[转]EDA领域的PLM管理 （段永强）

EDA领域的PLM管理

段永强  2006-8-31  www.e-works.net.cn

本文对PLM(Product Lifecycle Management)领域进行了总体介绍，同时讨论了EDA设计领域对PLM的需求以及目前PLM系统在管理EDA设计数据方面的不足。然后，给出了明导公司的数据管理系统DMS(Data Management System)在管理EDA设计数据方面的特点，以及在PLM领域中的独特价值，并且解释了DMS如何协同工作以及怎样和其它PLM系统集成。

 

 

1、理解PLM领域

    产品生命周期管理PLM是个包含产品信息管理的广泛概念，其中产品信息包含初始市场定义，设计，原型，制造，销售，售后服务这些从产品产生到终结的所有历程。产品生命周期管理系统不是一个单一的数据管理系统，它是诸多系统以及工具的集合。

    从PLM关联的数据来看，其直接的数量源应该是设计数据，包括机械部分的设计设计，电子部分的设计数据以及软件代码等。（如图1所示）

 

图1 PLM系统

2、PLM应用的发展历史

    PLM的角色是管理所有产品相关的信息，从产品离开工厂开始之后的产品生命周期内所有的产品改变。

    PLM系统中的主要数据是产品制造的必须的文档。通常，至少包括制造产品的生产图纸，原料和采购件的清单（典型情况是包含在料表中{BOM}。通常有一些额外的信息，例如制造流程中的一些特殊处理的操作指导，也包括在里面。

    随着时间的变化，在修正产品问题或者产品升级时，会对产品做一些变更，修改过程的细节必须记录下来以确保和供应以及制造过程保持一致。

    今天的PLM行业起源于机械设计行业。工程制图最初由制表发展而来，并由制图室控制。最后，随着计算机产业和计算机辅助设计（CAD）的出现，把工程图纸数字化并在计算机上进行控制成为可能。今天的大多数PLM厂商都有MCAD工具的集成功能。

    80年代早期，EDA行业兴起。这个时候，传统的CAD公司从机械设计的观点出发，尝试进入EDA市场，但是发现难于和电子设计领域的专业EDA公司竞争。今天，尽管做了很多尝试，所有的机械CAD公司都没有一个成功的EDA产品。他们在这个新市场遭遇失败的主要原因在于他们缺乏电子设计领域的专门技术。由于电子数据和机械数据从类型上和复杂度上有着根本的区别，把基于机械的工具和技术应用在EDA领域是不可能的。

3、EDA设计领域对PLM的需求

    EDA设计领域不同与机械设计领域。一般都有特定的设计流程，从前端的原理图设计到后端的PCB板设计，典型的电子设计环境由多个厂家的多个工具组成，极端的情况下，由于任何一个工具规范的非常小的不同就需要不同的数据管理系统来支持。在尝试理解和控制整个电子设计组合的数据的时候，这种不一致就需要定制的数据管理方案。

    大的ECAD厂商中有的厂家开发了基本的数据管理工具来支持他们的客户。假如你的设计工具流程主要由单个厂商的工具组成，你可以使用这些厂商提供的工具作为基本的库管理和设计数据管理方案。不幸的是，绝大数系统不能支持多厂家的混合流程，也不能很容易地连接企业的其他数据源并把这些外部系统的信息带到设计者的桌面。

对于EDA设计工程设计方面，需要系统能够提供下面两个方面的内容：

    ● 给设计小组提供需要的信息来进行最优的设计决策

    ● 在设计阶段管理和控制设计信息来保证数据的完整性

    通过这两步，使协同设计成为可能，平衡了全球资源并且改善了产品开发过程中的总体效率。

    因为设计决策对于影响成本，可靠性和产品制造效率的供应链问题有巨大的影响，保证设计团队对产品相关信息的访问是非常重要的。

    这些信息通常是关于零件的。而且，设计工程师需要了解零件的技术细节以进行正确的设计决策，但他们通常也要了解商业相关的细节。例如一个部件有效性问题，即它是否是核准的零件，是否是优选器件，是否有备选的供应商以及成本，安全性，环境等级等其它因素。

    如今这类信息对设计者而言并非容易获得。通常它们被包含在商业系统中而不能为设计者获得并且这些信息通过会议，邮件，电话等得到交流。这类沟通易导致错误而且通常导致信息丢失或者数据错误。

    对于已经上了PLM系统的公司，这些信息由于不能和系统工具集成在一起，用户不得不在不同的系统中检索这些信息，然后再从公司的标准件库中选择合适的器件，使用非常不方便，而且也无法进行方便的关联检查。

    另外，设计变得越来越复杂，设计团队变成全球化的团队，要提升团队的生产力，就会要求越来越多的专家共同工作，这也对协同工作提出了越来越高的要求。

    我们需要的是一个有以下能力的设计数据管理系统，它可以创建和管理生命周期，分配角色，把设计数据保存在一个可靠的地方保证数据完整性，用版本管理设计数据和提供基于角色和生命周期状态的权限控制。现在的PLM系统提供了其中的一部分特性，但是，一个关键的电子设计的需求，是有能力提供比现在的PLM系统实际做到的在更加细节的层次上对这些数据进行管理。

4、EDA库管理

    在开发高品质电子产品时，管理EDA工具的设计库是一个关键任务。不仅是EDA设计库比相应的MCAD库更复杂，而且伴随许多公司的兼并，EDA库环境变得更为复杂：不得不面对管理不同工具流程的多个设计库合不同的ECAD供应商。加上维护不同地区（可能跨越几个大洲）EDA库一致性的难度，使得需求更加明确：迫切需要一种方法来管理、同步这些不同库的分支。

    一个典型的ECAD 库的任务：
    ● 维护一个受保护的中心库

    ● 控制一个全球分布企业的设计库创建和同步

    ● 管理来自多个供应商的多种EDA工具

    ● 提供一个受控的设计库管理过程

    ● 确保公司的IP（以重用管理形式）可用

    ● 自动创建EDA设计库

    ● 处理不同的制造工艺过程，确信使用正确的设计库

5、零件信息管理

    选择和安置一个新零件到设计版图，对于一个新电子产品的设计而言是最重要的事件之一，这是因为从很大程度而言，这个选择影响新设计的成本和可靠性。这是个影响深远的决策过程，需要设计者考虑以下问题：

    ● 成本约束

    ● 是否能从供应商采购得到所需零件

    ● 合乎环境和法规要求（如RoHS,WEEE）

    ● 老化问题，确认零件没有接近报废

    这些是影响设计师进行选择的因素。早期阶段的错误选择会葬送一切原本的优势并导致产品推迟上市，利润随之降低。

    元器件信息管理的典型任务有：

    ● 提供技术，环境，物流和供应链信息

    ● 管理加工数据表单

    ● 在设计过程中给予设计师以决策支持

    ● 追踪零件全生命周期信息（不是产品数据管理全生命周期）

    ● 直接集成如设计工具

    ● 在EDA设计库中对一个元器件提供完整视图

    ● 管理可互换零件和确认的加工数据

    2006年，新的旨在降低和消除电子产品中有害材料的环境政策（RoHS &WEEE）将会在欧洲开始生效。各公司需要管理有害材料的数据保证最终产品合乎新标准。这需要器件信息系统和设计过程进行强制整合。

6、设计数据管理

    有效管理设计项目，增强团队协作，是一个日益重要的挑战。在一个高技术电子设计中，由于新的概念要完成测试、仿真和分析，其结果要中和到设计中，在设计过程中有很多反复是必须的。加之，多个设计者会介入到设计过程中，工作会被分布在各地的团队成员细分并相互协作。

    设计数据管理的两个关键方面是：

    ● 管理在设计过程中被不同工具创建的设计文件

    ● 跟踪中间版本和其它的设计假定。

    ● 设计数据管理的典型设计任务

    ● 跨地区的团队协作

    ● 管理设计过程的反复和追踪设计增量

    ● 提高设计群体中的IP再利用

7、WIP BOM管理

    BOM是各个PLM系统中管理最重要的信息之一，每个PLM系统通常有它自身的处理BOM的方法。基本上，一个BOM代表了产品结构，但对于产品结构也有多种不同的描述。一些BOM的例子有：

    ● 派生BOM，派生设计的BOM

    ● 主BOM，派生设计的主BOM，包括所有子BOM

    ● 结构BOM，产品结构的逻辑层次BOM

    ● 设计BOM，设计BOM，主要完成设计的逻辑功能，相对于生产BOM而言，还没有确定到具体厂家

    ● 生产BOM，已经具体到具体厂家的BOM，可直接用于后端的生产加工。

    对于在设计过程中，所形成的BOM清单是不完整，而且是需要经常改动的。我们称之为设计过程WIP BOM（Work in Progress BOM）。WIP BOM管理的典型任务：

    ● WIP BOM管理的抽取和发布管理

    ● 成本和环境统计

    ● 发布约束审查

    ● 派生设计管理

    ● BOM分析和“where used”搜索

8、设计协同

    许多大公司都会面对内部不同区域多个开发小组之间的分工合作，以及同生产厂家，外部合作伙伴之间的协作。这些协作非常重要，而且很多协作在项目之初就开始了，而此时对于PLM来说还还没有合适项目设计数据。

    设计协作典型的任务：

    ● 通过web 使用器件和设计信息

    ● 设计变更的协作，包括电子邮件通知

    ● 发布裁减BOM 给EMS 或其它合作伙伴

    目前PLM系统在EDA领域管理面临的局限

    如前所述，目前的PLM系统一般都是从机械行业发展过来的，对于EDA行业的数据设计特点无法深入的把握，如库管理，生产工艺等。所以，无法深入到EDA设计的细节进行管理，如虽然也能够抽取BOM表，但是对于焊盘一级的信息则无法把握。

    对于当前对EDA设计的数据管理，一般都是由设计工程师对设计文件进行打包，然后在PDM系统中做为文档管理，基本上是把PLM系统做为一个设计归档的电子仓库。而且这种单纯的结果管理，使企业丧失了很多设计过程中的知识。

    同时，由于PDM系统中存放的元器件信息在设计过程中无法为设计工具直接使用，造成对这些信息录入过程的随意性，导致信息不准确，维护不及时。而设计工程师也就逐渐不相信PLM系统中的器件信息，造成PLM系统逐步丧失做为企业标准的设计数据管理的优势。

9、基于DMS系统的解决方案

    Mentor的DMS(Design Management System)系统为大型的公司提供了有效的ECAD 数据管理系统。基于面向对象技术以及采用J2EE的体系可以支持无限制的数据类型和关系。

    DMS可为公司的 PLM 增强 ECAD 的管理，包括多家工具的 ECAD 库管理、元件管理、数据格式的标准化和器件的规范。并与ECAD设计工具紧密集成，设计师可以在整个设计流程中有效搜索、获取关键的设计数据包括各种器件信息和设计BOM。

    此外，强大的搜索功能可定位设计数据和 器件信息的位置以及何处使用。从而透视到产品生命周期 (PLM) 的所有有效信息。

    DMS 提供了单一集中的数据仓库管理整个设计流程,开放式的结构与已有的管理系统紧密集成,可大大降低系统的维护工作,提高效率。

    DMS系统与EDA工具紧密集成。这是关键。因为它使设计小组可以按照关联关系获取信息。DMS系统成为了设计者的工程桌面。

    通过集成这些功能，再加上设计工具，用户就拥有了一个极其强大的工具，可以通过BOM将设计信息和零件信息关联。因为设计库以同样的方式管理，现在就有可能相当容易的追踪加工信息和设计信息间的关系。当我们在制造车间和设计试验室之间进行问题追溯时，该功能是非常有价值的。

10、EDA库管理

    DMS提供一个中心设计库和一个管理、开发、发布和分发EDA设计库的过程，跨越：

    ● 支持多地域对中心库的使用

    ● 支持多种设计工具，比如DA/Bstn、DxDesigner/Expedition、以及Cadence的流程工具。

    ● 支持多种产品库配置，比如消费电子产品库、军用产品库等

    ● 支持多种生产工艺库配置

    DMS充分地提高了设计库的管理效率，同时为满足跨国公司异地协同开发需求，提供了一个完善的过程。另外，通过实施一种有效的重用策略，DMS允许公司从他们现有的知识产权（IP）中获得最有价值的部分，将其提供给设计者。这个主题不可避免地会涉及到EDA库内部和电子设计内部的复杂性，而这些是传统PLM系统不能有效管理的。注意到这一点非常重要，库管理对于一个设计团体是至关重要的，它不象PLM关心的那些事情，PLM首先关注的是已发布的制造文件。

 

图2 DMS库管理系统

11、零件信息管理

    DMS通过提供一个元器件的中心设计库和相关的供应商信息以及完整的技术、环境、库存、成本信息。这些信息通过DMS在工程师桌面备用，让设计者在设计早期做出正确的判断，而不用到各个系统去做的片面的搜索，导致获取不完整或错误数据的隐患。通过定义过程规则，DMS使设计者象技术数据一样查看所需要的供应链信息，以做出他们的设计决定。DMS可以配置成防止在新设计中使用前期产品遗留的临近生命周期末期的元器件。

    并且，通过提供直接深入的工具集成，DMS的简便易用，如审核设计中的废旧器件、从器件数据库中对原理图中器件属性赋值或升级、用器件逻辑符号进行原型设计而在后期赋予企业的元器件认证编码，等等，这些都是DMS已经提供的特点和优势。这些面向设计的简便易用性，在典型的只关注于管理已发布器件的信息的PLM系统是不可能的。DMS对RoHS提供了直接的支持。

12、设计数据管理
DMS为管理和共享这类数据提供了一个稳健的模型并且根据要求在跨地域的不同小组间分配数据。前一版本的设计数据能够很容易的恢复，回到以前的设计状态。数据的共享、存档和清除过程完全超出一个正常PLM的范围，PLM只在定义的发布点，设计数据才会同步到PLM。并且，通过对已有设计项目提供可搜索，可描述的信息，IP重用以相当容易的方式得到促进。最后，通过把BOM连接入流程，利用“where used”这样的搜索，被零件问题影响的识别设计变的简单。并且这些搜索结果更增加了在工程师的桌面电脑上出现的价值，因为在那里必须实行正确的行动。

 

图3 DMS设计数据管理

 

图4 企业数据管理和过程数据管理

13、WIP BOM管理

    DMS主要关心电子设计过程中的BOM管理，BOM一般直接从用户使用的EDA工具中抽取出来的。然而PLM系统一般集中在管理复杂的机械部件层次BOM结构。DMS系统集中在管理和分析电子器件BOM（包括板载的部分机械部件）的功能性需求，例如，PCB设计时，工程师需要不断根据器件价格和器件有害成分分析来调整设计BOM，通过DMS实时提供的这些信息，工程师在设计过程中就可以不断进行调整，满足项目的设计要求，而不是等到设计完成时，才发现违反设计要求或者是使用了过时的器件。

    DMS 支持设计主BOM和派生BOM的管理，以及向PLM发布BOM和其相关连的设计文件包。同时DMS还支持针对不同生产工艺的层次BOM的管理。项目经理可以在DMS中创建"shopping list"，给项目组成员选用器件时提供优先参考，方便选用项目优选器件。

从BOM层面的各个系统关联。

    DMS与PLM重叠的功能部分包括器件的管理和器件问题反查的管理。例如，一块PCB在生产过程中由于一个特定焊盘造成生产问题，PLM只能根据该PCB上有问题的器件一级反查相关设计，进行ECO更改，而DMS可以直接从焊盘一级通过where used功能，关联出所有有问题的设计，而PLM由于没有完善的ECAD library的管理，因而做不到焊盘级的where used功能。

 

图5 DMS中的BOM管理

14、设计协同

    DMS提供了一种支持防火墙的web协作工具，运行外部合作伙伴、内部各个项目小组在设计过程中进行信息交流与协作，就像通过DMS查询器件信息一样简单。

    IP是公司最宝贵的资产，所以同外部合作伙伴进行合作时，必须对IP有很好的安全控制手段。PLM对于这类设计IP的安全控制和使用一直很棘手，DMS通过对设计数据进行特殊处理,可以实现可靠的安全控制而不影响合作。

15、DMS和PLM的集成

    在DMS的实施案例中，DMS 的管理对象非常明确，即电子设计的过程数据管理，大多数PLM系统都没有涵盖这一部分。器件的选择、设计库对象的管理、EDA设计工具的集成、设计反复迭代调整、设计团队间协作等等都不直接与成产加工相关，PLM系统更关心的是设计结果，从DMS中导入归档设计，并管理产品的生命周期。如果归档设计发现问题，则停止生产并返回DMS环境进行设计更改。

    PLM系统包括了设计生命周期的全部特征，在PLM中创建一个对象，PLM首先赋给它一个器件编码，它就有一个基本的生命周期：创建、发布、成熟、失效。PLM系统通过工程变更(ECO/ECR)来进行产品生命周期的管理。

    虽然设计过程管理是产品生命周期的一部分，但是它要复杂得多，单纯PLM的产品生命模型不能很好地支持 WIP 设计过程管理。通过DMS对设计过程的管理，以及与PLM的协同，两个系统都能集中在各自的核心领域进行管理，并很好地解决各自的成功经验。

    一个典型的PLM集成系统的任务：

    ● 申请新器件编码

    ● 发布工程变更信息

    ● 对象状态变更通知

    ● 将DMS中的WIP状态设计发布到PLM系统中，成为发布状态

16、系统集成的技术选择

    DMS提供了标准API调用，用于与其它系统的集成，如PLM 应用。然而使用标准底层工具箱编程的方法通常会导致不必要的复杂化和高维护成本，一个定制的接口因为DMS软件的升级和双方接口的变化，需要不断升级和维护，同时还会导致设计环境升级困难。

    作为替代，DMS提供了基于标准适配器的业界标准方法，实现与其它PLM系统(包括 eMatrix 和SAP)的集成，同时还提供了集成工具箱，实现与其它系统集成，减少实施难度和维护成本。Mentor提供的集成架构有下列特定：

    ● 使用JMS (Java Messaging Service) 架构

    JMS是从应用层面进行系统集成，例如ECO更改，新器件的创建，实现跨系统的流程集成。信息流架构避免了点到点的集成，允许为所有的集成系统创建一个信息流通道，实现多系统信息相互传输。而且，通过大多数PLM and ERP 系统现有的JMS Adapters能够更进一步降低实施成本。

    ● 工业标准方法

    使用工业标准做法，即标准XML格式进行各个系统间信息交换，或者采用基于PLM enablers的system-neutral PLM信息接口协议，能够简化DMS与PLM系统集成，大幅削减维护成本，

    ● 开放性

    通过基于XML的配置和映射工具，DMS使用的企业集成平台能够实现各系统间数据模型的映射，进行数据交换。这可以减少集成的工具成本，提高集成环境的相应速度。

    实现PLM系统的集成，最大限度减小实施的复杂性和提高后期可维护性非常重要。通过标准JMS集成架构， DMS能够很好地实现与PILM系统集成，给提供工程师一个快捷方便的设计环境，而不需要在多个系统间切换。

17、DMS系统和PLM的关系

    对于总体的PLM而言，两者都是很重要的。而且，DMS为PLM系统延伸至EDA设计领域的提供了关键的扩展功能。

    DMS系统实现产品的设计过程管理（WIP），而PLM在管理制造阶段的信息。一旦设计完成，DMS系统以正式的发布过程将设计数据传给PLM。或者（在一些设计环境需要情况下，）在中间的评审、审批的里程碑点提供早期的预览及通知其他部门和组织。

    同时，设计库必须直接被设计工具调用，库管理系统需要能与设计工具直接集成。PLM系统没有适合的功能完成此项任务，但这正是DMS系统被设计来完成的事情。

 

作者简介：上海交通大学计算机工学博士，PMP。曾任职于PTC全球服务组织，具有多年的PLM系统实施和项目管理经验。现在明导(Mentor Graphics)电子科技公司，负责高科技和电子等行业EDA设计数据管理和库管理的项目实施和推广。richard_duan@mentor.com

 

文章来源：

http://articles.e-works.net.cn/Articles/409/Article39630.htm