Данная статья посвящена технологиям проектирования электронных устройств с использованием ПО Altium Designer (правопреемник P-CAD). В рамках статьи мы проанализируем подходы к проектированию в приборостроительных компаниях и постараемся оптимизировать существующие технологии. Материал, который лег в основу анализа, получен в ходе многолетней работы Бюро ESG в качестве системного интегратора.
Прогресс последних лет связан со значительным усложнением электронных устройств как объектов разработки и производства. Условия конкурентоспособности диктуют требования к возможностям нового и функционированию модернизируемого оборудования. Обновление элементной базы, появление новых интегральных микросхем и процессоров приводит к возникновению абсолютно новых технологий проектирования электронных устройств в целом. Разработать схемное решение, выпустить документацию для изготовления, передать ее заказчику и в архив в бумажном и электронном видах — вот неполный перечень основных задач, которые должны выполняться инженерами при создании радиоэлектронных средств. Также должен быть обеспечен удобный доступ к документации для ее корректировки. В связи с этим становится неудобно, а иногда просто невозможно работать без организованного и отлаженного процесса.
Облегчить работу инженерам помогает специализированное программное обеспечение. Разработчики систем автоматизированного проектирования (САПР) стараются сделать свои программные продукты максимально доступными и удобными для работы. Несмотря на это, ни одна из САПР не является универсальным инструментом для решения всех задач. В результате специалисты должны осваивать несколько систем, а на предприятиях множится программное обеспечение и появляется проблема увязки разнообразного ПО в единый технологический процесс.
Существуют и такие проблемы, как моделирование конструкций, в которые будут установлены создаваемые печатные платы; расстановка электронных модулей в соответствии с правилами по электромагнитной совместимости. Такие задачи не предусмотрены для выполнения ни в одной из систем проектирования радиоэлектронных средств, и до сегодняшнего дня для их решения приходилось прибегать к разработке собственных приложений.
Попробуем создать модель организации технологического процесса разработки электронных изделий (схема — конструкция — 3D-монтаж — технология производства — изготовление) с использованием Altium Designer. Это полноценная САПР, предлагающая:
Еще один важный «бонус» дает производитель — это надстройка, в которой можно осуществлять как аппаратное, так и программное моделирование проектов. Для создания и редактирования схем компания Altium предлагает приобретать отдельный модуль Altium Designer Schematic Editor.
Сегодня большое количество инженеров работает с такими системами автоматизированного проектирования, как P-CAD и OrCAD. Последняя версия системы P-CAD вышла в 2006 году, и поддержка ее прекращена. OrCAD продолжает развиваться. Это хорошо зарекомендовавший себя продукт, но с более бедным, по сравнению с Altium Designer, функционалом. Широко применяются и редакторы электрических схем Mentorgraphics и Schemagee. Они имеют свои базы, в которые даже могут быть интегрированы компоненты, например, из P-CAD.
В качестве примеров рассмотрим две схемы организации процессов и приемов последовательности проектирования в приборостроении. Эти схемы на предприятиях складывались годами и отображали наиболее удобные на определенный момент времени подходы. Однако разработки усложняются, растут требования к скорости проектирования, поэтому оптимизация существующих подходов неизбежна.
Первая схема представлена на рис. 1.
Для разработки принципиальных электрических схем используется P-CAD. В Autodesk Inventor моделируется конструктив блока с указанием точек крепления платы и мест установки разъемов. Полученная информация выдается обратно в P-CAD, где формируется PCB-файл печатной платы.
При помощи программного модуля Nassa создаются схемы соединений. Данный программный инструмент представляет локальное решение, вынужденно созданное внутри конкретной организации. Этот инструмент выдает только промежуточные параметры для передачи в другое ПО, используемое в общей технологической схеме (ключевое слово — «промежуточные»). Создание подобного ПО требует значительного ресурса.
Далее в Autodesk Inventor осуществляется трехмерный монтаж разрабатываемого устройства, проверяются коллизии, подбираются оптимальные пути прокладки кабелей, проводов, шин и жгутов.
Вся документация (схемы, перечни элементов, трехмерные модели и др.) собирается в единой среде управления данными по проекту Windchill, откуда выдается на производство.
Вторая схема представлена на рис. 2.
Как и в предыдущем примере, основными программами для разработки электронных устройств являются AutoCAD, Autodesk Inventor и P-CAD (см. рис. 2). Но, в отличие от схемы 1, создание схемы и печатной платы осуществляется в разных программах. Однако здесь отсутствует программный модуль, позволяющий отслеживать взаимосвязи отдельных узлов для формирования схемы соединений. В качестве среды управления данными в этом случае должна использоваться система Smart Team, но, по словам клиентов, она не прижилась.
Описанные схемы представляются нам довольно громоздкими прежде всего в силу наличия большего количества разнородного программного обеспечения. Каждое программное средство имеет свою базу: P-CAD — библиотеку элементов, AutoCAD — библиотеку блоков с атрибутами и Autodesk Inventor — набор компонентов (3D-устройств) с характеристиками. Между элементами этих баз очень сложно построить связь.
Главным инструментом разработки в обеих схемах является P-CAD. Но как элементная база с оборудованием, так и программное обеспечение постепенно устаревают. Наступает момент, когда какие бы ни предпринимались усилия по поддержанию продукта, существенных улучшений достичь не удается. Прекращение выхода новых версий, отсутствие обновлений, а затем и полная остановка поддержки программы вынуждают инженеров, работающих с P-CAD, искать ему замену [1]. При этом чаще всего выбор делается в пользу Altium Designer.
Бывшие разработчики P-CAD создали на его основе совершенно новое решение, взяв всё самое лучшее и добавив современный функционал. Существенно в лучшую сторону изменился интерфейс (имеется полноценная русифицированная версия), но основной подход к проектированию остался прежним. Для облегчения перехода и внедрения предусмотрена возможность импорта библиотек компонентов и проектов из P-CAD. Именно в силу этих причин чаще всего выбор делается в пользу Altium Designer. Этот переход также обусловлен ценовой политикой компании Altium, которая держит стоимость своего продукта ниже, чем у конкурентов.
Об алгоритмах перевода проектов и библиотек, о возникающих при этом проблемах и их решении говорится в [2]. На рис. 3 и 4 представлены измененные схемы организации производственных процессов.
Рассмотрим получаемую схему разработки радиоэлектронных систем, основным инструментом которой является Altium Designer (рис. 5).
Функциональные возможности этой САПР позволяют в одном проекте не только создавать электрические схемы (в том числе схемы соединений) и печатные платы, но и генерировать такую документацию, как монтажный чертеж, таблицы соединений, а также вести технологические карты и карты эскизов. Такие инструменты, как помощник в отслеживании цепей на многолистовых схемах и автотрассировка печатных плат, позволяют при разработке комплекта документации оставаться в среде Altium Designer. Это исключает необходимость использования AutoCAD и каких-либо других программ (см. рис. 1 и 2), так как вся оформительская работа осуществляется в Altium Designer.
Сразу после создания принципиальной схемы отладить ее работу и провести статический анализ можно с помощью встроенной программы моделирования.
Существенную роль в нашем подходе играет поддержка двунаправленной работы с механическими моделями компонентов, которые могут быть импортированы/экспортированы в Altium Designer из машиностроительных САПР (Autodesk Inventor (AutoCAD), SolidWorks, КОМПАС). Поэтому вместе со схемной документацией разрабатывается и конструкция. Контроль собираемости и компоновки оборудования предлагается осуществлять посредством трехмерного моделирования экспортированием из Altium Designer.
При такой организации работы база проекта сильно сокращается. В предложенной схеме она представляет собой библиотеку компонентов, которая формируется только в Altium Designer, а функция Import Wizard позволяет использовать наработки предыдущих версий [3].
Контроль этапов и сроков проектирования предлагается осуществлять при помощи систем календарно-ресурсного планирования. Одну из систем (TDMS, Autodesk Vault, Windchill, Smart Team и пр.) предлагается использовать для обеспечения управления производством изделия. Такие системы принято называть PDM-системами. Внедрение PDM-системы позволит отслеживать изделие на всех этапах его производства и жизненного цикла. В приведенной модели (см. рис. 5) мы намеренно не конкретизируем наименования систем, их выбор остается за предприятием, а на процесс оптимизации с использованием Altium Designer это не повлияет.
Такая организация работы, на наш взгляд, кажется оптимальной. Altium Designer настроен на упрощение процесса разработки документации, что позволяет инженеру-разработчику сконцентрироваться на более важных деталях (правильность схемного решения, применимость элементной базы и т.д.). Приведенная модель показывает, что эта САПР может быть интегрирована в обе описанные на рис. 1 и 2 схемы технологического процесса. Интеграция Altium Designer приведет к сокращению числа используемого программного обеспечения, облегчению поддержания базы данных проектов вследствие ее минимизации и повышению качества создаваемого оборудования.
Таким образом, несмотря на необходимость некоторой адаптации Altium Designer, эта система способна решать широкий круг задач и поэтому необходима современному разработчику!
В ближайшей перспективе мы планируем ознакомить читателей с описанием технологии проектирования электронных устройств с использованием ПО Autodesk. Мы расскажем о преимуществах выбора данного инструмента и о специфике организации процесса проектирования.
Эл. версия "САПР и Графика" Май, 2014 г.
| Теги: | Altium, Приборостроение, |
вернуться к
списку