アットマークエレ:プリント基板制作に関する技術アイデアまとめ

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連携して力を発揮する部品データ管理システム

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製品の開発時に必要な情報を一元管理するPLM。部品のライブラリ化を部品データ管理システムへ、さらにはPLMまで進める――これを実現できれば、設計だけではなく、効率的な生産管理の実現も間近です。

部品データ管理

 作成した本人だけではなく、多くの設計者が部品ライブラリを使います。他人が作ったライブラリだから、内容が分からず使えない。他人の作ったものは信じられないから使わない。さらには、自分が作ったライブラリでも、かなり以前のものなので、記憶が曖昧になり使えない。これではライブラリの意味がありません。

 部品ライブラリは、単に基板設計者が作って使うだけのものではありません。部品ライブラリには、製造歩留まりを良くするためのパッド形状や大きさの他、部品調達のためのデータ、検査データなどの情報が含まれています。回路設計者以外にも、製造、管理、検査など多くの技術者が作成にかかわり、参考にします。

ライブラリは管理が重要

 CADの運用ではライブラリを一度登録すると、多数の関係者が内容を正しいものとして設計に使います。このためライブラリを登録する場合には、十分な検証を重ね、間違いのないデータを登録することと同時に、登録した内容を関係者に通知する必要があります。一般にライブラリの登録や管理は勝手に、自由な方法で行うのではなく、ライブラリの管理運用部門(責任者)が責任を持ちます。

 新しい部品や、ある基板設計のためだけに特別に変更した部品を使う必要が出た場合、現場の設計者は、部品管理者に新しい部品ライブラリの登録を申請します。

 正式ライブラリのリリース前に設計を進めなければならない場合には、自分で作成したテンポラリな部品を使って基板設計を進めます。ライブラリが正式リリースされた時点で、設計のテンポラリ部品を正式部品に変更します(図1)。

ライブラリ管理は複数の段階に分かれる 図1. ライブラリ管理は複数の段階に分かれる

 部品を登録すると同時に、電子ファイルや紙媒体で、誰でも必要なデータを簡単に参照できるように管理する必要があります(図2)。ライブラリ名やカテゴリ、部品名などの他、寸法入りの部品形状、パッドやランドの情報など、さらには必要に応じて購入先や価格、フローはんだ用部品や、RoHS、UL対応などといった情報を付けることもあります。

ライブラリ管理図面の一例 図2. ライブラリ管理図面の一例

 ライブラリや部品名称の付け方、ドキュメンテーションへ記述する項目や記述方法などは、各社で規則化して統一します。一般に、ICをはじめとする電子部品は、JEDECなどの電子部品委員会で、部品外形の標準化を図っています。

 例えば、ICではDIPやQFP、マイクロBGAなどのパッケージと、ピンピッチやピン数などの組み合わせで形状が決まります。チップ部品では1005、1608など、縦横の大きさが標準化されています。

 しかし、同じ形状の部品でも、メーカーによって、ピンの形状やサイズが微妙に違ったり、はんだ付け装置の違いにより、基板の最適パッド形状が異なります。

 さらに日本と米国では、チップ部品に対してミリ系とインチ系の違いがあります。例えば、ミリ系の1005は、インチ系では0402と呼ぶため、注意が必要です。

部品データ管理システム

 基板設計は論理回路設計や電子回路設計と、実際の基板製造の中間に位置しています。回路図の論理の世界を実際の基板という物理的な世界に変換するのが、基板設計です。

 基板を製造するためには、単に製造用のCAMデータだけではなく、検査機用のデータや部品調達用のデータなど、多くのデータが必要になります。そして、これらのデータの多くはCADで作成されています。

 回路設計の段階では、使用する部品の種類は分かっても、最終的な数は分かりません。これは、論理ゲートや抵抗パックなど、1つの部品に複数の素子がパッケージされているものがあるからです。さらに基板設計の段階で、物理的な条件から部品を変更したり、回路を変更したりすることもあります。物理的な基板設計がある程度決まった段階で、初めて必要な部品と数量が決まります。

 回路設計では全く考えない部品や、基板を止めるためのねじなどについても、CADを用いて大きさや数を決めることができます。設計が終わった段階で、部品表(BOM=Bill Of Materials)と呼ぶ使用部品一覧表を出力する機能が、標準的なCADには備わっています(図3)。

部品表(BOM)の一例 図3. 部品表(BOM)の一例

 CADの部品ライブラリへ部品管理や調達用の細かいデータやタグデータを付加しておくと、CADデータを使うことで自動的に部品を管理し、調達できるようになります。

 この他、シミュレーション用のデータをはじめとして、設計、製造の各段階のデータが部品に数多く付加されています。CADやシミュレータなどの個々のEDAがそれぞれ部品データを管理するのではなく、設計の始めから製造の最後まで、部品の持つ全てのデータを一元管理するための、部品データ管理システムも商品化されています(図4)。

部品データ管理システムの構成 図4. 部品データ管理システムの構成

PDM、PLM

 この部品データ管理システムをさらにトータルソリューションとして推し進めると、PDM(Product Data Management=製品情報管理)、あるいはPLM(Product Lifecycle Management=製品ライフサイクル管理)と呼ばれるシステムになります。PDMやPLMは製品の開発時に必要な情報を一元管理して、開発期間の短縮を図る管理手法です。CADが出力するBOM情報を用い、部品の手配管理システムと結び付きます(図5)。

部品管理システム(PLM、PDM)と他のシステムとの関係 図5. 部品管理システム(PLM、PDM)と他のシステムとの関係

 PDMは部品在庫をなくし、効率的な生産システムを実現する、部品ジャストインには欠かせないシステムです。まず、自動車産業での導入、運用が進み、続いて機械産業でも導入が始まりました。エレクトロニクス産業でも強い関心が持たれており、今後の導入、普及が期待されています。

 このためCADでも、まず2次元、3次元の機構設計CADとPDMとの連携が進みました。電気系CADのPDM化はこれからという状況で、機構設計CADに比べると遅れています。今後は電気系CADのPDM化が進むものと思われます。

BOM情報を用いた総合システムへの道

 従来の電気系CADシステムでも、BOM情報のレポート機能を標準装備していました。しかし、BOM情報を有機的に部品管理、手配システムのデータベースに組み込み、総合的なシステムを構築するためには、従来のBOMが持つ情報だけではデータが不十分です。さらに単なるBOM出力だけでは機能も不十分です。

 このため多くの電気系CADユーザーは、他の部品管理システムとBOM出力機能を連携させたり、CADの基板設計データや部品データを直接操作したりして、部品管理、手配システムを構築、運用しています。

 しかし、機構CADの部品、図面データとの連携はもちろん、総合的な部品の手配、製造システム、インターネットを介しての部品検索、閲覧、出図システムなどのPDM化は、まだ構築が進んではいません。

 CADシステムでは、PDM構築のためのツールが用意されています。しかし、電気系CADデータを組み込んだPDMシステムを構築するためには、単にシステムを構築するだけではなく、部品データや基板データにシステム構築のためのデータを付加したり、データをメンテナンスし続ける必要があります。

 従来の二次元CADの製品設計では、CADデータ管理システムとCAD図面のそれぞれに図面番号や部品名称などの情報を入力していました。これは二度手間ですし、入力ミスの可能性があります。現在は、市場競争力強化に向けて短期開発が進み、設計作業の効率化や設計品質の向上が急務となっています。過去の設計資産を流用するための効率のよい検索が課題になっています。

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実践プリント配線板設計 本記事は、「Allegroで学ぶ実践プリント配線板設計」(発行元:株式会社ジー・ビー)から一部転載しています。