在當今全球市場上，需要在更短時間內(nèi)設計出更小、更智能產(chǎn)品的壓力使得設計工程師必須不斷重新評估和修改從概念一直到制造的整體產(chǎn)品設計流程。

電子技術的快速發(fā)展進一步推動了對變革的需求，一系列的革新進程改變了我們現(xiàn)在用來創(chuàng)造電子產(chǎn)品的基本流程。產(chǎn)品開發(fā)團隊面臨的新挑戰(zhàn)就是如何管理這些相互依賴度越來越高的流程，同時滿足生產(chǎn)工期要求。

隨著電子產(chǎn)品及其創(chuàng)造流程的不斷發(fā)展，電子設計和機械設計兩個完全不同的領域間需要協(xié)調(diào)合作。為了在當今市場保持競爭力，設計人員必須采用統(tǒng)一的設計流程，實現(xiàn)設計數(shù)據(jù)在跨電子、機械領域的平穩(wěn)傳遞。

但是，電子設計通常被視為一套互不相關的設計規(guī)范，其中每一項都要求有單獨的設計環(huán)境，如硬件設計、可編程邏輯設計和軟件開發(fā)等。這種各自獨立的方法阻礙了與范圍更廣的產(chǎn)品開發(fā)流程進行有效合作。然而，統(tǒng)一電子設計可創(chuàng)建使電子設計流程所有階段都實現(xiàn)真正的設計互動和合作所需的環(huán)境。通過將單一應用中所需流程一體化，統(tǒng)一電子開發(fā)系統(tǒng)在本質(zhì)上可共享設計數(shù)據(jù)，并能對設計信息進行全局管理。設計各階段間無縫的信息傳輸帶來了靈活、交互和創(chuàng)新的設計實踐，這樣的設計實踐可支持硬件和軟件之間的靈活分配。

統(tǒng)一電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)帶來的效率和高層設計協(xié)作延伸到了從概念直到制造的設計流程的各個層面。設計信息和數(shù)據(jù)的集中控制使產(chǎn)品開發(fā)流程涉及的所有人員都可以通過聯(lián)合協(xié)作的方式工作，包括文檔處理、部件管理和制造階段。

從更廣的角度來看，與電子設計緊密相關的領域之外需要高效設計協(xié)作。產(chǎn)品開發(fā)演變的一個越來越重要的部分就是設計在電子和機械方面的互動，對更小、更多功能封裝需求的不斷增加促使這二者在物理層面和開發(fā)層面緊密結(jié)合。

現(xiàn)在板卡裝配一般都包括所有外部硬件，如連接器、鍵盤和顯示器，而產(chǎn)品外殼在裝配完畢后把這些展現(xiàn)給用戶。把電子配件安裝在產(chǎn)品外殼中，單獨的硬件元件通過內(nèi)部連線連接在一起，這樣的日子一去不復返了。簡言之，現(xiàn)在封裝已經(jīng)不再是一個簡單的容器，而是產(chǎn)品緊密集成的一個部件。

圖1：當今產(chǎn)品中的電子與機械設計方面相互交融、相互依存。

隨著設計日趨復雜化、智能化而且聯(lián)系更密切，高級設計概念在ECAD領域的系統(tǒng)設計以及MCAD領域的工業(yè)設計中應運而生。它們聯(lián)合在一起共同決定設備的智能性、設計、功能以及外形如何結(jié)合并一起創(chuàng)造所有人都能使用的產(chǎn)品。

機械設計如今給電子設計帶來了前所未有的深刻影響，它可以影響或決定主板形狀、尺寸與組件布局，而且在許多情況下還會決定所使用的組件類型，甚至軟件運行方式。這種趨勢給兩者之間的交互賦予了前所未有的重要性，因為現(xiàn)在產(chǎn)品的成功取決于ECAD-MCAD協(xié)作的成效，需要的是通力協(xié)作而非僅僅是有所聯(lián)系的過程。

長達25年的協(xié)同設計困擾

實際上，采用在各自領域設計應用之間傳遞基本尺寸信息的通用文件格式，只能簡單滿足ECAD和MCAD設計的數(shù)據(jù)傳輸需求。尤其是從MCAD角度來看，MCAD設計在二十世紀七十年代的發(fā)展以及八十年代出現(xiàn)的實體建模，為數(shù)據(jù)交換文件格式的發(fā)展開辟了一條稍顯崎嶇的道路。

根據(jù)MCAD與ECAD應用程序的不同，催生了一種傾向于僅在基本層面存在、依賴于大量文件交換格式的ECAD-MCAD設計流程。在過去，這意味著一個應用的尺寸與對象布局數(shù)據(jù)經(jīng)處理后需要通過各種2D和3D文件格式、作為"重要事件"發(fā)送到另一個應用。如果每一步都需要適當?shù)脑O計修改，則會引發(fā)又一次數(shù)據(jù)交換以確認相關修改，從而最終形成一種妨礙MCAD-ECAD設計協(xié)作的繁雜過程。

解決上述問題的另一方法，是采用獨立的第三方設計轉(zhuǎn)換程序來簡化文件兼容性問題(如IDF在MCAD域偶爾獲得支持)，并提高過程的靈活性。這些程序通常以ECAD-MCAD應用的本機格式提供導入／導出選項，而且在某些情況下會與采用對象鏈接(OLE)或編程界面(API)的程序直接連接。

但這兩種方法都不盡如人意。在采用基本文件交換設置情況下，由于交換格式自身的限制與不一致性，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換錯誤頻頻出現(xiàn)，而且數(shù)據(jù)傳輸量很難控制(太多或太少都有問題)。最重要的是，上述過程一般很難操作，且由于數(shù)據(jù)交換格式不兼容而容易出錯。

由于能夠更嚴格定義格式和數(shù)據(jù)過濾選項以使用戶能指定傳輸所包含的對象，專用CAD轉(zhuǎn)換程序一般可以提供更好的解決方法。但不幸的是，由于在這過程中所插入的附加轉(zhuǎn)換層的復雜性，前后各需要兩個步驟。例如，由于與MCAD-ECAD應用具有密切關系，這種方法會使轉(zhuǎn)換程序具有版本依賴性，從而進一步增加整個設計系統(tǒng)的許可費用。通過將其嵌入到MCAD或ECAD應用，轉(zhuǎn)換程序的鏈接(OLE、API)版本可以提供集成度更高的解決方案，但代價是對版本的依賴性更高，而且MCAD-ECAD應用必須加載到相同的PC平臺才能建立OLE/API互連。

一體化解決方案

隨著工業(yè)自動化和計算機技術的不斷發(fā)展，工業(yè)界迫切需要綜合性強、可靠性高的信息交換機制實現(xiàn)計算機輔助工程（CAx）系統(tǒng)之間的有效集成。STEP標準既是一種產(chǎn)品信息建模技術，又是一種基于面向?qū)ο笏枷敕椒ǖ能浖嵤┘夹g。它支持產(chǎn)品從設計到分析、制造、質(zhì)量控制、測試、生產(chǎn)、使用、維護到廢棄整個生命周期的信息交換與信息共享，目的在于提供一種獨立于任何具體系統(tǒng)而又能完整描述產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息的表示機制和實施的方法與技術。在設計和制造中， 許多系統(tǒng)過去常常要處理技術產(chǎn)品數(shù)據(jù)。每個系統(tǒng)有它自己的數(shù)據(jù)格式，所以相同的信息必然在多個系統(tǒng)中多次存儲，這會導致了信息的冗余和錯誤。這個問題不是制造業(yè)所特有，只不過在制造業(yè)表現(xiàn)地更為突出，因為復雜的數(shù)據(jù)和三維數(shù)據(jù)讓使用者們引起誤解，和誤差的擴大。據(jù)美國國家標準協(xié)會估計，數(shù)據(jù)不兼容的問題對于制造業(yè)意味著一個9 0 0億元的損失… .

STEP（STandard Exchange of Product data model）標準是國際標準化組織制定的描述整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)產(chǎn)品信息的標準，STEP標準是一個正在完善中的"產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型交換標準".它是由國際標準化組織（ISO）工業(yè)自動化與集成技術委員會（TC184）下屬的第四分委會（SC4）制訂，ISO正式代號為ISO-10303.它提供了一種不依賴具體系統(tǒng)的中性機制，旨在實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的交換和共享。這種描述的性質(zhì)使得它不僅適合于交換文件，也適合于作為執(zhí)行和分享產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫和存檔的基礎。發(fā)達國家已經(jīng)把STEP標準推向了工業(yè)應用。它的應用顯著降低了產(chǎn)品生命周期內(nèi)的信息交換成本，提高了產(chǎn)品研發(fā)效率，成為制造業(yè)進行國際合作、參與國際競爭的重要基礎標準，是保持企業(yè)競爭力的重要工具。

基本的需求是在兩個域之間數(shù)據(jù)能可靠、全面和便捷地傳輸途徑。幸運的是，3D數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的開發(fā)已經(jīng)發(fā)展到具備相對較新的STEP格式的新層次。STEP是一種針對3D設計與制造過程而設計的協(xié)議，不僅具有數(shù)據(jù)豐富性，而且極其穩(wěn)定。

STEP目前得到了大多數(shù)MCAD系統(tǒng)的支持，而且在ECAD域引入雙向支持可以實現(xiàn)一次性消除3D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題。STEP文件可以是大文件，但如果 ECAD系統(tǒng)在轉(zhuǎn)換界面提供一系列智能對象過濾選項，則可以輕松約束文件大小。除了文件兼容性的優(yōu)勢，此方法還能避免第三方應用帶來的復雜性以及由此產(chǎn)生的費用，并且不受MCAD-ECAD應用程序版本問題的困擾。

讓我們再次關注一下基本需求，很顯然，問題的重要部分也需在ECAD域解決，尤其是在需要真正并行ECAD-MCAD設計的情況下。在當前工作流程中，對象間隙問題完全在MCAD域解決，ECAD設計只有在完成關鍵間隙檢查之后才可以繼續(xù)進行（圖2）。最后，斷續(xù)設計并行性可能是最好的結(jié)果。

圖2：在具有3D功能的ECAD主板設計空間集成了關鍵MCAD部分，可以使設計人員無需依賴兩個域之間低效率的連續(xù)交換設計數(shù)據(jù)流程便可實時檢查并糾正間隙與配合問題。

為實現(xiàn)ECAD間隙檢查，PCB編輯器不僅要求具有實時3D功能，還要求能將MCAD組件導入此空間。利用穩(wěn)定的STEP格式在ECAD領域引入組件(如外殼組件)，便可在PCB設計環(huán)境中實現(xiàn)實際干擾檢查。如果結(jié)合這種系統(tǒng)來匹配用戶自定義間隙規(guī)則和3D對象透明度選項，便可在MCAD領域?qū)崟r解決大部分機械配合問題(圖3)。該系統(tǒng)符合甚至可能超越MCAD環(huán)境中同等過程的性能要求，從而實現(xiàn)兩個領域之間真正的并行設計。

圖3：只要ECAD系統(tǒng)能夠提供對象間隙檢查功能且可鏈接至PCB設計空間之外的MCAD生成的3D STEP文件，就能實現(xiàn)ECAD與MCAD領域之間真正的并行設計。

上述方案可顯著降低復雜性并減少當前系統(tǒng)所需的MCAD-ECAD設計過程中反復測試的次數(shù)。理想情況下，同時適合MCAD與ECAD設計的單個大型設計環(huán)境可避免反復操作。盡管利用當前技術無法實現(xiàn)，但可通過鏈接至3D數(shù)據(jù)文件，而不是將數(shù)據(jù)嵌入ECAD設計文件就可以減少甚至消除文件交換過程。

從工作流程角度來看，ECAD應用只需從MCAD應用已生成的外部3D STEP文件加載數(shù)據(jù)，PCB編輯器便可在外部文件修改時提醒用戶（對MCAD域的更新做出響應），然后更新PCB工作空間和ECAD設計文件中的相應對象。這一切均可在實時3D設計環(huán)境下進行，從而無需連續(xù)的MCAD-ECAD反復設計便可使主板設計人員實時解決機械間隙誤差問題。

當今設計過程中物理特性重要性的日益提高，意味著最終需要采用直接處理核心問題的系統(tǒng)來解決ECAD與MCAD設計環(huán)境相互依存的關系。大部分試圖提供某種解決方案的現(xiàn)有系統(tǒng)均歸于失敗，或者就是造成效果相反、易于出錯的工作流程。通過引入可提供穩(wěn)定3D數(shù)據(jù)傳輸、交互式間隙檢查以及實時MCAD領域鏈接功能的ECAD系統(tǒng)，設計人員可同時在兩個領域開展協(xié)作，開發(fā)出具有顯著可持續(xù)競爭優(yōu)勢的獨特產(chǎn)品。

最新的Altium一體化產(chǎn)品開發(fā)解決方案Altium Designer擁有用于開發(fā)新一代產(chǎn)品的更高級電子產(chǎn)品設計工具。Altium通過將電子產(chǎn)品設計直到MCAD領域的整個設計過程進行完整統(tǒng)一，從而實現(xiàn)高級ECAD-MCAD功能。

這一切延續(xù)了Altium的戰(zhàn)略，即為所有設計人員提供實現(xiàn)設計與產(chǎn)品創(chuàng)新所需的解決方案。Altium Designer的最新版本專注于設計過程中核心設備的智能化，使設計人員從一開始就可通過Altium的一體化電子產(chǎn)品設備環(huán)境自由駕馭MCAD設計。