Модель технологического процесса проектирования электронных устройств на базе Altium Designer

Правильная технология — катализатор процесса проектирования

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:

• единую среду для проектирования радиоэлектронных средств;
• работу с интегрированной базой данных электронных компонентов;
• двунаправленный обмен данными со многими распространенными CAD-системами;
• коллективную работу над единым проектом;
• широкий спектр пользовательских настроек.

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.

Обзор существующих схем и модель предлагаемого технологического процесса

Первая схема представлена на рис. 1.

Рис. 1. Пример организации процесса проектирования № 1

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.

Рис. 2. Пример организации процесса проектирования № 2

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.

Рис. 3. Пример интеграции Altium Designer в схему 1

Рис. 4. Пример интеграции Altium Designer в схему 2

Рис. 5. Модель предлагаемого процесса организации сквозного проектирования на базе 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-3D). 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, SmartTeam 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.

Наши наблюдения и выводы

1. Altium Designer способен решать подавляющее число задач при проектировании электронных устройств.
2. В рамках предложенной технологической модели база данных по проекту сокращается пропорционально количеству используемого программного обеспечения.
3. Проблема формирования базы проекта сводится к формированию библиотеки компонентов Altium Designer, что существенно упрощает взаимодействие специалистов с подразделением технологов.
4. При правильном использовании его встроенных инструментов исключается необходимость применения других программ.
5. В практике Бюро ESG — проведение регулярных акций по бонусному переходу с P-CAD на Altium, что позволяет учитывать экономическую целесообразность при внедрении технологии проектирования с использованием Altium Designer.
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.

Список литературы:

1. Романова Ева. «Импорт проектов из P-CAD в Altium Designer».
2. Сабунин А.Е. Импорт проектов из различных САПР ПП в программу Altium Designer // Современная электроника. 2009.№ 8.
3. Суходольский Вячеслав. Сквозное проектирование функциональных узлов РЭС на печатных платах в САПР Altium Designer. СПб, 2008.