8 - 2005

Перевод чертежей P-CAD в трехмерные модели T-FLEX CAD

Леонид Махарадзе, Сергей Козлов

Функциональные возможности современных САПР, определяемых как средние, постоянно расширяются, охватывая области, ранее принадлежавшие таким гигантам прикладного программного обеспечения, как Pro/ENGINEER или Unigraphics. Например, многие «средневесы» теперь оснащены модулями конвертирования данных из специализированных САПР электронных устройств (P-CAD и др.). Идя навстречу пожеланиям пользователей T-FLEX CAD, многие из которых разрабатывают электронные блоки, содержащие печатные платы, компания «Топ Системы» создала конвертор для импорта данных из обменных файлов САПР электронных устройств P-CAD версии 2000 и старше в T-FLEX CAD 9. С помощью этого программного модуля создается трехмерная модель печатной платы с установленными на ней электрорадиоэлементами, то есть 3D-модель сборки электронного устройства. Такую 3D-модель печатной платы можно вставить в 3D-модель электронного модуля, а эти модули — в 3D-модель электронного блока, который может содержать более десятка электронных модулей, и таким образом получить полную трехмерную модель сложного изделия.

Самым простым, но, тем не менее, очень полезным является использование полученной трехмерной сборки в операции проверки собираемости. Даже опытным разработчикам бывает трудно представить, где может возникнуть пересечение собираемых электронных модулей, тем более что эти модули проектируют конструкторы печатных плат, а собирает в блок — ведущий конструктор блока. Для проверки собираемости требования к трехмерным моделям электрорадиоэлементов просты — достаточно, чтобы они были разработаны с соблюдением точных геометрических размеров. Далее эту 3D-модель печатной платы можно использовать для различных видов математического моделирования — механического, теплового, электромагнитного и пр. При этом, во-первых, требования к трехмерным моделям при этом резко возрастают, поскольку теперь они должны содержать информацию, необходимую для работы программ моделирования (тепловые и механические свойства материалов, электрические параметры электрорадиоэлементов и т.д.), а во-вторых, необходимы интерфейсы T-FLEX CAD с этими программами моделирования.

Рис. 1. Трехмерная модель резистора ОМЛТ-0,125

Рис. 1. Трехмерная модель резистора ОМЛТ-0,125

Рис. 2. Трехмерная модель микросхемы 133ЛА3

Рис. 2. Трехмерная модель микросхемы 133ЛА3

Инициатором разработки конвертора был Федеральный научно-производственный центр «Раменское приборостроительное конструкторское бюро» (ФНПЦ РПКБ). САПР T-FLEX используется в ФНПЦ РПКБ с 1998 года. Сначала было пять рабочих мест в 2D и три рабочих места в 3D-версии 5.3. Постепенно число рабочих мест было доведено до 38 в T-FLEX 2D, до 18 в T-FLEX 3D и до 7 в T-FLEX 3D SE версии 8. В учебном центре ЗАО «Топ Системы» прошли обучение 20 инженеров ФНПЦ.

Компания «Топ Системы» всегда оперативно реагировала на предложения и замечания инженеров РПКБ по улучшению САПР T-FLEX. За 7 лет работы РПКБ с системой внедрено не менее десятка таких предложений, самым крупным из которых является описываемый здесь конвертор. В настоящее время по заказу ФНПЦ РПКБ разрабатывается еще более сложный программный модуль для пересчета размеров модели на середину поля допуска. Такой пересчет необходим для ускорения разработки управляющих программ для станков с ЧПУ.

В последние четыре года в РПКБ началось активное использование трехмерной версии T-FLEX как для разработки отдельных деталей с последующим изготовлением их на станках с ЧПУ, так и для создания трехмерных сборок. А так как электронные модули с печатными платами составляют большую часть разработок предприятия, то потребность в конверторе стала очевидной.

Сотрудники РПКБ предоставили фирме «Топ Системы» необходимые исходные данные из САПР P-CAD 2002 и приняли активное участие в тестировании конвертора. В процессе тестирования возникла необходимость передачи данных из САПР электронных устройств высокого уровня фирмы Mentor Graphics в T-FLEX, поэтому в настоящее время конвертор дополняется опциями для обработки данных, получаемых из указанной САПР.

Рис. 3. Трехмерная модель микросхемы 140УД6

Рис. 3. Трехмерная модель микросхемы 140УД6

После установки программного модуля конвертирования в интерфейсе T-FLEX в меню «Сервис» появляется опция «PCAD/Импортировать печатную плату…», выбрав которую можно создавать трехмерную модель печатной платы.

Однако, прежде чем начать основную работу, необходимо, как обычно, выполнить подготовительную — разработать в САПР T-FLEX библиотечные 3D-модели электрорадиоэлементов, соответствующих библиотечным элементам используемой САПР электронных устройств. Конвертор, создавая 3D-модель печатной платы, установит на ней 3D-модели элементов T-FLEX, соответствующие библиотечным элементам САПР электронных устройств (P-CAD или САПР фирмы Mentor Graphics).

Простейшим способом получения 3D-модели электрорадиоэлемента является создание модели с привязкой начальной точки построения к точке с координатами 0/0/0 и направлением оси элемента по оси Х. Изображенный на рис. 1 резистор создан в одном пространстве последовательным применением операций «построение трубопровода (создание проволочного вывода)» — «выталкивание (создание корпуса)» — «создать симметрию (второй вывод)» — «нанести текст и вытолкнуть его» — «наложить материалы».

Рис. 4. Трехмерная модель разъема СНП 59

Рис. 4. Трехмерная модель разъема СНП 59

Более сложный элемент, например микросхема 133ЛА3 в корпусе 401.14 (рис. 2), естественно, требует большего числа операций.

Разрабатывать сложные модели электрорадиоэлементов надо как сборочные единицы с использованием фрагментов, то есть трехмерных моделей отдельных частей сложного электрорадио­элемента. Особенно это удобно при разработке элементов с большим числом выводов, как, например, в разъеме СНП 59 (рис. 4). Исходную систему координат, с помощью которой модель элемента вводится в сборку, следует размещать, как это принято в САПР электронных устройств, в первом выводе. При этом ориентировать систему координат надо так, чтобы при установке модели электрорадиоэлемента на 3D-модель платы она принимала положение, соответствующее положению электрорадиоэлемента на печатной плате.

На рис. 3 и 4 приведены примеры более сложных моделей электрорадиоэлементов: микросхема 140УД6 и разъем СНП 59 на 135 выводов.

Модель разъема СНП 59 (рис. 4) создана с использованием операции «Создать линейный массив» для размещения по 45 фрагментам «Вывод_long», «Вывод_mid» и «Вывод_short», что значительно сократило время разработки.

Исходными рабочими файлами для конвертора являются файлы *.brd и *.pro. В первый входит текстовое описание геометрии платы (координаты контура, координаты и ориентация элементов на плате, координаты и диаметры отверстий), а второй, библиотечный файл элементов содержит координаты габаритного прямо­угольника ЭРЭ каждого типа. Эти файлы создаются при выполнении команды File/Export/IDF… в САПР электронных устройств.

Рис. 5. Представление печатной платы в САПР P-CAD 2002

Рис. 5. Представление печатной платы в САПР P-CAD 2002

Соответствие библиотечных элементов P-CAD их 3D-моделям в T-FLEX CAD выполняется по именам. Так, если под именем резистора ОМЛТ-0,125 будет создано нечто другое, например модель микросхемы 133ЛА3, то конвертор, естественно, поставит вместо модели резистора модель микросхемы. Поэтому к созданию библиотечных элементов как в САПР P-CAD, так и в T-FLEX CAD следует относиться с особым вниманием.

На рис. 5 представлена тестовая плата с габаритными размерами 240x170 мм, разработанная в САПР ЭУ P-CAD 2002.

После создания файлов *.brd и *.pro в программе P-CAD (при этом доступно довольно много опций задания структуры экспортируемых данных) переходим в T-FLEX CAD, где уже должен быть установлен программный модуль конвертора. При выборе пункта меню «Сервис» раскрывается его меню, в котором надо выбрать строку с именем P-CAD, затем раскрыть список опций и выбрать «Импортировать печатную плату…». В каталоге, в котором хранятся файлы *.brd и *.pro, указываем на файл *.brd, после чего появляется диалоговое окно «Импортирование IDF-файла» (рис. 6).

Рис. 6. Диалоговое окно импорта IDF-файла

Рис. 6. Диалоговое окно импорта IDF-файла

Этот диалог содержит все настройки, необходимые для создания требуемого трехмерного изображения печатной платы, — можно выбрать необходимые типы отверстий, задать толщину платы, если она должна отличаться от заданной, указать место поиска библиотечных элементов, потребовать генерации позиционных обозначений элементов и имени платы. Позиционные обозначения привязываются к определенным узлам 3D-моделей элементов и создаются как трехмерные текстовые объекты, которые при необходимости можно перемещать по поверхности платы. Имя платы генерируется аналогично по имени файла *.brd и размещается в левой части платы вдоль верхней ее кромки.

После импорта данных будет создана 3D-модель печатной платы *.grb, при этом могут быть выданы сообщения об ошибках и о генерации в виде параллелепипедов элементов платы, для которых нет соответствующих 3D-моделей (рис. 7).

Рис. 7. Трехмерная модель электронного модуля — печатной платы с элементами

Рис. 7. Трехмерная модель электронного модуля — печатной платы с элементами

С этой 3D-моделью печатной платы можно выполнять все операции, применимые к 3D-объектам, например делать вырезы («окна») в плате, которые невозможно получить автоматически, поскольку при экспорте передается только один односвязный контур, а именно контур платы.

В плане программной реализации модуль импорта данных из электронных САПР в T-FLEX CAD полностью реализован при помощи нового программного интерфейса (Open API), представленного в T-FLEX CAD 9. Данный объектно-ориентированный интерфейс основан на технологии .NET и обеспечивает доступ к объектам модели T-FLEX CAD. Open API поставляется в составе системы, при этом специальное лицензирование не требуется. Пользователь системы имеет возможность разрабатывать полноценные приложения на любом из доступных в технологии языков (C++, C#, Visual Basic) с помощью всех объектов пользовательского интерфейса T-FLEX CAD — текстового меню, панелей инструментов, специальных окон, диалога свойств, команд и т.д. Приложение, написанное на Open API, является расширением набора команд T-FLEX CAD. Оно может добавить новые команды и функции к стандартному инструментарию системы. Кроме дополнительных команд, приложение может описывать и объекты со своим поведением. Появление данного открытого API является важным шагом в развитии системы T-FLEX CAD, позволяющим повышать ее функциональность сторонним разработчикам и самим пользователям.

САПР и графика 8'2005