医学、工业和航空航天IC设计更改

医学、工业和航空航天芯片正变得更复杂更智能添加到这些设备,迫使设计团队开始利用工具和方法,通常只在前沿节点用于商业应用。

但与汽车一样,这些系统的需求在迅速地改变着。除了严格的质量,安全法规,他们现在也需要最新的设计流程和技术。简单地说,产品开发的医疗器械可不那么容易,它变得更加困难。现代医疗设备产品开发包括预期更快的上市时间,更安全,智能设备,这些设备和一个内置的假设将继续正常工作一生。

“这期望设置监管要求的背景下,深入界面设计过程本身,称为设计控制,”根据瑞恩·鲍尔,医疗设备和制药应用解决方案的主管西门子数字行业软件。“今天,电气工程师越来越发现自己在跨域发展的关系决定。他们都影响和影响其他产品开发工作流,如机械、软件、临床和监管”。

设计控制的概念并不是新的,法规的精神需要密切协调的开发活动,包括设计评审、变更管理和风险的应用程序。这开辟了一整套工具和方法在商业开发IC空间从未应用在这个市场。

“从历史上看,在实践中,这意味着大量耗时的手工跨团队协调与会议和文件,并最终延误作为连续决策,”鲍尔说。”设计创作的发展和数据管理应用软件产品开发过程是一个改变游戏规则的医疗器械公司,接受一个新的出路。设计创作工具可以提供更快,流线型的设计能力,除了协作方法,这是在高需求。”

例如,机电团队需要经常沟通解决物理,热,和电气设计的挑战。”同时,现场的综合数字双交换设计不仅仅可以受益的间隙检查避免几何碰撞,”他说。“它可以提供铜和flex电路细节,甚至提供实时设计评论直接在共同合作的建议和决策模型。这个内置的证据法规遵从性的合作是有用的,它使团队更有效率,。”

仿真研究是帮助通过这个更高的定义/跨领域设计的准确性。事实上,监管机构正越来越多地意识到使用模拟和促进良好的设计实践。他们也接受结果数字证据提交和决策支持。

同样,密切协调电气和软件团队之间在设计周期的早期,对于高效的产品开发是必要的。“共同发展环境促进了生活的协调要求,规格,测试,和缺陷。团队受益于快速实时环境问题解决和工作从一组通用的数据。这是一个监管的期望——严格管理的问题在开发期间,”他继续说道。

数字的双胞胎
数字双医疗空间,在最高的层次上,一个数字表示的是在物质世界中,连接的数据,运行其中,Frank Schirrmeister提供集团董事,高级营销解决方案节奏。“你实际上孪生是设备本身,就像你将提供一个数字表示手机或飞机或飞机的一个设备,您将运行一个虚拟的版本。你这样做的原因是出于安全原因,对某些事情你不想做。

公司如Ansys、节奏和西门子等提供3 d仿真技术,可以在这里使用外科手术的进步,比如心脏手术通过模拟类似支架放置和血流量和周围组织的影响。

根据Ansys,植入心血管设备支架、线圈、心脏瓣膜、心脏起搏器,是复杂的和监管(FDA)规范严格的产品。血液动力学的研究是至关重要的心脏设备工程,这可以大大受益于工程仿真和先进固耦合建模。

这种技术也可以用来模拟医院的运营物流环境,这是非常宝贵的大流行期间。“思考病床和空气过滤器,另一个数字的双胞胎在这一领域,也适用于工业、航空航天和汽车——不是设备本身,但操作的物流环境,”Frank Schirrmeister说,高级组的解决方案营销总监节奏。“有多少病床我需要的时间吗?操作数字双胞胎在医疗环境是整个医院的数字双及其流程。现在你所看到的在这种情况下是如何传播的模拟。在哪里我把哪个病人所以我小心?数字双胞胎是完美的。整个数字双晶的概念,整个仿真的概念,尝试这些事情之前,你让他们真正的身体,将是关键。”

例子:15年前,助听器公司使用虚拟原型,即使在小设计,因为广泛的模拟所需的软件和过滤效果。事实上,美敦力公司已经公开表示它使用模拟在芯片的发展在他们的心脏起搏器。

”技术,如模拟和虚拟样机应用足够的测试,和做得不够左移位在更广泛的意义上,”Schirrmeister说。“通常,左移位是指软件开发。部的医疗,真正用于测试。我测试的真实设备上运行以后,我早些时候运行它们。这些作品是关键,他们是革命性的东西。”

每个域有不同的标准,但在核心,他们正在做类似的事情。“就像数字双可以预测一个飞机的维护方面,部分需要更改时,它还可以预测当一个人的心会超载,”他说。“在这里,工具等形式验证安全与安全可以应用,这样你永远不会进入一个至关重要的国家。”

航空电子设备设计要求
航空航天等其他市场有明显的交叉,在可靠性和安全性需要证明就像在医疗设备。

“这里的标准可追溯性的一个重要方面,也需要一个requirement-driven过程,”路易De Luna说,营销总监Aldec。“例如,从aircraft-level功能像一个起落架的功能,必须从建立可追溯性系统层次,然后到董事会层面。如果他们使用FPGA,他们必须有FPGA的需求也基于函数,然后追踪到FPGA的硬件描述语言(VHDL)的源代码,然后测试和测试结果。完整的可追溯性必须建立下游飞机水平函数,测试结果以及上游,这很难做到。下游可以简单但上游可能是困难的。”

故障路径分析也是必需的,和可追溯性是用来确保做正确,De Luna说。“如果一个函数在飞机水平失败,然后他们知道是什么原因,什么元素引起的飞机会。”

还有一个重叠的航空电子设备和卫星的单事件令(seu),如当一个放射性粒子造成损害。“这是一种罕见的现象,但它们确实发生。有一些规定单事件令时,即不允许一些空气的制造者使用SRAM-based fpga因为那些易受单一事件扰乱。seu被认为是灾难性的失败,所以小心注意这个。有不同的方法来减轻seu包括冗余系统级或在FPGA上,建立冗余。甚至在FPGA内部,可能存在冗余电路FPGA内部本身,”他解释道。

传统上,尽管商业工具帮助与可追溯性存在,它追踪了Excel。“通常只有最大的公司预算购买的工具,保持可追溯性。公司越大,他们购买更多的预算工具。也有一些小型供应商的一级公司,但他们可能没有工具和坚持使用Excel,”他继续说道。不过,使用Excel是非常困难和De Luna管理可追溯性不推荐它。

此外,还有一些特殊考虑当涉及到知识产权的航空电子设备市场由于安全要求- 254。根据IP的分类,无论是软、公司或困难,它可能不允许用户所需的知识产权执行测试。“艰难的IP不能被控制。如果是公司知识产权,是有限度的,可以做的事情。软IP拥有最多的指导。如果你使用软IP,您需要确保它穿过一个产品毛羽的过程。至于做- 254标准,它通过一个产品毛羽的过程。但是如果你购买商业IP是加密的,你做不到产品毛羽在那。大多数公司什么样的达拉斯航空电子设备,l - 3的航空电子设备和其他人,做的就是创建自己的IP。他们远离采购商业IP,因为这一事实。有很多,他们可以做的事情然后源代码,其中一个是产品毛羽。否则他们无法满足做- 254的要求。最重要的是,接近100%的代码覆盖率也是必需的。你不能这么做与商业IP,因为它是加密的,”De Luna说。

工业的灵活性
对于其他公司,灵活性是游戏的名称在发展中嵌入式处理器的IP,可以保持前进。

例如,Trinamic嵌入式汽车和运动控制集成电路和微系统供应商,使用嵌入式RISC-V-based处理器。公司的运动控制产品进入多个市场包括实验室和工厂自动化、半导体制造、纺织品、机器人、自动取款机、自动售货机等可靠的定位3 d印刷、医疗泵,和安全摄像头。

RISC-V提供了巨大的灵活性,因为工程团队可以改变源代码,只要它仍然符合指令集架构。但这也创造了自己的挑战,尤其是在验证和支持,这是特别重要的在应用程序中涉及到安全的地方。

说:“你这里有四个选项,杰瑞Ardizzone,副总裁Codasip。“首先,你可以买一个核心的手臂。你知道它的工作原理,得到了世界上最好的工具的支持。有大量的第三方工具和软件。第二个选择是构建自己的核心,这意味着你知道如何做到这一点。构建一个小型处理器不是一件难事,但是你从来没有想卖芯片的处理部件锁起来。第三是使用一个开源核心RISC-V等,在175家公司的支持下,它真的发生了。第四个选择是购买商用RISC-V芯片,这也是可能的。”

结论
今天在任何垂直部分复杂的设计,特别是在市场与严格的设计要求安全、安全与质量、设计团队的各个部分之间的近距离工作是至关重要的。

至此,协同设计时最好的支持一个共同的产品数据和工作流控制环境,通常被称为产品生命周期管理(PLM)。数据完整性是关键,PLM函数来维持这种完整性和跨组织更广泛的协作提供了一个引擎。综上所述,PLM和先进的设计创作工具和仿真,可以极大地提高产品开发效率而产生更好的结果,同时保持合规,西门子鲍尔说。