Денис Ильгузин, директор центра разработки САПР Электроники, АО «Цифровая мануфактура»
Актуальность
В большинстве современных изделий применяется сложная электронная «начинка», представляющая собой различные шкафы, блоки, коммутационные комплекты высокого уровня. На более низком уровне электроника таких шкафов и блоков может состоять из набора функционально законченных печатных узлов, представляющих собой печатные платы с проводящими дорожками и с установленными на них радиоэлементами. Количество таких узлов в разрабатываемых изделиях может достигать сотен, а то и нескольких тысяч единиц.
О компании «Цифровая мануфактура» АО «Цифровая мануфактура» (www.manufactory.digital) — отечественный разработчик программного обеспечения в области автоматизации процессов проектирования распределительных систем и электро-оборудования сложных технических изделий. Компания является резидентом Особой экономической зоны «Дубна» и специализируется на разработке САПР бортовых кабельных сетей и трубопроводных систем летательных аппаратов, флота и наземной техники различного назначения. Количество заказчиков уникальных решений, разрабатываемых Компанией, с каждым годом увеличивается — для их поддержки открываются проектные офисы и создаются команды разработки в регионах их присутствия (Нижний Новгород, Санкт-Петербург, Москва). Решения, разрабатываемые Компанией:
|
Для разработки схем и топологии печатных узлов используются специализированные САПР электронных устройств, а кроме того, часто можно встретить аббревиатуры ECAD (англ. Electronic Computer-Aided Design), или EDA (англ. Electronic Design Automation). Наиболее широкое распространение на отечественных предприятиях получили системы от компаний Altium, Cadence и Mentor Graphics. Исторически сложилось так, что на большинстве предприятий оказались системы иностранного производства, и даже отсутствие поддержки ЕСКД «из коробки» не отталкивало пользователей. Но с уходом зарубежных вендоров с российского рынка предприятия сразу же столкнулись со сложностями приобретения, лицензирования, с запретом использования таких САПР на предприятиях ОПК, а также с отсутствием официальной технической поддержки как администраторов, так и пользователей. Варианты возможной замены на немногочисленные отечественные решения требовали переобучения персонала, ведь концепции систем в подходе к проектированию значительно различались и пользователи хотели иметь функциональность или поведение инструментов «как в привычной САПР». Еще одним важным критерием был «безболезненный» переход на новую систему, то есть перенос «без потерь» готовых проектов и библиотек, разработанных в зарубежных САПР, в формат заменяющей системы.
В АО «Цифровая мануфактура» было принято решение создать достойную замену иностранным EDA-системам, а ключевыми требованиями при разработке были простой импорт существующих проектов и библиотек без потери информации, удобный пользовательский интерфейс с привычным подходом к проектированию, стабильность работы, достаточный набор инструментов для выполнения большинства задач разработки современного устройства и, конечно же, поддержка ЕСКД «из коробки». Все это теперь есть в современной системе Макс.EDA.
Единая среда электрического проектирования
Стоит отметить, что Макс.EDA — не просто очередная ECAD-система, позволяющая создать набор файлов схемы и топологии печатного узла, достаточные для его производства. В нашей системе фактически создается его цифровой макет с хранимыми электрическими характеристиками, результатами моделирования и прочим, а сама система является одним из инструментов под управлением Единой среды электрического проектирования (ЕСЭП) — рис. 1.
Рис. 1. Целевое представление места ЕСЭП в PLM-среде предприятия
ЕСЭП — это многоуровневая программная платформа, развиваемая «Цифровой мануфактурой». Данная среда дает возможность объединять гетерогенные САПР различного назначения и методологий обработки данных в общее информационное пространство, тем самым «сшивая» разнообразные аспекты проектирования в иерархическую структуру. Концепция Единой среды электрического проектирования сформировалась в результате успешной реализации многочисленных интеграционных решений по передаче проектных данных между САПР собственной разработки и другими решениями, автоматизирующими проектирование, которые применяются у заказчиков.
Комплексное «бесшовное» применение САПР в едином пространстве позволяет снизить трудоемкость разработки, ускорить процедуру внесения изменений в КД, выполнить инженерные расчеты (прочностные, тепловые, электротехнические) с использованием цифровой модели изделия (электрическая составляющая) параллельно с разработкой КД в PLM-комплексе головного изделия. Например, можно с легкостью отследить путь сигнала с «ножки» микросхемы до разъема (Макс.EDA), а затем понять, в какой провод и какого кабеля он поступает (САПР «Макс») и, наконец, в какой блок или на какой печатный узел приходит. Или еще пример: создание схемы и ее моделирование на уровне Макс.EDA позволит получить карты рабочих режимов, которые являются входной информацией для включенной в ЕСЭП программы по расчету надежности, определить потенциально ненадежные составные элементы на начальных стадиях жизненного цикла изделия, то есть еще до его производства.
В рамках работы в ЕСЭП фактически ведется сквозное проектирование электрической и электронной составляющих изделия, которое заключается в гибком использовании инструментов, соответствующих различным маршрутам разработки изделия. В результате такого подхода единая цифровая модель изделия обогащается актуальной информацией, что гарантирует целостность данных, создает единую точку доступа к цифровой модели, обеспечивает ускорение разработки за счет возможности параллельной работы специалистов различного профиля.
Применительно к продуктам собственной разработки сформированная на основании целостной цифровой модели бесшовная связь инструментов разработки от уровня головного изделия (САПР «Галс» или САПР «Макс») до уровня блока и печатной платы (Макс.EDA) обеспечивает гарантии соответствия требованиям, предъявляемым к головному изделию, создает возможность реализации сложных механизмов валидации и моделирования, обеспечивает ускорение процесса проектирования за счет возможности одновременной работы специалистов.
Описание Макс.EDA
При разработке требований к Макс.EDA мы учитывали в первую очередь пожелания отечественных пользователей и опирались на лучшие функциональные решения зарубежных САПР такого класса, широко применяемых на российском рынке. На первом этапе реализации система покрывает возможности проектирования печатных узлов на двухслойных и многослойных платах. В будущем планируется поддержка гибко-жестких плат, а также ведение проектов, состоящих из множества плат.
В своей основе Макс.EDA имеет стандартную компоновку модулей для создания схем, топологии, чертежей и текстовых документов. Все модули реализованы в единой программной оболочке и работают с общей моделью данных, обеспечивая ее целостность. Собственное единое хранилище, разворачиваемое вместе с системой, предназначено как для хранения проектов, так и для реализации библиотеки компонентов с дополнительными возможностями в виде системы контроля версий, управления жизненными циклами и настраиваемых бизнес-процессов.
По сравнению с ранее применяемыми популярными ECAD-решениями многие рутинные задачи процесса проектирования в Макс.EDA автоматизированы. Например, при создании нового проекта печатного узла добавлена информационная карта проекта, которая позволяет как управлять и хранить структуру документов проекта, так и заполнять, синхронизировать и хранить атрибутивную часть каждого из них.
Рис. 2. Наполнение проекта атрибутивной информацией
Из примеров автоматизации: после создания проекта нам достаточно заполнить атрибуты изделия, например Обозначение и Наименование (рис. 2), — и эти параметры синхронизируются и заполнят атрибуты документа схемы (рис. 3), а также печатного узла и печатной платы (рис. 4). Затем, например, мы увидим, что основная надпись на схеме будет автоматически заполнена данными атрибутами.
Рис. 3. Заполнение свойств схемы электрической
Рис. 4. Автоматическое заполнение атрибутов печатного узла и печатной платы как отдельных конструкторских объектов
Также при разработке Макс.EDA была реализована новая концепция разделения таких реальных конструкторских объектов, как «печатный узел» и «печатная плата». Стандартные же EDA-системы оперируют одним документом (файл платы), который, по сути, объединяет в себе печатную плату и печатный узел. Это удобно при разработке топологии, но не отражает реальной картины, создает проблемы при синхронизации структуры печатного узла с PDM-системами или при его передаче в механические САПР. Также зачастую нам требуется изменить топологию печатной платы (без изменения положения компонентов), то есть создать ее новую ревизию, не затрагивая ревизию печатного узла, но при старом подходе разделить версии этих объектов невозможно. В нашей же концепции мы не стали «ломать» привычный способ проектирования печатной платы, но позаботились о разделении внутри проекта данных реальных объектов как при заполнении их атрибутов, так и при генерации выходных файлов или синхронизации с PDM. Такое решение дало возможность поддерживать свою версионность каждым из объектов.
Редакторы схем (рис. 5) и плат (рис. 6) в Макс.EDA реализованы в привычном для пользователей интерфейсе, позволяющем в минимальные сроки освоить новый продукт и начать эффективно его использовать.
Рис. 5. Редактор схем в Макс.EDA
Рис. 6. Редактор плат в Макс.EDA
Макс.EDA подойдет как для небольших предприятий — для них будет предоставлена возможность локального развертывания хранилища и библиотек, так и для крупных предприятий электротехнической, приборостроительной, аэрокосмической отраслей, с организацией сетевого хранилища на сервере. Здесь окажутся востребованными возможности доступа к любому из проектов, единой библиотеке, а также инструменты совместной работы.
Сроки выпуска Макс.EDA
В настоящее время проходит тестирование MVP-версии продукта на нескольких целевых отечественных предприятиях, собираются результаты обратной связи и пожелания пользователей. В то же время функциональность продукта расширяется и пополняется, улучшается стабильность работы, и в I квартале 2025 года ожидается выход «боевой» версии Макс.EDA с базовым набором функций для промышленного применения.
