Государственный Комитет Российской Федерации
по высшему образованию
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ
ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ (технический Университет)
Конспект лекций
по курсу «Конструкторское технологическое обеспечение производства ЭВМ»
Студентка:
группы СД-81
Комиссарова А.С.
Москва 2005
Содержание:
1-ый семестр:
1. Лекция№1 Базовые понятия САПР/АСТПП/САИТ 3
Проектирование 3
Основные задачи САПР/АСТПП/САИТ 3
Критерии оптимизации 4
Виды обеспечения САПР/АСТПП/САИТ 4
Классификация САПР/АСТПП/САИТ 5
2. Лекция№2 Организация САПР/АСТПП/САИТ 6
Виды САПР/АСТПП/САИТ 6
Принципы создания САПР/АСТПП/САИТ 7
Стадии создания САПР/АСТПП/САИТ 7
Системный подход к проектированию 7
3. Лекция№3 Базовые технологии проектирования в САПР 9
Технология нисходящего проектирования 9
Технология восходящего проектирования 9
Технология сквозного проектирования 10
Технология последовательного проектирования 10
Технология параллельного проектирования 10
Технология объектно-ориентированного проектирования 11
WAVEтехнология 11
4. Лекция№4 Структура процесса проектирования модуля электронно-вычислительной техники 12
Стратегия автоматизированного интегрированного производства 12
Система CADD'S 5 13
Функции АИП 13
Ключевые особенности системы PRO-ENGINEER 15
Система ADAMS 15
5. Лекция№5 Система проектирования электронных устройств P-CAD 16
Структурная схема системы 16
Алгоритм проектирования модуля в системе P-CAD17
Недостатки системы P-CAD 20
Достоинства системы P-CAD 20
6. Лекция№6 Этап конструкторского проектирования изделий ЭВТ 21
Компоновка конструктивно-функциональных модулей 21
Классификация алгоритмов компоновки 22
7. Лекция№7 (продолжение лекции №6) 24
Размещение элементов на поле платы 24
Классификация алгоритмов размещения 24
8. Лекция№8 Этап технологической подготовки производства 26
АСТПП поискового типа 26
АСТПП генерирующего типа 27
Преимущества внедрения АСТПП 27
Опыт модернизации предприятия по разработке модулей ВТ 27
9. Лекция№9 Технология производства печатный плат 29
Печатные платы. Основные определения 29
Технологический цикл производства печатных плат 30
10. Лекция№10 Поддержка принятия проектных и управленческих решений при проектировании ЭВТ 32
Лекция № 1 Базовые понятия САПР/АСТПП/САИТ
САПР– система автоматизированного проектирования.
АСТПП – автоматизированная система технологической подготовки производства.
САИТ – система автоматизации инженерного труда.
CAD– computer automation design.
CAM– computer automation manufacturing.
CAE– computer automation engineering.
Проектирование– это процесс создания описания необходимого для построения в заданных условиях ещё несуществующего объекта на основе его первичного описания.
Проектирование разделяют на:
неавтоматизированное;
автоматизированное;
автоматическое.
Мы будем рассматривать автоматизированное проектирование, так как оно занимается сложными объектами из большого количества составных частей и позволяет найти рациональное решение задачи проектирования. Мы занимаемся npполными задачами, и при добавлении нового элемента задача растет экспоненциально. Решить задачу можно лишь перебором всех вариантов, а ресурсов ЭВМ для этого не достаточно. Следовательно, мы вынуждены использовать в алгоритмах некие эвристические приемы для нахождения рационального (но не обязательно оптимального) варианта решения, который может удовлетворить пользователя.
Выделяют 2 основные задачи САПР/АСТПП/САИТ*:
анализ;
синтез.
Задача анализа связана с определением функций объекта или системы по заданному описанию и оценкой возможных проектных решений.
Задача синтеза связана с описанием самого объекта и разработкой проектной документации.
Синтез бывает:
структурным (получение структурной схемы объекта, формирование сведений о составе элементов и способов их соединения между собой);
параметрическим (определение числовых значений параметров элементов или системы).
*Далее вместо полного названия САПР/АСТПП/САИТ пишем сокращенно САПР.
Синтез называется оптимизацией, если определяются наилучшие в заданном смысле структуры (это структурная оптимизация) или параметры (это параметрическая оптимизация). Проведение оптимизации требует задания критерия оптимизации. Если критерий оптимизации один, то это скалярная оптимизация, если критериев несколько, то этовекторная оптимизация.
Критерии оптимизации бывают:
частные;
аддитивные;
мультипликативные;
минимаксные.
Для решения задачи анализа применяют специальные языки моделирования VHDLиVerilog. Если анализируется динамика работы объекта, то тогда это называется имитационным моделированием. А если исследуются статические свойства объекта, то используются математические модели и методы интеллектуального анализа (например: нейтронные сети, методы статического анализа). Также для анализа статических и динамических свойств объекта на сегодня применяют экспертные системы и системы поддержки принятия решения (СППР).
Виды обеспечения САПР:
математические (МО) – это совокупность математических методов, моделей и алгоритмов, представленных в заданной форме;
техническое (ТО) – это совокупность связанных и взаимодействующих технических средств (плоттеры, графопостроители и т.д.);
программное (ПО) – это совокупность машинных программ, необходимых для обеспечения процесса проектирования, включающая в себя как системное, так и прикладное ПО;
информационное (ИО) – это совокупность сведений, необходимых для процесса проектирования. Включает СУБД, непосредственно саму Базу Данных и Базу Знаний*;
лингвистическое (ЛО) – это совокупность языков программирования. Включает термины, определения, правила формализации естественного языка и методы сжатия и развертывания текста;
методическое (МТО) – это совокупность документов, устанавливающих состав, правила отбора и эксплуатации средств обеспечения системы;
организационное (ОО) – это совокупность документов, определяющих состав проектной организации, связь между подразделениями, а также форму представления результатов проектирования и порядок рассмотрения проектных документов.
* База знаний — это грамотно управляемый централизованный электронный архив программ, документов, справочников и классификаторов.
Классификация САПР:
по разновидности и сложности объектов проектирования
САПР низкосложных объектов (количество составных частей до 100);
САПР среднесложных объектов (количество составных частей от 100 до 10 тысяч);
САПР высокосложных объектов (количество составных частей от 10 тыс. и более).
по уровню автоматизации
неавтоматизированные (до 25% проектных процедур автоматизирования);
среднеавтоматизированные (от 25 до 50% проектных процедур автоматизир-я);
высокоавтоматизированные (от 50 до 75% проектных процедур автоматизир-я).
по уровню комплексности
одноэтапные (выполняют один этап проектирования);
многоэтапные (выполняют несколько этапов проектирования);
комплексные (выполняют весь цикл проектирования объектов).
4. по характеру и числу выпускаемых проектных документов
низкой производительности (от 100 до 10 тысяч проектных документов)*;
средней производительности (от 10 тыс. до 100 тыс. проектных документов)*;
высокой производительности (от 100 тысяч и более проектных документов)*.
5. по числу уровней технического обеспечения
одноуровневые (строятся на основе ЭВМ среднего и/или высокого класса со штатным периферийным оборудованием);
двухуровневые (строятся на основе ЭВМ среднего или высокого класса, которая в качестве интеллектуальных терминалов использует персональные ЭВМ);
комплексные (строятся на основе ЭВМ среднего или высокого класса, которые объединяются в сеть, и каждый из этих ЭВМ имеет свою сеть персональных ЭВМ).
Сейчас развиваются мощные ЭВМ, которые переходят в класс средних ЭВМ, но которые их не заменяют. Они решают очень серьезные задачи и персональные ЭВМ для этого не подходят.
*Эта цифра дана из расчета на один год работы и один документ – это один лист формата А4. Документ должен быть доступен в течение 50 лет, и находиться на твердом носителе и магнитной ленте.
Лекция № 2 Организация САПР/АСТПП/САИТ
Составными структурными частями САПР являются подсистемы, обладающие всеми свойствами системы и разрабатываемые как самостоятельные системы.
Подсистема САПР- выделенная по некоторым признакам часть САПР, позволяющая получать законченное решение.
САПР бывают:
обслуживающие
система информационного поиска;
система документирования;
система графического отображения объектов проектирования.
проектирующие
подсистема функционального логического проектирования. На выходе этой системы мы получаем функциональную схему, логическую и принципиально – электрическую;
подсистема конструкторского проектирования; На выходе этой системы получаем конструкцию устройства и конструкторскую документацию, которая включает в себя схему расположения элементов на поверхности модуля и топологию печатных соединений между схемами и т.д.;
подсистема технологической подготовки производства. На выходе этой системы мы получаем маршрутную карту производственного процесса и программы, управляющие станками с числовым программным управлением. Тоесть система служит для управления технологическим оборудованием.
В состав как обслуживающих, так и проектирующих систем могут входить:
экспертные системы– это системы, в основе которых лежат базы знаний, представленные либо в виде системы продукций, либо в виде фреймов, либо в виде семантических сетей. Экспертные системы формализуют знания эксперта в определенной предметной области с целью выработки необходимых решений;
системы принятия– это системы, позволяющие производить выборрешенийэффективных проектных решений в условиях определенности и неопределенности исходной информации на основе формальных методов и процедур. Для оценки проектных решений могут применяться нейронные технологии;
системы поддержки – это системы, в которых равно участие ЭВМ и пользователяпринятия решений/ лица принимающего решения (ЛПР). К ним относятся системы поиска данных.
Принципы создания САПР:
Принципы создания САПР подходят под принципы разработки любых систем.
принцип включения– обеспечивает разработку систем на основе требований, позволяющих включать эти системы в САПР более высокого уровня.
принцип системного единства– при создании, функционировании и развитии САПР связь между подсистемами должна обеспечивать целостность всей системы.
принцип развития– САПР должна создаваться и функционировать с учетом появления, совершенствования и обновления её подсистем и компонентов.
принцип комплексности– обеспечивает связность процесса проектирования элементов и объекта в целом на всех уровнях проектирования, позволяя согласовывать и контролировать характеристики элементов и объекта в целом.
принцип информационного единства– состоит в использовании в подсистемах, компонентах и средствах обеспечения САПР единых условных обозначений, терминов, символов, проблемно-ориентированных языков и способов представления данных в соответствии с принятыми нормативными документами.
принцип совместимости– языки, символы, коды, информационные и технические характеристики, связи между подсистемами, средствами обеспечения САПР и компонентами должны обеспечить эффективное функционирование подсистем и сохранять открытую структуру системы в целом. Открытой называют систему, в которой интерфейсы взаимодействия с внешней средой стандартизованы.
принцип стандартизации– состоит в проведении унификации, оптимизации, стандартизации подсистемы компонентов инвариантных к проектируемым объектам и отраслевой специфики, а так же в установлении правил с целью упорядоченья деятельности по созданию и развитию САПР.
Стадии создания САПР:
внешнее проектирование
стадия предпроектных исследований;
разработка ТЗ на проект;
внутреннее проектирование
разработка технических предложений;
рабочий проект;
эскизный проект;
технический проект;
изготовление, отладка, испытание системы в действии.
Системный подход к проектированию
Исследования объектов проектирования с помощью их математических моделей составляют суть системного подхода.
Выделают следующие принципы системного подхода:
1. иерархичность– каждая система или элемент может рассматриваться как отдельная система;
2. структурность– состоит в возможности описания системы через описание коммутационных связей между её элементами;
3. взаимозависимость– заключается в проявлении свойств системы, только при взаимодействии с внешней средой;
4. множественность – заключается в описании системы на основе множестваописаниявзаимодействующих математических моделей;
5. целостность – свойства всей системы определяются на основе анализа свойств её частей.
Суть системного подхода – это проектирование части с учетом целого.
Лекция № 3 Базовые технологии проектирования САПР/АСТПП/САИТ
Наиболее перспективными базовыми технологиями проектирования САПР на сегодняшний день являются:
технология объектного проектирования;
Waveтехнология;
сквозное проектирование;
технология параллельного проектирования;
технология нисходящего проектирования.
Технология нисходящего проектирования:
Технология нисходящего проектирования подразумевает унификацию маршрутов проектирования, которые разделяются на проектные процедуры. Эти процедуры также унифицируются.
Данная технология состоит в последовательности пошаговой детализации выполняемого проекта, при этом на каждом этапе/шаге необходимо рассматривать альтернативные варианты решения, и выбранное наилучшее, которое рассматривается как основа для проекта более низшего уровня.
Предполагается, что инженер начинает работать над проектом на высоком уровне абстракции с последующей детализацией проекта. Основной задачей руководителя или инженера является определение наиболее рационального концептуального решения, выбор алгоритмов проектирования и наиболее эффективных инструментальных средств проектирования. От инженера требуется определение правильной стратегии проектирования на основе достаточно общей и зачастую неопределенной информации. Данная задача решается на основе применения предиктивных инструментальных средств, тоесть программ, обеспечивающих связь этапов функционального, логического, конструкторского проектирования и этапа технологической подготовки производства. При этом предиктивные инструментарии используются как на уровне отдельных проектных процедур и этапов, так и на уровне проекта в целом.
Предиктивные инструментальные средства позволяют работать на уровне прогностических оценок будущего проекта с целью выявления наиболее рациональных путей проектирования.
Технология нисходящего проектирования позволяет получить изделия с наиболее высокими и согласованными характеристиками отдельных узлов и блоков изделий. Однако, если использовать технологию нисходящего проектирования на ряду с применением технологии последовательного проектирования, то недостатком этого подхода будет являться необходимость итерационных циклов / возвратов назад в процессе проектирования.
Технология восходящего проектирования:
Это проектирование объекта как сложной иерархической системы, при котором выполнение проектных процедур с целью получения описания низших иерархических уровней предшествует выполнению проектных процедур с целью описания более высоких иерархических уровней.
Технология восходящего проектирования – это движение от узлов к блокам и изделиям.
Для проектирования изделий вычислительно техники (ВТ) наиболее предпочтительно нисходящее проектирования, которое наилучшим образом позволяет согласовать характеристики отдельных узлов и блоков ЭВМ, которые вместе позволят достичь наилучших характеристик по производительности всего изделия.
Хотя, для ряда изделий восходящее проектирование будет предпочтительно, тоесть когда мы не теряем в эффективности изделия при объединении блоков нижнего уровня, разработка которых не была подчинена единой глобальной цели.
Технология сквозного проектирования:
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, и характеризуется широкими возможностями моделирования и контроля на всех этапах проектирования.
Эффективность данной технологии обусловлена возможностью разработчика использовать те данные, которые с его точки зрения позволяют наиболее успешно справиться с поставленной задачей. Причем эти данные состоят из регламентированного другими специалистами набора, который получен с предыдущих этапов проектирования, и данных, которые разработчик выбирает из общей Базы Проекта, в которой накоплены все данные до текущего этапа проектирования.
Сквозное проектирование применяется, как правило, в сочетании с технологией нисходящего проектирования для изделий ВТ.
Технология последовательного проектирования:
Технология последовательного проектирования строится на основе выполнения каждого последующего этапа проектирования по завершении предыдущего при последовательной передаче информации между этапами.
Эта технология наиболее проста в реализации и не требует никаких дополнительных средств взаимодействия и согласования проектных процедур.
Однако, эта технология ведет в большому количеству повторных итерационных циклов между различными этапами.
Технология параллельного проектирования:
При параллельном проектировании информация относительно каких-либо промежуточных или окончательных характеристиках разрабатываемого изделия формируется и представляется всеми участниками работ, начиная с самых ранних этапов проектирования.
Все участники работ одновременно получают техническое задание (ТЗ) и на основе прогностических оценок дают рекомендации по выполнению более ранних по отношению к ним этапов проектирования.
Прогностическая оценка параметров может быть построена на основе использования математических моделей и методов, применения нейросетевого аппарата и на основе метода искусственного интеллекта (использование систем продукций, фреймов и семантических сетей).
Оценка может производиться на основе как аналитических, так и имитационных моделей (статика и динамика).
Технология параллельного проектирования базируется на интегрированных инструментальных средствах и системах проектирования, причем эта технология подразумевает использование методов выработки и оценки альтернативных стратегий проектирования.
Технология параллельного проектирования послужила основой для развития сквозного проектирования.
На сегодня наиболее широко применяют эту технологию в системе MentorGraphics. Эта технология требует обязательный компонент – распределенную информационную среду. Эффект от применения данной технологии достигается за счет учета мнений и рекомендаций всех последующих исполнителей по отношению к текущему этапу. Эта технология позволяет избежать повторных итерационных циклов проектирования.
Как правило, говорят о последовательно-параллельном проектировании, подразумевая, что последовательность реальных этапов проектирования все равно не может быть нарушена.
Технология объектно-ориентированного проектирования:
Представляет сочетание проблемно-ориентированного и инструментального проектирования.
Для решения задач проектирования предлагается технологический подход, тоесть сначала выбирается общий подход к проектированию, под которым затем разрабатывается технология проектирования, а далее под эту технологию разрабатываются инструментальные средства.
Технология объектно-ориентированного проектирования более полно учитывает особенности проектируемого изделия, но требует модификации при изменении объекта проектирования.
WAVE технология: (what if alternative value engineering)
Эта технология ориентирована на целевое управление глобальными модификациями, проводимыми в больших сборках сложных изделий, и основана на использовании единой виртуальной цифровой модели проектирования.
Благодаря WAVEтехнологии появилась возможность создавать полное электронное представление любого сложного изделия, оперативно модифицировать по ходу развития проекта, и, что очень важно, поддерживать его параллельное проектирование.
|
Использование всех перечисленных технологий и их конкретной комбинации зависит от конкретного вида изделий, причем для одних блоков сложного изделия может быть выбрана одна технология, для других какая то иная. Как правило, для таких объектов более эффективным является сочетание нисходящего, параллельного и wave технологий. |
Лекция № 4 Структура процесса проектирования модуля электронно-вычислительной техники
концептуальное проектирования (аван проектирование)– на данном этапе прорабатывается будущая стратегия всего процесса проектирования, включая выбор основополагающих характеристик изделия, определение наиболее рациональных средств проектирования и технологий проектирования.
функционально-логическое проектирование– включает проектирование функциональных и логических схем, и проектирование программ испытаний и тестов. В итоге, на выходе данного этапа имеем принципиальную электрическую схему устройства.
конструкторское проектирования (техническое проектирование):
- конструкторское аван проектирование:
- формирование множества рациональных вариантов конструкции изделия;
- анализ альтернативных программных модулей реализации последующих проектных процедур и выбор из них наиболее приемлемых (настройка САПР на объект проектирования);
- выбор базового варианта конструкторского решения, тоесть выбор метрических и топологических параметров объекта.
- компоновка конструктивных модулей;
- размещение элементов на поверхности модуля;
- трассировка сигнальных соединений (разработка топологии);
- технологическая подготовка к производству (разработка маршрутных карт производственного процесса);
- подготовка технологической документации.
До недавнего времени главным показателем оценки возможностей САПР была скорость трассировки сигнальных соединений. На этапах аван проектирования, компоновки блоков и размещения элементов не продумали достаточно серьезно сложность задач трассировки, а проблему решали за счет разработки все более мощных программ трассировки.
Сейчас стратегия изменена, тоесть на начальных этапах проектирования ведется поиск такого конструктивного решения, которое в наибольшей степени облегчает задачу трассировки, с целью использовать менее дорогостоящие трассировщики, однако вероятность успешного решения задачи трассировки повышается.
В настоящее время фирмы производители САПР используют программы трассировки независимых разработчиков, которые могут успешно включаться в данную САПР, поскольку все современные САПР разработаны на технологии открытых систем.
Стратегия автоматизированного интегрированного производства (АИП)
Целью АИП является применение эффективных методов проектирования и производства в единой системе с целью обеспечения экономического благополучия предприятия.
Технология АИП базируется на полном электронном описании изделия.
Стратегия АИП включает:
- маркетинг;
- концептуальное рабочее проектирование;
- технологическая подготовка производства;
- эксплуатация объекта;
- сопровождение объекта.
Примером современной системы, реализующей стратегию АИП, является система CADD'S 5. Эта интегрированная инструментальная среда системы включает 85 отдельных продуктов, функционально охватывающих:
- эскизное рабочее проектирование;
- синтез геометрических моделей;
- инженерный анализ;
- разработка документации;
- подготовка производства.
Работая в среде параметрического проектирования CADD'S5 пользователь определяет целевую функцию, указывает изменяемые параметры и задает связывающие условия. Далее осуществляется настройка подсистемы и запускается подсистемаDESIGN OPTIMIZER, которая последовательно рассматривает различные варианты конструкции, приближаясь к наиболее рациональному решению.
Выделяют 6 основных функций АИП:
исследование, разработка и проектирование. Включает в себя:
- базисное проектирование (часть его это аван проектирование и предпроектные исследования);
- прогностическая оценка и выбор наиболее рациональных проектных параметров.
- контроль и администрирование процесса проектирования в терминах информационных систем. Эта функция управляет данными (данные геометрического моделирования, цифровой контроль данных, анализ корректности данных, инспекция технического задания и администрирование данных в соответствии с наиболее эффективными маршрутами проектирования).
Эта функция реализуется через САИТ и САПР. Наиболее успешно эта функция реализована в системе PRO-ENGINEER, которая являетсяCAD/CAM/CAEсистемой 3-го поколения. Система обеспечивает работу проектировщика с единой математической моделью объекта, а не с набором разрозненных математических моделей. Обобщенная математическая модель объекта может быть представлена в виде многоуровневой, конвейерной, сетевой, математической модели, где уровни модели отражают уровни (этапы) проектирования изделия. Конвейерность модели отражает механизмы передачи данных и их спектр между этапами, необязательно соседними, и сетевая структура модели отражает параметрические связи между отдельными характеристиками отдельного изделия. Многоуровневость модели отражает также процесс последовательной детализации объекта в ходе проектирования.
планирование производства, включает в себя все уровни планирования, в том числе:
- долгосрочное планирование;
- динамическое планирование процессов проектирования производства;
- планирование производства;
- планирование сбыта изделия.
3. организация производственных процедур. Включает процедуры по производству, контролю и складирования готовой продукции.
4. продажа и маркетинг. Включает в себя:
- установление планов по производству и продаже;
- разработка программ по маркетингу;
- обеспечение работы вспомогательных служб.
5. финансовое управление процессами проектирования и производства, распределение и учет затрат. Обеспечивает постоянную опережающую оценку затрат при процессах проектирования и производства.
6. система администрирования. Включает все аспекты управления:
- управление персоналом;
- управление офисом (управление предприятием, собственностью и отношениями с общественностью).
Все перечисленные функции строятся на принципе опережающего планирования процессов проектирования и производства изделия. Управление общим потоком информации в компании, реализующей технологию АИП, невозможно без элементов поддержки, к которым относятся:
- аппаратный и программный контроль;
- обеспечение информационной связи компонентов;
- управление данными;
- общее управление системой;
- прикладное программное обеспечение;
- всевозможные системы поддержки принятия решений;
- система управления производственными функциями.
Все 7 элементов составляют инфраструктуру АИП. В структуру АИП также входят системы реализации затрат, включая:
- подсистема бухгалтерского учета;
- подсистема контроля затрат. Определяет срочные изменения и дополнения, которые необходимо внести в проект, а также процесс производства и выпуска изделия.
- подсистема планирования затрат. Определяет на этапах разработки ТЗ и аван проектирования величину приблизительных затрат на разработку и производство изделия.
Ключевые особенности системы PRO-ENGINEER:
единая структура Базы Данных проекта, сквозная параметризация, модульная структура построения системы. Проектирования ведется с использованием объектно-ориентированных процедур, и система все более ориентируется на конструкторов и технологов, а не на математиков.
независимость от программно-аппаратной платформы. Поскольку система предназначена для комплексной автоматизации предприятия, как правило, уже имеющей спектр компьютерной техники различных производителей, эта особенность является принципиальной.
Процесс параметрического моделирования в системе можно описать следующим образом: в ходе построения геометрии объектов система накапливает спектр конструктивно-технологических параметров и отношений между ними, а также формализует протокол (историю создания геометрии), это позволяет легко регенерировать и модифицировать модель, а также автоматизировать итерационную отладку конструкции. Примером может служить задание геометрии отдельных элементов и связей между ними на входе, а в качестве целевой функции – условия размещения в заданных габаритах.
Система ADAMS:
Эта система интегрирует программные продукты в единую технологию, охватывающую весь цикл разрабатываемого изделия от эскизного проектирования до выпуска готового образца. Система автоматически выполняет широкую вариацию параметров с целью оптимизации проектного решения по заданному показателю. При этом программные модули системы делятся на:
- моделирующие;
- вычислительные;
- интегрирующие;
- модуль визуализации.
Лекция № 5 Система проектирования электронных устройств P-CAD
Система P-CADявляется интегрированным набором специализированных программных пакетов, работающих в диалоговом режиме. Средства системы позволяют проектировать принципиальные электрические схемы, печатные платы (в том числе и многослойные), а также получать всю необходимую конструкторскую документацию. Сегодняшняя версия системы позволяет проектировать плату, содержащую до 500 компонент и 2 тысячи поэлементной связи.
Структурная схема системы:
В структуру входят следующие пакеты:
пакет для проектирования принципиальных электрических схем и создания образов радиоэлектронных компонентов;
программа извлечения списка электрических связей из графического образа принципиальной электрической схемы. В результате создается таблица соединений;
программа-соединение взаимосвязанных таблиц межэлементных соединений, находящихся в различных БД, в единую БД всей принципиальной электрической схемы;
программа преобразования текстового файла в библиотеки, использующихся в схеме, компонентов;
программа упаковки вентилей на кристаллах микросхем и подсоединение конструктива, если это необходимо. Конструктив – это сам кристалл или печатная плата (основа на которой ведется разработка). Этот пакет реализует задачу компоновки конструктивного модуля, тоесть распределение принципиальной электрической схемы по корпусам интегральных микросхем;
программа автоматического или ручного размещения компонентов по полю конструктива. Основным критерием качества размещения является в этой программе минимум средней длины сигнальных соединений. На сегодня данный критерий в современных системах, как правило, не используют, так как при его достижении на кристалле или плате образуются области с очень высокой плотностью межэлементных соединений, внутри которых даже с помощью современных программ трассировки не удается развести сигнальные соединения. Поэтому сегодня чаще используют критерий равномерного размещения элементов с точки зрения длины сигнальных соединений (чтобы не было ни очень коротких, ни очень длинных проводников). Иногда 2 этих критерия применяются попеременно в цикле для выхода на наиболее приемлемый результат;
программа коррекции принципиальной электрической схемы с учетом возможных соединений в результате работы программы размещения;
программа автоматической трассировки печатных плат с настройкой стратегии процесса трассировки. Программа реализована на основе волнового алгоритма (алгоритм Ли). Пример:
|
|
|
|
|
|
|
3 |
X |
3 |
B |
|
|
2 |
1 |
2 |
X |
|
|
1 |
A |
1 |
X |
|
|
2 |
1 |
2 |
3 |
|
В – приемник
Х – занятые участки каналов
Условие: проводник можно провести только под прямым углом.
Проводка: программа выбирает, где меньше изгибов (из варианта аиб– решением будет вариантб).
Почему межслойных переходов должно быть меньше? Потому что надежность платы определяется межслойными переходами, которых в плате может быть десятки тысяч.
Существует канальная модификация данного алгоритма (разрешение вопроса внутри канала).
Недостатки:большие ресурсы по запоминанию информации.
интеллектуальный графический редактор печатных плат (редактирование рисунка);
верификатор топологии печатной платы на соответствие конструктивно технологическим требованиям (программа, которая проверяет допустимые расстояния, толщину).
Кроме этих программ в систему может включаться пакет функционально логического моделирования принципиальной схемы. В системе предусмотрена возможность получения файлов для вывода чертежей на плоттеры или на постпроцессоры для станков с числовым программным управлением.
Алгоритма проектирования модуля в системе P-CAD:
Исходными данными для проектирования являются:
техническое задание на разработку модуля;
библиотека электронных компонентов;
параметры символьных отображений компонентов, находящиеся в соответствии с конструктивно-технологическими образами этих компонентов;
принципиальная электрическая схема модуля и перечень используемых элементов.
Этапы:
начальная настройка системы
заготовка файла, содержащего имена всех используемых компонентов;
все символьные отображения компонентов;
все конструктивно-технологические отображения компонентов;
задание ограничителя формата принципиальной электрической схемы;
описывается используемый конструктив, тоесть задаются размеры используемой печатной платы, стратегия трассировки сигнальных соединений;
все данные заносятся в предварительно созданный справочник проектируемого модуля.
коррекция библиотек системы. Перед началом проектирования необходимо убедиться, что все компоненты в данном модуле описаны в эталонной библиотеке. Описание состоит из 2-х частей: символьное и конструктивно-технологическое описание компонента.
создание символьного описания компонентов:
обозначение контактов;
введение текстовых обозначений;
установки рабочих параметров;
построение графического изображения;
задание ключевой точки (левый нижний / правый верхний контакт);
введение информации об установке вентилей в корпусе;
запись созданного описания.
построение конструкторско-технологического образа компонента:
введение конструкторско-технологических обозначений;
построение графического изображения;
введение текстовых обозначений;
установки рабочих параметров;
задание ключевой точки (левый нижний / правый верхний контакт);
введение информации об установке вентилей в корпусе;
запись созданного описания.
построение принципиальной электрической схемы:
установка рабочих параметров;
вызов файла формата чертежа;
размещение элементов схемы на поле чертежа;
построение графического отображения электрических связей;
введение конструкторских обозначений элементов;
запись созданной схемы.
выделение списка целей принципиальной электрической схемы. В результате работы этой программы создается файл электрических соединений;
создание библиотеки описания элементов. С помощью текстового редактора строится / корректируется символьный файл, содержащий перечень используемых компонентов и соответствующих им файлов символьных и конструкторско-технологических образов.
подготовка конструктива (задание его размеров);
упаковка вентилей. Выполняется процедура, которая производит упаковку вентилей по корпусам на основе списка электрических связей и подсоединяется конструктив платы.
создание Базы Данных проекта, в которую входят:
конструктив с не установленными компонентами;
ко\мандный файл для коррекции принципиальной электрической схемы;
файл ошибок;
набор файлов для программы выпуска справочно-статистической документации.
Все эти данные формируются автоматически в результате выполнения предыдущих пунктов.
размещение компонентов по полю конструктива. Задача размещения сводится к расстановке корпусов элементов на поле платы с учетом показателя / критерия минимума длины сигнальных соединений. Этот критерий является косвенным критерием сложности задачи трассировки, однако, на сегодняшний день наиболее оптимальным является критерий равномерного размещения элементов с точки зрения средней длины сигнальных соединений. Ресурсы при решении задачи размещения требуются на то, чтобы в дальнейшем обеспечить 100% трассировку соединений. Автоматическое размещение элементов состоит из следующих шагов:
настройка программы на конкретный проект;
загрузка проекта;
расстановка закрепленных элементов. Закрепленными называются элементы, которые могут устанавливаться в общем случае вне сетки размещения элементов (в любом месте платы) и место положения которых в дальнейшем менять нельзя. Примером может служить процессор;
указание сетки размещения элементов (шаг по горизонтали и вертикали);
указание элементов подлежащих автоматической расстановке;
создание барьеров для размещения, с помощью которых выделяют области на плате, размещение в которых недопустимо (так как проходят много соединений и нужны отверстия для крепления станка), в том числе это расстояние от краев платы и разъемов платы;
описание характеристики расположения регулярных элементов и элементов обвязки. Элементы обвязкирасполагаются по периметру платы или кристалла.
указание свободных зон вокруг размещаемых элементов;
начальная расстановка элементов по узлам сетки размещения;
при необходимости проводятся улучшения качества размещения элементов на основе итерационного алгоритма попарных перестановок как самих корпусов элементов, так и взаимозаменяемых вентилей в одноименных элементах;
ручная коррекция полученного размещения;
запись полученного размещения.
прокладка шин питания и формирование зон запрета. Производится формирование зон запрета на коммутационном поле платы для трассировки соединений. Эти зоны могут указываться как для каждого слоя платы отдельно, так и на все одновременно, и тогда они имеют одну и туже конфигурацию. Шины земля и питание, если плата двухслойная, располагаются параллельно между рядами микросхем, а если плата многослойная, то для них выделяются отдельные слои. Шины земля и питание, как правило, шире сигнальных проводников, их ширина может быть 3-5мм.
трассировка соединений. Самый сложный этап во всем цикле разработки платы.
настройка технологических параметров трассировки;
настройка параметров алгоритма (используется волновой алгоритм):
выбор весовых коэффициентов алгоритма;
выбор типа алгоритма трассировки (лучевой, канальный, полный);
задание числа итераций (циклов прохода задач трассировки);
приведение в соответствие типов используемых проводников и графических образов контактных площадок. Имеется в виду, что на конце каждого проводника находится контактная площадь круглой или квадратной формы, которая должна соответствовать условиям производства;
выбор ширины сигнальных проводников (в настоящее время можно обеспечить ширину до 0,625мм).
запуск процедуры трассировки и запись результатов. Существует возможность ручной корректировки результатов трассировки.
формирование информации о печатной плате. К выходной информации относят то, какую документацию передать на производство в дальнейшем.
принципиальная электрическая микросхема;
перечень используемых элементов (спецификации в виде текстового файла);
рисунок топологии печатной платы;
Техническое Задание на разработку платы, в котором должно быть указано:
конструктив;
форма лицевой напели с установленными элементами, разъемами и надписями.
вид обратной панели и индивидуальные особенности реализации проекта.
Недостатки системы P-CAD:
отсутствие автоматических средств возврата к различным этапам проектирования при обнаружении ошибок и соответствующей коррекции результатов предыдущих этапов проектирования;
графический редактор системы, как правило, неустойчиво работает на краях поля трассировки;
возможные ошибки при копировании и вращении всего проекта.
Достоинства системы P-CAD:
Система P-CADодна из самых экономичных по установочным требованиям система;
низкая цена системы;
установлена на многих предприятиях, а значит между предприятиями легко проводить обмен данными.
Лекция № 6 Этап конструкторского (технологического) проектирования изделий ЭВТ
Включает 3 этапа:
компоновка конструктивно-функциональных модулей (КФМ);
размещение элементов на коммутационном поле платы или кристалла;
трассировка печатных соединений.
Компоновка конструктивно-функциональных модулей (КФМ):
Задача компоновки рассматривается как задача распределения принципиальной электрической схемы по платам изделия и далее по корпусам микросхем, устанавливаемых на конкретных платах.
Задачи компоновки могут касаться компоновки микросхем, плат и блоков устройств. В этом случае говорят о компоновке КФМ i-го уровня модулямиi+1гоуровня.
Задачи компоновки основываются на ряде показателей, по которым оценивается качество компоновки.
Формально задачу компоновки можно сформулировать следующим образом: объединить модули низшего i-1гоуровня в модули более высокогоiгоуровня по заданному критерию качества при наличии ограничений.
Среди методов компоновки выделяются 2 разновидности:
методы, которые осуществляют разбиение коммутационной схемы на части / блоки с учетом таких ограничений как:
число элементов в блоке;
число внешних выводов блока и суммарная площадь, занимаемая элементами и соединениями;
Основными показателями такого разбиения являются:
число образующихся блоков;
число межблочных соединений;
величина задержки в распространении сигнала;
электрическая, магнитная, тепловая совместимость элементов.
Задачи такого вида возникают при разбиении коммутационной схемы на блоки, к которым не предъявлены требования схемной унификации. Это задачи распределения плат по панелям, интегральных микросхем по платам, коммутационных схем по кристаллам интегральных микросхем. Таким образом к 1-му классу задач компоновки относят такие, в которых критерии качества и ограничения могут быть сведены к определенным конструктивным параметрам, характеризующих расположение отдельных элементов и соответствующих межсоединений.
Эти задачи называют задачами компоновки конструктивных модулей или блоков.
методы, в которых кроме конструктивных характеристик модулей важны и их функциональные характеристики. Они возникают на этапе перехода от функциональных или логических схем к электрическим принципиальным схемам, указывающим заданную систему элементов. Сводится к назначению элементов логической схемы в типовые модули из заданного набора.
Данный типа задач основан на методах покрытия функциональных, логических, принципиальных электрических схем элементами заданной серии и на методах компоновки типовых блоков.
Основными критериями при покрытии схем являются:
число модулей, необходимых для покрытия исходной схемы;
число межмодульных соединений;
число типов используемых модулей;
число используемых элементов в модуле (минимизация числа неиспользуемых элементов в модуле).
2-ой класс нужен для широко выпускаемых изделий и типовых плат.
Если речь идет о заказной БИС, то анализируется необходимое число элементов на кристалле.*
Если речь идет о полу заказной БИС (матричная БИС), то анализируется минимизация избыточности кристалла. Как ограничение выступают конструктивные функциональные характеристики типовых модулей:
максимально допустимое число элементов i-1гоуровня в модуляхiгоуровня;
максимальное число выводов i-1гоуровня;
ограничение на совместную работу модулей i-1гоуровня.
Для методов 2-го типа тоже могут учитываться конструктивно-технологические характеристики наряду с функциональными характеристиками.
Для указанных типов задач компоновки выделяют алгоритмы компоновки конструктивных и технологических блоков.
Классификация алгоритмов компоновки:
алгоритмы компоновки конструктивных блоков:
алгоритмы, основанные на математических методах – задачи компоновки, описываемые в виде системы уравнений. В этих методах используют метод ветвей и границ, решаются задачи о назначениях. Состоит из этапов:
– определяется нижняя оценка разбиения графа на заданное число частей;
– производится построение дерева решений и осуществляется поиск наилучшего результата. Задачу разбиения графа схемы на части можно свести к задаче о назначениях, при этом ищется вариант назначения кандидатов (вершин графа) во все части, дающий минимальные суммарные затраты. При этом каждая вершина может быть назначена в одну часть;
последовательные методы - комбинаторные методы. Вводится последовательный процесс компоновки частей. На каждом шаге которого, в очередную часть добавляется один из элементов, выбираемый по определенному приоритету;
параллельно-последовательные методы – методы парных перестановок. В этих методах сначала выделяется исходное множество групп элементов, которые затем распределяются по печатным платам с учетом заданных показателей и ограничений.
*Заказной кристалл – только для индивидуального использования. Хорошо по производительности.
Полу заказной кристалл – использование базовых технологий ячеек с конкретной функциональной "начинкой"; заготовка кристалла. Не очень хорошо по показателям качества по сравнению с заказным кристаллом.
Эти методы используются для решения задач компоновки со специальными требованиями (например: минимизация числа однотипных блоков). Как правило, метод используется для получения начального (базового) варианта компоновки;
итерационные методы – методы групповых перестановок. Служат для улучшения начального варианта компоновки в соответствии с заданным критерием качества. При использовании итерационных алгоритмов сначала граф схемы разбивают на определенное число частей произвольным образом (например: с помощью последовательного алгоритма). Затем по некоторым правилам производится перестановка вершин из одной части графа в другую с целью минимизации числа внешних ребер. (Это означает то, что будет минимум межмодульных соединений, следовательно, уменьшится задержка сигнала и улучшится общая надежность);
алгоритмы компоновки типовых блоков:
алгоритмы покрытия – получение ячеек с несвязными элементами. Представление функциональной схемы устройства конструктивными типовыми элементами и связями между ними с выполнением заданных конструктивных ограничений. При покрытии выделяют задачи с несвязными элементами и функциональными ячейками. В первом случае решаются задачи определения необходимого числа ячеек для покрытия схемы с минимальной суммарной стоимостью и минимум числа свободных связей между ячейками. Во втором случае решается задача покрытия схемы с заданным набором функциональных ячеек с минимизацией числа этих ячеек и суммарного числа связей между ними;
алгоритмы типизации – получение функциональных ячеек. Это разбиение схемы на части по критерию "минимум номенклатуры частей разбиения или максимум однотипности используемых ячеек". Сокращение номенклатуры используемых ячеек уменьшает общую стоимость изделия, уменьшает затраты на проектирование и облегчает эксплуатационные сопровождаемые изделия.
Лекция № 7 (продолжение лекции №6)
Размещение элементов на коммутационном поле платы или кристалла:
С точки зрения математической постановки задачи, задача размещения состоит в следующем:
Имеется фиксированный набор (множество) позиций для установки элементов и фиксированный набор самих элементов, которые необходимо разместить. Необходимо найти такое соответствие между этими наборами, чтобы выполнялись следующие критерии качества размещения:
критерий равномерности плотности сигнальных соединений на различных участках платы;
минимум средней длины сигнальных соединений;
минимум суммарной длины сигнальных соединений;
совместимость элементов с точки зрения тепловыделения различных участков платы;
совместимость взаимного расположения элементов с точки зрения минимизации электромагнитных помех (наводок);
оптимальное / рациональное размещение внешних выводов модулей;
равномерность размещения элементов по полю конструктива.
1-3 критерии являются косвенными критериями решения задачи 100% трассировки сигнальных соединений, тоесть этап размещения определяет возможность решить задачу трассировки.
Классификация алгоритмов размещения:
непрерывно дискретные
градиентные;
построение динамических моделей;
дискретные
случайного поиска;
алгоритм назначения (линейного и квадратного);
эвристические алгоритмы.
При использовании непрерывно-дискретных методовзадача решается в 2 этапа. На первом этапе определяются координаты местоположения центров элементов, при которых целевая функция принимает экстремальные значения, (эта координата носит непрерывный характер), тоесть центры элементов могут оказаться в любых местах платы. На втором этапе полученная координата округляется до фиксированного значения координатной сетки, (эта координата носит дискретный характер).
Градиентные методы: задача сводится к минимизации суммарной взвешенной длины соединений, которая является целевой функцией (градиент в точке (x,y,z) это вектор, длина которого равна наибольшему значению производной по направлению, и который направлен так же, как и вектор, соответствующий наибольшему значению производной по направлению в точке (x,y,z) ).
Достоинства градиентного метода:небольшие затраты машинного времени + наличие стандартных программ для решения задачи.
Недостатки градиентного метода:возможность получения лишь локального экстремума + низкая эффективность при пологом экстремуме + большая неравномерность элементов на коммутационном поле.
Эффективность данного метода серьезно повышается, если его применить совместно с методом случайного поиска ("раскидывание" точек по полю).
Метод построения динамических моделей:задачи размещения сводятся к представлению системы элементов в виде системы материальных точек, на каждую из которых действуют силы притяжения и отталкивания. Сила притяжения пропорциональна числу связей (проводников) между соответствующими элементами, а сила отталкивания вводится искусственно для предотвращения слияния двух точек в одну. Решением задачи является такое размещение элементов (расположение точек), при котором равнодействующая всех сил равна нулю.
Достоинства:возможность нахождения глобального экстремума + возможность сведения задачи к процедурам, для которых уже есть стандартные численные методы.
Недостатки:трудоемкость и сложность реализации метода при большом числе элементов + необходимость предварительного фиксирования позиций части элементов для предотвращения неравномерности их размещения на коммутационном поле.
Эти методы наиболее эффективны для размещения разногабаритных элементов.
Дискретные методы:решают задачу размещения элементов на фиксированном числе посадочных мест, расположенных в узлах координатной сетки.
Алгоритм случайного поиска:решает задачу размещения на основе случайного начального размещения элементов и последовательного / итерационного размещения элементов, связанных с уже установленными элементами.
Алгоритм назначения:сводится к назначению определенных элементов в определенные позиции координатной сетки с учетом достижения экстренно целевой функции. Задача может решаться как система управлений.
Достоинства: разработано много программного обеспечения для решения этих методов.
Недостатки:трудоемкость решения при большой размерности.
Эвристические методы:сводятся к алгоритмической реализации того или иного приема (эвристика), которая может привести к рациональному результату.
Достоинства:как правило, небольшое время решения задачи.
Недостатки:в редком случае приводят к оптимальным результатам.
За этапом размещения элементов следует этап трассировки сигнальных соединений, который завершает процесс конструкторского (технического) проектирования печатных плат.
Лекция № 8 Этап технологической подготовки производства
Исходными данными для этого этапа являются:
принципиальная электрическая схема устройства;
техническое задание на разработку платы;
топология печатной платы;
схема расположения элементов на плате;
внешний вид платы с обеих сторон.
Результатом этапа будет маршрутная карта производства изделия, которая отражает последовательность используемого оборудования, режим используемого оборудования и данные, передаваемые с одного этапа производства на другой.
В настоящее время этап практически полностью автоматизирован. Используется 2 подхода для автоматизации этапа технологической подготовки производства:
разработка автоматизированных систем технологической подготовки производства (АСТПП) поискового типа;
создание АСТПП генерирующего типа.
АСТПП поискового типа:
АСТПП поискового типа основана на идеологии классификации и кодирования производственных процедур и соответствующих компонентов изделия или изделия в целом. При этом подходе элементы группируются в семейства, различающиеся по своим производственным технологическим характеристикам. Для каждого семейства формируется своя маршрутная карта или типовой план производственного процесса, который заносится в ЭВМ и извлекается оттуда при появлении на входе системы элементов этого семейства. При разработке плана производственного процесса для новых изделий требуется лишь редактирование уже существующих типовых планов. В отдельных случаях в Базу Данных может добавляться новый план. Система классификации и кодирования позволяет осуществлять эффективный поиск необходимых планов в Базе Данных. Типовые технологические маршруты могут совпадать для разных изделий, но список конкретных процедур, выполняемых на станках с числовым программным управлением (ЧПУ), может отличаться. Поэтому типовой план, как правило, содержит описание последовательности оборудования и описание технологических процедур.
Подобные АСТПП ещё называют вариантными.
Схема информационных потоков в АСТПП поискового типа:
ввод пользователем кода изготавливаемого изделия на вход системы;
поиск семейства элементов, соответствующих данному коду;
извлечение из Базы Данных описания типового технологического маршрута для данного семейства;
выявление редактирования типовых технологических процедур;
форматирование полученного плана;
выдача готового плана производственного процесса;
настройка системы на обработку следующего запроса.
АСТПП генерирующего типа:
В генерирующих АСТПП ЭВМ используется для автоматизированного или автоматического синтеза конкретного плана производственного процесса на основе анализа эскиза элемента или изделия, его трехмерного изображения, как правило, без участия человека.
В основе систем данного типа находится набор машинных алгоритмов и программ, обеспечивающих постепенное построение окончательного плана производственного процесса на основе структурного анализа, экспертной оценки и принятия решений самого изделия и последовательности допустимых производственных процедур. Входная информация должна содержать исчерпывающее описание изготавливаемого элемента. Для этого может потребоваться и использование его кодового номера, как в системах поискового типа, для выборки из Базы Данных недостающей информации (например, информации о материале, из которого изготавливают изделие).
Однако, при этом не предполагается обращение к базе типовых планов, вместо этого генерирующая АСТПП разрабатывает наиболее рациональный план, анализируя пространственное расположение и вид составных частей изделия и его материала.
АСТПП генерирующего типа на сегодня не нашли широкого применения в виду сложности производственных изделий, однако, они с успехом используются при производстве различных механических узлов.
Преимущества внедрения АСТПП:
повышение рациональности принимаемых решений по организации производственного процесса, тоесть технологические маршруты сложных изделий становятся более согласованными;
увеличение производительности планирующих изделий;
сокращение затрат времени на подготовку производства;
повышение качества выходных документов;
возможность дополнительного включения целого спектра прикладных программ, расширяющих функциональные возможности системы.
Опыт модернизации предприятия по разработке модулей ВТ (на примере Государственного Приборостроительного Завода, специализирующегося на изготовлении сложных радиоэлектронных систем и бортовой техники):
Модернизация производства многослойных печатных плат:
Цикл изготовления многослойных печатных плат составляет около 3-х недель. При выборе базовой САПР предприятия производится анализ следующих САПР:
P-CAD4.5 (стандарт для России);
P-CAD 7.0, P-CAD 8.0, P-CAD 8.5;
AccelEDA;
Caddy
Спектр САПР, базирующихся на использовании рабочих станций (MentorGraphics,Cadence).
Проблемы завода:
скудный бюджет на закупку САПР;
отсутствие подготовленных кадров для работы с современными САПР;
общее отставание в области компьютерных технологий;
невысокая заработная плата сотрудников.
В результате анализа предпочтение было отдано системе Caddy(разработка западногерманской компанииZIEGIER).
Причины выбора:
удобство эксплуатации (система русифицирована, начиная от экранных масок, меню, подсказок и системных сообщений и заканчивая руководством пользователя). Cadenceне русифицированная система. В Европе имеется лишь 1 учебный центр. Не имеет русского сайта;
обеспечивает возможность быстрого обучения персонала, благодаря дружественному интерфейсу и хорошо продуманным функциональным возможностям;
обеспечивает возможность работы с разными единицами измерения;
содержит Базу Данных как отечественных, так и зарубежных элементов;
поддерживает технологию сквозного проектирования от создания принципиальной схемы и трассировки платы до технологической подготовки производства в реальном времени и в масштабе одного проекта;
позволяет автоматизировать выпуск комплекта конструкторской документации в полном соответствии с ЕСКД (единая системная конструкторская документация). Cadenceподдерживает только Европейские стандарты;
модульный принцип построения систем, который позволяет расширять функциональные возможности системных и прикладных модулей.
Кроме того, есть и другие причины выбора:
торговая марка Caddyпользуется широкой известностью во всем мире;
генеральный дистрибьютор Caddyв России - компанияPoint, которая осуществляет адаптацию / настройку всех параметров системы, известна большим опытом по распространению САПР различных производительностей в России;
проводится широкая сервисная поддержка клиентов, включая обучение пользователей, режим "горячая линия" и различные формы консультаций и информационной поддержки;
предлагается возможность ежегодного обновления версии системы при сохранении общей преемственности;
доступная цена системы;
не требуется приобретения рабочих станций, достаточно персональных компьютеров;
формат данных, которые выдает система – это формат PostScript. Этот формат соответствует формату данных, в которых работают фотонаборное печатное оборудование.
Следовательно, можно сделать вывод, что Caddyборется за российский рынок.
Лекция № 9 Технология производства печатных плат
Технология производства печатный плат (ПП) базируется на взаимодействии 2-х подразделений предприятия: научно-технический центр и цех производства печатных плат.
В научно-техническом центре ведется проектирование печатных плат. Проектирование производится на основе локальной вычислительной сети. При этом предусмотрен оперативный контроль фотошаблона, необходимого для производства платы. Это достигается выводом его на лазерный принтер (итоговый фотошаблон выводится на фотоплоттер).
В локальную вычислительную сеть (ЛВС) входят рабочие места конструкторов и технологов (верификация узких мест проекта сточки зрения производства, подготовка программ прозвонки и сверления для станков с ЧПУ, все проектные документы архивируются наCD-ROM-ах и магнитных лентах). Все данные поступают в цех производства платы.
Печатные платы. Производство. Основные определения.
Основой печатной платы является подложка из стеклотекстолита. На поверхности стеклотекстолита находятся токопроводящий слой медной фольги. Типовая толщина проводника: 0,035мм и 0,018мм.
Стеклотекстолит– диэлектрик, представляет собой спрессованные листы стеклоткани, пропитанные эпоксидной смолой.
Сегодня платы бывают односторонние (однослойные), двухслойные и многослойные*. Типовая толщина самой платы: 1.6мм (0.8 мм, 1.2мм, 2.0мм.).
Защитная паяльная паста/маска – как правило, на печатную плату наносится паяльная маска ("зеленка"). Это слой прочного материала, предназначенного для защиты проводников от попадания припоя и флюса при пайке, а также от перегрева. Маска закрывает основную часть поверхности платы и оставляет открытыми только контактные площадки, которые будут использоваться при пайке компонентов на плату.
Маркировка / сеткография– наносится краской на поверхность платы специализированным методом, называемым сеткография (фотопроявление). Применяется для удобства монтажа (пайки) компонентов на плату. Маркировка несет следующую информацию: контур компонента, его сокращенное название и позиционное расположение на плате.
*Многослойный платы получаются методом попарного прессования двусторонних плат.
Классы точности – все изготовленные платы должны соответствовать определенному классу точности, который определяется комплексом технологических средств или оборудования. Сейчас применяют платы 3-5 классов точности.
3-й класс точности – толщина токопроводящей дорожки должна быть минимум 0,25мм. Расстояние между соседними дорожками (элементами печатного монтажа) 0,25мм.
4-й класс точности – толщина токопроводящей дорожки должна быть минимум 0,2мм. Расстояние между соседними дорожками (элементами печатного монтажа) 0,2мм.
5-й класс точности – толщина токопроводящей дорожки должна быть минимум 0,15мм. Расстояние между соседними дорожками (элементами печатного монтажа) 0,15мм.
Понятия, которые учитываются при производстве: цена, качество, срок изготовления. В стоимость изготовления платы обычно включают стоимость к подготовке и само производство. Стоимость зависит от классов точности, объема заказа и срока изготовления. Если речь идет о серийном производстве, то стоимость определяется объемом заказа. Если речь идет о многослойном производстве, то стоимость определяется подготовкой к производственному процессу. Может быть изготовление опытных экземпляров (прототипов), в этом случае стоимость определяется длительностью изготовления заказа.
Технологический цикл производства печатных плат:
Входной контроль материала – осуществляется проверка всех входящих материалов, выборочный лабораторный контроль или полный контроль всей партии материала.
Резка на заготовки по заданному маршруту – стандартной заготовкой является 500*550мм. Если партия мелкая, то заготовка может быть меньше по размеру. Резка происходит алмазным диском.
Сверление – на платах сложного рисунка сверло менее 0,6мм, для повышения качества сверления между заготовками прокладывается алюминиевая фольга и для выхода сверла используется текстолит длиной 2-3мм. Как правило, станок является программно-управляемым, но есть возможность ручной корректировки (например, с пульта управления).
Первая металлизация отверстия – гальванический процесс (процесс Шипле). Производит наращивание металла толщиной 4мкм. Обеспечивает начальную металлизацию во всех отверстиях.
Подготовка поверхности перед нанесением фоторезиста. Для стеклотекстолита толщина медной фольги более 18мкм используется механическая или гидроабразивная (пескоструйная) зачистка поверхности. Если менее 18 мкм, то материал используется для плат с дорожками менее 15мкм. И тогда используется микроподтравливание.
Ламинирование – процесс нанесения на ПП пленочного фоторезиста*.
Фотоэкспонирование – заготовка с нанесенным защитным фоторезистом засвечивается через фотошаблон с переносом рисунка на фоторезист.
*Фоторезист – материал для процесса фотопередачи, меняет свойства при просветке.
Проявление – этап заканчивается визуальным контролем правильности рисунка платы и ретушью по фоторезисту.
Вторая металлизация – гальваническое наращивание пластинчатой меди в переходных отверстиях и на проводниках до 25-30мкм.
Снятие фоторезиста – процесс в щелочной среде, по окончании которого происходит визуальный контроль.
Покрытие защитным резистом.
Травление – медной поверхности, не покрытой защитным слоем гальванической меди.
Снятие технологического слоя защитного фоторезиста.
Зачистка поверхности перед нанесением маски.
Нанесение жидкой маски – может наноситься как фоточувствительная, так и двухкомпонентная маска (метод трафаретной печати).
Сушка маски – инфракрасная сушка с активной вентиляцией для обеспечения равномерного покрытия.
Экспонирование.
Проявка.
Отверждение – ультрафиолетовое и термоотверждение.
Подготовка поверхности для нанесения припоя. Защита планарных выводов, ламелий для покрытия никелем, палладием, серебром, золотом.
Оплавление покрытия олово-свинец. Оплавление происходит как в металлизированных отверстиях, так и по плоскости. Выравнивание припоя осуществляется горячим воздухом. Толщина припоя 8-18 мкм.
Нанесение маркировки.
Покрытие ламелий и планарных площадок.
Резка на единичные печатные платы. Применяется алмазный диск.
Выходной контроль – в зависимости от типа платы и технического задания, контроль может быть визуальным и электрическим. Электрический контроль подразумевает контроль платы на обрыв или замыкание.
Распечатка технологической документации и упаковка.
Все делается на автоматическом оборудовании. Каждая процедура – это отдельный станок / оборудование. Человек может вмешиваться только с пульта управления.
Лекция № 10 Поддержка принятия проектных и управленческих решений при проектировании электронной вычислительной техники
Внедрение новых информационных технологий в производственный и управленческий процесс на российских предприятиях позволяет, в результате одновременного согласованного рассмотрения вопросов проектирования, изготовления, сборки и сервисного обслуживания изделия, а также координации работы всех отделов и служб предприятия (плановый, финансовый, кадровый, дирекции), улучшить прибыльность предприятия за счет сокращения сроков разработки и улучшения качества выпускаемых изделий.
Постоянное усложнение технологических характеристик объекта проектирования, роста объемов работ и постоянное их усложнение, достижение конкурентоспособности требует от проектных организаций новых технологий проектирования и распределенных комплексных систем поддержки принятия проектных и управленческих решений (СППР), позволяющих производить формирование и всестороннюю оценку возможных вариантов решений специалистами разных областей из разных структурных подразделений организации.
Эффективное управление процессом проектирования требует организации единой распределенной информационной среды на основе применения современных программных и технических средств.
Создание сложных высокотехнологических изделий требует длительного процесса проектирования, состоящего из нескольких стадий и последовательных приближений к окончательному варианту дорогостоящего цикла технологической подготовки производства. В этом процессе участвуют множество различных специалистов, например, таких как: руководитель, идеологи, конструктора, расчетчик, технолог.
Задача внедрения распределенной СППР – это сокращение сроков и затрат на проектирование и производство и повышение качества изделий на базе принятия более обоснованных решений и сокращения числа итераций и вызванных ими переделок конструкции, на стадии технологической подготовки производства позволяет создавать и рассчитывать оснастку, не дожидаясь окончания процесса проектирования.
При разработке высокосложных изделий в основе организации компьютерной техники с применением распределенных СППР находится создание полного электронного макета изделия, так как создание трехмерных электронных моделей, правильно отражающих проектирование изделия, позволяет вести целенаправленный поиск наиболее рационального варианта конструкции изделия.
Все участники проекта, работая одновременно и согласовывая друг с другом принимаемые решения, создают электронные модели элементов, модулей и всего изделия в целом. При этом необходимо решать задачи концептуального проектирования, всевозможные виды инженерных задач, моделирование работы изделия и его компоновки. Это позволяет правильно выбрать стратегию проектирования (выбор параметров и показателей конкретных проектных задач, выбор алгоритмов проектирования и готовых программных средств).
Для воспроизведения современной компьютерной технологии проектирования и производства должны применяться CAD/CAM/CAE, а также система управления проектамиProjectDataManagement, которая позволяет спланировать сам процесс проектирования, которое поддерживают весь процесс разработки изделия от концептуальной идеи до реализации, а также создают проектно-технологическую среду для одновременной работы всех участников разработки изделия с единой электронной моделью этого изделия.
В настоящее время важность решения этих задач определяется необходимостью их решения в реальном времени, большим числом альтернативных вариантов решений и высокой сложностью каждых из вариантов применяемого решения: взаимозависимость применяемых решений и высокой стоимостью проектных ошибок. Распределенные СППР наибольшей эффективности достигают на этапе концептуального проектирования. Основными компонентами данной системы являются СППР конкретных этапов проектирования, ориентированные на поддержку индивидуальных решений, и СППР, обеспечивающие групповое обсуждение принятия решений. При этом средства системы позволяют сформировать задачу, выбрать участников процедуры принятия решений с установлением приоритета и определением ответного за принятие решений. Решение данной задачи внедрения распределенных СППР базируются на использовании системно-аппаратной среды современных ERP-систем, которые обеспечивают информационную поддержку процессов проектирования и производства изделий.
В основе каждой из указанных СППР находится подсистема генерации возможных вариантов решения задачи, подсистема выбора наиболее рационального метода принятия решений и подсистема воспроизведения выбранного метода.
Возможности системы обеспечивают её настройку на различные технологии проектирования, такие как технологии параллельного, сквозного и нисходящего проектирования.
Содержание:
2-ой семестр: