Przenieś sprawdzanie kolizji do ECAD, aby uzyskać bardziej efektywny przepływ pracy

Rozwój produktów elektronicznych obejmuje zespoły mechaniczne i elektryczne, które muszą współistnieć w ograniczonej przestrzeni fizycznej. Zapewnienie właściwego dopasowania nie jest opcjonalne: złącze wystające poza ściankę obudowy, wysoki kondensator stykający się z chassis lub otwór montażowy wypadający na ścieżce to problemy, które blokują produkcję. Tradycyjne podejście do rozwiązywania takich problemów przesuwa weryfikację kolizji na późniejszy etap, do obszaru pracy projektanta mechanicznego, już po zakończeniu projektowania PCB. To właśnie w tym schemacie przekazywania projektu narasta ryzyko dla harmonogramu.

Gdy narzędzie ECAD nie potrafi importować geometrii obudowy ani dokładnych modeli 3D komponentów, projektant elektryczny nie ma praktycznej możliwości weryfikacji odstępów. Odpowiedzialność za tę weryfikację spada wtedy w całości na zespół mechaniczny, który otrzymuje gotowy zespół, identyfikuje naruszenia i przekazuje wymagania dotyczące poprawek z powrotem do projektanta elektrycznego. Inną opcją w przypadku oprogramowania ECAD z ograniczonym wsparciem MCAD jest eksport plików mechanicznych ze środowiska ECAD i ponowny import ich do MCAD w celu odtworzenia modelu zespołu PCB w oprogramowaniu MCAD.

Każdy cykl przejścia przez tę pętlę kosztuje czas. W projektach o napiętych terminach lub z zależnościami wynikającymi z inżynierii współbieżnej wielokrotne iteracje tam i z powrotem mogą opóźnić terminy tape-out i budowy prototypu o tygodnie.

Jak skrócić ten harmonogram? Potrzebna jest metodologia, która daje projektantom elektrycznym możliwość weryfikacji kolizji przed przekazaniem projektu projektantom mechanicznym. Zastosowanie takiej metodologii może ograniczyć liczbę iteracji, zaoszczędzić czas i poprawić ogólną dokładność harmonogramu. Przyjrzyjmy się, jak to działa.

Nie rozciągaj harmonogramu przez późne kontrole kolizji

Pojedyncze przekazanie z ECAD do MCAD z naruszeniami kolizji jest jeszcze do opanowania. Problem narasta, gdy naruszenia wymuszają zmianę położenia komponentów, co z kolei unieważnia trasowanie, wymaga ponownego przeglądu ograniczeń integralności sygnałowej, a następnie może prowadzić do kolejnej zmiany stackupu lub footprintu. Złącze, które trzeba przesunąć o 2 mm, aby ominąć występ obudowy, może uruchomić kaskadę zmian obejmujących ponowne trasowanie par różnicowych, korekty dopasowania długości i aktualizację notatek produkcyjnych. Żadna z tych prac nie dodaje wartości projektowej; naprawiają one problem, który istniał przed pierwszym przekazaniem, ale nie był widoczny dla inżyniera wykonującego layout.

Wpływ na harmonogram jest zawsze trudny do odrobienia, a nikt nie lubi przerabiać layoutu PCB tylko po to, by uwzględnić zmiany mechaniczne, które powinny były być oczywiste. Projektanci mechaniczni pracujący równolegle nad oprzyrządowaniem obudowy lub analizą strukturalną nie mogą sfinalizować swojej pracy, dopóki nie otrzymają stabilnego obrysu płytki i profilu wysokości komponentów. Każda iteracja, która wraca z nierozwiązanym naruszeniem kolizji, wstrzymuje cały program mechaniczny.

Przesuń weryfikację wcześniej dzięki integracji STEP

Metodologia, która eliminuje większość tych iteracji, jest prosta: wprowadź geometrię 3D do środowiska ECAD, zanim projekt opuści zespół elektryczny. Wymaga to dwóch danych wejściowych. Pierwszym jest dokładny model 3D każdego komponentu, zwykle jako plik STEP pozyskany od producenta komponentu lub zamodelowany zgodnie z opublikowaną obwiednią mechaniczną. Osadzenie tych modeli jako właściwości komponentu we wpisie bibliotecznym zapewnia, że reprezentacja 3D przemieszcza się wraz z footprintem przez cały proces projektowy. Drugim wejściem jest eksport STEP mechanicznej obudowy od zespołu mechanicznego, zaimportowany do edytora PCB jako model 3D na poziomie płytki.

Gdy oba wejścia są dostępne, projektant elektryczny może przeprowadzić sprawdzanie odstępów w narzędziu ECAD względem zdefiniowanych reguł. Komponenty naruszające obwiednię odstępu lub fizycznie przecinające geometrię obudowy są oznaczane w widoku 3D. Projektant usuwa te naruszenia przez zmianę położenia komponentów, korektę obrysu płytki lub uzgodnienie zmiany geometrii z zespołem mechanicznym, zanim nastąpi jakiekolwiek formalne przekazanie. Zanim projekt trafi do zespołu mechanicznego, kontrola kolizji została już wykonana względem rzeczywistej geometrii obudowy, a dalszy przegląd koncentruje się na potwierdzeniu dopasowania, a nie na wykrywaniu problemów.

Rysunek 1 — Przepływ pracy oparty na eksporcie plików do weryfikacji mechanicznej w porównaniu ze zintegrowanym sprawdzaniem kolizji 3D w ECAD.

Reguły odstępów 3D i kontrola online w Altium Designer

Wykonywanie kontroli kolizji wewnątrz ECAD wymaga, aby narzędzie oceniało geometrię modeli 3D względem ograniczeń odstępu, a nie tylko zasięgi obrysów 2D typu courtyard. Kontrola oparta na courtyard wykrywa nakładanie się footprintów na powierzchni płytki, ale nie uwzględnia wysokości komponentów, kątowych obudów złączy ani elementów obudowy wystających do wewnątrz od pokrywy. Rzeczywista kolizja jest problemem trójwymiarowym.

Altium Designer obsługuje zarówno import, jak i eksport modeli i plików STEP, umożliwiając elektryczne sprawdzanie kolizji w ramach projektu elektrycznego. Reguła odstępów komponentów weryfikuje, czy wszystkie modele i bryły 3D w projekcie spełniają zdefiniowane przez użytkownika ograniczenia.

Funkcja sprawdzania reguł projektowych online w Altium Designer informuje o kolizjach i podświetla ich lokalizację na zielono, wskazując prymitywy naruszające reguły. Dostępny jest również identyfikator wskazujący, kiedy dany model STEP lub bryła 3D narusza określony odstęp. Ocenianymi prymitywami są pliki STEP komponentów oraz plik STEP obudowy mechanicznej. Poniższy obraz pokazuje, że złącza nie mieszczą się prawidłowo w obudowie, dlatego są podświetlone.

Rysunek 2 — Kolizje i naruszenia odstępów podświetlone na zielono

Praktyczne wymagania dla tej funkcji są następujące:

• Import STEP dla pojedynczych komponentów, osadzony jako właściwości komponentu w bibliotece
• Import STEP dla obudowy i elementów mechanicznych na poziomie płytki
• Oparte na regułach sprawdzanie odstępów 3D z konfigurowalnymi minimalnymi wartościami odstępu
• DRC online aktualizujące status naruszeń podczas interaktywnego rozmieszczania

Jeśli narzędzie ECAD nie spełnia wszystkich czterech tych wymagań, sprawdzanie kolizji musi pozostać po stronie MCAD, a problem iteracji nadal występuje. Najgorszym przypadkiem jest weryfikacja na etapie prototypu, co zawsze stwarza ryzyko ponownego wykonania płytki, przeprojektowania i ponownego wykonania obudowy albo obu tych działań jednocześnie.

Kolejny rysunek pokazuje rezultat zmian w pozycjonowaniu złączy, dzięki którym zespół elektryczny mieści się bezpiecznie w obudowie.

Rysunek 3 — Brak jakiegokolwiek podświetlenia oznacza, że zespół mieści się teraz w obudowie

Rozwiązywanie kolizji w ECAD nie eliminuje całkowicie przeglądu w MCAD. Projektanci mechaniczni nadal muszą przeprowadzać analizy strukturalne, potwierdzać stosy tolerancji montażu obudowy, weryfikować długości zazębienia elementów złącznych i analizować ścieżki cieplne. Różnica polega na tym, że pierwsze przekazanie następuje już ze statusem kolizji potwierdzonym jako poprawny. Zespół mechaniczny nie jest już pierwszą linią obrony przed naruszeniami odstępów; przegląda projekt, który został już sprawdzony względem ich geometrii.

Zamiast ćwiczenia polegającego na identyfikowaniu naruszeń i generowaniu listy poprawek, MCAD może przeprowadzić przegląd potwierdzający, który albo kończy się bez zastrzeżeń, albo ujawnia problemy specyficzne dla analizy tolerancji lub sekwencji montażu, czyli kwestie rzeczywiście należące do domeny mechanicznej. To znacznie efektywniejsze wykorzystanie czasu zespołu mechanicznego i zapewnia bardziej stabilny stan przekazania dla obu zespołów.

MCAD CoDesigner: pełna integracja mechaniczna z ECAD

Współprojektowanie MCAD firmy Altium zostało stworzone, aby zniwelować lukę między domenami projektowania ECAD (elektrycznego) i MCAD (mechanicznego), kończąc czasy, w których zespoły PCB były „przerzucane przez ścianę” do inżynierów mechaników. Łączy projekty Altium z popularnymi aplikacjami 3D MCAD, umożliwiając zespołom multidyscyplinarnym udział we współpracy inżynierskiej przy jednoczesnym wyeliminowaniu wielu ręcznych procesów wymiany plików zwykle wymaganych przy projektowaniu obudowy, definiowaniu ograniczeń i wstecznej kontroli kolizji.

Współpraca ECAD-MCAD to proces synchronizacji danych projektowych elektrycznych i mechanicznych. Dla inżynierów mechaników oznacza to mniej niespodzianek i mniej przeróbek. Zamiast polegać na eksportowanych plikach STEP, IDF, IDX i DXF lub ręcznych aktualizacjach, umożliwia bezpośrednią współpracę z natywną geometrią w używanym oprogramowaniu mechanical CAD. Inżynier elektryk może przekazywać zmiany projektu do preferowanego oprogramowania MCAD, dzięki czemu inżynierowie mechanicy mają dostęp do dokładnych obrysów płytki, rozmieszczenia komponentów i geometrii miedzi. Pozwala to każdej ze stron pracować na najnowszych zmianach bez opóźnień i nieporozumień.

• Synchronizacja dwukierunkowa: Inżynierowie mogą synchronizować projekty PCB między Altium Designer a popularnym oprogramowaniem MCAD, zapewniając obu zespołom pracę zawsze na tej samej wersji projektu, co zmniejsza ryzyko błędów i przeróbek.
• Zaawansowana obsługa geometrii miedzi: Inżynierowie mechanicy otrzymują przejrzyste dane inżynierii elektrycznej potrzebne do wykonywania szczegółowych kontroli mechanicznych lub analiz FEA, wraz z obsługą wyciąganej geometrii miedzi i transferu przelotek dla geometrii miedzi oraz warstw masek 3D.
• Efektywne udostępnianie plików CAD: Projektanci korzystają z preferowanych narzędzi, podczas gdy integracja przestrzeni roboczej Altium automatycznie zarządza danymi i transferem projektu, skracając czas rozwoju, minimalizując liczbę ponownych rewizji i przyspieszając wprowadzenie produktu na rynek.

Jak działa proces Push-Pull

MCAD CoDesigner implementuje prosty proces Push-Pull. Aktualizacje po jednej stronie mogą zostać przekazane współpracownikowi w kilka sekund, wywołując powiadomienie w panelu współprojektowania po stronie współpracownika, a każda ze stron może śledzić zmiany, dodając komentarze do każdej operacji Push. Ta natychmiastowa wymiana kluczowych danych odbywa się bez potrzeby ręcznego importu i eksportu plików IDF/IDX/STEP/DXF.

Funkcjonalność push-pull sprawia, że projekt Altium jest dostępny dla inżyniera mechanika bezpośrednio z poziomu Altium Designer. Po zaimportowaniu projektu do aplikacji MCAD wszelkie zmiany wprowadzone w narzędziu MCAD są synchronizowane z powrotem do strony ECAD. Po pobraniu ich z powrotem do Altium Designer dane layoutu PCB są natychmiast aktualizowane tak, aby odzwierciedlały zmiany w obrysie płytki i geometrii miedzi.

Obsługiwane aplikacje MCAD

Projekty PCB można importować do SolidWorks, Autodesk Inventor, Fusion 360 lub PTC Creo, co zapewnia wszystko, co potrzebne do rozwoju produktu w usprawnionym przepływie pracy.

Aby uzyskać więcej informacji, można odwiedzić:

• Integracja ECAD MCAD dla projektowania produktów
• Współpraca projektowa ECAD-MCAD z MCAD Co-Design

Aby zapoznać się z możliwościami MCAD CoDesigner, obejrzyj poniższy film.

Podsumowanie

Sprawdzanie kolizji w projektowaniu elektroniki jest niezbędną i krytyczną częścią procesu projektowego: mówiąc wprost, produktu nie da się zbudować, jeśli zespół elektroniczny nie mieści się w obudowie. Przekazywanie projektu tam i z powrotem między projektantami elektrycznymi i mechanicznymi kosztuje czas i pieniądze. Sprawdzanie odstępów bezpośrednio w narzędziu do projektowania elektrycznego jest znacznie lepszą i bardziej efektywną opcją.

Przeniesienie sprawdzania zakłóceń elektrycznych na wcześniejszy etap procesu projektowego wymaga narzędzia ECAD zdolnego do importowania plików STEP komponentów i obudów oraz do sprawdzania reguł 3D. Dzięki zintegrowanym kontrolom kolizji 3D w Altium Designer oraz narzędziu MCAD CoDesigner do współpracy z inżynierami mechanikami, w Altium Designer możliwy jest dowolny przepływ pracy. Ujednolicone środowisko Altium Designer zapewnia bardziej efektywne sposoby realizacji procesu projektowego. Rezultatem jest krótszy czas projektowania, co prowadzi do terminowego wprowadzenia produktu na rynek.

Niezależnie od tego, czy chcesz tworzyć niezawodną elektronikę mocy, czy zaawansowane systemy cyfrowe, skorzystaj z kompletnego zestawu funkcji projektowania PCB i światowej klasy narzędzi CAD firmy Altium. Altium oferuje wiodącą na świecie platformę do rozwoju produktów elektronicznych, wyposażoną w najlepsze w branży narzędzia do projektowania PCB oraz funkcje współpracy międzydyscyplinarnej dla zaawansowanych zespołów projektowych. Skontaktuj się z ekspertem Altium już dziś!