Success Story

Rohde & Schwarz setzt auf Front-Loading mit Hilfe von Zukens CR-5000 Suite

Rohde & Schwarz

Effizienzsteigerung beim Variantenmanagement

Rohde & Schwarz setzt auf Front-Loading mit Hilfe von Zukens CR-5000 Suite. Das Ergebnis: Der Stromlaufplan wird zum Masterdokument für alle Bestückungsvarianten.

Sollen preissensitive Märkte und gleichzeitig auch hohe Kundenanforderungen bedient werden, bedarf es einer oftmals erheblichen Diversifizierung einer Produktfamilie. Die teure Alternative dabei wäre, mehrere Produkte parallel zu entwickeln – die zweifellos kostengünstigere ist, Produkte über überschiedliche Funktionsmodule an die verschiedenen Märkte anzupassen. Doch führt die damit verbundene Produktvarianz zu einer Komplexität, die erst einmal beherrscht sein will. Dies ruft leistungsfähige Engineering-Tools zum Variantenmanagement auf den Plan.

 R&S SMW200A
R&S SMW200A, der High-End-Vektorsignalgenerator für breitbandige Kommunikationssysteme
aus dem Hause Rohde & Schwarz

Der Münchener Spezialist für Messtechnik, Rundfunk und sichere Kommunikation und Funküberwachungs- und -ortungstechnik Rohde & Schwarz (R&S) setzt auf konsequentes Variantenmanagement und hat dies konzernweit durch einheitliches, integriertes Front-Loading im Bereich ECAD umgesetzt. Die Softwaresuite CR-5000 von Zuken Inc. mit Hauptsitz in Yokohama/Japan ermöglicht dies. CR-5000, das bei Rohde & Schwarz zentral durch einen zentralen Hardware-Entwicklungssupport betreut wird, ist Teil eines durchgängigen Leiterplatten-Entstehungsprozesses, der die Planung von zukünftigen Varianten bereits in einer frühen Entwicklungsphase erlaubt.

Ergebnisse

  • CR-5000 ist zentrales Element einer durchgängigen Prozesskette bei Rohde & Schwarz
  • Der Entwickler definiert bereits im Zuge der Stromlauferstellung den gesamten Konfigurationsraum an Varianten
  • Der Stromlauf ist das Master-Dokument der Projektbearbeitung für alle Leiterplatten-Varianten

Ziel war dass der Entwickler bereits im Zuge der Stromlauferstellung den gesamten Konfigurationsraum an Varianten vollständig definieren kann, der Stromlauf also zum Master-Dokument der Projektbearbeitung wird.

Siegfried Doser and Robert Hahn, Entwicklungssupport
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Der Hardware-Entwicklungssupport bei Rohde & Schwarz ist für die Bereitstellung der CAx-Entwicklungswerkzeuge, deren Test und Integration in die Entwicklungs-umgebung, Tool-Customization und Anwenderunterstützung verantwortlich. Zu seinen Aufgaben gehört zudem Training, Beratung und Erstellung von Bibliotheken für ECAD, MCAD und HF-Layout. Die Experten vom HW-Support stehen rund 100 Konstrukteuren und 200 Hardware-Entwicklern, verteilt an 13 Standorten, mit Rat und Tat zur Seite.

CR-5000 bei Rohde & Schwarz

Für die Erstellung von Stromlaufplänen, Leiterplatten- und Mulitboard-Layouts sowie der Produktdokumentation setzt Rohde & Schwarz eine umfangreiche ECAD-Infrastruktur auf Basis der CR-5000 PCB Design-Familie von Zuken ein.

Die Bauteilauswahl für die Stromlaufbearbeitung erfolgt über eine spezielle Teilebibliothek; die schematische Bauteilanordnung und Netzerstellung erfolgt in CR-5000 Design Gateway. Die einzelnen Varianten werden dem Entwickler über den Variant Manager von CR-5000 Design Gateway angezeigt.

In CR-5000 Board Designer wird die Platzierung der Bauteile und die physikalische Verbindung durchgeführt. Zur Layout-Bearbeitung gehören auch die Technologie-Definition zum Lagen- und Materialaufbau. CR-5000 Board Designer verfügt über eine Schnittstelle zum Simulationswerkzeug Lightning, mit dem die Signalintegrität der Layouts verifiziert werden kann.

Im Rahmen des Post-Processings wird die Dokumentation erstellt und im PDM-System Teamcenter Enterprise abgelegt. Diese Daten dienen der Fertigung zur Auftragsbearbeitung, die sie direkt über das PDM-System abruft.

Varianten-Definition


eCAD System CR5000 
Design Flow bei Rohde & Schwarz auf Basis Zukens CR-5000 PCB Design-Umgebung
Quelle: Rohde & Schwarz 2013

CR-5000 Design Gateway wurde 2011 im Zuge von CR-5000 Version 13 eingeführt. Das Varianten-Handling mit Design Gateway wurde bei Rohde & Schwarz so eingerichtet, dass die Bestückungsvarianten (für invariante Leiterplatten und Footprints) bereits im Stromlauf definiert werden, also ein Front-Loading vom Layout in die Entwicklung stattfindet. 

Zunächst werden die Teilestammdaten der einzelnen Varianten über den sogenannten Rhode & Schwarz-Produktstruktureditor im PDM-Backbone Teamcenter Enterprise erzeugt. Auf diese Daten greift ein von Rohde & Schwarz selbstentwickeltes Tool namens Basic Data Editor Circuit Board (BDE-CB) zu. In BDE-CB wird das Projekt mit zusätzlichen Daten angereichert, etwa Montage-Sets (Angaben wie „Halterung“), Ersatzmaterialnummern, Lötverfahren, Fertigungsrichtlinien sowie Parameter für die Testkalkulation. Mit anderen Worten, über dieses Tool werden alle bestückungsrelevanten Informationen gespeichert, die für die Fertigung erforderlich sind. Mit dem ebenfalls selbstentwickelten PD&T (Product Documentation & Transfer) werden schließlich die Produktdokumente erzeugt und an das PDM-System übergeben.

Stromlaufplan: Master für alle Bestückungsvarianten

Auf Basis der Informationen im BDE-CB findet über einen Datenaustausch in CR-5000 Design Gateway die Beschreibung von Bauteilvarianten im Rahmen der Stromlaufdefinition statt. Hierzu gehören Angaben über

  • bestückte, beziehungsweise variant nicht-bestückte Bauteile
  • variant bestückte Bauteile in verschiedenen Werten 
  • Montage-Set-Zuweisungen
  • Referenzen für Ersatzmaterialnummern.

Es ist zum Beispiel möglich, dass auf der Position eines Kondensators ein Widerstand gesetzt wird, der Footprint der Leiterplatte sich dabei aber nicht ändert.

Eine Regelprüfung während der anschließenden Layout-Definition wacht darüber, dass die platzierten Bauteile konsistent mit der ausgewählten Fertigungsprozesstechnologie (zum Beispiel Reflow-Löten) sind.

Der Entwickler kontrolliert alle Varianten „Ziel war“, fassen Siegfried Doser und Robert Hahn vom Entwicklungssupport zusammen, „dass der Entwickler bereits im Zuge der Stromlauferstellung den gesamten Konfigurationsraum an Varianten vollständig definieren kann, der Stromlauf also zum Master-Dokument der Projektbearbeitung wird.“ Früher wurden die finalen Varianten erst spät, während der Layout-Phase vom Konstrukteur und nicht vom Entwickler festgelegt. Dem Schaltplanentwickler war das damals zur Verfügung stehende Tool nicht vertraut.

Die Stückliste wird in vollvarianter Form geführt, was bedeutet, dass darin alle Bestückungsinformationen für sämtliche Leiterplatten-Varianten enthalten sind: zum Beispiel Menge und Position eines Bauteils in der jeweiligen Ausprägung für jedes einzelne Derivat. Die Fertigungsabteilung leitet aus der vollvarianten Stückliste die variantenspezifische Ausprägung ab.

Migration auf CR-8000

Robert Hahn and Siegfried Doser  
Robert Hahn und Siegfried Doser vom Rhode & Schwarz Entwicklungssupport

Da das bei Rohde & Schwarz für das Variantenmanagement eingesetzte Stromlauf-Modul Design Gateway bereits das Front- End der Ende 2011 vor-ge-stell-ten neuen Systemgeneration CR-8000 darstellt, stellt sich die Frage, ob und wann Rohde & Schwarz eine Migration auf die neue CR-8000-Generation
insgesamt ins Auge fasst. Robert Hahn und Siegfried Doser stehen auch bei dieser gewiss sehr spannenden Frage in engem Kontakt mit den Anwendern in den einzelnen Unternehmensbereichen.

Sie wissen sehr genau, wo deren Bedürfnisse liegen. Auf diese Frage angesprochen, machen beide deutlich, dass die Attraktivität eines Produktwechsels von einer Vielzahl von Kriterien abhängt. Es geht zum Beispiel um die Frage, ob die erwarteten Produktivitätsgewinne den Aufwand einer Migration rechtfertigen, zumal die jetzige CR-5000-Infrastruktur viele eigens programmierte Zusatzapplikationen nutzt.

Vorabuntersuchungen haben ergeben, dass die 64-Bit- Applikation CR-8000 Design Force (Layout-Editor) neben der modernen Benutzerführung insbesondere durch ihre enorme Performance besticht. Bestimmte Kupferflächenberechnungen benötigen in der Vergleichslösung von CR-5000, Board Designer, derzeit bis zu einer Stunde, in CR-8000 Design Force sind lediglich wenige Minuten zu veranschlagen, was Tests ergeben hätten, so Siegfried Doser. Teilweise werden bei Rohde & Schwarz 18-lagige Board-Designs realisiert, bei denen alle Lagen mit Kupfer gefüllt sind. In CR-5000 Bord Designer fallen in diesem Fall die Reaktionszeiten selbst bei geringfügigen DesignÄnderungen recht lange aus.

Bevor die Möglichkeiten von CR-8000 Design Force aber im produktiven Einsatz genutzt werden können, müssen Robert Hahn und Siegfried Doser noch eine Reihe von Untersuchungen durchführen, um die vollständige Durchgängigkeit der Prozesse innerhalb der hochentwickelten Elektronik- Entwicklungsumgebung bei Rohde & Schwarz sicherzustellen.

Folgende Software-Module von Zuken sind bei Rohde & Schwarz im Einsatz:

Insgesamt nutzt Rohde & Schwarz an die 50 CR-5000 Design Gateway Floating Lizenzen für die Schaltungsentwicklung. Des weiteren sind Lizenzen für Variant Manager, XDF Viewer, Board Designer und Lightning Simulation im Einsatz.

CR-5000 Design Gateway ist Zukens Lösung für die Entwicklung logischer Schaltungen und die Prüfung elektronischer Entwürfe von Einzel- und Multiboards auf Systemebene. Die Lösung bildet das Bindeglied zwischen der initialen Planung und dem PCB-Layout.

Variant Manager ermöglicht die Änderung jeder Komponente, um Anforderungen für unterschiedliche Produktvarianten oder Vorgaben für internationale Märkte zu erfüllen.

XDF Viewer ist eine Erweiterung zum Standard-Web- Browser, mit der alle beteiligten Abteilungen das aktuelle Design sowie aufgetretene Fehler analysieren können.

Board Designer ist eine intuitive, integrierte Entwicklungsumgebung zum Design von PCBs, BGAs und MCMs. Board Designer führt den Anwender über eine Standard-Benutzeroberfläche von der Schaltungsentwicklung über Floor-Planning, Platzierung und Entflechtung bis hin zur Analyse und Fertigung durch den gesamten Leiterplatten-Entstehungsprozess. Und Lightning schließlich bietet ein vollständiges Tool- Set für die Simulation der Signalintegrität, wobei der sogenannte Constraint Manager die Kernanwendung bildet.

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