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在设计任何与电子技术相关的新产品时，通常都会遇到一些重大的工程挑战。一个电路的原型设计通常也需要在尽量短时间内快速完成。
典型的设计挑战包括：
- 空间限制
- 功率预算和限制
- 所能够提供的系列功能
在设计完成后，将其转移到制造过程中会增加更多的复杂性。元器件的生命周期、交货时间和假冒零件的风险等都给采购团队带来了一系列需要解决的问题。
可制造性设计 (DFM) 的概念用于解决整个设计过程中所有潜在的工程和采购挑战，最重要的是，这些都需要在生产开始之前完成。
本文将重点介绍 DFM 流程应该包括的一些步骤，并提供一些有用的信息和工具来帮助实施。
消除生产和供应链挑战
启动一个新的设计项目可能会令人兴奋。项目的市场营销规格能够提供概念或操作方面的基本要求，但将据此生成的相关产品规范变为现实则是工程团队的责任。他们首先需要审查产品特性和要求，然后开始设计和开发过程。
从一开始，就会提出许多影响设计的问题，例如：
这些以及更多的工程因素都需要知晓和解决。通常，工程部门分为不同的功能学科，如机械、电子硬件、软件开发，以及越来越多的用户体验。
除了工程之外，供应链、生产和市场营销等其他重要业务职能部门也需要密切合作，才能将新产品成功推向市场。此外，工程团队做出的许多设计决策会产生进一步的影响。例如，设计一款配备一流性能电池的新型可穿戴设备可能对用户体验非常有利，但可能会导致留给电路设计的空间太小，这突出表明在各种情况下都需要在所做选择之间取得平衡。
可制造性设计
可制造性设计策略的目标是要能够提供一种易于制造的产品，并在流程的早期能够识别和缓解任何潜在障碍和不可预见的挑战。DFM 方法成功的关键是将产品设计和流程规划整合到一个活动中。
重要的是，DFM 策略的范畴涵盖了所做的每一个设计决策及其影响：
- 材料采购
- 元器件采购
- 生产过程规划
通过使用 DFM 策略，公司将建立明确记录的设计和制造指南，以帮助减少制造新产品的成本和挑战。
为了取得成功，工程、采购和生产团队之间的沟通至关重要。通过清晰的沟通，一些潜在隐患能够在变为重大问题之前得到发现和解决。例如，从技术角度看，某些特定的半导体器件看起来可能非常理想，但事实证明，其采购却很困难。再例如，某个无线元器件可能是超薄型，但事实证明却难以用表面贴装机器进行可靠的拾取和放置。团队之间交流是无价之宝。
采购人员的实际 DFM 考虑因素
对于供应链专业人士来说，在开始 DFM 流程时，有很多事情需要与工程和生产团队考虑和讨论，例如：
元器件选择：工程团队可能已经提供了要采购的元器件列表，但仍然可以提出一些相关问题，包括：
- 元器件的使用范围有多广？您是否已经为其他产品而采购了该组件？如果是这样，到目前为止您的体验如何？
- 半导体和IC 通常有不同的封装类型。是否已经采购了不同封装中的相同器件？是否可以修改新设计以使用已经购买过的器件封装？
- 电容器和电阻器等被动元件通常是根据容差提供，如果采用低成本元件就足够时，是否必须采用高容差、高成本的元件？此外，电容器具有不同的构建材料，如钽和陶瓷。工程师指定这些元件是否仅仅因为在进行原型设计时已经有这种元件可用，并没有考虑购买其他选项？
元器件供货能力：一条生产线因为缺少元器件而停止运行，可能会导致代价高昂的停机，或更糟的是，导致新产品推出的延迟，进而影响营业收入，这可能使竞争对手取得优势。
- 需要时常查看物料清单(BOM) ，并与采购和供应链合作伙伴一起检查元器件的交货期，延误是否正如预期？供应链中断的潜在风险是什么？
- 务必需要与工程团队查验，是否可能有合适的替代元器件，是否更容易获得。审查在上述部件选择部分着重强调的参数。
- 与元器件供应商检查有关第二货源的问题，并建立定期检查制度，以确定未来的短缺、配额顺序，以及其它可能扰乱供应链的因素。
构建与购买的考虑：这虽然通常是工程团队的讨论话题，但其影响却非常广泛和深刻。例如，许多经常使用的电路或功能现在可以作为模块或片上系统提供，而无需从头开始设计电路，工程师可以选择一个现成的模块，诸如DC/DC转换器。
虽然分立设计方法能够使工程师精确地达到所需的参数指标，但这种方法也有缺点，分立设计需要通过额外的工程和测试，这些都会添加到BOM。而一个模块则是一个单一的BOM项目，并不会导致一次性工程费用（NRE）。模块也可能已被制造商进行了空间优化，能够节省宝贵的PCB面积。在DC/DC转换器情况下，热管理也已经在其中设计成型。
符合安全和型式认可（type approval）标准是采用模块，而不是分立设计方法的另一个好处。例如，DC/DC转换器模块已经被认证为符合隔离EMI/EMC标准，同样，无线模块也被型式批准为符合国际无线规范和协议标准。对于标准认证所需要的时间可以占据NRE中相当大的部分，所以使用模块化产品可以帮助加快开发和测试过程，并简化BOM。
采购风险：元器件供应中断并不是需要考虑的唯一风险。
- 假冒元器件可以通过许多途径进入供应链。信誉良好的供应商都会坚持元器件的可追溯性，需要与您的零部件供应商确认，他们提供的每一个元器件都具有可追溯性。
- 重新包装的元器件也偶尔出现，这构成对设计的巨大风险。重新包装的元器件可能包含另一个完全不相关的器件，甚至可能会重新印刷有您认为要购买的品牌和型号。从外面看，没有明显的迹象显示所有这些是不正确的，只有经过适当的测试和使用 X 光机检测，才能确定元器件是否重新包装。
- 符合特定的标准需要提供每个相关元器件或模块的一套完整文档，包括证书。这一要求是必需的，特别是对于与安全相关的元器件，诸如医疗相关的应用。
全球化问题：这个话题有很多因素需要考虑，包括从贸易争端到环境灾难等方面。
- 地区性或国家之间贸易争端往往比较引人注目，但由于当地劳工问题导致的设施关闭也同样具有破坏性。需要定期查看供应商的新闻和网站，检查是否有任何预警迹象。
- 原材料短缺也可能给元器件供应商带来风险。例如，许多电子元件生产依赖于稀土矿物的供货。您的 BOM 上是否确定了所有可能受影响的元器件？
- 可持续性正在成为不断增大影响消费者购买行为的因素。您所选择的元器件供应商和制造商所处的环境、社会和治理 (ESG) 保证怎么样？
- 尽管难以预见和计划，但过去地震、洪水和火灾等环境灾害已中断了许多电子元器件供应链。需要检查您的供应商之前是否遇到过这些问题。
上述因素只是实施 DFM 战略的一些基本方面。最重要的是，与内部和外部相关各方保持定期沟通至关重要。无论是在设计阶段还是在生产过程中，潜在问题越及早发现，就有越多的时间来解决。
协助您实施 DFM 的工具
作为一家领先的元器件分销商，贸泽电子拥有多个有助于简化 DFM 任务的在线工具。其中包括贸泽电子的 BOM 工具 Forte，它能够提供一种免费且方便的方法来管理产品生命周期的完整物料清单。Forte 可为用户提供许多有助于将风险降至最低的宝贵且省时的功能，例如：
- 可以从几乎任何格式的电子表格实现灵活的 BOM 导入流程
- 元器件匹配置信度可确保正确选择零部件
- 设计风险指示有助于避免库存和过时问题
- 无需离开工具即可轻松添加、修改和删除零部件
- 在无需更改 BOM 的情况下检查多个批量下的价格浮动
- 导出、共享和打印 BOM
贸泽电子还为每种元器件提供全面的设计信息，包括 PCB占位面积、符号和 3D CAD 模型。这些重要的产品文件包含电路和机械设计所需的全部信息，从而能够简化产品选择和设计过程。所有文件均可免费下载。如果特定元器件不具备这些信息，用户可以请求创建这些，从而可以节省数天的工程时间。
鉴于本文篇幅所限，这里并未讨论诸如最小化处理、易于组装和简化制造等话题。然而，我们已经突出强调了可制造性设计的一些关键方面，希望这些有助于在您的业务中成功实施 DFM，从而带来更大的商业利益。
作者：贸泽电子Mark Patrick
