Взаимодействие Mentor Graphics Xpedition с системами механического проектирования (MCAD)

Введение

При создании современных электромеханических устройств возникает множество задач, которые значительно увеличивают время разработки и, как следствие, время выхода нового продукта на рынок. Как правило, эти задачи делятся на две категории:

- обеспечение собираемости и электрических соединений;

- синхронизация данных между электрической и механической частью проекта.

Эти задачи усложняются, когда требования к дизайну неверно транслируются между членами проектной команды. Зазоры между электрическими компонентами и деталями корпуса должны соблюдаться, чтобы не было никаких физических нарушений при установке печатной платы в корпус модуля или всей системы. Проекты механической и электрической части должны разрабатываться параллельно при тесном взаимодействии обоих маршрутов, чтобы обеспечить точность при производстве.

В современные проекты закладывается функциональность, которая охватывает различные дисциплины. Для этого необходима тесная связь между инженерами по электронике и механике. При этом команды инженеров могут быть разбросаны географически по разным странам и континентам. Это накладывает дополнительные трудности при совместном проектировании электромеханической системы.

Рис. 1 Взаимодействие Mentor Xpedition и PTC Creo при помощи ProSTEP ECAD/MCAD

Сегодня многие компании по-прежнему используют формат данных IDF (Intermediate Data Format) для передачи информации между электрической и механической САПР. Данный формат предполагает передачу всей базы данных проекта вне зависимости от того, что изменилось на текущий момент. В результате, отслеживание изменений становится затруднительным и требуется передача дополнительного файла с пояснениями, например, в формате TXT, PDF, PPTX и других, чтобы гарантировать отсутствие потерь данных. Отсутствие или недостаток информации в файле IDF, а также возможные ошибки при многократном экспорте/импорте, могут привести к значительным потерям времени и денег.

Введение протокола обмена данными IDX (Incremental Data Exchange) ассоциацией ProSTEP iViP теперь позволяет конструкторам полностью синхронизировать данные между ECAD- и MCAD-системами и более эффективно выстраивать взаимодействие при работе над критическими частями проекта. При этом значительно упрощается поиск потенциальных проблем на протяжении всего цикла проектирования, что делает процесс разработки более гибким, а также ускоряет выход новой продукции на рынок.

Далее описывается методика взаимодействия внутри электромеханического дизайна и демонстрируются явные преимущества от внедрения нового протокола обмена от ProSTEP.

Маршрут разработки

Построение верного маршрута разработки является решающим моментом в достижении эффективности процесса. Время, затраченное на этот этап, снижает количество всех последующих этапов и гарантирует обмен точными данными на протяжении всего цикла разработки.

В большинстве электромеханических проектов критические ограничения в первую очередь определяет инженер-механик. В эти ограничения входят форма и размер платы, координаты и отверстия крепления, запрещенные зоны для размещения ЭРИ и трассировки, места размещения разъемов и т.д. Затем происходит обмен проектными требованиями и компонентами платы с инженером ECAD для загрузки точных данных на старте проекта. Этот начальный обмен будет файлом «Базы», и по сути представляет собой такой же набор данных, как и файл IDF, т.е. всю базу данных сборки из механического домена. И это единственное сходство между IDF и IDX. Новая схема ProSTEP iViP теперь позволяет выйти за рамки передачи статического файла, позволяя каждой стороне передавать только те данные, которые изменились после имплементации «Базы». Такой подход способствует созданию гораздо более последовательного и точного маршрута передачи информации между проектными дисциплинами. Формат IDX позволяет по-разному отслеживать изменения:

Это способствует более тесному взаимодействию и позволяет выявлять критические проблемы в ходе процесса проектирования.

Следующие шаги описывают типовой маршрут между ECAD- и MCAD-системами при использовании схемы ProSTEP iViP:

1. Инженер-механик создает плату внутри сборки, которая крепится к существующему оборудованию.

- крепежные отверстия заданы, зоны запрета/разрешения определены, критические компоненты размещены.

2. «База» в файле IDX экспортируется инженеру ECAD.

3. «База» загружается в ECAD-систему для синхронизации с MCAD.

4. Инженер ECAD посылает файл с «откликом» о том, что «База» была загружена.

5. В процессе работы в плату вносятся изменения со стороны ECAD или MCAD, изменения транслируются через файл обмена в сторону соответствующей САПР.

Как правило, на данном этапе инженер печатной платы заканчивает размещение наиболее критических компонентов и отсылает данные в MCAD для просмотра.

6. Инженер ECAD или MCAD просматривает изменения и может принять или отклонить их с отправкой соответствующего «отклика» автору.

В случае, если в одном файле IDX передается несколько изменений, то каждое из них можно принять или отклонить индивидуально.

7. Второй инженер принимает файл «отклика» и процесс продолжается.

Файл «отклика» служит подтверждением того, что изменения дошли до адресата и были просмотрены. Это дополнительный этап синхронизации для двух направлений.

Рис. 2 Маршрут взаимодействия ECAD MCAD

Независимое взаимодействие при помощи протокола ProSTEP

На сегодняшний день формат IDF получил наибольшую популярность как средство для обмена данными о печатной плате между инженерами электрической и механической частей проекта. Первоначально IDF был разработан и выпущен компанией Mentor Graphics в 1992 году как открытый формат обмена данными между ECAD- и MCAD-системами. Он быстро завоевал популярность и стал неофициальным стандартом в отрасли. Основным недостатком IDF является то, что внутри файла данных передается вся база проекта из одной программной среды в другую. При этом нет возможности отслеживать изменения. В таком подходе заложена большая вероятность появления ошибок из-за неточностей в файле IDF, особенно на начальной и завершающей стадиях проектирования. Это, в свою очередь, может привести к ошибкам при проектировании.

В мае 2010 года под руководством Mentor Graphics ассоциация ProSTEP iViP разработала открытый стандарт IDX, который отвечает современным требованиям разработки электромеханических устройств. Первым производителем MCAD-систем, который поддержал новый стандарт, стала компания PTC, являющаяся членом проектной группы ProSTEP.

IDX был разработан как независимый формат, который позволяет ECAD- и MCAD-системам общаться на одном языке, но с возможностью записывать и считывать данные с учетом особенностей обеих систем. Это позволяет инженерам экономить время, так как они работают в их «родной» программной среде без необходимости изучать незнакомый интерфейс. Передача информации теперь может осуществляться в любое время и с любой частотой, поскольку процесс обмена данными значительно упрощается. Теперь передается только информация об изменениях, что повышает согласованность разработки и облегчает поиск ошибок на ранних стадиях цикла проектирования.

Ассоциация ProSTEP iViP постоянно совершенствует IDX-формат, чтобы он отвечал современным требованиям к разработке электромеханических изделий и имел перспективы на будущее. Развитие нового формата включает улучшения в управлении данными и дополнительные возможности для взаимодействия инженеров механики и электрики, как, например, возможность мгновенного поиска ошибок и их исправления до передачи проекта на производство.

Рис. 3 Структура обмена данными ProSTEP

Трехмерное топологическое проектирование в Mentor Xpedition

В версию Mentor Xpedition VX.1 была включена среда для полного фотореалистичного 3D просмотра топологии. Работа в среде 3D дает возможность быстрого поиска проблем в электромеханическом проекте, а значит возможность снизить стоимость конечного продукта.

Рис. 4 3D планирование на основе групп компонентов в Xpedition

Наличие качественного 3D в системе ECAD позволяет разработать хорошую стратегию размещения компонентов, максимально увеличить размер платы и снизить количество слоев. Часто инженеру бывает сложно проверить правильность размещения без полного отображения в трехмерном виде. Возможности 3D от Mentor Graphics позволяют максимально быстро определить зоны ограничений по обеим сторонам платы, что дает возможность оптимизировать площадь компоновки и снизить вероятность появления электрических и тепловых проблем. Размещая компоненты группами в 3D, можно рассмотреть несколько вариантов и выбрать наилучший.

Рис. 5 Отображение внутреннего слоя в 2D (слева) и в 3D (справа)

3D в Xpedition – это не просто интерпретация 2D, но и точное фотореалистичное отображение того, как будет выглядеть деталь и сборка на выходе. Xpedition дает полный набор средств визуализации, включая режим прозрачности для компонентов, трасс, шелкографии, паяльной маски и переходных отверстий. Это позволяет устранить проблемы, которые трудно обнаружить при проектировании без проверок DFM.

Рис. 6 Визуализация трасс (вверху слева), шелкографии и паяльной маски (вверху справа), сигнальный внешний слой (внизу слева), внутренние слои (внизу справа) в Xpedition

Вы можете немедленно приступить к созданию проекта с применением нашей полноценной библиотеки 3D моделей. На текущий момент в ней насчитывается порядка 4 миллионов компонентов и тысячи добавляются каждый квартал. Библиотека 3D компонентов от Mentor Graphics содержит не только физическое представление, но и множество параметрической информации, которая может быть использована как для правильной ориентации и выравнивания компонентов на плате, так и для проведения всевозможных видов анализа, включая вибрационный и тепловой. Например, в каждой модели заложены свойства материалов, которые помогаю определить массу и ветроустойчивость до этапа физического прототипирования.

Рис. 7 Примеры моделей из 3D библиотеки Mentor с объемом около 4 миллионов единиц

Рис. 8 Определение пересечений в реальном времени (слева), определение оптимальных, минимальных правил и нарушений (справа)

В Xpedition используется точное параметрическое 3D механическое ядро с возможностью задания 3D ограничений, динамическим определением пересечений и пакетной проверкой правил. Инженеры могут задавать минимальные и оптимальные зазоры и в реальном времени находить нарушения, заданные в Xpedition.

Рис. 9 Плата после производства и сборки (слева) и 3D визуализация в Xpedition (справа)

Вы можете добавить детали корпуса или радиаторы, а затем проверить их пересечения в электрической среде. Xpedition поддерживает возможность создания многоплатной системы, путем импорта подсборок из различных проектов. Это позволяет ускорить интеграцию маршрутов разработки механической и электрической части проекта.