信息转换成机器可读的格式,这样我们就不需要给供应链进一步施加压力。这一点一定要弄清楚。我们不是要和谁“开战”!

     

    Starkey:据我了解,很明显你们想成为调解员的角色,将各种来源的所有信息都输入到统一的系统中,方便人与机器读取这些信息。至于术语,虽然你可以用各种不同的方式描述一些事情,只使用IPC-T-50这样的词汇表就意味着如果我们不是说同一种语言,至少我们会使用同样的词汇。

     

    Lydersen:即使是在IPC-T-50中,同一个技术方面也有多个术语,如果它是书面文字的形式而不是机器可读语言形式,人们会感到困惑。

     

    Starkey:Andreas,你可以给我们快速讲解一下目前的情况吗?

     

    Lydersen:好的。这个项目已经进行了一段时间了,但在过去的6−8个月中才成为正式项目。我们先从目前拥有的所有信息入手。作为中间商,我们花了大量的精力去理解我们所收到的每一个订单,以便挑选出最合适的供应商。我们计算过,每收到一个产品我们会问自己108个问题。我们拿到这些以后会将最常见的问题添加进去作为工程问询,汇集的所有文件都是Gerber格式的。然后我们把这些内容做成电子表格,浏览IPC-T-50这样的现有技术术语定义,确定我们是否使用了没有列出的表达方式。接着我们会把内容浓缩为可以交给他人的程度。我们和IPC沟通过,但他们是以2581为重点,所以我们决定把它做成开放源代码的形式。从那时起我们就开始不断调试这门语言,让它可以输出任何我们现有的信息。实践出真知——我们必须要亲自尝试一下!现在,我们发送的所有信息在CircuitData上都是可以下载的。如果不花一点时间研究它是无法读懂它的,但至少我们现在正在推广和使用这种语言。

     

    Starkey:这种语言叫做CircuitData?

     

    Lydersen:是的。这种语言兼容两种不同的标准格式:一种是XML,它出现得比较早,很多人都知道它。但我们更喜欢的是一种更加新颖的JSON格式——JavaScript Object Notation——我们将把这种格式推广为具有较少变体的机器可读格式。我们现在提供的所有可下载的文件都是JSON格式。

     

    我们现在要做的就是获得支持、让更多的人参加这个论坛、与各种规模的公司进行交流以及鼓励人们积极参与进来。据我所知,有很多人对这个项目感兴趣。

     

    相比之下,就拿IPC-2581来说,我们每年会收到大约10000份订单,只有一少部分使用了IPC-2581。而且这个标准2004年就有了。

     

    Starkey:为了更加统一的理解,现在已经有一些项目了,如GenCAM和IPC-2511,以及整合ODB++的会最终成为最新IPC-2581的Offspring——所有这些都是Dieter Bergman生前致力于推广的技术。这些项目和你的有什么不同之处?

     

    Lydersen:我认为我们的格式和现有格式之间最大的不同在于那些格式是设计师做出来的,而且整个供应链都需要能够接收这些文件。而我们的格式所呈现的信息是把这些文件和在设计师之后添加的其他文件汇总到一个新文件中。如果我们和一些客户都使用它的话,就可以节省时间和金钱。把它加入格式中等于是找了一条通往成功的捷径,我们很快就尝到了甜头。这大概就是我们目前的阶段。

     

    Pedersen:我可以讲一个实例。我的工作内容中包括回复工程问询,你可以想象得到,我们会从工厂那里得到不同的要求,这些要求都和基础知识有关。就拿外包设计师为例。他会设计新产品、制定产品规格。然后把它交给OEM,然后OEM会在其中加入企业要求,然后发送给EMS。EMS加入面板拼版阵列的要求。也可能是对材料、公差、可焊性之类的要求。接着,它传到了我们这样的人手中,我们可能也会添加一些要求——比如说包装要求。然后传到PCB工厂,实际上有很大一部分数据信息都传到了中国。他们有一名翻译员——一位年轻的女译员或男译员坐在办公室里把这些数据全都翻译成中文。然后将翻译好的数据发给工程师。当然也有一些公司的工程师认得英文,但是这种情况并不常见。这就意味着工程师得到的信息都是被翻译成中文的,他要试着理解所有这些文件,并且要把这些PDF文件和三或四家公司的所有文件进行对比。然后他看到一个要求里面写着需要使用浸金,而另一个写着使用无铅HASL。一个写着需要这种公差,而另一个写着需要那种公差——简直是一团糟!

     

    然后就会有人发来工程问询,有的是发给我们,有的是发给EMS,有时还会有人直接发回给PCB设计师,然后我们会去询问答案。之后问题就解决了。可问题是,最初的设计师根本没有改变他的产品规格。我们每个新产品都会有新要求——我们之所以把它称为“产品”是因为我们已经结束了工程问询、开始投入生产。也许我们在它成为可以被人接受的PCB之前不应该把它叫做“产品”。就在今早,我还对一个PCB的堆叠结构产生了疑问,这个结构在整个供应链的加工过程中一直在变化,现在已经无法追踪了。

     

    所以我们想做的是:设计师写好文件以后发给他的公司。如果他们的要求也是用同一个数字文件格式(XML或JSON)编写的,倘若他们想做出一些变动,比如从浸金改成无铅HASL、增加公差等等,我们只需向EMS发送一份文件即可。如果EMS想添加自己有关面板阵列的要求,或者因为设计师没有注意到某些元件的特性所以需要额外添加机械公差,他们可以把这些要求放入一个文件当中。然后这个文件会发送到我们手里,如果我们有包装要求或标记要求,我们会把这些添加进去然后把数据包发送到PCB工厂。

     

    现在,他们不再需要翻译员来翻译这些数据了,因为工程师直接读到的就是中文数据。比如说,IPC-T-50有中英文的详细描述,如果你把这些描述内容都翻译过去,你就可以清楚地知道客户有哪些需求。这样我们可以避免50%的工程问询。这一流程速度非常快,它的美妙之处在于,工程问询结束以后产品规格会被上传到一个在线系统当中,设计师可以立刻看到最新的产品规格内容。也就是说,整个过程中你只需要一个文件和一种理解方式。你可以避免很多问题、麻烦和误解,因为你不再需要去理解三个人用三种不同方式去描述同一个事情,或者是描述令人困惑的机械公差。这些事情会在整个过程中都被修改,而且会在文件送至PCB制造商手中之前就更新好。剩下的问题就只是关于生产能力的了。我们还可以对比不同工厂的生产能力,这样就可以立刻知道这个工厂是否可以生产这种线路板。

     

    Lydersen:还有一点也很不错——没有人可以篡改Gerber格式,数据被篡改这种事谁都不想发生。

     

    Starkey:图像信息的格式可以是Gerber、ODB++或IPC-2581——它只是数据集中的一部分,一直以原始绘图格式存在在数据包里,对吗?

     

    Lydersen:是的,没错。不过我们可以继续聊一聊安全性。还记得供应链中大多数交流都跟报价有关吗?现在的供应链中,询价后的交易率低于20%,意味着80%的询价都是不了了之的。但是Gerber格式的文件还是可以发送给所有人,哪怕是机密文件也可以。每个人都可以解读这份文件、核查工厂的生产能力、然后进一步分发这份文件——包括那些机密文件。但有了这种语言,你可以在不需要发送Gerber格式文件的同时发送请求,并且可以立即生成价格和交付时间信息,直接送达信息的接收端。这意味着整个过程可以省下很多时间和成本,而且可以避免大量交换机密信息。这种技术潜力无穷,我相信它可以节省人力、避免一些现有方式会导致的错误。

     

    Pedersen:而且,相比普通的产品规范说明,我们可以加入很多信息。举个例子,一个设计的最小线宽是0.1 mm,最小间距是0.1 mm,但是没有跟你是在哪一层——不知道是电镀过的层还是没有电镀的层。在CircuitData中,我们会把信息细化到这种程度,所以工厂在收到产品规格说明以后就能看到镀层需要的线宽和间距要大于没有电镀的层。Pete,你一直在PCB制造业工作,一定清楚线宽和间距与铜层厚度的匹配有多么重要。我每天接到的工程问询中都会有这种内容——他们无法实现镀层上要求的线宽和间距,或者是无法在2盎司的铜层上完成阻焊层。所以说如果你标明了合适的细节,工厂就不需要阅读Gerber信息来考虑生产能力了。

     

    Lydersen:所以可以节省人力和时间,并且不用去询问那些不具备生产能力的供应商,还能更快地解决工程问询,因为你不需要去翻译数据、也不需要处理时区问题了。它对每个人来说都是有益处的。

     

    Starkey:你提出的这个案例非常有说服力,从PCB制造商的角度来说,我非常欣赏这种技术,因为它可以精确描述一个产品,而且不会产生误解。据我了解,你们已经准备好公开发布一个CircuitData的beta测试版本了。大概是什么时候?

     

    Lydersen: 我们现在的版本是0.6,这是目前我们可以自己完成的。我们需要其他各方加入这个项目,这样才能达到1.0版本,然后投入生产。我们很乐于赞助这个项目——我们已经投入了大量时间和金钱来开设论坛。但现在开始我们需要和其他人合作完成这个项目。

     

    Pedersen:我们确实有个项目时间线:我们打算在今年十月正式发布1.0版本,并且计划在9月26日举办一个发布前的网络研讨会。我们会在领英上给出详细说明,而且会把消息刊登在业内的新闻短讯上。接下来,我们计划举办一场在线论坛来进一步探讨这个项目,对它做出实时改进。我们有一个指导小组每年会召开四次会议。我们每年至少会举办一次研讨会或大型会议,每次产品升级我们都会举行一个网络研讨会,预计一年会升级两次。

     

    Lydersen:你在www.circuitdata.org网站可以找到对你有帮助的文章、图形元素和标志,上面还有一个有关GitHub项目的链接,里面包含了项目的所有源代码和文档。我们会继续接受建议,不断给指导小组中添加新成员。

     

    Starkey:Andreas,Jan,这半个小时的交谈让我受益匪浅,内容也十分有趣。谢谢你们愿意花时间带我了解最新信息、分享你们的宝贵经验。我会尽我所能让读者们了解到这些信息。

     

    I-Connect007中国


     

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