Freitag, 18 August 2023 11:59

Elektronikdesign und Umweltschutz im Einklang

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Abb. 1: Bildausschnitt von DesignSpark PCB Bild: RS Group

DesignSpark PCB ist ein interessantes Beispiel dafür, wie sich eine EDA-Software zu einem weltweit eingesetzten Tool für das Elektronikdesign mausert. Dieser Beitrag zeigt, dass die Schöpfer der zu DesignSpark gehörenden Tools dabei sind, sowohl die Werkzeuge als auch ihre Nutzbarkeit weiter zu optimieren. Parallel dazu tut sich bei der RS Group viel bezüglich mehr Nachhaltigkeit im Unternehmen selbst, mit Auswirkungen auf die gesamte Elektronikindustrie.

DesignSpark PCB wurde der Öffentlichkeit im Juli 2010 vorgestellt. Die Software basiert auf einem Tool der Firma Easy-PC und war das Kooperationsergebnis des Elektronikdistributors RS Components und des Softwareentwicklers Number One Systems. DesignSpark PCB wurde damals schon als ein voll funktionsfähiges Tool für den Leiterplattenentwurf beworben, welches allen Interessenten ohne Einschränkungen kostenlos zur Verfügung steht [1]. Es war das erste Tool dieser Art von RS auf dem Designsektor. Allerdings sollte die kostenlose Nutzung nur Mitgliedern des neuen, zeitgleich gegründeten Online-Portals DesignSpark möglich sein. Heute spricht man von der Online-Community DesignSpark. Das Online-Portal liefert Informationen, Hinweise zu Ressourcen und Bewertungen und ist gleichzeitig das Austauschforum für die User dieses und weiterer Tools [2]. Es gewann mit den Jahren immer mehr an Zuspruch in dem Maße, wie sich der kostenlose Zugriff für Mitglieder auf eine Reihe von Design-Tools, die im Spark Store gehostet werden, erweiterte. Das machte RS in den der Gründung folgenden Jahren nach eigener Einschätzung zum Marktführer für kostenlose PCB-Design-Software.

Ein entscheidender Grund dafür liegt sehr wahrscheinlich in den mit der Zeit gewachsenen Möglichkeiten von DesignSpark PCB, das heute ein komplettes Design-Ökosystem darstellt. Die leistungsstarke Software-Engine, mit der sich Schaltpläne erfassen und Leiterplatten und Layouts entwerfen lassen, verfügt über eine Reihe von Funktionen und Merkmalen, die über das übliche Maß kostenloser PCB-Designsoftware hinausreichen (Abb. 1).

Die User haben unter anderem Zugriff auf eine vollständige Suite von Video-Tutorials, auf viele Designbeispiele und eine umfangreiche Teilebibliothek. Man kann Schaltpläne erstellen, die auf Leiterplatten bis zu 1 x 1 m Größe mit einer beliebigen Anzahl von Lagen, Pads und Knoten abzielen. Ebenso lassen sich Designs importieren, die mittels anderer PCB-Designsoftware erstellt wurden. Dazu zählen PADS, OrCAD, Altium und CADSTAR. Vollständig (automatisch) geroutete und auf vorgegebene Entwurfsregeln geprüfte Konstruktionen können dann in eine Reihe von Dateiformaten exportiert werden, darunter IDF, DXF und Standard-Gerber-/Fertigungsformate. Das ermöglicht den Entwicklern einen schnelleren Fortschritt im Konstruktions- und Produktionsvorbereitungsablauf.

Ab 2015 Tool-Trio

Abb. 2: Engineering-Plattform DesignSpark 2023Dem Tool DesignSpark PCB folgte als zweites Konstruktionswerkzeug im Jahr 2013 ‚DesignSpark Mechanical', eine kostenlose 3D-Modellierungssoftware für Volumenmodelle mit STL-Export. Sie entstammte der Zusammenarbeit von RS und SpaceClaim Engineer. Im Jahr 2015 fügte man das Tool ‚DesignSpark Electrical' für die Elektroinstallation hinzu, hervorgegangen aus der Kooperation von RS und SolidWorks Electrica. Die drei DesignSpark-Programme arbeiten teilweise zusammen. Alle Werkzeuge wurden Bestandteil der Engineering-Plattform DesignSpark bzw. der Online-Community DesignSpark (Abb. 2). Die Softwareentwickler von RS arbeiten außerdem mit führenden CAD-Anbietern auf der ganzen Welt zusammen, um den Anwendern weitere nützliche Tools zur Verfügung zu stellen. Ein Beispiel dafür ist DraftSight von Dassault Systèmes, eine professionelle 2D-Zeichnungs- und 3D-Designlösung. Im Ergebnis der kontinuierlichen Arbeit von RS erreichte die User-Plattform laut [3] im Januar 2021 erstmals eine Million Mitglieder und 2023 bis Januar 1,3 Millionen. Auf ihr tauschen Produzenten, Entwickler, Techniker und Ingenieure ihre Ideen aus. Leider ist die Support-Sprache nur Englisch und der Support erfolgt nur Online. Ein Team von Entwicklern bzw. Programmierern wartet die Tools regelmäßig, so dass jährlich Updates erfolgen. Im Jahr 2020 kam zum 10-jährigen Jubiläum beispielsweise Version 10 heraus, welche auch bereits in Windows 11 zur Verfügung steht. Die RS-Software wird sogar für User in Russland zur Nutzung angeboten [4].

Weiterentwicklung auf allen Ebenen

Für RS als Firmengruppe hat das weiterhin schnelle Wachstum der Online-Community DesignSpark große Bedeutung, weil diese innerhalb des Konzerns eine absatzfördernde Schlüsselrolle einnimmt. Die nachfolgenden Informationen sollen das besser verständlich machen. RS Components, eigentlich eine Handelsmarke der RS Group plc (ehemals Electrocomponents plc), ist im globalen Omni-Channel Anbieter von Produkt- und Servicelösungen für Entwickler, Konstrukteure, Hersteller und Instandhalter von Industriebetrieben (Abb. 3). Er hat etwa 8700 Mitarbeiter und führt mehr als 700.000 Industrie- und Elektronikprodukte von über 2.500 führenden Lieferanten in seinem Sortiment. Nach eigenen Angaben wurden 2022/23 damit über 1,1 Millionen Industrie-kunden beliefert. Das und die große Anzahl von Niederlassungen in 31 Ländern sorgen für eine große Wirkungsbreite. In dieser tragen die Komponenten, die beispielsweise von den Mitgliedern der Online-Community DesignSpark bestellt werden, deutlich zum Umsatzwachstum bei.

Abb. 3: Seit 2017 ist das Headquarter der RS Group im Londoner Two Pancras SquareInteressant ist die Aufteilung des Umsatzes 2022/23 nach Produkten und Servicelösungen:

Automation und MSR 39 %
Mechanik und Fluid-Technik 5 %
Elektronik 23 %
Wartung/Instandhaltung 24 %
Sicherheit und Schutztechnik 4 %
Single-Board-Computer 1 %
Andere 4 %

Im Geschäftsjahr 2022/2023, das zum 31. März 2023 endete, wies die Gruppe laut ESG-Report (Environmental, Social and Governance Report) einen Jahresumsatz von 2.982 Millionen Pfund Sterling auf [5]. Dieser teilt sich auf die Erdregionen so auf:

EMEA – 59 %, Amerika – 32 %, Asia Pacific – 9%. Damit ist deutlich, dass Europa einen erheblichen Umsatzanteil aufweist. Auf den sehr wichtigen ESG-Report wird später noch eingegangen. Die RS Group plc umfasst neun Marken: RS Components, Allied Electronics & Automation, RS PRO, OKdo, DesignSpark, IESA, Synovos, Needlers und Liscombe.

Merkmal der gegenwärtigen Aktivitäten der RS Group ist es, ihre Wirkungsbreite auf unterschiedlichen Ebenen auszubauen, angefangen auf der Ebene von DesignSpark und endend bei der gesamten Unternehmensgruppe. Das soll nachfolgend demonstriert werden.

RS optimiert die DesignSpark-Nutzung

Im Januar 2023 gab die Firmengruppe RS bekannt, dass sie mit einem neuen Vertriebskonzept eine neue Arbeitsphase einleitet [6]. In der jetzt präsentierten nächsten Phase für die DesignSpark-Engineering-Community geht es darum, Mitgliedern ein noch weiter verbessertes und zunehmend personalisiertes Angebot zu machen. Aber die kostenlose Nutzung wird dann nur noch zum Teil möglich sein. In Zukunft wird DesignSpark über drei Abonnementstufen verfügen:

DesignSpark Explorer
DesignSpark Creator
DesignSpark Engineer.

Sie sollen es den Mitgliedern erlauben, entsprechend ihren Anforderungen selbst den Umfang an genutzten Designtools und -ressourcen zu bestimmen. RS seinerseits berücksichtigt dabei, dass die immer komplexer werdende Elektronik äquivalent auch stetig zunehmende Kosten für die Bereitstellung der Features verursacht, also Aufwand und Nutzen für das bereitstellende Unternehmen in ein günstigeres Verhältnis gesetzt werden müssen.

DesignSpark Explorer richtet sich in erster Linie an Studierende, Maker und Entwickler. Dieses Level erlaubt Mitgliedern den bisher gewohnten Community-Zugriff und die Möglichkeit zur gewohnten kostenlosen Nutzung der Tools und Designressourcen. Wie schon immer erhalten Nutzer alle Möglichkeiten für einen schnellen Sprung vom Konzept zum Prototyp. Zu den wichtigsten in dieser Stufe verfügbaren Tools gehören

DesignSpark PCB samt der Komponentenbibliotheken und weiterer Tools für die Erstellung fehlerfreier Leiterplatten
DesignSpark Mechanical, das Direct Modelling-Programm unter Einsatz von 3D-CAD-Software und besonders für das Prototyping geeignet.

Die User haben Zugriff auf mehr als 100 Millionen 3D-Modelle und 2D-Symbole für das Schaltungsdesign. Auch die Möglichkeit, Suchen innerhalb einer Milliarde Bauteilen durchzuführen und auf Datenblätter zuzugreifen sowie Statusinformationen zum Lifecycle Status bleiben erhalten.

DesignSpark Creator ist für Anwender vorgesehen, die nach noch fortschrittlicheren Tools und Ressourcen suchen und gehobene Ansprüche haben. Dazu sind jetzt weitere DesignSpark-Optionen verfügbar, die den Zugang zu Design-Tools mit erweiterten Funktionen eröffnen. Allerdings ist diese Dienstleitung mit einem Preis von 11,49 € pro Monat nicht mehr kostenlos. Im Visier hat RS dabei professionelle Hersteller und KMU. Das Angebot umfasst die gleichen Tools und Ressourcen wie die Stufe Explorer, hinzu kommt allerdings eine erweiterte Version von DesignSpark Mechanical. Sie weist ein 3D-Spiegelwerkzeug und Tools zum Beschriften von Teilen und Erstellen von Fertigungszeichnungen auf. Auch erweiterte Teilebibliotheken, die weitere Informationen zu den Komponenten liefern, gehören zum Umfang. Darüber hinaus wird es Skills- und Lernvideos, Tutorials und Tipps von Experten aus der DesignSpark-Community geben.

DesignSpark Engineer bietet noch mehr Leistung, aber zu dem ebenfalls moderaten Preis von 16,99 € pro Monat. Diese Stufe soll das ultimative Maß an Kreativität und Flexibilität für die anspruchsvollsten Benutzer ermöglichen. Damit ist das Angebot ideal für professionelle Entwicklungsingenieure. DesignSpark Engineer bietet die gleichen verbesserten Funktionen von DesignSpark Mechanical, die in DesignSpark Creator verfügbar sind. Zusätzlich gibt es das in diesem Fall noch erheblich leistungsfähigere DesignSpark PCB. Es ermöglicht die Verwendung von blinden und verborgenen Durchkontaktierungen für High-Density PCB-Design, benutzerdefinierte Pad-Formen, Differential Pair Routing für Hochgeschwindigkeitssignale, einen Schalttafel-Editor und einiges mehr. Neben dem umfangreichen Unterstützungsangebot, das in der Stufe Creator verfügbar ist, gibt DesignSpark Engineer noch mehr Informationen zu Komponenten, einschließlich Export-Compliance-Daten und PCN/EOL-Benachrichtigungen sowie Hilfe bei Komponentenalternativen. Es ist somit für den Profi-Designer von High-Tech-HDI-Leiterplatten bestimmt, also für Advanced-Designs.

Wie schon immer erhalten Nutzer alle Möglichkeiten für einen schnellen Sprung vom Konzept zum Prototyp

Den wirklichen Wert dieses vollständigen Funktionsangebots für die Abonnenten beziffert RS mit schätzungsweise weit mehr als 1000 €. Durch das Abonnementmodell ist das Unternehmen nun in der Lage, diese Möglichkeiten zu einem Preis anzubieten, der den monatlichen Kosten für beispielsweise ein Netflix-Abonnement entspricht.

Im Rahmen der Markteinführung lud RS zur kostenlosen Testphase ein, welche bis zum 31. März 2023 dauerte. Sie sollte es allen DesignSpark-Mitgliedern ermöglichen, die Abonnementoptionen ‚Creator' und ‚Engineer' und die hier zur Verfügung gestellten erweiterten Versionen der DesignSpark-Tools auszuprobieren. Das RS-Management äußerte zu den Veränderungen, dass die Zusammenarbeit mit der DesignSpark-Community und umfangreiche Recherchen zu den Bedürfnissen der Mitglieder gezeigt hätten, dass es nicht das eine Angebot gibt, welches allen Nutzern gleichermaßen entspricht, sondern dass mehr differenziert werden muss. Detaillierte Informationen zu den drei Abonnementstufen und deren Inhalten sind in übersichtlicher tabellarischer Form unter [7] zu finden. An der ständigen Verbesserung der DesignSpark-Tools arbeitet neben dem DesignSpark-Softwareteam auch die DesignSpark-Engineering-Online-Community.

Mehr Umweltschutz

Die Aktivitäten zur Verbesserung des Leistungsangebotes und der Nutzung von DesignSpark laufen synchron mit der zielstrebigen ESG-Strategie (Environmental, Social and Governance Strategy) der RS-Firmengruppe. Schaut man sich beide Richtungen genauer an, wird klar, dass sie nicht nur eng miteinander verbunden sind, sondern verzahnt. Sie bedingen sich aus Sicht des Fortschritts gegenseitig. Die ESG Strategy wurde im November 2021 als ESG-Aktionsplan 2030 mit dem Titel „For a Better World“ publiziert [8]. Der Plan enthält vier globale Ziele und 15 anspruchsvolle Maßnahmen für 2030. Der Ansatz unterstützt auch sechs der UN-Ziele für nachhaltige Entwicklung und legt den Grundstein für die langfristige Vision des Unternehmens bis 2050. Kern des Vorhabens ist die Entwicklung nachhaltiger Betriebsabläufe sowie Produkt- und Servicelösungen zur Verringerung der Umweltbelastung und zur Bekämpfung des Klimawandels. RS verpflichtet sich, bis 2030 in seinen globalen Betrieben und bis 2050 in der gesamten Wertschöpfungskette Netto-Null-Treibhausgasemissionen zu erreichen. Es geht dabei auch um umweltfreundlichere grüne Distributionmodelle.

Die vier globalen Ziele der ESG-Strategie sind in Abbildung 4 dargestellt. Sie lassen ein komplexes Herangehen aus technischer, bildungsseitiger, sozialer als auch ethischer Sicht erkennen.Nachfolgend Beispiele für Ziele, die im Berichtszeitraum 2029/30 gegenüber 2019/20 im Bereich ‚Förderung der Nachhaltigkeit'” erreicht werden sollen:

Entwicklung nachhaltiger Betriebsabläufe sowie Produkt- und Servicelösungen, um die Umweltbelastung zu verringern und den Klimawandel zu bekämpfen
Netto-Null-CO₂ mit dem wissenschaftlich fundierten Ziel, die absoluten Emissionen aus den eigenen Betrieben um 75 % zu reduzieren
Nachhaltigere Verpackungen, indem die Intensität um 30 % reduziert wird, wobei 100 % der Verpackungen weitgehend wiederverwendbar, recycelbar oder kompostierbar sind und zu 50 % aus recyceltem Material hergestellt werden.

Zusammenarbeit mit den Lieferanten und Kunden, um bis 2050 eine globale Netto-Null-Wertschöpfungskette zu erreichen:

65 % der Lieferanten im Rahmen des ESG-Projektes dafür zu gewinnen, dass sie sich bis 2025 wissenschaftlich fundierte Ziele zur Erhöhung der Nachhaltigkeit setzen
Reduzierung der Transportemissionen um 25 % pro verkaufter Tonne
Entwicklung innovativer und nachhaltiger Produkt- bzw. Servicelösungen für alle Kunden.

Abb. 4: Die vier globalen Ziele der ESG-Strategie der RS Group mit den 2022/23 erreichten Fortschritten (rechter Bildteil)Aufbau von Kompetenzen und Förderung innovativer Lösungen, die das Leben verbessern: Zusammenarbeit mit 1,5 Millionen Ingenieuren und Innovatoren, um sozial verantwortliche und nachhaltige Lösungen zu entwickeln.

Dieses Ziel betrifft natürlich vor allem die Designer und Produzenten von Elektronik. Hier wird die Schlüsselrolle der großen Distributionsunternehmen im Wandlungsprozess hin zu umweltgerechterer Elektronik und damit auch zu einer besseren Umwelt deutlich. Die Elektronikdesigner und -produzenten erhalten die Möglichkeit, über die Auswahl der Komponenten-, Material- und Maschinenlieferanten mit zu entscheiden, welche Position ihr eigenes Unternehmen als auch ihre Produkte aus Umwelt- bzw. Nachhaltigkeitssicht einnehmen.

Es gibt jährlich Zwischenberichte zur Erfüllung der gestellten Ziele. Der Bericht 2022/23 umfasst 68 Seiten und ist unter [9] einzusehen. Am 23. Mai 2023 erschien ein 28-seitiges Update zum Plan 2022/23, in dem über die Forcierung bestimmter Zielstellungen berichtet wird [10]. Zum Beispiel wurden bereits 92 % des Energiebedarfes der Firmengruppe aus erneuerbaren Energien gedeckt. Seit 2019/20 ist die Verpackungsmenge um 32 % reduziert worden. 42 % der Verpackung wurden mit mindestens 50 % Recyclinganteil hergestellt und 94 % sind wiederverwendbar oder recycelbar. Die Fahrzeugflotte in Großbritannien hat bereits zu 54% Hybrid- bzw. Elektroantrieb.

Ein wichtiges Merkmal der Strategie ist der Fokus auf ein stetes Wachstum des Anteils nachhaltiger Produkte (also auch Komponenten) und Servicelösungen, die zusammen mit den Lieferanten erarbeitet werden. Zum Beispiel bekannte sich das Management von Siemens als ein wichtiger Bauteillieferant nachdrücklich zur ESG-Strategie von RS und versprach volle Unterstützung.

Better World Product

Im Jahr 2022/23 wurde von RS zunächst in Großbritannien und in der Republik Irland das Pilotprojekt Better World Product mit 20.000 Komponenten begonnen. Das Unternehmen lehnte sich bei der Titelwahl an bereits vorhandene andere gleichlautende Initiativen außerhalb des Elektroniksektors an. Jetzt geht es darum, die Anzahl umweltfreundlicherer Komponenten für die Kunden schrittweise zu erhöhen. Bis 2024/25 soll die Produktanzahl auf 100.000 steigen. Wenn ein Produkt das Better World Product-Logo trägt, haben die Hersteller die Nachhaltigkeit zumindest in einer Phase seines Lebenszyklus verbessert. Diese Verbesserung wurde dann durch ein international anerkanntes Nachhaltigkeitszertifikat oder einen Energieeffizienzstandard nachgewiesen.

Sowohl Branchenrecherchen als auch Gespräche von RS mit Kunden zeigen, dass Unternehmen sich dafür einsetzen, nachhaltigere Kaufentscheidungen zu treffen, was ihnen aber oft schwer fällt. Ziel der RS-Aktion Better World Products ist, schrittweise die Voraussetzungen für den einfacheren Zugang zu nachweislich umwelfreundlicheren Produkten zu ermöglichen. Eine Ursache für die gegenwärtige Situation liegt darin, dass es global noch keine klaren Standards für die Nachhaltigkeit (Sustainability) von zum Beispiel Elektronikprodukten gibt. Es stehen jedoch Systeme bereit, die zertifizieren, ob bestimmte Aussagen zur Nachhaltigkeit echt sind. Für diese erste Einführungsphase von Better World Products hat RS eine Reihe von 41 Nachhaltigkeits- und Energieffizienzstandards ausgewählt und Produkte selektiert, die mindestens einem dieser Dokumente entsprachen. Die Experten von RS wollten mit Zertifizierungen beginnen, die zur Sicherheit der Kunden durch externe Dritte anerkannt sind. Eine vollständige Liste der Zertifizierungen, darunter FSC und Energy Star, ist verfügbar. Der deutliche Ausbau der Better World-Produkte ist eines der Schlüsselvorhaben von RS bis 2030 im Rahmen der ESG-Strategie. Designer, an die wachsende Forderungen bezüglich der Umweltfreundlichkeit ihrer Designs herangetragen werden, können sich über Better World-Produkte unter [11] informieren.