12 - 2013

Проектирование РЭА в SolidWorks: от концепции к реализации

Дарья Миллионщикова
Certified SolidWorks Professional (CSWP), компания SolidWorks Russia

Взаимодействие радиотехнических САПР и систем управления инженерными данными всегда занимало самые светлые умы специалистов области ИT. Но большинство поставщиков предлагает только синхронизацию свойств компонентов и их представлений в разных библиотеках, что зачастую требует действий «вручную». Компания SolidWorks Russia совместно с ОАО НПК СПП разработала принципиально новую, уникальную схему передачи данных из радиотехнических САПР и управление ими с помощью SolidWorks Enterprise PDM.

Радиоэлектронная промышленность прочно занимает одну из ведущих позиций среди отраслей отечественного производства. Компания SolidWorks Russia уже давно решает задачи своих пользователей в области РЭА по организации работы, созданию пакета документов, разбору состава изделия, но… развиваются предприятия, возникают новые задачи, и, как следствие, появляются новые интересные решения.

Скорее всего, многим знакомо такое положение дел, когда на заводе хранятся многолетние наработки, выполненные в наполовину «умерших» системах: библиотеки компонентов, базы данных, не связанные друг с другом источники. Из­за отсутствия единой системы управления данными различные службы не могут работать в сквозном цикле. Результат печален — множеств разрозненных программ скорее создают хаос, чем обеспечивают порядок.

ОАО НПК СПП — один из ведущих клиентов SolidWorks. На предприятии осуществляется полный цикл специализированного процесса создания квантово­оптических систем (КОС). В состав предприятия входят научно­исследовательские отделения, включающие конструкторские отделы, опытно­экспериментальный завод, испытательную стендовую базу и четыре филиала, что позволяет использовать научно­технический и производственный потенциал регионов для создания и испытаний КОС.

Благодаря командной работе сотрудников SolidWorks Russia и специалистов ОАО НПК СПП российское производство обрело новую концепцию работы с данными ECAD­систем (например, Altium Designer, OrCad, Protel и пр.). Игорь Ларионов, ведущий специалист SolidWorks Russia, и Евгений Кондратьев, начальник отдела главного конструктора филиала ОАО НПК СПП в Великом Новгороде, совместно создали уникальное решение, которое позволяет специалистам в области РЭА работать в едином сквозном режиме с другими отделами предприятия.

Для интеграции ECAD­систем в сквозной процесс проектирования необходимо решить множество задач. Это, как минимум, двунаправленный обмен файлами с радиотехническими САПР, автоматизированное создание трехмерной модели печатной платы для формирования сборочного узла с последующим размещением в основном изделии, выполнение объемного электромонтажа, управление библиотеками компонентов, содержащих как механические, так и радиотехнические атрибуты, а также выполнение различного рода тепловых, электромагнитных и других расчетов.

Евгений Кондратьев (ОАО НПК СПП) поделился своими идеями касательно уже имеющейся интеграции и планами развития существующей концепции.

«На нашем предприятии используется программа Altium Designer. Разрабатывать изделия в этой радиотехнической САПР мы начали раньше, чем в SolidWorks. Но, конечно, никакая ECAD­система не помогала нам выявлять возможные конфликты и неточности в моделировании как отдельных плат, так и блоков в целом. После приобретения программного комплекса SolidWorks мы смогли в явном виде увидеть те ошибки, которые в дальнейшем могли привести к браку на производстве, что, в свою очередь, повлекло бы за собой различного рода издержки: переработку РКД, перезапуск производства, срыв сроков и т.п.».

Одним из животрепещущих вопросов для приборостроительной отрасли остается корректная и безболезненная работа с библиотечными компонентами. Библиотеки — это источник данных, и если изначально они некорректны, то в процессе проектирования приходится тратить дополнительное время и ресурсы на доработки, а это нерентабельно.

Приведем простой пример. Во время проектирования платы схемотехниками используется определенный набор библиотечных компонентов. После того как плата полностью разработана, а данные перешли в отдел к конструкторам, им приходится работать с изделием, опять­таки применяя набор библиотек, но в принятой для конструкторов интерпретации. В результате появляется необходимость фактически вторично создавать один и тот же библиотечный элемент, а в итоге ни один специалист не обладает полноценными данными. Причем неактуальность информации данных чаще всего проявляется в процессе создания документации, например спецификаций, ведомости покупных изделий и перечня элементов. Как правило, на предприятиях библиотеки трехмерных моделей не соответствуют библиотекам ECAD, поэтому проблемы начинаются и в области трехмерного моделирования (в качестве примера можно привести несовпадение базовой плоскости, ориентации «моделей», смещение начала координат).

Для решения подобной проблемы многие поставщики программного обеспечения предлагают своим клиентам различные варианты синхронизации: по времени, по событию или просто вручную, что в итоге может все равно привести к появлению ошибок, связанных с неактуальностью информации. Представители SolidWorks Russia совместно со специалистами ОАО НПК СПП внедрили на предприятии уникальную методику организации нормативно­справочной информации, которая полностью исключает проблемы неактуальности данных, поскольку сборка компонентов и визуализация последних изменений производятся «на лету».

Данное решение уникально тем, что оно будет корректно работать под управлением SolidWorks Enterprise PDM с различными радиотехническими САПР, которые могут использовать информацию о компонентах из базы данных, например Altium Designer. Основная идея заключается в том, что один и тот же библиотечный компонент будет использоваться в ECAD­, MCAD­, PDM­, PLM­ и ERP­системах. При этом все данные централизованно хранятся в SolidWorks Enterprise PDM с учетом версионности, что немаловажно для своевременного обмена информацией между отделами, а также для передачи данных в системы управления производством и предприятием: код заказа от поставщика, номер ячейки на складе, ограничительный перечень, наличие в справочниках МО РФ, Фонде УНИЭТ и пр.

Теперь посмотрим, как пошагово решались задачи взаимодействия ECAD­систем и SolidWorks Entrprise PDM на предприятии ОАО НПК СПП.

Итак, первая основная задача — сохранить в PDM 3D­модель библиотечного компонента. Причем это может быть как модель SolidWorks, так и результат работы другой САПР, сохраненный в нейтральном формате. На данный компонент заполняется карточка, кроме того, в автоматическом режиме компонент попадает в предварительно настроенный бизнес­процесс. Если у предприятия есть старые библиотеки, как радиотехнические, так и трехмерные, возможен их перевод в необходимый формат.

Наши «печатники» больше не работают с «болванкой»

Существует одна особенность, знакомая многим радиотехническим предприятиям: те инженеры, которые работают в ECAD­системе, не видят трехмерного варианта библиотечного компонента. Они имеют перед глазами только его двумерное представление — посадочное место, что не всегда полностью информативно. Эта задача была решена путем написания макроса, который позволяет библиотечные 3D­компоненты формата STEP из Solidworks Enterprise PDM встраивать в библиотеки Altium Designer для дальнейшей проработки топологии платы, чтобы обеспечить реализацию различных графических представлений: условно­графическое изображение, посадочное место, 3D­компоненты формата STEP, фотореалистичное 3D­изображение (рис. 1).

Предприятия­поставщики выпускают десятки типов корпусов для поверхностного монтажа, но при этом элементов может быть несколько тысяч. Если требуется быстро получить 3D­модель библиотечного компонента, то можно сначала создать параметризованные мастер­модели, а потом с помощью приложения SWR­Ресурсы получить новые компоненты с нужными размерами в автоматическом режиме (рис. 2).

«Раньше для этих целей у нас использовалась “болванка”, вытянутая из footprint (посадочного места). А сейчас из PDM­системы с помощью макроса передается модель в формате STEP. Наши “печатники” увидели взаимодействие SolidWorks — CircuitWorks и SolidWorks Enterprise PDM и теперь не хотят работать по­старому», — заявляет Евгений Кондратьев.

Рис. 1. Библиотечные 3D-компоненты формата STEP

Рис. 1. Библиотечные 3D-компоненты формата STEP

Рис. 2. Информация о поставщиках

Рис. 2. Информация о поставщиках

Сотни компонентов за минуты!

Свойства каждого библиотечного компонента забираются из библиотек схемотехнических САПР (в примере ОАО НПК СПП — Altium Designer) и полностью передаются в каждую карточку уже созданного трехмерного библиотечного компонента. Для тех, кто продолжает работать в ECAD­системе, разница неощутима, поскольку им доступны только условно­графические изображения (УГО) в том виде, в каком они были до передачи в SolidWorks Enterprise PDM. Для создания схемы не принципиально, где хранится элемент, но это важно для организации сквозного цикла работы всех подразделений и для того, чтобы исключить типовые ошибки, возможные при обычной синхронизации данных.

Какие же свойства библиотечного компонента могут понадобиться схемотехникам и другим специалистам, участвующим в бизнес­процессах предприятия? Как вариант, это описание компонента, маркировка на корпусе, тип компонента, номинал, количество ножек (для подсчета количества паек, при планировании на производстве, для учета амортизации оборудования, подсчета нормочасов монтажников), вариант установки по руководящему документу предприятия, технология монтажа компонента и пр. А чтобы быстро наполнить библиотеку Altium Designer, на помощь приходит бесплатное приложение SWR­Ресурсы, которое позволяет зачитать данные в виде таблиц от производителей компонентов в карточки SolidWorks Enterprise PDM для дальнейшего корректного отображения в виде привычных схемотехникам УГО. Бесплатное приложение SWR­ресурсы позволяет загружать данные с сайтов большинства производителей электронных компонентов (рис. 3).

ис. 3. Свойства компонента Altium Designer

Рис. 3. Свойства компонента Altium Designer

Рис. 3. Свойства компонента Altium Designer

ОАО НПК СПП используют ГОСТ 2.710­81 для буквенно­цифровых обозначений в электрических схемах. Настоящий стандарт распространяется на электрические схемы, а также на конструкторские документы, содержащие сведения об элементах, устройствах и функциональных группах электрических схем, выполняемых вручную и автоматизированным способом во всех отраслях промышленности, и устанавливает типы условных буквенно­цифровых обозначений элементов, устройств и функциональных групп, а также правила их построения. Этот стандарт позволяет не только правильно обозначать УГО, но и тиражировать эту систему обозначений для всего предприятия. SolidWorks Enterprise PDM позволяет хранить любые данные, которые увидели жизнь благодаря этому ГОСТу.

Наполнение базы ЭРИ (электрорадиоизделий) на примере ОАО НПК СПП можно разделить на следующие этапы: выбор элемента по электрическим параметрам, возможность покупки, проверка производства на предмет технологии монтажа, ремонта и т.п.; занесение основных параметров в базу; добавление УГО, посадочного места для ECAD; формирование полновесной 3D­модели, привязка ссылочных документов для производства (как пример — технология монтажа по РД предприятия).

Итак, библиотеки изначально создаются в трехмерном варианте в SolidWorks, после чего привычным действием выгружаются в хранилище SolidWorks Enterprise PDM и регистрируются. Естественно, в автоматическом режиме заполняются настроенные предприятием атрибуты этих файлов. В это время инженер­схемотехник наполняет базу компонентов с учетом только радиотехнических данных.

Сквозная идентификация компонента

Второй этап разработки — формирование 3D­представления печатной платы. Это необходимо для получения объемного варианта сборки, выявления конфликтов и проблемных участков, а также для создания сборочного чертежа, спецификаций и других отчетных документов.

Этот этап вступает в силу, когда уже есть библиотеки компонентов, которые хранятся в SolidWorks Enterprise PDM в виде единой базы, а данные которых наглядно представлены в карточках (рис. 4).

Рис. 4. Основные свойства компонента в SolidWorks Enterprise PDM

Рис. 4. Основные свойства компонента в SolidWorks Enterprise PDM

Одна из основных задач — превратить печатную плату, созданную специалистами­схемотехниками в ECAD и выгруженную в виде IDF­формата, в объемную сборку платы. Те инженеры, которые уже работали со схемой преобразования через CircuitWorks (один из модулей программного комплекса SolidWorks), могут с уверенностью сказать, что выгрузить плату в нейтральном формате IDF и создать из нее сборку SolidWorks не составляет никакого труда (рис. 5).

Рис. 5. Свойства компонента CircuitWorks

Рис. 5. Свойства компонента CircuitWorks

Грамотное централизованное хранение единых библиотек и управление ими — это немаловажно. Но не стоит также забывать и о том, что каждому специалисту — схемотехнику или механику — нужна только определенная атрибутивная составляющая того или иного компонента. Например, тем, кто использует в трехмерной сборке SolidWorks компоненты, преобразованные с помощью CircuitWorks, интересно обозначение модели, ее трехмерное отображение (рис. 6). Для Altium Designer важен тип компонента, номинал и т.д.

Рис. 6. Библиотека CircuitWorks

Рис. 6. Библиотека CircuitWorks

Единая библиотека ЭРИ под управлением SolidWorks Enterprise позволяет передавать данные в разнообразные САПР в том виде, в котором они способны эти данные «понять». Разумеется, передается только часть данных, которые важны для конкретной системы. Отслеживание происходит по ID компонента в SolidWorks Enterprise PDM, что скрыто от глаз пользователя (будь то механик или схемотехник), дабы лишний раз не отвлекать последнего от работы — всё происходит в автоматическом режиме. При этом, если поменялся номер заказа, документ всё равно останется тот же — меняется только карточка компонента, централизованно хранящегося в PDM (рис. 7).

Рис. 7. Ограничительный перечень. Запрос из базы SQL — выборка необходимых свойств

Рис. 7. Ограничительный перечень. Запрос из базы SQL — выборка необходимых свойств

Кто экономит время, тот больше зарабатывает

После прочтения нашей статьи может возникнуть резонный вопрос — а зачем это нужно? Что ж, давайте посмотрим, как помогает концепция Евгения Кондратьева работе нескольких подразделений предприятия ОАО НПК СПП.

На предприятии есть свой формализованный бизнес­процесс, но это не является обязательной схемой для других компаний, это всего лишь реально работающий пример: данные из Altium Designer в виде ВОМ­файла попадают в SolidWorks Enterprise PDM с учетом версионности, при этом весь состав из ECAD­системы линкуется целиком к проекту, что упрощает процедуру поиска (рис. 8 и 9).

Рис.8. Вид печатной платы в AltiumDesigner

Рис.8. Вид печатной платы в AltiumDesigner

Рис.9. Отображение печатной платы в SolidWorks Рис.9. Отображение печатной платы в SolidWorks

Рис.9. Отображение печатной платы в SolidWorks

Раньше специалисты, работавшие в Altium Designer, «выпадали» из общей схемы, приходилось отдельно синхронизировать с ними данные, а это требовало дополнительного времени, при этом повышался риск возникновения ошибок и, как следствие, терялись деньги из­за доработок уже на производстве. Теперь специалистов­электронщиков можно включить в единый цикл проектирования — от технического задания до производства.

Евгений Кондратьев: «Когда о моей идее знают все, она начинает жить»

Завершая свой рассказ о новой концепции взаимодействия радиотехнических САПР и SolidWorks Enterprise PDM, Евгений Кондратьев отметил:  «Если мои идеи остаются только в моей голове, я считаю, что они не живут. О них должны узнать все. И я очень рад, что познакомился с Игорем Ларионовым из SolidWorks Russia, потому что у него было как раз то, что отсутствовало у меня, — инструмент, с помощью которого мне удалось реализовать нашу концепцию. Думаю, когда идейные, творческие представители нашей страны объединятся и будут обмениваться опытом, знаниями, то у нас появится реальный шанс перегнать Запад». 

Компания SolidWorks Russia выражает благодарность ОАО НПК СПП за помощь в подготовке статьи.

САПР и графика 12`2013