Программа сквозного проектирования это

Главная » CADmaster №5(50) 2009 » Электротехника Altium Designer — система сквозного проектирования

Одна из основных разработок компании, САПР P-CAD, предназначена для проектирования многослойных печатных плат вычислительных и радиоэлектронных устройств. Эта программа необычайно популярна среди российских специалистов, однако ее функциональные возможности уже не в полной мере отвечают потребностям современного разработчика радиоэлектронной аппаратуры.

В 2008 году фирма Altium официально заявила о прекращении поставок P-CAD и предложила использовать программу Altium Designer, которая появилась в 2000 году и первоначально называлась Protel. Текущая версия пакета получила название Altium Designer Summer 09. Лицензированных пользователей P-CAD компания заверяет, что благодаря развитым средствам конверсии форматов данных они не будут испытывать неудобств при переходе с одной системы на другую.

Altium Designer представляет собой систему сквозного автоматизированного проектирования электронных средств (РЭС) на базе печатных плат и программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Принцип сквозного проектирования подразумевает передачу результатов одного этапа проектирования на следующий этап в единой проектной среде (Altium Designer использует интегрированную платформу Design Explorer ). При этом изменения, вносимые на любом этапе, должны отображаться во всех частях проекта. Такой принцип позволяет разработчику контролировать целостность проекта, отслеживать изменения и синхронизировать их.

Сквозной пример проектирования в методологии IDEF1X (erwin)

Altium Designer (рис. 1) состоит из нескольких структурных модулей и охватывает все основные этапы проектирования РЭС: от разработки электрической схемы и описания ПЛИС до подготовки платы к производству. Интерфейс программы русифицирован.

Рис. 1

Редактор схем. Одним из основных направлений работы Altium Designer является построение иерархических схем. Это позволяет легко преобразовывать огромные сложные схемы в набор простейших подсхем и использовать готовые наработки (рис. 2).

Устройства на базе ПЛИС можно представить и как VHDL-описание, и в виде принципиальной схемы с использованием библиотек готовых логических устройств. Все подсхемы иерархической структуры «привязаны» к определенной области на плате (Room), что значительно упрощает работу конструктора.

При разработке электрических принципиальных схем существует возможность задавать конструктивные параметры будущей платы — например, формировать классы цепей, группы компонентов, описывать дифференциальные пары. На созданные классы цепей и дифференциальные пары можно сразу установить ограничительные правила, такие как длина и толщина проводника, а также значение импеданса.

Редактор библиотек. Библиотеки программы содержат более 80 000 компонентов, которые постоянно обновляются. Предусмотрен импорт готовых библиотек из P-CAD 200Х и других программ. Кроме того, существует возможность создавать собственные библиотеки символов, посадочных мест, трехмерных моделей и текстовых SPICE-моделей.

«Сквозное проектирование — как это работает?» от Виктор Шопин и Алексей Иньков

Создавать библиотечные элементы можно с помощью специального Мастера: последовательно вводя информацию, вы быстро получите готовый компонент (рис. 3).

Очень удобная функция Altium Designer позволяет извлекать из готового проекта информацию о компонентах и формировать библиотеки на ее основе. Этот инструмент особенно полезен при работе с проектами, которые получены от сторонних разработчиков, использующих собственные библиотеки компонентов.

Моделирование. В состав Altium Designer Summer 09 включена программа моделирования, которая позволяет анализировать аналоговые, цифровые и смешанные схемы. Цифро-аналоговое моделирование на базе SPICE 3f5/XSpice, к которому можно приступать сразу же по окончании создания принципиальной схемы, позволяет разработчику анализировать схему, изменять параметры и проводить статистический анализ (рис. 4).

Результаты компьютерного анализа, как правило, идентичны результатам, получаемым при макетировании, а смоделированное поведение устройств в точности воспроизводит работу реального изделия. В расчете учитываются почти все реальные параметры (для цифровых схем — задержка распространения, время установки и удержания, учет нагрузки на всех выводах устройств Для всестороннего тестирования и анализа схемы пользователю предоставлено более 20 000 математических моделей.

Для моделирования проектов на ПЛИС компания Altium Ltd. предлагает использовать плату отладки и макетирования NanoBoard (рис. 5): реализованная в этом решении инновационная технология Live Design (так называемое «живое проектирование») позволяет отладить проект на этапе создания принципиальной схемы.

При реализации ПЛИС-проекта на NanoBoard рабочее место разработчика фактически превращается в электронную лабораторию, что обеспечивает возможность протестировать проект в рамках Altium Designer.

Анализ целостности сигналов (Signal Integrity). На уровне создания принципиальной схемы может быть выполнен предварительный расчет импеданса и возможных отражений. Эта функция позволяет избежать возможных проблем еще до начала компоновки и трассировки печатной платы.

Импедансы, отражения и возможные перекрестные отражения могут быть уточнены и на заключительных этапах разработки, при контроле топологии. Анализ целостности сигналов может быть проведен при верификации (функция DRC) топологии непосредственно в редакторе плат. Критерии оценки качества сигналов задаются специальными правилами проектирования из категории Signal Integrity. При пакетной проверке запускается система моделирования сигналов в проводниках платы и, если паразитный сигнал превышает определенный уровень, генерируется и заносится в отчет информация о нарушении. В дальнейшем это нарушение служит основанием для более подробного анализа электромагнитной совместимости.

Редактор печатных плат. С помощью мощной, полностью наглядной системы задания и проверки правил проектирования конструктор получает полный контроль над процессом трассировки (рис. 6). Все правила проектирования, учитываемые в редакторе печатных плат, сгруппированы в десять категорий: правила трассировки, производства, правила проектирования высокочастотных блоков, правила разводки дифференциальных пар Используя технологию запросов, пользователь может описать область действия правила, а также определить их приоритет.

Система Altium Designer предлагает пользователю достаточный набор инструментов, позволяющих выполнять трассировку печатных плат как в автоматическом, так и полуавтоматическом (интерактивном) режиме.

В режиме интерактивной трассировки используются следующие технологии: Push and Shove, позволяющая расталкивать уже проложенные проводники и переходные отверстия; Walkaround, располагающая трассы максимально близко к существующим; Hugging, уплотняющая существующую топологию вновь прокладываемой дорожкой.

Наличие такого инструмента, как Electrical Grid , позволяет прокладывать сегменты проводников непосредственно из центров электрических объектов (контактных площадок, переходных отверстий) или концов существующих проводников, что значительно упрощает трассировку посадочных мест, созданных в разных системах измерения.

Для автоматической трассировки плат в состав пакета встроен топологический трассировщик Situs, основным преимуществом которого является полностью управляемый и настраиваемый вручную алгоритм. Процесс трассировки платы управляется сложными наборами правил проектирования, регламентирующими зазоры между проводниками на разных слоях платы, их ширину, типы переходных отверстий, приоритетное направление на слое и многое другое.

Топологические алгоритмы трассировки позволяют эффективно выполнять разводку платы даже при использовании компонентов сложной формы. Одновременно осуществляется непрерывный контроль правил проектирования DRC, что позволяет разработчику более полно сосредоточиться на проекте.

Система Altium Designer имеет мощные средства автоматического и интерактивного размещения компонентов.

Работа с трехмерными моделями. В Altium Designer Summer 09 существует возможность просмотра трехмерного вида проектируемой платы. Разработчик может вывести на монитор реальный вид платы с компонентами, оценить ее сопряжение с механическими деталями конструкции и внести необходимые изменения (рис. 7).

Возможности импорта. Перенос проекта электронного изделия из одной среды проектирования в другую всегда был одной из сложнейших задач. Если разработчик одновременно работает с другой САПР либо получает проект от сторонних разработчиков, ему просто необходима возможность импорта схемы или проекта платы в систему Altium Designer.

Встроенный помощник импорта (Import Wizard) позволяет импортировать схемы, платы, библиотеки, выполненные с помощью систем P-CAD, OrCAD, PADs, DxDesigner, Allegro PCB, и преобразует их в проекты Altium Designer (рис. 8).

Пакет Altium Designer позволяет вести работу с моделями в формате STEP и таким образом добавлять детали, созданные в любой из программ твердотельного моделирования (SOLIDWORKS, ProE , КОМПАС

Модуль CAMtastic . Готовый проект печатной платы в виде наборов Gerber- и NC Drill-файлов передается в специальный модуль CAMtastic , где осуществляется первичная подготовка производства. Здесь реализована возможность технологического анализа топологии и автоматического устранения большинства ошибок. CAMtastic позволяет редактировать топологию, выполнять мультиплицирование и выпускать управляющие файлы для аппаратуры электроконтроля и монтажа компонентов.

Выходная документация. Заключительный этап проектирования — выпуск конструкторской документации. Редактор печатных плат Altium Designer располагает традиционными возможностями импорта/экспорта файлов в стандартных форматах DWG и DXF, что позволяет добавлять на чертеж заранее заготовленные элементы оформления или контур печатной платы и передавать проект в механические САПР (AutoCAD, nanoCAD и др.) для дальнейшего оформления документации. Существует также ряд профильных приложений, которые упрощают выпуск чертежей в соответствии с ЕСКД и требованиями ГОСТ (nanoCAD Механика и др.).

Система Altium Designer предоставляет пользователю широкий набор средств генерации различных отчетов, в том числе BOM (Bill of Material). На его основе довольно просто оформить перечни элементов и спецификации по ЕСКД с помощью утилит отечественной разработки (Документатор, TDD и др.).

Кроме того в сложных проектах, содержащих несколько PCB-документов, отчеты могут быть сформированы как для отдельных плат, так и для проекта в целом.

Altium Designer поддерживает два монитора с рекомендуемым разрешением 1280×1024 (рис. 9). Для использования второго монитора необходимо выбрать в настройках экрана опцию Расширить рабочий стол на второй монитор. После этого можно использовать один монитор для работы с Altium Designer, а второй для остальных приложений. Также имеется возможность открыть разные приложения Altium Designer на двух экранах: например, на одном мониторе схему, а на другом плату…

От новых пользователей Altium Designer, конечно же, потребуется обстоятельное знакомство с его инструментами. А квалифицированные консультации, касающиеся приобретения программы и максимального использования ее возможностей предоставят специалисты компании «Нанософт» — официального дистрибьютора компании Altium на территории СНГ и стран Балтии.

Источник: www.cadmaster.ru

5. Сквозное проектирование. Иерархический принцип проектирования в сапр.

Смысл технологии сквозного проектирования состоит в эффективной передаче данных и результатов конкретного текущего этапа проектирования сразу на все последующие этапы.

Данная технология базируется на:

— Модульном построении САПР

— На использовании общих Баз Данных и Баз Знаний всего проекта

— Широких возможностях моделирования и контроля на всех этапах проектирования.

Преимущества сквозного проектирования:

— Сокращение сроков подготовки производства за счет распараллеливания работ.

— Минимизация потерь в производстве от ошибок и просчетов, допущенных при проектировании изделия, от несогласованной отработки изменений, вносимых в проект.

— Возможность целенаправленного поэтапного развития проекта. Это позволяет оптимизировать вложения в автоматизацию

Иерархический принцип построения САПР следует понимать как сочетание 2-х принципов:

Принцип включения – обеспечивает разработку САПР на основе требований, позволяющих включить эту САПР в САПР более высокого уровня.

Принцип системного единства – состоит в том, что при создании, функционировании и развитии САПР связи между подсистемами должны обеспечивать целостность системы.

Иерархический подход в построении САПР проявляется в разделении процесса проектирования на группы проектных процедур.

6. Роль моделирования при проектировании медицинской техники. Моделирование электрических, тепловых, механических, гидро- и аэродинамических процессов.

В современном проектировании сложных по своему схемотехническому исполнению медицинских устройств появляются требования к сокращению сроков, повышению качества проектных работ. Это обусловливают необходимость широкого использования вычислительной техники в процессе проектирования.

Моделирование позволяет избежать дорогостоящих, трудоемких лабораторных исследований и испытаний разрабатываемых электронных схем. Применение САПР дает возможность смоделировать электрические характеристики, режимы работы узлов медицинской и измерительной техники и провести их детальный анализ с высокой точностью.

Моделирование электрических процессов состоит в определении формы и параметров сигнала тока и напряжения, возникающих в различных точках моделируемой схемы. Это позволяет проверить и оптимизировать электрическую принципиальную схему по выходным характеристикам и режимам работы с учетом влияния дестабилизирующих факторов.

Примеры САПР: Micro-Cap, Proteus

Моделирование тепловых процессов изучает теплообмен между размещенными в конструкции элементами и изменения работы устройства при изменении температуры. Это позволяет определить условия эксплуатации устройства, а так же оптимальное расположение элементов внутри устройства и теплоотводов.

Примеры САПР: COMSOL, Ansys

Моделирование механических процессов позволяет построить математическую модель детали и просчитать все нагрузки и напряжения. При этом производится оптимизация геометрии изделия, что позволяет уменьшить массу, уменьшить затраты материалов, и устранить места, испытывающие избыточное нагружение.

Примеры САПР: Siemens NX, Ansys

Моделирование гидро- и аэродинамических процессов исследует потоки проходящие в устройстве. Это позволяет определить основные каналы потока и оптимальное место расположение вентиляторов (насосов).

Примеры САПР: SOLIDWORKS Flow Simulation, Ansys Fluent

Источник: studfile.net

ЧПУ в колледже: как не надо — и как НАДО учить

После получения навыков « ручного черчения» ( см. часть третья), познакомившись с ЕСКД и развив свое пространственное мышление, учащийся становится в начало тропы, называющейся « СКВОЗНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ». Вообще, сквозное проектирование — это современный принцип организации проектного и производственного процесса в самых разных областях человеческой деятельности. Нас, прежде всего, интересует этот принцип применительно к машиностроительному производству, а более конкретно — к механообработке на станках с ЧПУ. «Крупными мазками» последовательность сквозного проектирования в нашем случае можно изобразить следующей картинкой ( рис. 1).

• создание чертежа ( плоских видов) детали со всеми размерами и техническими требованиями;
• создание на основе выполненного чертежа — 3D-модели детали;
• обратная задача ( твердотельное моделирование) — сначала создание 3D-модели детали, а потом, на ее базе — создание плоских видов и чертежа со всеми размерами и требованиями;
• и др.

Но, все эти петли и ветви пути, в конечном итоге, приводят к одной двери ( она называется « Переход в технологическую часть», стрелка от 1 к 2 на рис. 1), за которой… А, а что — «за которой»?

А за ней — либо выход наружу, в «свободное плавание», либо твердая тропа со знакомым ландшафтом.

На твердой тропе сразу просматривается, что завершение пути — не за горами. Да, придется тоже попетлять, но путь подготовлен и размечен.

В свободное же плавание попадают те, кому было легко и свободно « до этого», в CAD-овской части, кто шел знакомым традиционным путем, «как все». В свободном плавании они опять « свободны», предоставлены « воле волн», но, нужно снова искать и выбирать, к какому берегу пристать, чтобы продолжить траекторию, а, выбрав, осваивать особенности нового окружения и, двигаясь, высматривать — видно ли на горизонте завершение.

Ведь можно пройти весь технологический путь, подготовить программу обработки — и снова оказаться перед дверью, но уже закрытой ( стрелка от 2 к 3 на рис. 1).

За дверью-то — учебный станок, но, чтобы открыть дверь, нужен « ключик». Он называется « постпроцессор именно для Вашего станка». А у вас этого ключика нет! Об этом « ключике», вернее программном модуле, нужно было позаботиться заранее.

Одним словом, в свободном плавании — сплошные хлопоты. Конкретизируем описанную выше образную картину.

Не секрет, что, когда заходит речь о компьютерной графике, на вопрос: «Какая программа используется в вашем техникуме?», — в 99 процентах случаев следует ответ: «АвтоКад», или — «Компас».

Хорошие программы для графики, слов нет. Удобные, широко распространенные, интуитивно понятные при освоении. Но… — это « чертилки».

У них нет технологической части. Работая в АвтоКаде или Компасе, Вы выходите через упомянутую выше дверь в «свободное плавание» — с чертежами, 3D-моделями в виде файлов. А что делать дальше?

А дальше — подбирать из имеющихся CAM-программ доступную Вам, удовлетворяющую следующим основным условиям:

• способна адекватно « прочитать», для начала, созданные конструкторские файлы;
• способна использовать эти файлы как базу для разработки технологии изготовления детали;
• располагает модулем постпроцессора, который транслирует разработанную программу обработки в управляющую программу для конкретного станка с ЧПУ, который стоит в Вашей лаборатории.

Первые два условия, как правило, не проблема. Файлы АвтоКада и Компаса « читают» большинство CAM-овских программ. А вот третье… Как Вы будете решать задачу разработки постпроцессора именно для Вашего станка и пристыковки этого модуля к программе CAM — это Ваше личное дело. Как говорится, «…спасение утопающих — дело рук самих утопающих».

Конечно, все технические проблемы можно решить. Но, сама идея организации подготовки по направлению « CAD/CAM-технологии и станки с ЧПУ» в виде « лоскутного одеяла» — выглядит в наше время местечково и архаично.

Надеюсь, я Вас убедил, что современный уровень — это с самых первых шагов обучения использовать полноформатный САПР, имеющий весь набор модулей для сквозного проектирования.

Это позволит учащемуся с самого начала и до завершения находиться в единой программной среде, а не прыгать с программы на программу, каждый раз заново осваивая новый интерфейс. В полноформатном же САПРе на разных этапах проектирования интерфейс сходственный, отличается только мелкими деталями.

Удобно? Безусловно, к тому же экономится куча времени.

Но это еще не все.

Самое главное, что принцип сквозного проектирования подразумевает передачу результатов текущего этапа проектирования сразу на все последующие этапы в единой проектной среде. При этом, изменения, вносимые на любом этапе, отображаются во всех последующих частях проекта.

Данная технология базируется на модульном построении САПР, на использовании общих Баз Данных проекта, и характеризуется широкими возможностями моделирования и контроля на всех этапах проектирования.

К таким этапам, последовательно, относятся: конструкторское проектирование, технологическое проектирование, инженерное проектирование, проектирование технологической оснастки, разработка управляющих программ для оборудования с ЧПУ и их проверка.

Поясню на простом примере.

Уже работая в программном технологическом модуле, Вы, вдруг, обнаружили конструкторский ляп, или недочет, да просто, подумали, и решили изменить радиус, длину или угол, или добавить еще одно отверстие. Одним словом, возникла необходимость внесения изменений на конструкторском этапе.

Если САПР един — то это минутное дело. Вернулись в модуль CAD, внесли изменения, зафиксировали их — и они практически автоматически прошли по всей последующей цепочке.

Все рутинные транслирующие операции автоматизированы. Можете возвращаться к тому месту технологии, где Вы остановились, там Вас уже ждет измененная деталь.

А что Вас ждет, если у Вас « лоскутное одеяло»: CAD сам по себе, CAM сам по себе? Никакого автоматизма, все нужно будет делать вручную. Соответственно — никакого сквозного проектирования.

Одним словом, вопрос настолько очевидный, что обсуждать можно только одно — какой полноформатный САПР выбрать для использования в своем техникуме или колледже. И, если на заре времен выбора большого не было — были только иностранные САПР, то теперь ситуация кардинально изменилась.

Российские САПР сейчас ничуть не уступают, а во многих пользовательских аспектах и превосходят иностранные. И не только потому, что в них все по-русски и есть максимальная методическая поддержка. Не вдаваясь в подробности — из-за того, что российские САПР начали разрабатываться значительно позже иностранных, они изначально строились на более современном программно-математическом базисе. А программно-математический базис, опять же, не вдаваясь в детали, это константа, достаточно постоянная во времени.

По этой причине, во время сравнительных испытаний, зачастую, наши программы опережают иностранные по времени, затраченному на одинаковую работу — просто считают быстрее, более молодые « мозги».

Итак, что же, в итоге, предлагает компания ДиСис в рамках своей концепции?

ДиСис комплектует свои лаборатории-мастерские одной из лучших САПР РФ — CAD/CAM/CAPP-системой ADEM.

Здесь следует еще раз дать расшифровку этих аббревиатур, чтобы сэкономить читателю время на энциклопедические поиски. Коротко, на понятийном уровне, обозначим эти термины.

По порядку следования:

• CAD ( computer-aided design) — автоматизированное проектирование. Термин используется для обозначения широкого спектра компьютерных инструментов для автоматизации двумерного и трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской документации;
• CAM ( computer-aided manufacturing) — автоматизированное производство. Термин используется для обозначения программного обеспечения, основной целью которого является создание программ для управления станками с ЧПУ. Входными данными CAM-системы являются геометрические модели изделий, разработанные в системе автоматизированного проектирования ( CAD).
• CAPP ( computer-aided process planning) — автоматизированная технологическая подготовка производства. Термин используется для обозначения программных инструментов, применяемых на стыке CAD и CAM. Задача технологической подготовки — по заданной CAD-модели изделия составить план его производства. Данный план содержит указания о последовательности технологических операций, используемых станках, инструментах и проч.
• ADEM ( automated design, engineering https://disys.ru/library/8477b6dbb628/» target=»_blank»]disys.ru[/mask_link]