Выпуск схемной документации с использованием системы Графика-01-Т

Е.И.Артамонов

зав.лаб.,д.т.н.,проф.,

Л.Н. Сизова.,

Вед.инж.-прогр.,

В.А. Ромакин

аспирант,

М.Ю.Щегольков

зам.зав.лаб.,

ИПУ РАН, г.Москва

Введение

Для проектирования схемной документации в настоящее время используется большое количество систем. К ним относятся, например, системы AutoCAD, P-CAD,Caddy, Protel [1] и др. Эти системы различаются функциональными возможностями, алгоритмами формирования баз данных типовых элементов, размещения элементов на плоскости схемы и трассировки соединений между элементами, а также объемами занимаемой памяти. В таких системах используются различные принципы формирования таблиц спецификаций и соединений.

В работе рассматривается учебная версия системы проектирования схемной документации (ГРАФИКА-01-Т) [2], в которой заложены основные принципы автоматизированного проектирования, присущие большей части известных систем. На основе существующей нормативной документации, сравнительного анализа функциональных возможностей и тенденций развития акцентируется внимание на следующих особенностях автоматизированных систем проектирования схемной документации:

1. Принципы организации интерфейсов пользователей на основе средств операционной системы Windows.

2. Организация файловой системы и управление вводом и выводом информации.

3. Структура функций черчения, редактирования, определения свойств и режимов.

4. Создание библиотек типовых элементов схемной документации.

5. Описание соединений между элементами схемы.

6. Формирование математической модели схемы.

7. Размещение элементов в плоскости схемы и автоматическая трассировка соединений между элементами.

8. Анализ и редактирование математической модели схемы.

9. Создание спецификаций и таблиц соединений.

На основе системы ГРАФИКА-01-Т предлагается изучение общих принципов автоматизированного проектирования схемной документации. Такой подход имеет следующие преимущества по сравнению с изучением конкретных коммерческих систем проектирования:

1. Минимальные затраты на организацию учебного процесса и минимальные требования к вычислительным ресурсам используемых компьютеров.

2. Основные алгоритмы автоматизированного проектирования схемной документации сконцентрированы в одной системе.

3. Для изучения процессов проектирования всего спектра схемной документации не требуется использования нескольких систем.

4. Изучаются основные методы автоматизированного проектирования схемной документации, а не конкретная система.

Назначение системы ГРАФИКА-01-Т

Система предназначена для подготовки исходных данных, проектирования структурных, функциональных, принципиальных и монтажных схем, а также печатных плат, выпуска чертежной документации в электронном виде или на твердых носителях.

Подготовка исходных данных включает описание типовых графических изображений элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и их характеристик, создание библиотек типовых элементов.

Процесс проектирования схем содержит формирование математической модели, ручное размещение элементов на схемах, ручную или автоматическую трассировку соединений между элементами на схемах, создание спецификаций на основе характеристик типовых элементов и таблиц соединений между элементами. На каждой из стадий проектирования система дает возможность редактировать полученные результаты.

Выпуск конструкторско-технологической документации включает создание документов в электронном виде, а также на твердых носителях, например, на бумаге, фотопленках, перфолентах, магнитных лентах или других носителях, предназначенных для управления станками с ЧПУ или автономными внешними устройствами.

Форматы данных системы ГРАФИКА-01-Т

Система работает со следующими форматами данных:

*.b - файл с именем (*) и расширением (.b) является внутренним двоичным файлом комплекса ГРАФИКА-01-Т, в котором размещается описание 2D модели объекта;

*.i - двоичный файл комплекса ГРАФИКА-01-Т, в котором размещается последовательная запись координат геометрических примитивов в виде ломаных линий и текста, описывающих 2D модель объекта, с разделителями между ними;

*.bmp - стандартный растровый файл;

*.gbr – символьный GERBER файл, предназначенный для вывода информации на внешние устройства (графопостроители, координатографы, принтеры и фото-плоттеры);

*.hpg – символьный HPGL файл, предназначенный для вывода информации на внешние устройства (графопостроители, координатографы, принтеры и фото-плоттеры);

*.plt - символьный HPGL файл системы PCAD, предназначенный для вывода информации на графопостроители.

*.dxf – символьный файл системы AutoCAD, предназначенный для обмена с внешними системами.

Интерактивные средства взаимодействия пользователя с системой

ГРАФИКА-01-Т

Работа с системой производится через пиктографическое меню, размещенное в верхней строке экрана дисплея (рис. 1). Меню содержит следующий набор функций: File, View, Options, Show, Draw, Edit, Trassir, Connection.

Рис.1. Пиктографическое меню системы

File включает следующие основные команды:

- разработки чертежной документации, включая операции по формированию типовых элементов схемы;

- формирования новой модели схемы;

- открытия файлов с существующими расширениями;

- добавления файлов к открытому ранее файлу;

- обновления модели схемы после ее редактирования;

- создание библиотеки типовых элементов схем или фрагментов чертежей (блоков в формате *.b, где ‘*’ – заданное пользователем имя файла.);

- сохранение изображения, активного в текущий момент на экране дисплея, как файл в одном из следующих форматов: *.i, *.hpg, *.plt, *.bmp, *.dxf;

- вывод на печатающее устройство или графопостроитель изображения, активного в текущий момент на экране дисплея;

- закрытия файлов и выхода из системы.

Draw производит операции построения геометрических и функциональных примитивов: ломаных линий, прямоугольников, окружностей, символов, а также меток – контактов, используемых для обозначения локальных координат точек начала и конца автоматического проведения соединений между типовыми элементами. Использование меток - контактов при создании типовых элементов позволяет в процессе проектирования схем описывать связи только с указанием номера элемента и номеров его контактов, без указания ткущих координат. Описания элементов схемы и связей между ними образуют функциональную модель схемы.

View производит операции с изображением, активном в данный момент на экране дисплея: увеличивает выделенный фрагмент изображения до размеров поля экрана дисплея, последовательно увеличивает или уменьшает все изображение в 1.2 раза, возвращает исходный масштаб изображения или все изображение размещает на экране дисплея.

Options управляет свойствами изображения: изменяет цвет, толщину и тип линии в графических примитивах, задает фонт текущего шрифта, устанавливает шаг сетки на экране дисплея и необходимость ее визуализации.

Show предназначена для работы с принципиальной схемой и при необходимости вычисляет и отображает на экране дисплея функцию количества пересечений между связями на схеме в проекции на оси OX и OY. Полученные результаты позволяют оценить качество размещения элементов на схеме до и после редактирования схемы.

Edit включает операции редактирования элементов схемы (графических примитивов и блоков): перемещение, поворот, зеркальное отображение, изменение масштаба, удаление, перестройка связей, изменение свойств элементов (цвет, толщина, тип линии). Команды действуют на предварительно выделенный фрагмент изображения.

Connection содержит операции по созданию и удалению связей между элементами на схемах.

Trassir производит автоматическую трассировку соединений между элементами на схемах. Включает операции по установке параметров автоматической трассировки соединений между элементами и режимов трассировки.

Создание базы данных типовых элементов схемной документации

Типовые графические изображения элементов схемной документации создаются языковыми или интерактивными средствами системы. Языковые средства реализованы в системе Графика–2D(Т) [3]. На основе этих средств предварительно могут быть описаны базы данных типовых элементов для системы ГРАФИКА-01-Т.

Интерактивные средства содержат меню из набора пиктограмм и позволяют указанием на пиктограммы управлять процессом создания типовых элементов. Для этого в функции File выбирается команда создания типовых графических элементов и из графических примитивов, размещенных в меню Draw, создается изображение элемента. Командой Fasten cont на графическом изображении элемента создаются контакты для соединения с другими элементами на схеме. Командами из функции Edit производится редактирование изображения элементов, а командами из функции Option - настройки параметров примитивов таких, как цвет, толщина линии, тип пера, тип инструмента. Командой File\Save bloc сохраняется векторное изображение элемента с расширением .b, которое используется в последующем для создания 2D модели схемы. Для ускорения процесса визуализации параллельно командой File\Save as может создаваться растровое изображение элемента с расширением .bmp. В базе данных при этом под одним именем будут сохранены файлы с расширениями .b и .bmp. Быстрый просмотр изображений элементов производится командой Preview.

Проектирование схем

Командой File\NewModel выбирается режим создания модели схемы. На графическом поле схемы размещаются типовые элементы с использованием команд File\Add или File\Preview. Для указания точек соединений между элементами на схемах используется команда Connection\Creating. Курсор мыши последовательно подводится к каждому из контактов элементов, составляющих единую цепь. При захвате курсором каждого контакта цепи нажимается левая клавиша мыши. На экране дисплея фиксируется соединение между контактами в виде отрезка прямой линии голубого цвета.

После указания всех контактов цепи нажимается правая клавиша мыши. Далее таким же образом вводятся следующие цепи схемы. В памяти компьютера формируется 2D модель схемы, в которой элементы связаны между собой цепями таким образом, что при любом изменении размещения элементов в плоскости схемы созданные соединения между элементами не изменяются и не разрываются. При перемещении элемента линии связи становятся «резиновыми» и вытягиваются за элементом. 2D модель схемы оказывается удобна при итерационном процессе решения задач размещения и трассировки с целью минимизации общей длины соединений, количества пересечений трасс, лучшей читаемости схемы и т.п

Задачей трассировки соединений между элементами на схемах является прокладывание цепей таким образом, чтобы они имели ортогональное расположение (за исключением цепей на печатных платах), не пересекали элементы, текст и точки соединений, длина цепей по возможности должна быть минимальной. Возможны два варианта трассировки: ручная и автоматическая.

При ручной трассировке на 2D модели схемы каждый отрезок линии соединения контактов разбивается на части (без разрыва общей цепи) указанием на нем дополнительных точек. Перемещением дополнительных точек добиваются ортогональности всех отрезков цепей и лучшей читаемости схемы. Полученным трассам соединений далее средствами системы могут быть присвоены различные свойства: цвет, толщина линии (толщина пера) и т.п.

Для автоматической трассировки соединений между элементами схемы активизируется команда Trassir. На экране дисплея конфигурация цепей 2D модели схемы будет автоматически приведена к требуемому для схемной документации виду. Система позволяет управлять качеством проведения трасс, для чего в системе предусмотрен ввод параметров Pn, значения которых следующим образом влияют на качество трассировки:

- P1 - определяет трассировку с пересечениями трасс (P1=1) или без пересечений (P1=0),

- P2 - задает скорость стремления к цели (нормально P2=2),

- P3 - определяет вес элементарного шага при поиске кратчайшего пути (нормально P3=1),

- P4 - уменьшает общее количество пересечений трасс (P4 может принимать значения от 1 до 20), чем больше значение параметра, тем меньше общее число пересечений;

- P5 - уменьшает общее количество изгибов трассы (Р5 может принимать значения от 1 до 30), чем больше значение параметра, тем меньше число изгибов трассы;

- P6 - не используется (Р6=1),

- P7 и P8 - минимальное расстояние между автоматически трассируемыми соединениями по осям Х и У, то есть отношение максимальных размеров аналогового поля чертежа к общему числу соответственно столбцов и строк его дискретной модели. Например, если выбрать Р7=Р8=5, то размеру изображения на экране дисплея 500х300 мм будет соответствовать матрица дискретной модели 100х60.

Литература

1. Ю.В.Потапов. Система проектирования печатных плат Protel. – М: Горячая линия-Телеком. 2003.-704 с.

2. Артамонов Е.И., Сизова Л.Н., Ромакин В.А. Выпуск схемной документации с использованием системы Графика-01-Т. Методические указания. –М: МТУСИ. 2004. 15 с.

3. Артамонов Е.И., Загвоздкин В.А., Шурупов А.А., Щегольков М.Ю. Языки взаимодействия пользователя с ЭВМ в системе “Графика-81” М.: Институт проблем управления РАН, Москва,1993.