Transcript ASIC設計
プロセスチェーン・マネジメント PCM 製品開発期間を１／３にするマネジメント （図研の取組み紹介） 概説の構成 Ⅰ．プロセスチェーンマネジメントの基礎 Ⅱ．日本の設計現場の課題 Ⅲ．米国/日本の先進事例 Ⅳ．電子機器製品の開発プロセス革新 Ⅰ． プロセスチェーンマネジメント の基礎 プロセスチェーンマネジメントの対象領域 設計プロセス 事業部／企画部門 マーケティ ング 商品企画 品質保証部門 製品設計部門 生産技術部門 製造／検査部門 生産管理部門 事業部／営業部門 生産プロセス 需要予測 需要予測 工場予算案作成 事業部予算決定 予算見直案作成 予算見直決定 販売／生産企画 予算編成 販売資料 技術資料管理 文書管理 営業データ収集 プ 取扱説明書 商品構想 仕様／機能 設計品質 目標コスト 商品デザイン 製品構想 設計 （出荷、注残、在庫） 商品所要量 計画 商品所要量計画 機能改善 品質改善 コスト改善 納期／工程改善 ・月次 ・週次 ・日次 ロ 生産指示 基本計画図 基本設計 ３Ｄ 設計 （方式設計） 詳細計画図 セ ３Ｄ 設計 ＡＳＩＣ 設計 信頼性評価 回路設計 エレキ設計 基板実装設計 ソフト設計 ソフトウェア評価 ソフトウェア設計 インサータプログラム 作成（ＣＡＭ） チェッカプログラム 作成（ＣＡＴ） ソフトウェア管理 ブロック／部品 信頼性評価 組立／構造 ３Ｄ 設計 デジタル・モックアッ プ／ＣＡＥ検証 設計評価 （ＤＲ） 商品信頼性評価 商品価格評価 実機試作検証 プリント基板製造 の ＮＣプログラム （ＣＡＭ） 組立工程設計 ＲＯＭ作成 製品組立製造 連 チェッカプログラム （ＣＡＴ） 組立工程設計 資材在庫 管理 資材倉庫入庫 ボードテスタ検査 不 ３Ｄ 設計 メカ設計 ・月次 ・週次 ・日次 ス ＡＳＩＣ設計 資材所要量 計画 （ＭＲＰ） 資材所要量計画 生産計画 生産計画 他に 購買管理 受入検収管理 製造計画 工程管理 原価管理 ・月次生産枠確保 （座席予約） ・月次生産計画 （座席着席） ・週次生産計画 ・日次生産計画 製品倉庫入庫 製品在庫 ／出荷 管理 製品試験 続 製品出荷 原価計算 設計データ 管理 図面・仕様書 制定／出図管理 販売受注 管理 見積／受注処理 客先仕様設計 受注設計 品質管理 納期回答 見積価格回答 仕様検証 顧客満足管理 市場品質管理 機能管理 工程品質管理 （欠品率、納期） （クレーム率） （操作性、保守性） （クレーム率） 見積依頼／受注 プロセスチェーンマネジメントとは 目 的 製品開発・製造の競争力優位を確立するために、 製品開発・製造時間を１／３に短縮する。 製品開発のランチェスター公式（武器性能＊兵力2） 開発生産性＊（開発製品数）2 方 針 ●源流の労働集約型から情報集約型へ （開発プロセスチェーンのボトルネック解消） ●源流で機能・製造性・コストの造り込み （下流での設計変更ゼロ化） ●源流からデータパイプライン構築 （下流でのデータ再入力ゼロ化） 手 段 プロセス革新:●製造しやすい製品設計法 ●データ共有型開発チーム ●制約理論（TOC/CC）に基づくプロジェクト管理 インフラ整備：●技術情報インフラと部品ＤＢ 基礎とする理論 ビジネスプロセス 設計理論 ●制約理論 Theory of Constraints(TOC)： 生産管理APS、物流SCM、プロジェクト管理 ●ビジネスプロセス工学(BPE) ●プロセス評価シミュレーション 製造・保守 しやすい 製品開発理論 ●製品開発管理：Product Development Management(PDMⅡ) ●DFMA理論： ・Design for Assembly(DFA) ・Design for Manufacture(DFM) ・Design for Environment(DFE) ●CAE・機能シミュレーション： ・電子設計用CAE ・IBIS / SPICE / IMICモデル ・機械設計用CAE 誰にも分かる 製品開発理論 ●３次元設計： 3DソリッドモデルCAD ●バーチャル試作： Digital Mockup / VRML ●生産シミュレーション： Digital Factory 組立性評価 DFA手法による部品数削減 （ａ）改善前の設計 （ｂ） 改善後の設計 誰にも分かる製品開発を支援するバーチャル試作 デジタルモックアップ 生産・物流シミュレーション (VisMockUpの例) (Factor/AIMの例) 自動車から電機へ波及する３次元設計化（米国） 現在の実装設計の電子部品配置例（図研CR-5000） 自動車業界の３次元設計への電子部品取込例（IDF Ver.2） ＭＩＤ実装設計の電子部品配置例（図研Freedom） ３次元設計への電子部品取込例（SAT ＆ ACIS 3Dビューワ） MID(Molded Interconnect Devices)を使った車載電装部品例 PCMの基盤となるインターネット技術（米国IBMホームページより引用） Ⅱ． 日本の設計現場の課題 日本の製品開発現場の課題 課題１ 設計者の繁忙 ●純設計時間は２５％～４０％ ●設計組織に「２：８の原理」が作用 ●熟練技術者の不足 課題２ 製造を考えない設計の横行 ●設計と生産の間に見えない厚い壁 ●「生産側でなんとかする」 ●熟練技能工の不足 課題３ コミュニケーション不足 ●日本型集団合議・情報共有が機能不全 ●知識・ノウハウの伝承困難 課題４ 試作前の設計検証・改善が困難 ●試作品実機評価へ依存 ●試作回数削減で設計変更増加 電子機器設計での技術情報の流れ（現状） （多くの製造業の現状） 全社的に明確な設計情報システム化の方針・計画がなく、必要 な都度、部門毎にシステムやツールを導入し、自動化の島が点 在しているが、部門内および部門間での設計データの受け渡し は紙で行っている。状況を改善したいが．．． 設計部門 資材・生産管理部門 資材 調達表 生産技術部門 設計 ＣＡＤ作業 制定会議 ＣＡＤ 図面 仕様書 コスト 見積 等 ホスト入力 ＥＲＰ生産管理 技術 部品表 製造部門 工程表 設計 部品表 製造 指示書 文書管理 文書管理 治工具・ＮＣデータ作成 設計業務の作業時間分析例 60 50 40 30 20 10 0 50 40 35 30 101510 作業区分 他 の 産 準 備 10 生 試 作 評 計 価 15 そ 35 30 20 設 作業割合（％） 設計者の作業時間分析 エレキ設計 メカ設計 ソフト設計 製品開発・設計現場の課題例 主要な課題区分 設計業務の改善 （プロセス） １９％ 関連業務の改善 ９％ 部品情報管理の改善 ３２％ 部品情報 管理の改 善 解決すべき課題項目 部品 登録 (1)部品認定ルールが不明確 (2)新規部品の２重登録、登録漏 れ (1)部品認定ルールの確定と部品 認定管理者の設置 (2)ＤＳ－１による部品情報管理 の徹底 部品 検索 (3)数十冊のデータブックから部 品情報探し (4)部品情報の管理体制の不備に よる部品情報検索時間の増加 (3)ＤＳ－１による部品検索の効 率向上 (4)ＤＳ－１による部品情報の統 合データベース管理 (5)新規回路／基板ライブラリ登 ＣＡＤライ 録依頼の重複による確認作業 の増加 ブラリの (6)ライブラリの２重管理による 登録 ミス誘発 設計情報管理の改善 １８％ 部品表作成の改善 ２２％ 部品表の (7)部品表データの再入力の発生 (8)回路図、基板図、部品表の不 作成 部品表作 整合による再設計の発生 成の改善 コスト計 (9)部品コスト計算の精度向上 算 設計情報 図面の登 (10)ＣＡＤデータ／ドキュメン トデータの個人管理と配布 管理の改 録・配布 管理の不備 善 関連業務 の改善 改 善 施 策 システム管 (11)複数システムが存在し､デー 理 タ保守に問題 (5)ＤＳ－１による回路／基板の 再設計の低減 (6)ＤＳ－１による回路／基板ラ イブラリの統合管理 (7)ＤＳ－１による部品表（設 計、技術）の一元管理 (8)ＤＳ－１による３点照合の徹 底による設計ミスの防止 (9)ホストと連携したＤＳ－１に よる部品コスト計算の簡略化 (10)ＤＳ－１による設計情報の 統合管理と再利用の促進、 およびノーツとの連携 (11)システム管理者の育成 （図研が支援します） 部品情報の問題点（部品形状データの精度・公差・信頼性） 半導体・電子部品メーカ 部品メーカ側の問題・課題 顧客（設計部門） 参照 ●カタログに記載のデータ精度は 甘めにしている ●高精度のデータは公開できない 顧客（設計・実装）側の問題・課題 ●設計は主にデータブックから寸法データをとり、 後の納入仕様書からデータを改訂していない。 ●設計と実際のモノの寸法の精度・公差に 大きな差があり、製造は信用していない。 ●設計・実装はフットプリント・実装機・検査機用データを ノギスで計測してCAD・実装機・検査機等のライブラリ に登録している。 顧客（実装部門） ＣＡＤデータ情報のEIAJ/ECALS標準化を主導 部品外形 ２Ｄ / ３Ｄ 作成ツール VHDL/VerilogHDL 論理合成データ EIAJ 部品辞書 テンプレート標準 ピンマップ データセット （論理） 物理ピンマップ サブデータセット 回路シンボル データセット 部品形状 データセット 回路シンボル図 テンプレート （ＩＥＣ） 回路シンボル図 テンプレート （MIL） 電子データブック 編集ツール 電子データブック PDF/HTML/XML 企業間データ交換 (Plib準拠) インターネット Web PC/ Web PC/ Web PC/ 他社システム他社システム他社システム 等 等 等 回路シンボルト CADライブラリ 自動作成ツール 部品形状図 テンプレート フットプリント データセット セットメーカ 各社固有 テクノロジ情報 フットプリント CADライブラリ 自動作成ツール ＣＡＤライブラリ管理システム フォーマット： CADツール固有/EDIF/JPCA/CSV 回路設計 ＣＡＤツール 実装設計 ＣＡＤツール 実装機 （ＭＤＬ） データ 部品配置図 （シルク図） データ 部品配置図 ２Ｄデータ IGES/DXF メカ設計 ２Ｄ ＣＡＤ ツール 部品配置図 3Ｄデータ IDF Ver.2 部品配置図 3Ｄデータ STEP/SAT 等 メカ設計 ３Ｄ ＣＡＤ ツール Ⅲ． 米国/日本の先進事例 米国製造業復活の原因は設計プロセス革新 最新の話題： 設計時間(Turn-around Time) の９５％短縮 例１： ボーイング社 Ｂ７７７開発で９５％短縮を公表 例２： フォード社 Direct Engineering（登録商標） ４週間 ⇒ ５時間 を公表 Direct Engineerが統合： ・製品構想 ・製品設計 ・生産設計 等 設計時間短縮のために ●技術情報の活用 効果： 開発時間の５０％短縮 ●設計プロセスの再構築 設計変更の９０％削減 ●多能エンジニア化 実物試作の７５％不要 品質保証コスト低減 米国の設計革新はプロセス革新（自動車メーカ F社の例） ２年前まで デザイン エンジニア デザイナー 解析スペシャリスト ３Ｄ ＣＡＤ ワイヤフレーム ＆ サーフェス 設計 構想設計 設計仕様書 作成 解析モデル ＆ メッシュ 手動作成 デザイナー ２Ｄ ＣＡＤ 詳細図面 ＆ NCファイル 作成 解析作業 実行 実機試作 作成 ＆ 実機試験 ミニスーパー コンピュータ ＮＧの場合： 解析モデルの修正＆最適化 設計プロセスのターンアラウンドタイム： 月／日 単位 現在 ダイレクト エンジニア ３Ｄソリッド 構想設計 K モデル B ＆ 設計仕様書 E メッシュ 作成 自動作成 解析作業 実行 ミニスーパー コンピュータ ２Ｄ詳細図面 ＆ NCファイル 作成 . ラピッド プロトタイピング ＮＧの場合： 解析モデルの修正＆最適化 設計プロセスのターンアラウンドタイム： 日／時間 単位 へ短縮 実機試作 作成 ＆ 実機試験 設計変更 ＆ 最適化 設計変更 ＆ 最適化 設計プロセス革新の実現事例（日本 Ｅ社） 構想設計段階から機能を盛り込む ﾂｰﾙ標準化 導入推進教 育･実適用 技術確立 実適用 試作レス 製品情報管 理 再利用 共有化 メカ設計 ASIC設計 回路設計 ＩＣ設計ＣＡＤ 回路図ＣＡＤ ３次元ＣＡＤ VerilogHDL CR5000／SD PRO/E １３０名 解析・シミュレーション （機能の造りこみ） ﾛｼﾞｯｸ･ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ （コストの造り込み） 論理合成 ＩＰ １００名 ３次元モデル設計 （形状の造りこみ） ｱﾅﾛｸﾞ･ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ （ミス撲滅） 熱解析 ＥＭＩ ２６０名 試作の短納期化 （図面レス） 熱流体解析 （ラピッドプロトタイピング） 応力解析 流体解析 振動解析 エレキ系ＰＤＭシステム （図研 DS-1） 全社部品データベース （図研 INTRAPARTs） 拡 大 メカ系ＰＤＭ システム プ ロ セ ス 革 新 イ ン フ ラ 革 新 設計プロセス革新のポイント（Ｅ社） 機能中心の進め方 組織中心の進め方 業 務 効 率 化 の 面 製品 企画 設計 革新 生産 技術 コ ン セ プ ト 設 計 シリアルな開発 ASIC設計 エレキ設計 ソフト開発 期間長い 製品設計 コンカレントな開発 メカ設計 曖 昧 な 製 品 仕 様 ＡＳＩＣ設計 試 作 中 心 の 評 価 革新 製 品 仕 様 ・ 機 能 定 義 メカ設計 ASIC設計 エレキ設計 ソフト開発 期間短い ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ 製 品 開 発 力 の 面 構 想 設 計 ・ 評 価 試 作 レ ス 設計工数短縮のための言語設計（Ｅ社） 16Bitレジスター 16Bit のレジスターに入っているデー タを指定されたビット数だけ移動す る回路を作りなさい。 回路図で書くと 0 1 0 1 1 0 VerilogHDLで書くと Module pbrr1(num,brd,u) ; input [3:0] num ; input [15:0] brd ; output [15:0] u ; wirw [3:0] xnum ; wire [15:0] d1,d2 ; assign xnum = ( 4'd15 - num ) + 4'd1 ; assign d1 = ( brd << num) ; assign d2 = ( brd >> xnum ) ; assign u = ( d1 | d2 ) ; endmodule Ⅳ． 電子機器製造業の 製品開発プロセス革新 電子機器開発の革新モデル ●源流（構想設計）段階から機能・コスト・製造性の創り込み ●回路/ASIC/ソフト/メカ設計の協創の実現 ツールの社内 標準化 ①ツール標準化・ 導入教育･ 実適用 ②技術確立・ 実適用・ 試作レス・ シミュレーション ③製品情報管理・ 再利用・ 共有化 部品/CAD情報 の社内標準化 ASIC設計 回路/実装設計 機械設計 ASIC設計CAD 回路設計CAD 3D機械設計CAD 実装設計CAD 機能ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ 論理合成 ＩＰ 機能・物理ｼﾐｭﾚｰｼｮ ﾝ・基板解析（熱、電 磁波、EMI 等） DFM 電子設計系ＰＤＭシステム 全社部品データベース 解析・シミュレーション （機能検証・ミス撲滅） （コストダウン） PCB設計・製造は EMS化を検討 拡 大 ３次元モデル設計 （再入力ゼロ） （設計変更ゼロ） 機能・物理ｼﾐｭﾚｰｼｮ ﾝ（熱流体、応力、 流体、振動、動作 等） ﾊﾞｰﾁｬﾙ試作 機械設計系 ＰＤＭシステム プ ロ セ ス 革 新 イ ン フ ラ 整 備 試作の短納期化 （3D CAM/NC直結） （ラピッドプロトタイピング） 製品開発プロセス革新の Fの法則 成功のための重要な要件 (KFS) Fの法則 ①部品/CADの標準化 / データ統合 品番/CAD辞書の社内統一 ②情報のデジタル化と共有 / ツール統合 CAD / ツールの社内統一 ③実機試作の１回化 / バーチャル試作 製品/部品データの3D化 ④製造しやすい / 環境対応の製品開発 DFM / シミュレーション重視 ⑤誰にも分かるオープンな製品開発 ビジュアルエンジニアリング化 製品開発プロセスチェーンのウォーターフォール・モデル(As-is) ソフトウェア設計 ASIC設計/ ハード設計言語 回路シミュレーション 製品基本設計 基板回路設計 EBOM 基板シミュレーション 基板実装設計 (回路) 意匠設計 機械系設計 MBOM EBOM 基板実装 基板試作 (基板) CAM/NC 設計変更 機械系 CAM/NC 実機試作 設計変更 機械系シミュレーション 金型設計 コスト試算 納期回答 製品開発プロセスチェーンのワークセル・モデル(To-be) ソフトウェア設計 OS組込み ASIC設計 ハード設計言語 回路 基板回路設計 シミュレーション 製品基本設計 中核部品選定 / コスト試算 / 生産シミュレーション 納期回答 部品 / CAD / ナレッジ データベース ＋ 技術情報インフラ ＋ TOCプロジェクト管理 IBIS/SPICE EBOM ３点 照合 基板 基板実装 シミュレーション 基板実装 / DFM 設計 CAM/NC 実機 試作 機械系設計 MBOM 機械系 シミュレーション DFMA / RP / バーチャル試作 金型設計 機械系 CAM/NC 電子設計/機械設計連携プロセスの具体化 バーチャル試作の提唱 実装設計CAD、3D形状コンパイラと3D機械設計CADを連携させ、プリント基 板PCBの正確なデジタルモックアップを可能とさせ、電子設計/機械設計のコ ンカレント設計環境を実現する（ビジュアルエンジニアリング） 基板ﾌｧｲﾙ IDF基板ﾃﾞｰﾀ（ACIS) ３Dコンパイラより部品詳細 形状を取得して置換 MCAD３Dﾃﾞｰﾀ Pro-E/CATIA/I-Deas IC置換ﾃﾞｰﾀ（ACIS) PCBとMCADﾃﾞｰﾀのｱｾﾝﾌﾞﾘ例 ３Dフォーマットにてｴｸｽﾎﾟｰﾄ・ｲﾝﾎﾟｰﾄ 業務プロセス評価シミュレータの適用例 設計プロセスチェーン革新の提案例 設計部門 回路設計仕様書作成 回路ライブラリ 登録依頼書作成 回路ライブラリ登録 （ＣＡＤ） 回路図作成 （ＣＡＤ） 図面検討会議・ 設計変更指示 回路図検図・ 承認 回路図設計変更 （ＣＡＤ） 設計部品表作成（ＰＣ） 先行部品手配ホスト登録 新製品 商品企画書案 派生製品・客先仕様 商品企画書案 回路ライ ブラリ登 録依頼書 回路設計 仕様書 本試作制定後の 設計変更依頼書 基板ライブラリ登 録依頼書作成 現状は回路・ 実装・機械で プロセス非同期 基板ライ ブラリ登 録依頼書 基板ライブラリ登録 （ＣＡＤ） 基板図外注依頼書作成 基板ライブラ リ登録書 デザイン センター 依頼書 デザイン図作成 （デザインセンター） 基板図作成 （外注） 基板図外 注依頼書 基板外形 図 デザインセン ター依頼書作成 回路図 （改訂版） 回路図 部品設計 ３ＤメカＣＡＤ 製図 ３ＤメカＣＡＤ デザイン 図 基板図設計変更（ＣＡＤ） 現状は紙の 回覧と保管 回路図 組立設計 ３ＤメカＣＡＤ 本試作図制定 通知書作成 本試作図制定 基板図検図・ 承認 基板図 設計部品表 組立図・部品 図検図・承認 本試作 図制定 通知書 基板図 （改訂版） メカ図面設計変更 （ＣＡＤ） メカ部品表作成 メカ図面 （改訂 版） 組立図 部品図 現状は 設計の終了後に 生産技術の業務 メカ部品表 金型・板金設計（ＣＡＤ） 外部へのデータの宅配 紙と人手のプロセス ＤＳ－１導入前の設計プロセス（現状） 電子データのプロセス 金型・板金 設計図面 外注依頼書 設計部門 回路設計仕様書作 成・ＤＳ－１登録 回路ライブラリ登録依頼 書作成・ＤＳ－１回覧 回路図作成 CR5000/SD ＤＳ－１登録 回路ライブラリ ＤＳ－１登録 設計部品表作成・ ＤＳ－１登録 部品表３点照合・ ＤＳ－１登録 回路図検図・ ＤＳ－１承認 図面検討会議 ・設計変更指示 回路図設計変更（ＣＡＤ）・ 設計部品表変更・ＤＳ－１登録 先行部品手配 ＤＳ－１ホスト転送 商品企画 書案 派生製品・客 先仕様 商品企画書案 本試作制定後の 設計変更依頼書 ３プロセスの 協調・同期化 基板ライブラリ登 録依頼書作成・ ＤＳ－１回覧 基板ライブラリ ＤＳ－１登録 基板図外注依頼書作 成・ＤＳ－１登録 回路図 設計部品表 （改訂版） 設計部品 表 回路図 基板図作成 CR5000/PWS（外注） 基板図検図・ ＤＳ－１登録 基板図検図・ ＤＳ－１承認 基板図設計変更（ＣＡ Ｄ）・ＤＳ－１登録 本試作図制定 インターネット ＥＤＩ 基板外形図データ ＤＳ－１登録 基板図外 注依頼書 インターネット ＥＤＩ 基板図 （改訂版） 基板図 組立図・部品図検 デザインセンター デジタルモッ 加工技術検討・メカ 組立性評価 デザイン図作成 製品構成表 部品設計 組立設計 製図 図・ＤＳ－１承認 依頼書作成・ＤＳイ クアップ 工程別部品表作成・ ＤＦＡ （デザインセンター） ＤＳ－１登録 ３ＤメカＣＡＤ ３ＤメカＣＡＤ ３ＤメカＣＡＤ ン －１回覧 干渉チェック ＤＳ－１登録 メカ図面設計変更（３Ｄ メカＣＡＤ）・メカ部品 表変更・ＤＳ－１登録 加工技術再確認・ 工程表変更・ ＤＳ－１登録 ト ラ ネ ッ ト 社内と社外の ネットワーク化 デザイン 図 設計改善 組立工程表 工程別部品 表 生産技術部門 組立図 部品図 生産技術と 設計の連動 メカ図面 （改訂版） 金型・板金設計 （ＣＡＤ） 設計改善 ＤＳ－１導入後の設計プロセス（チーム設計） 電子データのプロセス （データ・パイプラインの敷 設） 金型・板金 設計図面 外注依頼書 生産技術部門 本試作図制定通知書 作成・ＤＳ－１回覧 現状(AS-IS)と情報化(TO-BE1)の比較結果例 3人が3つくの作業を受け持つときのリードタイム P1 A1 P2 P3 A2 A3 9週 コンカレントエンジニアリングを実施 A1 4週間短縮 A2 A3 3週 5週間 資源が豊富なときには同時並行作業を行うべき！ 1人が多くの作業を受け持つときのリードタイム P1 A1 P2 P3 A2 A3 7週 A1 A2 A3 3週 9週間 資源が限られているときには同時並行作業を行うべきではない！