“数字化转型”专栏系列文章探讨了电子系统设计公司目前面临的若干重要主题，包括《供应链弹性既是挑战也是机遇》，以及《优化跨领域协同设计》。本期文章将探讨另一个重要新发展：建立元器件数字线程。这项技术对系统设计公司和电子生态系统所产生的积极影响将具有革命性意义。
注意：本文中“元器件”和“部件”含义相同，可互换使用。
我年轻时曾在一家军事航天领域的大公司里担任电气工程师。那时，设计线路功能时如果需要用到无源部件和IC器件数据，需要从装满主流半导体供应商生产部件数据手册的落地书架中查找数据。那时我用到的“搜索引擎”就是简易脚凳，我踩在上面可以轻松阅读上层书架上的数据手册。那时候，我相信手册中的数据都是准确无误的，尤其是直流电和交流电开关特性，以及物理封装的技术规范。
幸而电子部件数据走向了数字化，并且数字化质量多年来也得到了大幅改善，现在可以在任何一家元器件分销商那里或业内热门的资源集成网站上查询所需的元器件数据。元器件供应商提供的具有代表性的数据非常丰富，而筛选功能也使数据搜索工作非常容易，但是鉴于数据量相当庞大，数据常常会过时、不完整或未经过全面验证。在选定部件时，负责产品构建的工程师和团队成员就必须筛选并解读静态PDF文件中呈现的海量信息，而这些信息在格式、撰写风格和命名方式上因供应商而异。为了将PDF上的信息转化成产品创意，工程师就不得不花费额外的时间和精力去构建或搜索以获取完成任务所需的所有模型（仿真、IBIS、ECAD、机械设计等）。
我不知道最新统计数据说明了什么，但说实话，工程师的工作历程充满了艰难险阻，可能导致浪费了大量的时间，做了很多无效的工作。也许研究、构思、设计和分析元器件的工具已经实现了数字化，将产品从设计端移交到生产端的过程也得到了大幅改善，但如图1所示，电子产品价值链中仍存在一些缺口。可是时至今日，电子设计仍在以某种形式不断创新。如果系统价值链上的数字化程度进一步加深，整个行业的潜力也会进一步得到释放。而现在实现这一目标的时机已到。
图1：目前的电子产品价值链
2018年，JEDEC修订了JEP30标准。网站上写道：“该标准明确了部件制造商和客户之间交换电气产品和电子产品部件数据的要求，适用于所有形式的电子部件。”JEDEC是微电子行业最受尊敬也是最开放的标准组织，由几百家公司会员组成（主要是部件制造商），可谓是打响了部件数据标准的“全球第一枪”[1]
本文并无意深入探讨JEDEC[2]，而是想要强调这一里程碑为电子行业当前革命性的数字转型阶段奠定了基础，要意识到这个节点的重要性。为什么？因为JEP30部件模型标准有效定义了电子部件的数字孪生。这是一件大事。简言之，部件模型将部件的（电气性质、物理性质、散热性质和组装工艺分类等）信息融入到了用XML格式定义的基于行业标准的数字容器中。部件模型格式中还包含标准接口，并且能够获取专有模型（例如IBIS模型），添加到适用器件的部件模型中。该标准还扩展了电气方面的内容，以支持与特定元器件上部件模型相关的参考设计概念。没错，JEP30部件模型标准是一项行业标准，但最重要的一点是——产品构建生命周期中的每个工具都可以直接应用JEDEC JEP30部件模型。
我刚才提到了工程师的工作过程中充满了艰难险阻，在低效的任务上会浪费很多时间。每一代电子产品的要求都在不断增加，更不要说构建产品所用的部件，再加之工程师和研发组织面临的任务日益复杂，他们需要承受的挑战越来越大。例如即使传统的“模拟”元器件都已经更加“数字化”，增加了可编程性、状态性和其他高阶特性，这些特性都是现有模拟设计工具所不具备的功能。为了保持创新的优势，快速克服这种复杂性至关重要。借助部件模型数字孪生技术，更容易促进和扩展创新。
数字线程就是能够在产品完整的生命周期内（构思、生产和使用）实现产品数据的互联数据流和集成视图的通讯框架。数字孪生是数字线程的必要组成，它可连接产品、生产制造和性能价值链中的虚拟世界和真实世界。如图2所示，在产品创建的每个阶段，部件模型的数字孪生都将会得到的数据直接传送给每一环节使用的工具。在实际工作中，工程师能利用部件模型在设计过程中的每个节点都做出更有战略意义的决策。使用部件模型后，设计流程会因为每个环节的相互依赖程度降低而得到简化，因为工程师能从部件模型中提取关键信息和模型内容。更重要的是，推动设计过程的部件模型会提高首通率，因为整个产品创建过程中累积出现的时间延误和人为错误会减少，所以无法成功交付产品的风险也会大幅降低。再也不需要搜索模型组成，再也不需要修正第三方提供的模型中出现的数据完整性错误，再也不需要因为无法解码某个特定元器件制造商的命名方式而错误解读交流电和直流电的开关特性表数据。
图2：元器件数字线程导出的值
随着电子行业逐渐从直接使用元器件数据转为使用基于行业标准的数字孪生，OEM及其所依赖的元器件生态系统之间的连接从基于PDF文件的协议转变为由数字化部件模型线程组成的高速带宽智能链接，这种转变必将开启和促进创新进程。
元器件供应商在数字化转型过程中将发挥关键作用，因为未来使用的部件模型XML文件中的数据全都源自目前使用的静态PDF文件。很多元器件供应商已经开始使用部件模型来表示其部件。随着越来越多的工具被研发出来，可促进向行业标准的过渡和验证，届时其他供应商必然也会跟进。
图3：部件模型时代
用PDF交换数据表信息的方式不会消失，但是在部件模型时代，通过数字化形式和互动式应用笔记的形式会进一步加强PDF数据表的作用，进一步改善元器件供应商和终端用户之间的交互和交流体验。随着元器件数据转向数字孪生技术的速度日益加快，构建信任是自然而然的过程。部件模型是完全代表了部件的数字化形式，因而可以预见到在未来某一天，数字签名会成为部件模型的一部分或出现在不同部分，这样就可以形成不可改变的分类账，在整个设计链上建立起初步的信任。
部件模型时代下的数字化转型会影响到电子产品价值链中的所有公司。这场盛大的“T型”转型不仅可以使电子产品行业发生变革，加速整个设计流程，产生更大利润，还能为技术创新铺平道路，可以释放出工程师团队的最大潜力。
更多内容可点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》22年12月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。
