Компьютерные модели изделий РЭА на этапах их жизненного цикла

Е.И. Артамонов,
зав. лаб. №18, д.т.н., проф.,

ИПУ РАН, г. Москва

Идеология CALS – технологий [1,2,3] подразумевает обмен электронными данными на всех этапах жизненного цикла создаваемого изделия: от маркетинга, конструкторского проектирования, технологической подготовки производства и до информационного сопровождения эксплуатации изделия.

На основе опыта разработки и эксплуатации в учебном процессе системы автоматизированного проектирования схемной документации (Графика-01-Т) [4] проведен анализ электронных документов для основных этапов разработки изделий радиоэлектронной аппаратуры (РЭА): структурного проектирования, разработки принципиальных и монтажных схем. Введено понятие «обобщенной компьютерной модели изделия», как взаимосвязи компьютерных моделей, используемых на этих этапах проектирования.

Обобщенная компьютерная модель (ОМ) содержит набор взаимосвязанных компьютерных моделей для всех этапов проектирования. На рис.1 показана упрощенная структура процесса проектирования РЭА. Основанием для проектирования является техническое задание, а результатом – документация на технологическую подготовку производства (ТПП) и изготовление РЭА. Выделены две стадии разработки РЭА: структурное и техническое проектирование. На этих стадиях, соответственно, решаются задачи, связанные с этапами проектирования схем электрических структурных (СЭС) и функциональных (СЭФ), а также принципиальных (СЭП) и монтажных (СЭМ). Обобщенная компьютерная модель (ОМ) содержит две основные составляющие: схемную и функциональную.

рис.1

Схемная составляющая является некоторой статической программой, как бы отображающей физический внешний вид отдельных элементов, узлов и блоков проектируемой аппаратуры. Эта составляющая включает взаимосвязанные компьютерные модели МСЭС, МСЭП и МСЭМ, создаваемые на разных этапах проектирования, соответственно для схем электрических структурных (СЭС), принципиальных (СЭП) и монтажных (СЭМ) Под моделью схем будем понимать не только их единственное изображение с конкретными текущими значениями координат элементов и связей, а еще и некоторое математическое описание ее граф - схемы, вершинами которой являются отдельные функциональные части аппаратуры, а дугами – связи между ними. Такие модели легко преобразуются в электронный документ, а также в модели, которые используются на последующих этапах. Связи между контактами отдельных элементов схемы (основных функциональных частей изделия) создаются за счет специальных программных средств, используемых в системах автоматизированного проектирования. Например, в системе Графика-01-Т, на практике создания и эксплуатации которой написан этот текст, в описаниях элементов схемы вводится специальное понятие «контакт», определяющее координаты подсоединения внешних связей. Это позволило в моделях схем все связи представить в виде «резиновых нитей», что дает возможность легко перемещать и модифицировать отдельные элементы при переходе с этапа на этап, сохраняя их связность. На рис.2 приведен пример модели принципиальной схемы (МСЭП). Такая модель, например МСЭП, модифицируется на этапе проектирования СЭМ в том смысле, что, во-первых изображение каждого элемента заменяется на изображение его посадочного места на печатной плате, во-вторых, местоположение каждого элемента изменяется и подчиняется законам проектирования монтажных схем при неизменной связности между элементами на этих этапах.

рис.2

Функциональная составляющая (функциональная модель), как правило, должна присутствовать на каждом уровне разработки схемной документации. Она также представляет собой программу, описывающую с меньшей или с большей степенью детализации динамические процессы функционирования всех элементов, узлов и блоков проектируемого изделия [5]. На рис.1 в составе ОМ показаны функциональные модели ФМСЭС, ФМСЭП и ФМСЭМ, а также базы данных функциональных моделей (БД ФМ) отдельных элементов, которые создаются на соответствующих этапах проектирования.

Далее на примере разработки и эксплуатации системы автоматизированного проектирования схемной документации (Графика-01-Т) предлагается состав компьютерных моделей СЭС, СЭФ, СЭП, СЭМ и перечень электронных документов.

Компьютерная модель схемы электрической структурной (МСЭС) содержит:

- перечень условных графических обозначений (УГО) основных функциональных частей изделия СЭС;

- описания УГО основных функциональных частей изделия СЭС и описания относительных координат их контактов;

- описания связей между контактами частей СЭС;

- ссылки на компьютерную модель СЭФ.

Состав электронных документов СЭС:

- библиотека УГО основных функциональных частей изделия СЭС с описаниями относительных координат их контактов;

- электронный чертеж размещения УГО основных функциональных частей изделия СЭС и связей между ними;

- электронная таблица перечня основных функциональных частей изделия СЭС.

Пример схемы электрической структурной системы моделирования пультов управления АЭС приведен на рис.3.

рис.3

Компьютерная модель схемы электрической принципиальной (МСЭП) содержит:

- перечень УГО элементов СЭП;

- описания УГО элементов СЭП и описания относительных координат контактов элементов;

- описания связей между контактами элементов схемы;

- ссылки на компьютерные модели СЭС, СЭФ, СЭМ.

Состав электронных документов на СЭП:

- библиотека УГО элементов СЭП с описаниями относительных координат контактов элементов;

- чертеж размещения УГО элементов СЭП со связями между ними;

- таблица перечня элементов СЭП.

На рис.4 показан электронный чертеж СЭП, выполненный на основе МСЭП (рис.2) с автоматической трассировкой связей между элементами.

рис.4

рис.5

Компьютерная модель схемы электрической монтажной (МСЭМ) содержит:

- перечень типовых графических изображений установочных мест элементов СЭМ;

- описания типовых графических изображений установочных мест элементов схемы с относительными координатами их контактов;

- описания типовых графических изображений внешнего вида элементов с относительными координатами контактов;

- описания связей между контактами установочных мест элементов СЭМ;

- ссылки на компьютерную модель СЭП;

- ссылки на 3D компьютерную модель используемых конструктивов, включая 3D модели элементов.

Состав электронных документов СЭМ:

- библиотека типовых графических изображений установочных мест элементов схемы электрической принципиальной с описаниями относительных координат контактов установочных мест элементов;

- библиотека внешнего вида 3D моделей элементов и используемых конструктивов;

- чертеж размещения типовых графических изображений установочных мест элементов схемы;

- чертеж размещения типовых графических изображений внешних видов элементов схемы монтажной;

- послойные чертежи размещения соединений между элементами СЭМ;

- сборочный чертеж СЭМ;

- таблица перечня соединений между элементами;

- таблица сверления отверстий на печатных платах (ПП);

- управляющая программа для изготовления фотошаблонов печатных плат;

- управляющая программа для сверления отверстий на печатных платах (ПП) для сверлильного станка с ЧПУ ;

- управляющая программа для станков автоматической установки элементов на печатные платы.

рис.6

На рис.5 показан сборочный чертеж схемы монтажной для СЭП (рис.3), на рис.6 чертеж МСЭМ, совмещенный с результатами автоматической трассировки для той же СЭП. На рис.7 представлен пример объемной геометрической модели печатной платы в сборе.

рис.7

Таким образом, в работе рассмотрены возможности создания компьютерных моделей на отдельных этапах ЖЦ РЭА, перечислен набор электронных документов для каждого из этапов, показана возможность формирования обобщенной компьютерной модели (ОМ) для нескольких этапов ЖЦ.

Литература

1. Норенков И.П. CALS-стандарты. // Информационные технологии: Науч.-техн. Журн. – 2002. - № 2 – С. 47-51.

2. Соломенцев Ю.М. Информационно-вычислительные системы в машиностроении. CALS-технологии. – М.: Наука, 2003. – 292 с.

3. STEP Product Data Representation and Exchange. ISO CD 10303-42. 1994.

4. Артамонов Е.И.,Ромакин В.А., Сизова Л.Н., Тенякшев А.М. Автоматизированное проектирование и выпуск схемной документации на аппаратуру средств связи. Методическое пособие. МТУСИ . Москва. 2005г. 30с.

5. Analog and Mixed-Signal Modeling Using the VHDL-AMS Language. – New Oreans, 1999.