PCB布局布線中如何節(jié)約研發(fā)成本

研發(fā)成本包括研發(fā)費(fèi)用和產(chǎn)品成本，研發(fā)費(fèi)用包括開發(fā)費(fèi)用、測(cè)試費(fèi)用和人工費(fèi)用等，產(chǎn)品成本包括采購(gòu)和材料費(fèi)用、制造費(fèi)用等。

我們知道，一個(gè)產(chǎn)品的生命周期包含了產(chǎn)品成長(zhǎng)期、成熟期、衰退期三個(gè)階段。而產(chǎn)品研發(fā)和設(shè)計(jì)是我們后續(xù)的生產(chǎn)制造、銷售服務(wù)的源頭之所在，一個(gè)產(chǎn)品的大概成本其實(shí)在設(shè)計(jì)成功后就已經(jīng)基本成型，作為后期的產(chǎn)品生產(chǎn)等制造工序（實(shí)際制造成本）來說，其最大的可控度只能是降低生產(chǎn)過程中的損耗以及提高裝配加工效率（降低制造費(fèi)用）。有一個(gè)觀點(diǎn)是被普遍認(rèn)同的，如下圖所示，設(shè)計(jì)初始階段的概念性選擇和決定（Concept部分），占有總產(chǎn)品成本的70%左右，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)確定1。也就是說，一個(gè)產(chǎn)品一旦完成研發(fā)，其后續(xù)的材料成本、人工成本便已基本定性，制造中心很難改變?cè)O(shè)計(jì)留下的先天不足。有很多產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段，就注定其未來的制造成本會(huì)高過市場(chǎng)價(jià)格。

下圖為產(chǎn)品整個(gè)生命周期各個(gè)重要節(jié)點(diǎn)的成本示意圖。圖中可清楚地看到，每一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)所進(jìn)行的更改，都將對(duì)整個(gè)生命周期鏈條上后續(xù)的各個(gè)階段產(chǎn)生重大影響。而且越早階段的更改產(chǎn)生的影響越大。例如下圖所示，設(shè)計(jì)階段一個(gè)特定元器件的更改，將導(dǎo)致后續(xù)不可預(yù)知的各階段的成本浪費(fèi)，如產(chǎn)品PCB布局布線，原型制造，產(chǎn)品優(yōu)化，變更帶來的特殊過程增加，相關(guān)的培訓(xùn)，附加成本的增加，到最終的產(chǎn)品交付，由于設(shè)計(jì)變更帶來的隱含成本浪費(fèi)將會(huì)是數(shù)倍之多。

至于如何在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段做好整體的成本控制和選擇，我們可以從原材料成本節(jié)約，設(shè)計(jì)復(fù)用帶來人力成本的節(jié)省，以及集中管理的數(shù)據(jù)保險(xiǎn)庫(kù)避免設(shè)計(jì)變更和錯(cuò)誤迭代次數(shù)這三方面來考慮。

關(guān)系到產(chǎn)品研發(fā)成本的幾個(gè)疑難問題

1、產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)中關(guān)鍵元器件的選型以及BOM原材料的成本如何控制？------節(jié)約原材料成本

在產(chǎn)品功能確定下來之后，設(shè)計(jì)之初首先需要進(jìn)行關(guān)鍵元器件的選型，比如用多大什么類型的電源供電，選擇哪家公司的哪款主控芯片，其相應(yīng)的工作頻率，內(nèi)存容量，有哪些接口，可做哪些擴(kuò)展？ 另外根據(jù)這些確定下來的關(guān)鍵元器件，考慮它相關(guān)的最小功能模塊所用到的各種輔助元器件 ，即最小系統(tǒng)的BOM（Bill of Matieral材料清單）成本。我們經(jīng)常需要在選型的同時(shí)，有多個(gè)關(guān)鍵器件都滿足功能要求。而此時(shí)就需要對(duì)它們周邊的模塊電路的BOM成本進(jìn)行比較，在滿足要求的基礎(chǔ)上選擇最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用性價(jià)比高容易采購(gòu)的模塊方案。

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而我們?cè)谶x型之初往往一籌莫展。因?yàn)樵O(shè)計(jì)工程師往往有一個(gè)通?。核麄兒苋菀讓Ｗ⒂诋a(chǎn)品的性能而設(shè)計(jì)產(chǎn)品，選擇元器件。也許是由于職業(yè)上的習(xí)慣，設(shè)計(jì)師經(jīng)常容易將其所負(fù)責(zé)的產(chǎn)品項(xiàng)目作為一件藝術(shù)品或者科技品來進(jìn)行開發(fā)，這就容易陷入對(duì)產(chǎn)品的性能、外觀追求盡善盡美，卻忽略了許多元器件的材料成本的差異。比如有的元器件功能類似的情況下價(jià)格卻相差幾倍，有的元件太老已經(jīng)停產(chǎn)，有的元器件太新而供貨渠道不健全，有的元器件采購(gòu)周期太長(zhǎng)......，等等這些問題如果不能對(duì)所有信息全面掌握，很有可能選擇了不合適的元器件。而元件選型一旦定型，工程師在其基礎(chǔ)上做了很多設(shè)計(jì)研發(fā)工作之后很難更改，推倒重來的成本浪費(fèi)更大。

2、 同系列類似產(chǎn)品升級(jí)換代如何有效避免重復(fù)設(shè)計(jì)？------節(jié)約人力成本

在產(chǎn)品研發(fā)過程中，往往有的產(chǎn)品不是一個(gè)單獨(dú)孤立的存在。在長(zhǎng)期的市場(chǎng)反饋下會(huì)出現(xiàn)一系列同類產(chǎn)品。而這些產(chǎn)品有很多的共同性。有些功能模塊可能在新產(chǎn)品升級(jí)換代的時(shí)候沒有變化，可以直接拿來復(fù)用。有些功能模塊可能就是在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上更改了一兩個(gè)元器件，而新?lián)Q的元器件封裝和原來一模一樣不需要更改。這時(shí)只需要更改原理圖設(shè)計(jì)即可，而PCB封裝設(shè)計(jì)保持不變，只是在裝配的時(shí)候換裝不同的元器件。有些功能模塊是完全新添加的功能，這部分就需要重新設(shè)計(jì)研發(fā)測(cè)試。

那么問題來了。如何保存這些以前的設(shè)計(jì)成果，以便下次設(shè)計(jì)時(shí)直接復(fù)用，省去模塊設(shè)計(jì)研發(fā)，打原型板，裝貼，測(cè)試等等工序勞動(dòng)？如何方便地進(jìn)行一下簡(jiǎn)單的標(biāo)記，即可成為另一個(gè)產(chǎn)品型號(hào)，而不需要重新設(shè)計(jì)原理圖，PCB板以及后續(xù)的一系列重復(fù)勞動(dòng)？如果這些繁瑣的重復(fù)工作都可以有效避免，我的設(shè)計(jì)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的人員工作流程該是多么精簡(jiǎn)高效？

3、大量的元件庫(kù)以及各版本的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)該如何統(tǒng)一管理以便協(xié)調(diào)各部門的工作？------節(jié)約返修及制造成本

在一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)開始到整個(gè)產(chǎn)品投放市場(chǎng)之間，不但設(shè)計(jì)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的各成員需要共同協(xié)作，各輔助部門（元件采購(gòu)，PCB原型打板測(cè)試，制造裝配，系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試，產(chǎn)品包裝）之間也需要實(shí)時(shí)共享數(shù)據(jù)。所以整個(gè)過程的數(shù)據(jù)共享及溝通不能有障礙，以免造成人員和成本和原材料成本的浪費(fèi)。比如說元器件采購(gòu)負(fù)責(zé)人與元件庫(kù)的設(shè)計(jì)工程師需要經(jīng)常溝通關(guān)于元器件的型號(hào)，數(shù)量，封裝形式，采購(gòu)周期等等信息。經(jīng)常會(huì)遇到設(shè)計(jì)工程師使用的元器件，被采購(gòu)人員說難以采購(gòu)要求換件；或者采購(gòu)人員采購(gòu)的元器件封裝形式與設(shè)計(jì)師的要求有細(xì)微出入，需要重新采購(gòu)或修改設(shè)計(jì)封裝的情況發(fā)生。

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另外研發(fā)部門對(duì)大量的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)每天進(jìn)行更新，如果沒有有效的全局集中管理，數(shù)據(jù)被誰進(jìn)行了修改，在哪一天進(jìn)行了修改，修改了哪些內(nèi)容？哪個(gè)版本的文件是測(cè)試好的最終版本？哪些文件是打包給制造部門用于PCB裸板制造？哪些文件是打包給裝配部門進(jìn)行PCB裝配？哪些文件打包給采購(gòu)部門用于原材料的采購(gòu)？哪些文件用于團(tuán)隊(duì)的最終歸檔存案？這些數(shù)據(jù)因?yàn)楸欢嗳硕嗖块T共享并且按照各部門需要提取各自關(guān)心的數(shù)據(jù)，必要時(shí)還需要進(jìn)行編輯修改。那么這些修改操作如何跟蹤管理才不會(huì)亂成一團(tuán)？各個(gè)文件的版本如何編號(hào)命名？如果這些問題都沒有有效地進(jìn)行解決，必然造成文件數(shù)據(jù)雜亂，各部門之間不能有效溝通而造成人員工時(shí)的浪費(fèi)。最重要的是由于信息的不對(duì)稱而可能造成不合理的對(duì)接，往往到制版裝配的環(huán)節(jié)才發(fā)現(xiàn)問題和矛盾，進(jìn)而進(jìn)行設(shè)計(jì)文件的返修更改，重新制造測(cè)試，造成極大的返修及制造成本的浪費(fèi)。

節(jié)約產(chǎn)品研發(fā)總成本的解決思路

作為產(chǎn)品經(jīng)理或產(chǎn)品負(fù)責(zé)人，要節(jié)約產(chǎn)品研發(fā)總成本，需要從全方位來考慮成本的下降與控制。作為一個(gè)新項(xiàng)目新產(chǎn)品的開發(fā)，應(yīng)該組織相關(guān)部門人員與主要研發(fā)團(tuán)隊(duì)一起參與（應(yīng)考慮將機(jī)械、采購(gòu)、生產(chǎn)、工藝等相關(guān)部門納入項(xiàng)目開發(fā)設(shè)計(jì)小組），這樣有利于大家集中精力從全局的角度去考慮成本的控制。正如前面所提到的問題，研發(fā)設(shè)計(jì)人員往往專注于設(shè)計(jì)研發(fā)的技術(shù)細(xì)節(jié)，而忽略了隱含成本（比如采購(gòu)難易度，價(jià)格差別，制造難易度，制造成本等）的誤區(qū)。 正是有了采購(gòu)人員、工藝人員、生產(chǎn)人員的參與，可以基本上杜絕為了降低某項(xiàng)成本而引發(fā)的其他相關(guān)成本的增加這種現(xiàn)象的存在。從全局出發(fā)來考慮成本的控制問題。在控制節(jié)約成本的具體方面，可以大致從原材料成本的節(jié)約，人員工作效率方面的人力成本節(jié)約，以及多部門協(xié)作溝通無障礙方面的返修及制造成本的節(jié)約這三大方面進(jìn)行考慮并尋求解決方案。

節(jié)約產(chǎn)品研發(fā)總成本的解決方案

1.如何有效節(jié)約原材料成本

要節(jié)約原材料成本，自然需要工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與采購(gòu)負(fù)責(zé)人共同協(xié)作，共享信息，實(shí)時(shí)溝通，清楚明了地掌握所需元器件價(jià)格，采購(gòu)難易度，采購(gòu)周期......以此信息進(jìn)行核心元器件選型，并對(duì)最小系統(tǒng)的BOM清單進(jìn)行分析，比較選擇出滿足功能前提下最經(jīng)濟(jì)適用的方案。另外需要有效避免采購(gòu)錯(cuò)誤而造成的元件浪費(fèi)和庫(kù)存浪費(fèi)。

Altium的元器件供應(yīng)商鏈接（supplier link）功能可以在設(shè)計(jì)師的工作界面直接將所需元器件的供應(yīng)商數(shù)據(jù)庫(kù)信息鏈接起來。工程師隨時(shí)可以查看該元器件的封裝是否是設(shè)計(jì)所需要的封裝形式，繼而查看封裝符合要求的元件生產(chǎn)廠商，該元件的詳細(xì)描述，該元件的供貨渠道，元件的單價(jià)及批量?jī)r(jià)格，庫(kù)存數(shù)量等等。如下圖所示。有了供應(yīng)商鏈接元件信息的功能，工程師能夠?qū)崟r(shí)了解元件的采購(gòu)信息，在選型的時(shí)候會(huì)比較性價(jià)比，而不會(huì)盲目選擇價(jià)格昂貴的新器件，或者采購(gòu)困難的元器件。設(shè)計(jì)工程師與采購(gòu)負(fù)責(zé)人信息溝通無障礙，在設(shè)計(jì)開始階段即可避免原材料成本的浪費(fèi)。

另一個(gè)有效節(jié)約原材料成本的功能是BOM分析功能。BOM分析比元器件供應(yīng)商鏈接功能更為系統(tǒng)和全面。前者是針對(duì)單個(gè)元器件的供應(yīng)商采購(gòu)信息，而后者BOM分析針對(duì)的是整個(gè)產(chǎn)品所需要的全部原材料的分析。如下圖所示。針對(duì)整個(gè)電路中的所有元件在BOM清單上都有詳細(xì)的元件說明、目標(biāo)價(jià)格、實(shí)際價(jià)格、生產(chǎn)廠商、生產(chǎn)廠商Part No.、渠道供應(yīng)商、供應(yīng)商Part No.、庫(kù)存量、采購(gòu)供貨風(fēng)險(xiǎn)......等等這些信息都可以清清楚楚地呈現(xiàn)在眼前。產(chǎn)品經(jīng)理和各研發(fā)人員都可以從全局的角度來控制原材料成本。通過BOM清單成本比較，所需選擇的方案也了然于胸。更可以避免元器件采購(gòu)錯(cuò)誤所造成的浪費(fèi)。

通過供應(yīng)商鏈接功能和BOM分析功能，可以有效地控制整個(gè)產(chǎn)品所需原材料的成本。

2.如何節(jié)約人力成本

在設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)所設(shè)計(jì)的同系列產(chǎn)品之間總有些功能模塊是共性需要，重復(fù)使用的。比如電源部分的設(shè)計(jì)，在同系列各個(gè)產(chǎn)品中是一樣的。對(duì)于這種共性化使用的設(shè)計(jì)片段，在第一次設(shè)計(jì)測(cè)試通過之后，就可以將該部分設(shè)計(jì)做成一個(gè)模塊，而該模塊就像一個(gè)電子元器件一樣簡(jiǎn)單明了，預(yù)留的接口就像元器件引腳一樣方便在其他設(shè)計(jì)中進(jìn)行調(diào)用。Altium Designer軟件里的Device Sheet功能就是為這個(gè)問題提供的解決方案。方便設(shè)計(jì)師之間調(diào)用他人已經(jīng)測(cè)試成功的設(shè)計(jì)成果，省時(shí)省力，不會(huì)出錯(cuò)。有效地避免重復(fù)設(shè)計(jì)。

如下圖所示，為電壓調(diào)整器生成1.8V的電路，下半部分為整張電路原理圖，該電路部分為只讀標(biāo)志，表示這部分電路是測(cè)試通過的可以放心使用的電路。上半部分為這張電路圖的Device Sheet，即器件式圖紙，意味著整張圖紙為一個(gè)類似的元器件。其他的設(shè)計(jì)者只需將該Device Sheet像元器件一樣放置在他的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中即可復(fù)用。

裝配變量的使用乃是同系列不同產(chǎn)品之間更新?lián)Q代的神器。同系列不同產(chǎn)品通常擁有相同的基本結(jié)構(gòu)，在只需要更換少量器件的時(shí)候，我們甚至不用重新開始一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，只需要在原設(shè)計(jì)上添加裝配變量，標(biāo)定各個(gè)產(chǎn)品版本不同的安裝器件值即可。因此對(duì)于簡(jiǎn)單的少量變化，比如哪些器件安裝或不安裝，哪些器件裝配相同封裝的其他替換器件，哪些器件裝配相同封裝相同管腳數(shù)目的芯片，所有這類局部更改都可以用裝配變量(Variant)來輕松配置和管理。

如下圖所示，簡(jiǎn)單的紅叉叉圖形點(diǎn)擊哪個(gè)元件就表示哪個(gè)元件在新產(chǎn)品上不用裝配。下圖中的4個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)排阻在新版本的產(chǎn)品中是去掉不用裝貼的。裝配變量的簡(jiǎn)單設(shè)置即會(huì)相應(yīng)地反映到PCB版圖設(shè)計(jì)，BOM材料清單，各類輸出文件等等。省去大量的重復(fù)設(shè)計(jì)所浪費(fèi)的人力成本。

同樣，比如下圖所示的智能穿戴設(shè)備（手表），在產(chǎn)品的不斷升級(jí)換代中，需要升級(jí)內(nèi)存容量（從4GB升級(jí)到16GB）。而該內(nèi)存器件的封裝是在各芯片間是兼容的。這時(shí)，只需要簡(jiǎn)單的裝配變量設(shè)置各不同產(chǎn)品版本的參數(shù)即可。這種簡(jiǎn)單的更改便可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更新升級(jí)，節(jié)省人力研發(fā)成本的同時(shí)，還可以快速將產(chǎn)品推入市場(chǎng)。

3. ?如何節(jié)約返修及制造成本

要有效地解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)返修和原型制造所帶來的成本浪費(fèi)，提高產(chǎn)品研發(fā)成功的迭代次數(shù)，關(guān)鍵是需要一套集中管理的數(shù)據(jù)保險(xiǎn)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)可以涵蓋方方面面的數(shù)據(jù)信息共享給設(shè)計(jì)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的成員以及研發(fā)團(tuán)隊(duì)之外與之有關(guān)聯(lián)的其他團(tuán)隊(duì)（比如機(jī)械，采購(gòu)，工藝，制造，裝配，測(cè)試，包裝等等）。Altium的vault就是個(gè)很好的有針對(duì)性的解決方案。通過Altium Vault，可以對(duì)設(shè)計(jì)研發(fā)的各類設(shè)計(jì)文件和工程項(xiàng)目，以及大量的元件庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)等數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和版本控制。方便各設(shè)計(jì)成員調(diào)用設(shè)計(jì)成果，查看設(shè)計(jì)進(jìn)度，檢查設(shè)計(jì)更改。管理者比如產(chǎn)品經(jīng)理可以對(duì)團(tuán)隊(duì)成員設(shè)置不同的操作管理權(quán)限。如下圖所示，Altium Vault是設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與供應(yīng)鏈相關(guān)的各團(tuán)隊(duì)之間共享數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。共享的數(shù)據(jù)主要有統(tǒng)一的元器件信息，可復(fù)用的設(shè)計(jì)內(nèi)容，產(chǎn)品發(fā)布數(shù)據(jù)三大類。統(tǒng)一的元器件信息便于設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與采購(gòu)的信息交互。產(chǎn)品發(fā)布數(shù)據(jù)針對(duì)制造Fabrication 和裝配Assembly打包不同的文件數(shù)據(jù)，方便產(chǎn)品加工和裝配。

這樣任何的設(shè)計(jì)更改都能及時(shí)地共享信息給所有成員，對(duì)產(chǎn)品要求的隨時(shí)變更也可以及時(shí)地在研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行響應(yīng)并做相關(guān)調(diào)整。團(tuán)隊(duì)成員之間高效協(xié)作。避免由于信息不對(duì)稱及修改不統(tǒng)一造成的返修設(shè)計(jì)帶來的成本損失。

下面以Vault的統(tǒng)一元器件數(shù)據(jù)信息為例，展示共享在Vault中的元器件數(shù)據(jù)信息是如何將設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的成員與供應(yīng)鏈方面的采購(gòu)負(fù)責(zé)人聯(lián)系起來并有效交互的。

在設(shè)計(jì)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，該共享在Vault中的元器件可以被原理圖，PCB，以及其他設(shè)計(jì)文件調(diào)用。而在供應(yīng)鏈領(lǐng)域，可以精確對(duì)該元器件的供應(yīng)商，采購(gòu)渠道進(jìn)行選擇。這兩方面的數(shù)據(jù)信息是實(shí)時(shí)共享并更新的。任何一方的改動(dòng)都會(huì)清楚地呈現(xiàn)在另一方。

通過Alitum Vault集中管理共享數(shù)據(jù)，使得各團(tuán)隊(duì)成員之間的互動(dòng)和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳遞變得清楚明了。流程如下：

1. 研發(fā)團(tuán)隊(duì)內(nèi)部有共享的元件模型設(shè)計(jì)Model Design，驗(yàn)證通過的完整的設(shè)計(jì)成果在Altium Vault中以Released Model方式保存。

2. 之后研發(fā)團(tuán)隊(duì)與元器件供應(yīng)鏈的采購(gòu)Sourcing團(tuán)隊(duì)一起協(xié)作，生成統(tǒng)一的元器件Unified Component Design，該統(tǒng)一的元器件庫(kù)帶有版本控制和修改跟蹤的功能，在Altium Vault中以Released components形式保存。

3. 研發(fā)團(tuán)隊(duì)再根據(jù)統(tǒng)一的元器件庫(kù)生成驗(yàn)證通過的設(shè)計(jì)模塊成果Manaded Sheet Design，它在Altium Vault里以Managed Sheet形式保存，并可供其他設(shè)計(jì)項(xiàng)目和產(chǎn)品調(diào)用。

4. 最終研發(fā)團(tuán)隊(duì)根據(jù)Vault中統(tǒng)一的元器件和Manaded Sheet模塊生成完整的PCB設(shè)計(jì)Full PCB Design，它在Altium Vault里以Full PCB Module的形式保存。并可根據(jù)此最終的產(chǎn)品設(shè)計(jì)成果傳遞信息給產(chǎn)品制造Production環(huán)節(jié)。最終為制造Fabrication和裝配Assembly分別打包不同的數(shù)據(jù)和文件以方便產(chǎn)品工作進(jìn)程。

這些團(tuán)隊(duì)之間依據(jù)Altium Vault共享數(shù)據(jù)保險(xiǎn)庫(kù)高效協(xié)作，可以極大地避免信息不對(duì)稱可能出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤，進(jìn)而大幅度提高產(chǎn)品研發(fā)成功的迭代次數(shù)，縮減返修和原型板制造測(cè)試的成本。

節(jié)約產(chǎn)品研發(fā)總成本技巧匯總

元器件鏈接供應(yīng)商數(shù)據(jù)庫(kù)Component link方便選型；

BOM分析節(jié)省產(chǎn)品原材料成本；

設(shè)計(jì)復(fù)用Design reuse節(jié)約人力成本；

裝配變量Variant節(jié)約產(chǎn)品更新?lián)Q代的設(shè)計(jì)成本；

集中的數(shù)據(jù)保險(xiǎn)庫(kù)Vault方便團(tuán)隊(duì)協(xié)作；

共享的數(shù)據(jù)管理節(jié)約產(chǎn)品返修及原型制造費(fèi)用