Altium Designer 数据驱动(Vault-Driven)设计

2013年12月4日 12:34
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   任何板级设计的“最后”阶段都是生成和管理用来构建实体产品的设计数据,并且尽全力保持它们的完整性。然而,为了保证数据的完整性,我们不得不采用一系列繁琐、拖拉的官僚制度。也就是说,工程师的设计不得不受限于格式化的过程,锁定每个设计更改以确保对设计数据完整性的影响降到最小。   

    通看整个电子开发过程,它具有代表设计系统统一数据模型的Altium Designer 统一化平台,可以用于有效并高效地解决提供高度完整性数据所遇到的问题。它确保了产品设计的高度自由,满足了产品高性能及创新的需求。

    然而, 设计中所使用到的那些对象本身就是数据,它们包括元器件、电路图纸甚至还有模板和完全参考设计。它们每一个都是设计中独立的、可识别的成分,可能会被更多不同的设计重复使用。它们每一个都需要创建,每一个都有可能随着时间的推移发生改变,并且它们都有各自的生命期限。简言之,它们就是数据实体,同样需要设计数据系统的管理。

    但是,拥有支持统一设计的工具和先进的数据管理只是开始。要想充分发挥这些技术的作用,我们需要构建一套完整的方法论。一个既包含智能设计又包含管理过程,最终走向流水线化的设计方法。作为数据驱动电子设计的核心,这个方法基于设计复用的思路,拥有高度完整的Vaults技术支持,创造出了一个高效率、高质量的设计流程。它是数据驱动电子设计的核心。

    在电子设计中使用Altium Designer、Altium Vault 技术和数据驱动的电子设计方法,用户既可以保持设计的自由性,又可以确保工作过程的可控性,也就是说,设计中使用的所有“设计积木”都是经验证的并被管理的。当设计就绪准备发布时,我们只需一个点击,就可以用一种轻松、流水化和自动化的方式,将数据从设计区域发布到产品区域,生成具备最高完整性的数据。

设计数据管理系统

    为了提供一个可以满足从简单模型到板级设计各个层面数据管理需求的系统,Altium引入了一个设计数据管理模型,它能够:

  • 允许创建和管理可复用的设计条目,即可用于实际设计的已发布数据文件夹。这些条目存储在中央数据库中,可供全体设计人员使用,有版本和生命周期管理。
     
  • 建立了设计端和供应端之间的严谨联系,这对于构建实际产品非常重要。这个联系的建立需要将设计数据映射到供应链需要的特定生产条目(裸板和焊装)上。Altium 的设计数据管理系统,为满足客户数据管理的需要,提供各种功能和技术。它们可以归类三个子系统:
     
  • 元器件管理 - 涉及下一代基于Vaults的元器件的管理,包括了模型和使元器件可以同时被设计和供应链使用的部件选择(Part Choices)。
     
  • 设计内容管理 - 涉及可复用设计内容的管理,包括原理图图纸条目、模板条目和参考设计条目。
     
  • 产品发布 - 涉及高完整性板级设计发布管理,用于生成供应链构建(裸板制造和符合BOM信息的焊装加工)实体条目所需的数据。

   

 Altium 的新一代元器件管理模型、托管的复用图纸和高度完整性的到加工厂商的板级设计数据发布,三个独立运行却又互利合作的子系统,共同组成了Altium的设计数据管理系统。所有数据都存储在Altium Vault中,确保其完整性和访问的安全性。

 

    尽管每个子系统都可以独自发挥它们的鲜明的优势,但是只有把Vaults放在整个设计过程的中心时,我们才能将数据驱动电子设计的方法发挥到极致。换句话说,设计中的所有元素,从元器件或复用电路图纸到可以直接用于其他设计板子上的设计模块,都必须来自于Vaults。即使设计中仅有一个元素不是由Vaults提供的,这个设计也不可成为一个真正的数据驱动设计,因为它的数据完整性得不到绝对的保证。

    我们可以在新一代元器件管理模型下创建基于Vaults的元器件,并把它们使用在未来的设计中。我们也可以使用这些元器件来建立一系列的复用原理图图纸。使用这样的元器件和复用原理图图纸组合,我们的设计从模型,到元器件,到设计本身,都保持了极高的完整性。我们拥有层次结构的“设计积木”,它们有各自的版本和生命周期管理。因此,我们还可以对选定的复用原理图图纸或元器件进行定位。只有当低阶条目成熟到可以发布到vault的时候,在它们基础上构建起来的板级设计才可以被定性为原型模板或成品设计。因此,我们对设计的数据完整性充满信心。

产品开发全景

    在进一步讨论Altium的数据驱动设计方法之前,我们回头看看这些将设计创意转化成可卖的成熟产品的人员,他们是这场游戏中的“选手”。

    一方面,我们需要能够生产创意并将它付诸设计的人员。这就是工程师和设计师,他们利用设计天赋和技术功底攻克一个个难题,创造出新颖的设计。他们组成了设计团队,而他们所在的工作环境通常会被我们打上“设计区域”的标签。

    另一方面,我们还要有一支负责将设计转化为成品的团队。包括采购、加工、组装、测试等等。他们负责将设计团队的劳动成果化为现实,制造出符合设计团队设想的实际产品。虽然这些小组所工作的区域通常采用不同的名称,比如生产区域、加工区域等。但是,供应链区域这个标签可以很好地体现出其中所有团队及其下属团队的合作关系。 

将一个设计从创意转化成实际产品需要团队们在两个区域的努力,即设计区域(Design Area)和供应链区域(Supply Chain Area)。

 

    设计团队中的工程师们团结协作,共同构建各种原始的设计文档,而供应链需要的是由设计生成的数据。然而,无论是源数据还是生成数据,我们如何对其进行处理?在设计阶段,设计团队是如何追踪数据变化的?而供应链又是从何处获得这些最终将用于加工制造的最终数据的?在下面的章节中,我们将详细讲述数据的存储位置问题。

设计中心数据库

    设计团队使用中心数据库来对源数据所做的变化进行追踪。这是一个集中式的数据存储库,里面存储了所有的设计文档。它归设计团队所有,提供详细的设计历程浏览,是团队主要的协同工作工具。

    考虑到Altium Designer 的设计项目,中心数据库反映了设计团队对于系统构建和功能的构想。每个设计项目都包含一个项目文档和一系列源设计文档,它们共同定义了该设计产品。不仅如此,设计项目本质上可作为参数标准,一个项目理论上可以定义多个不同的物理加工条目。

 

设计中心数据库的概念 – 设计团队的集中化的数据库

 

    设计团队中的所有成员都可以向中心数据库检入和检出数据,设计改变的整个过程都会被记录下来。因此,每个设计的项目文件和源文档都以系列版本的形式存储起来,这也将最终呈现出设计者的思路的演化进程。使用版本控制中心数据库将杜绝任何版本丢失的可能,因此,不在同一个地方工作的工程师也可以放心协作,共同设计一个项目。

    软件内的增强功能,如PCB设计协作,可支持多个设计者共同完成一个设计,每个人对布局布线的更改都会收集在一起,然后合并到同一个PCB设计文档中,最终被安全地保存到中心数据库。中心数据库中设计的每个历史版本,代表了它在生命周期内所有的变化。我们还可以将设计回逆到以前的任何一个版本,整个过程尽在掌握。

    Altium设计数据管理系统可以创建和连接采用Subversion 或 CVS作为版本控制程序的设计中心库。通过连接中心数据库,更确切的说,通过在系统注册中心数据库,告知Altium Designer 它的存在。另外,Altium Designer不支持“非官方”或“非法”数据库的存在,我们只能使用那些自己创建的、基于VCS的设计中心数据库。为了更好的支持数据驱动电子设计方案,所有的设计端源材料必须储存在版本控制的设计中心库内。这包括:

  • 模型文件(例如:SchLibs,PcbLibs)
  • 元器件件定义(CmpLib文件中)
  • 包含设计电路可复用部分的源原理图图纸
  • 设计模版(项目文件、原理图文档、PCB文档)
  • Output Job 文件

    并不是只有通过版本控制的设计中心数据库才能访问Altium Designer的高完整设计发布过程。对于项目文档和附属文件存储在设计版本控制以外的本地或网络的设计项目,用户同样可以正常发布。但是,数据驱动方法确实是通过版本控制固有的专有完整性发挥作用的。版本控制中心数据库为设计文档提供了安全、可靠储存,发布到中心数据库的任何数据决不会丢失,杜绝了意外损失数据的可能性。

Altium Vault (设计领域的中心)

    供应链需要的数据主要来自设计区域。这些数据是由设计区域“发布”过来的。不过,如何处理这些发布数据?处理是否安全?换句话说,数据的完整性是否得到了保障?为了给用户提供一种既安全又即用的高效数据处理方法,Altium 推出了一个基于服务器的工程内容管理系统——Altium Vault 。Altium Vault 不仅仅提供可靠、安全的数据存储,还以独立版本的形式发布数据,它无需覆盖先前发布的数据,可以将设计的变化完全记录下来。

    Altium Vault 技术在数据驱动电子设计方法中有着重要的作用。Altium Vault所存储的不仅仅是由板级设计生成的数据,它同时管理由设计区域发布的所有数据,包括元器件、模型和原理图以及设计模板等。真正的数据驱动设计的核心内容主要反映了这样一个准则,即“设计中的所有元素必须源于Vaults”等。

    Vaults 不仅仅是设计区域发布数据的地方,同时也用于处理其他数据,比如来源于供应链的数据。“Part Choices”列表就是很好的一个例子,列表中的数据均基于Vaults,并不源于设计端,因此它不属于“发布”实体。

    在Atium Vault 中,由设计区域或其他区域发布的不同数据实体由独立的条目代表。一个条目代表一个特定的物体,并可通过所分配的条目ID进行识别。Altium Vault 数据库就是一个集中的存储系统,其中包含了每个条目的所有数据。它是连接设计区域和供应链区域之间的桥梁。这两个领域都可以访问中心数据库,并保持数据的安全完整性。通过Vaults,在这两个区域中工作的团队都可以得到实时的数据更新,更多地从产品级别了解研发过程,所访问的数据有高度完整性,经验证并且有生命周期管理。因此,用户所使用的数据都是通过认证的!

Altium Vault 是连接设计区域和供应链区域的桥梁,是数据驱动电子设计的核心所在。

 

    映射不同,条目所代表和存储的信息就不同。例如,一个设计项目可以对应多个裸板或者焊装条目。在Altium中保存的不同条目标有唯一的ID,它们都是生产团队制作出来的独立的个体。设计本身使用了基于Vaults的元器件,它们也是发布的条目,每个元器件都有独立的、唯一的条目ID。继续深入,我们发现:定义元器件使用的原理图符号及PCB封装等模型,同样作为独立的条目发布到vault中。

    在Vaults中,每一个条目都是以系列版本的形式储存。每个版本中都包含了用来代表或是构建这个条目的特定版本的数据。每当原设计数据发生改变时,Vaults中就会生成这个条目的新版本,用于(储存)所生成的数据。

    Altium Vault 中的数据的高度结构性,带给我们强大的的定位功能。根据Vaults中的条目,我们可以随时定位它的子条目。对于图纸,是同样的道理。我们可以展开一个父条目,快速浏览它的子条目。找到一个特定的模型,我们可以很快就找到它被用到了哪些元器件条目中。

    只要拥有有效的Altium Designer并且还在年度服务期内,  您就可以免费安装和使用卫星Vaults服务器。安装这个服务器,只要下载并执行一个的安装程序就可以实现了。

 一个不断发展并得到验证的方法

 

     那么到底什么是“数据驱动电子设计”呢?它又如何区别于其它设计和生产电子产品的方法呢?尽管我们相信设计电子产品的方法有很多,驱动设计软件工具的途径也有很多,但是我们一直精益求精,凭借我们日益进步的技术,同时吸取自身及超过40,000客户的使用体验,努力寻找电子产品设计的最优途径。今天呈现给大家的仅是该方法的精彩一瞥,今后,我们将继续对其完善。这个方法充分利用了Altium Designer 和Altium Vault 技术,并将两者完美结合,再加上关键的设计和管理实践定会锻造出一个高质量、高产出的设计流程,让设计团队可以在一个高保障的设计环境中大展拳脚。这是一个实现高效应用Altium电子设计系统的真正王道,一种开发者当初设计软件时所希望传授的正确方法或被称为“设计捷径”。这是一款流水线化设计流程的方法,帮助新的设计工程师马上进入设计正轨;总之,这是一个非常简单、有效、卓越的设计方法!

    请您放心的是,我们在这里谈论绝对是经过反复验证后得出的可实行方法!事实上,我们所处的位置是独一无二的,因为我们不仅仅是软件生产商,同时我们还利用自己的软件设计工具来开发自己的硬件产品。我们的硬件设计团队充分地利用了Altium Designer 和 Altium Vault 技术,在公司内部着手设计真实样板。而且,正是得益于这些开发工作,促进了我们进一步开发并利用这些设计技巧来流水线设计流程。为了最终可以到达电子设计的“金光大道”,我们的团队精益求精,对这些技术不断地进行打磨和精简。现在所呈现的就是这个几经实践的设计方法,虽然还经不断完善,但是我们的工程师已经多次试验并且无论是在质量还是生产力上,都获得了良好收益。这个新方法的核心是设计复用概念——获取并配置所有设计元素以便在今后新的设计中能够轻松实现复用。换句话说,我们可以将模型复用于新的元器件,然后将元器件复用于功能子电路,我们可以再将功能子电路用在模组设计上,最后,我们还可以将这个模块组长设计用在更高一级的设计上。将以上设计理念与数据驱动设计结合,规定设计中所有的元素都必须源于Altium Vault,我们基本就实现了螺旋结构的设计复用。从最低阶的设计元素开始,慢慢上升抽象等级,每个低阶的设计元素都必须在设计端内创建,而后发布到Vaults中,以供更高一阶的设计使用。

设计复用的“螺旋”特性

 

    作为设计数据管理系统的一部分,Altium提供了丰富的功能和技术。因此,用户自然可以选择利用最适合自己需要的设计元素 。然而,要想将电子设计提升一个等级,最大程度上发挥这些功能和技术,用户首先需要持有一个开放的思维,并一步一步按已验证的方案进行操作。展望电子设计的将来,Vaults必将成为设计系统的“中枢”。所有的设计元素都将来源于中心数据库。Vaults中所存储的元器件、设计图纸和其它模块化的设计实体,它们是有生命周期管理并且需要经过公司授权的,其数据安全性也可得到保障。在Vaults中存储,并复用于将来——这就是数据驱动的真谛。

数据驱动电子设计的主要理念

 

  • 数据驱动电子设计的理念结合了Altium Designer、Altium Vault 技术和版本控制系统等工具,以优秀设计和管理的原则以及具体实践,旨在最大程度上发挥软件和相关技术的功能。数据驱动理念的形成得益于Altium团队25年的行业经验和用户的积极反馈,以及我们的工程师使用工具设计硬件产品的经验。
  • 以Vaults为 中心的设计:无一例外,Altium Vault 是所有设计因素的来源。
  • 对所有设计端源文件都实行版本控制:模型文件、元器件库、原理图器件图纸、板级设计项目以及拼板项目。
  • 复用设计:将所有的设计元素配置并保存,以便在以后的设计中复用。已经储存到数据库中的所有元素,包括元器件、原理图电路图纸以及PCB模块组,构成未来设计的“积木”知识库。
  • 模块化设计:高度抽象的设计理念,未来的设计可以非常容易地复用已有的模块。
  • 高效的设计决策:懂得何时利用现有的模块进行重构;何时需要新建(比如说vault中不存在此元器件)。
  • 利用模板项目使用模板项目中的源文档(顶层原理图纸和PCB文档)和标准化output job配置文件,实现流水设计。
  • 标准化命名方案、版本命名方案和生命周期管理方案等各种设计相关元素。
  • 严格遵循标准化的设计和描述规则,包括网络连通、结构层次、设计规则等。
  • 通用模型——跨板层复用兼容的已发布原理图符号(或是PCB 2D/3D 元器件模型),无需重建。
  • 所有的数据输出都是发布到Vaults中——设计端版本中心数据中,无生成的output文件。
  • 通过Vaults直接获得安全的加工数据。访问有权限设置,未经授权者无法访问,这就避免了加工数据外泄的可能。

数据驱动电子设计的主要优势

  • 结合并基于Altium的一体化设计和设计数据的管理模式,提供一个流水的,高度优化的设计流程,可以帮助提高设计的质量和产量。
  • 使用适用于所有新设计通用的已定义文件模板和配置,复用已有的设计“积木”,可减少工作量,提高设计率。
  • 使用的数据均来源于Vaults,并由公司授权。换句话说,可重复使用已经验证了的电路。
  • 通过采用一致的命名规则、展现标准和设计规则,设计输出的质量得到提升。
  • 随着发布到Vaults的设计内容不断增加, 设计率会快速地提升。直接使用Vaults中现成的“设计积木”,未来电子设计以放置模块的方式实现,设计效率大大提升。
  • 利用设计中的“元数据”。
  • 更多时间用于设计,无需猜想。
  • 节省了用于培训的时间和成本。
  • 改善了团队沟通环境。
  • 可对元器件和设计进行轻松定位。

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