3.Программа сам 350

Программа CAM350 является очень популярной в России, так как ранее облегченная версия этого продукта поставлялась с пакетом ACCEL EDA, поэтому имела схожую с ней идеологию и позволяла загружать проект платы не в виде набора Gerber файлов, а файл PCB с сохранением информации об электрических связях. Начиная с версии 8.0, у программы появился принципиально новый пользовательский интерфейс, значительно упрощающий доступ пользователя к мощным функциям пакета CAM350. Интерфейс построен на стандартных функциях операционной системы Microsoft Windows и поддерживает удобное масштабирование, просмотр топологии, пользовательские настройки меню команд и панелей инструментов.

Рис. 3. Меню команд

Новый модуль анализа слоев питания и заземления позволяет выявлять ошибки, связанные с выполнением тепловых барьеров и изолированных участков на негативных слоях, благодаря моделированию процесса травления.

Рис. 4. Модель процесса травления

Система графического сравнения списков соединений позволяет выполнить экстракцию связей из Gerber файлов и сравнить их с исходным проектом. Выявленные несоответствия отображаются наглядно в графическом виде и в специальных отчетах, что позволяет значительно повысить скорость и качество верификации.

Рис. 5. Система графического сравнения списков

Улучшенная система контроля ошибок предлагает пользователям новые возможности верификации, при которых настраиваемый отчет имеет горячую связь с изображенной на экране топологией. Имеется возможность сортировки ошибок по типу или численному эквиваленту нарушения, что значительно упрощает поиск наиболее критических из них, выявленных в ходе DRC.

Специальный модуль контроля правил DFF (Design for Fabrication) позволяет быстро идентифицировать и автоматически исправить наиболее критичные для производства элементы топологии (DFF ошибки), что позволяет повысить качество плат при массовом производстве.

Решена традиционная для CAM пакетов проблема медленной загрузки файлов и заливки полигонов. Скорость выполнения этих операций в новой версии повышена почти на порядок. Введена поддержка формата IPC-D-356A - стандартного формата списков соединений для оборудования верификации и электроконтроля. Для удобства обработки D-кодов введены специальные функции фильтрации с учетом границ платы. Расширены возможности использования макросов. Теперь допускается использовать в макросах все функции панелизации (мультиплицирования). Улучшена документация по использованию языка макроскриптов.

Новая система генерации отчетов позволяет гибко настраивать вывод файлов для сборочного оборудования и систем планирования материальных ресурсов. Функция преобразования рисунка во флеши (Draw to Flash) теперь позволяет обрабатывать объекты, прорисованные под произвольными углами, и поддерживает функции обработки масок.

Новая функция измерения минимального расстояния между объектами разных цепей позволяет выявить наиболее близко расположенные элементы двух выделенных цепей, чем избежать возможных проблем электромагнитной совместимости за счет взаимных наводок и скачков импеданса.

В новой 9-ой версии реализована новая технология анализа топологий Streams Rule Check, позволяющая значительно сократить время обработки за счет выполнения проверок DRC, DFM и сравнения списков соединения одновременно.

Рис. 6. Проверка слоев

Версия 9 также включает набор дополнительных функций DFF и DRC по проверке негативных слоев, масок и поиску антенн, а также ряд улучшений и доработок. Наборы заданий анализа, настроенных на определенную технологию производства, могут быть сохранены для повтоного использования в других проектах. Введена также возможность назначения отдельных видов анализа специальным областям топологии или отдельным слоям.

4. Cosmos Works

Этот конечно-элементный комплекс создан американской компанией Structural Research & Analysis Corporation специально для совместного использования с системой твердотельного параметрического моделирования SolidWorks (SW). Комплекс представляет собой открытую систему модулей, предназначенных для решения задач прочности, устойчивости, динамики конструкций, а также задач оптимизации, гидродинамики и электромагнитного излучения. COSMOS/Works поставляется в трех стандартных вариантах конфигурации: базовой (Ваsic), промежуточной (Intermediate) и расширенной (Advanced). Функциональные возможности комплекса могут быть дополнены с помощью специализированных модулей, которые поставляются отдельно. Покупатель может также сам определить конфигурацию, выбирая необходимые модули независимо от стандартных поставок.

В настоящей версии COSMOS/Works используется AccuStress — современная технология построения конечно-элементных сеток с учетом характерных особенностей геометрии изделия. Специальные алгоритмы распознают области с сильным изменением геометрических параметров изделия (маленькие отверстия, закругленные кромки и т.п.) и генерируют сетку конечных элементов меньших размеров, соответствующих геометрии выделенных «критических» областей. Сетка может быть построена автоматически или в режиме пользовательского контроля. Программа генерирует порядка 100 000 элементов в минуту. Конечно-элементная сетка строится в виде 4- и 8-узловых тетраэдров двумя способами: с использованием традиционных алгоритмов и по схеме Делано-Воронова. Второй алгоритм, как правило, работает быстрее. Тонкостенные элементы конструкции можно моделировать оболочечными конечными элементами. Предусмотрена функция конвертации объемных элементов выделенной тонкостенной части изделия в оболочечные элементы.

COSMOS/Works может рассчитывать сборки. Это качество программы является принципиально важным. Детали сборки могут быть выполнены из разных материалов. Для каждой части сборки конечно-элементная сетка генерируется изолированно, а соединения моделируются контактными элементами, учитывающими зазор между деталями. Специальное меню позволяет пользователю определить характер соединения деталей — жесткое (без трения) или с трением.

В программе используются новые разработки решателей: Direct Sparse Solver и New FFE (Fast Finite Element) Solver. Первый решатель работает примерно в 15 раз быстрее, чем решатели предыдущих версий программы и требует в три раза меньше оперативной памяти компьютера. Он построен на новой технологии обработки и хранения разреженных матриц. Второй решатель является новой редакцией итерационного решателя предыдущих версий. Выбор между ними определяется пользователем по результатам эффективности вычислений.

Базовая конфигурация COSMOS/Works позволяет проводить:

Линейный статический анализ (STAR). Результатами расчетов являются перемещения, деформации и напряжения. Программа рассчитывает также температурные напряжения. В этом случае поле температуры задается с использованием результатов расчета тепловой задачи. Однако температуру можно задать непосредственно по границам изделия. В расчетах учитывается предварительное напряженное состояние изделия, а также контактные силы взаимодействия между отдельными деталями сборок.

Частотный анализ (DSTAR). Рассчитываются собственные частоты и формы колебаний с учетом предварительного напряженного состояния изделия. Число искомых частот задается пользователем. Можно также указать частотный диапазон поиска решения.

Анализ устойчивости (DSTAR). Вычисляются критические силовые факторы и формы потери устойчивости с учетом предварительного напряженного состояния изделия.

Термический анализ (HSTAR). Рассчитываются стационарные и нестационарные тепловые процессы с учетом теплопередачи, излучения и конвекции. Результатами вычислений являются поля температуры и тепловых потоков, температурные градиенты.

Промежуточная и расширенная конфигурации COSMOS/Works поддерживают:

Нелинейный статический анализ (NSTAR). Модуль NSTAR позволяет проводить анализ геометрически и физически нелинейных задач статики и динамики изделий. В случае сборок учитывается нелинейный характер контактного взаимодействия деталей с учетом возможных люфтов (зазоров). Моделируются поведение в том числе резиноподобных изделий, закритическое поведение гибких систем, ударное взаимодействие деталей, пластичность и вязкость материалов и т.п.

Расширенный динамический анализ (ASTAR). Рассчитывается динамический отклик деформируемой системы на внешнее воздействие, зависящее от времени или частоты возбуждения. С помощью этого модуля рассчитываются также переходные процессы с использованием нормальных (главных) форм колебаний, случайные колебания, спектр отклика, выполняется частотный анализ.

Анализ усталости (FSTAR). С использованием FSTAR вычисляются общие и частные коэффициенты усталости, характеризующие эффективность работы изделий. Этот модуль работает совместно с другими модулями прочностного анализа.

Оптимизация (OPTIMIZATION). Является мощным инструментом оптимизации размеров и формы изделий при различных целевых функциях. Можно решать задачи минимизации объема или массы изделия, максимизации коэффициентов устойчивости, а также максимизации или минимизации собственных частот колебаний. Допускается до 25 варьируемых параметров. Оптимизация осуществляется при ограничениях на напряжения, деформации, перемещения, коэффициенты устойчивости, частоты колебаний, температуру, температурные градиенты, тепловые потоки. Пользователь может определить до 60 ограничений одновременно. Ограничения определяются в виде нижних или верхних границ либо в виде интервала изменений варьирумых параметров.

Анализ низкочастотных электромагнитных полей (ESTAR). Позволяет проводить расчет магнитных полей источников постоянных тока и магнитов, электростатических полей, а также моделировать нестационарные электромагнитные процессы с учетом физических диаграмм материалов (размагничивания и др.).

Вычислительная гидродинамика (COSMOS/Flow). Этот модуль предназначен для анализа динамики газа и жидкости в широком диапазоне изменения числа Рейнольдса для плоских (2D), трехмерных (3D) и осесимметричных моделей. Решает задачи внутренней и внешней газо- и гидродинамики для сжимаемых и несжимаемых жидкостей (газов) в широком диапазоне скоростей (дозвуковых, трансзвуковых, сверхзвуковых) при учете сопутствующих тепловых процессов.

Анализ высокочастотных электромагнитных полей (COSMOS/HFS Suite). Используется для расчета 2D и 3D высокочастотных электромагнитных полей с учетом резонирующих систем.

Программа COSMOS/Works полностью интегрирована в SW, удобна в использовании и доступна неспециалистам в области прочностного анализа. Описание программы, рекомендации, основные сведения об используемых подходах и технологии расчетов наглядно и полно представлены в электронном справочнике.

Графические возможности визуализации результатов расчетов вполне достаточны для подготовки отчетных материалов. Современная технология Open GL поддерживает все графические представления результатов: разрезы, изоповерхности, точечные и векторные изображения и т.д. Пользователь может получить все данные о напряженно-деформированном состоянии в любой точке конструкции, указав эту точку мышкой. Не выходя из области визуализации, можно вывести интересующие силы реакции. Результаты можно увидеть в движении, используя функции анимации результатов. Функция построения графиков (например, по выбранной линии произвольного сечения) не предусмотрена. Программа генерирует отчет в текстовом и HTML-формате с внедренными VRML-моделями и AVI-файлами. Конечно-элементные модели экспортируются в форматах PATRAN и IDEAS.

Граничные условия и нагрузки выбираются из списков, определяющих практически все интересные для конструктора варианты. Закрепление или нагрузка могут быть связаны с вершинами, гранями и поверхностями модели. Геометрические объекты можно жестко фиксировать, закреплять шарнирно, определять для них предписанные перемещения и т.д. Нагрузка может быть задана не только как фиксированная величина, но и в виде величины переменной как полиномиальная функция координат в некоторой окрестности поверхности изделия. Нагрузка может быть также задана в виде центробежных сил: в специальном окне пользователь задает угловое ускорение и скорость вращения изделия относительно выбранной оси.

Расчеты выполняются в прямоугольной системе координат, с которой связана геометрическая модель. Переход к другим координатам (цилиндрическим, сферическим, локальным) не предусмотрен. Данные могут представляться в различных метрических системах.

Заключение

В заключение хочется сказать следующее: переход на трехмерное проектирование является неизбежным процессом, и рано или поздно каждому предприятию, связанному с машиностроением, придется выбирать, на базе какой среды проектирования вести разработку конструкторской документации. Сделать выбор — значит заложить фундамент будущей работы КБ, но при этом следует помнить, что одним из основных критериев должен быть критерий надежности выбираемого фундамента.

Список литературы

1. SolidWorks/CosmosWorks. Инженерный анализ методом конечных элементов. Алямовский А. А. Изд. Москва, 2004.

2. Концепция подготовки инженеров в виртуальных технологиях SolidWorks. Пивняк Г. Г., Франчук В. П., Заболотный К. С., Панченко Е. В. Изд. Национальный горныу университет, 2008.

3. Твердотельное моделирование деталей в среду геометрического моделирования SolidWorks. Куприков М. Ю., Маслов Ю. В., Хотина Г. К. Изд. «МАИ-ПРИНТ» Москва, 2009.

4. http://www.cadmaster.ru