Перенесите проверку коллизий в ECAD для повышения эффективности рабочего процесса

Разработка электронного изделия включает механические и электрические узлы, которые должны сосуществовать в ограниченном физическом объеме. Обеспечить правильное размещение — не опция: разъем, выступающий за стенку корпуса, высокий конденсатор, касающийся шасси, или монтажное отверстие, попадающее на проводник, — все это проблемы, блокирующие производство. Традиционный подход к решению таких проблем переносит проверку на коллизии на более поздний этап, в область ответственности механического конструктора, после того как трассировка PCB уже завершена. Именно на этой стадии передачи накапливаются риски для графика.

Когда инструмент ECAD не может импортировать геометрию корпуса или точные 3D-модели компонентов, у электротехнического разработчика нет практической возможности проверять зазоры. Ответственность за такую проверку полностью ложится на механическую команду, которая получает готовую сборку, выявляет нарушения и передает требования по исправлению обратно разработчику электроники. Другой вариант при использовании ECAD с недостаточной поддержкой MCAD — экспортировать механические файлы из среды ECAD и повторно импортировать их в MCAD, чтобы воссоздать модель сборки PCB в MCAD-системе.

Каждый цикл в этом процессе требует времени. В проектах с жесткими сроками или зависимостями параллельной разработки многократные итерации туда-обратно могут сдвинуть даты tape-out и сборки прототипа на недели.

Как сократить эти сроки? Нужна методология, которая дает разработчикам электроники возможность проверять коллизии до передачи проекта механическим конструкторам. Использование такой методологии позволяет сократить количество итераций, сэкономить время и повысить общую точность планирования. Давайте рассмотрим, как это работает.

Не растягивайте график поздними проверками на коллизии

Однократная передача из ECAD в MCAD с нарушениями по коллизиям еще управляема. Проблема усугубляется, когда эти нарушения требуют перестановки компонентов, что затем делает недействительной трассировку, что требует повторной проверки ограничений целостности сигналов, что, в свою очередь, может потребовать изменения стека слоев или посадочного места. Разъем, который нужно сдвинуть на 2 мм, чтобы обойти элемент корпуса, может вызвать каскадную переразводку дифференциальных пар, корректировку согласования длин и обновление производственных примечаний. Ни одна из этих работ не добавляет ценности проекту; она лишь устраняет проблему, существовавшую еще до первой передачи, но невидимую для инженера, выполнявшего трассировку.

Влияние на график всегда трудно компенсировать, и никому не нравится переделывать трассировку PCB только для того, чтобы учесть механические изменения, которые должны были быть очевидны. Механические конструкторы, параллельно работающие над оснасткой корпуса или прочностным анализом, не могут завершить свою работу, пока не получат стабильный контур платы и профиль высот компонентов. Каждая итерация, возвращающая неустраненное нарушение по коллизии, удерживает на месте всю механическую часть программы.

Сдвигайте проверку влево с помощью интеграции STEP

Методология, устраняющая большую часть таких итераций, проста: перенесите 3D-геометрию в среду ECAD до того, как проект покинет электротехническую команду. Для этого нужны два входных источника данных. Первый — точная 3D-модель каждого компонента, обычно в формате STEP, полученная от производителя компонента или созданная по опубликованным механическим габаритам. Встраивание этих моделей как свойств компонентов в библиотечную запись гарантирует, что 3D-представление будет сопровождать посадочное место на протяжении всего проекта. Второй источник — STEP-экспорт механического корпуса от механической команды, импортируемый в редактор PCB как 3D-объект уровня платы.

При наличии обоих источников данных разработчик электроники может выполнять проверку зазоров внутри ECAD-инструмента по заданным правилам. Компоненты, нарушающие допустимый зазор или физически пересекающиеся с геометрией корпуса, помечаются в 3D-виде. Разработчик устраняет эти нарушения, перемещая компоненты, корректируя контур платы или согласовывая изменение геометрии с механической командой до любой формальной передачи проекта. К моменту, когда проект поступает в механическую команду, проверка на коллизии уже выполнена по фактической геометрии корпуса, а оставшаяся проверка сосредоточена на подтверждении совместимости, а не на выявлении проблем.

Рисунок 1 — Процесс экспорта файлов для механической проверки по сравнению со встроенной 3D-проверкой коллизий в ECAD.

Правила 3D-зазоров и онлайн-проверка в Altium Designer

Для выполнения проверки на коллизии внутри ECAD инструмент должен анализировать геометрию 3D-объектов относительно ограничений по зазорам, а не только 2D-границы courtyard. Проверка по courtyard выявляет перекрытия посадочных мест на поверхности платы, но не учитывает высоту компонентов, наклонные корпуса разъемов или элементы корпуса, выступающие внутрь со стороны крышки. Реальная коллизия — это трехмерная задача.

Altium Designer поддерживает как импорт, так и экспорт моделей и файлов STEP, позволяя выполнять электротехническую проверку коллизий непосредственно в рамках электрического проекта. Правило зазора между компонентами проверяет, что все 3D-объекты и модели в проекте соответствуют заданным вами ограничениям.

Возможность онлайн-проверки правил проектирования в Altium Designer уведомляет о столкновениях и выделяет место коллизии зеленым цветом, указывая примитивы-нарушители. Также предусмотрен индикатор, показывающий, когда конкретная модель STEP или 3D-объект нарушает заданный зазор. Примитивы, которые оцениваются в данном случае, — это STEP-файлы компонентов и STEP-файл механического корпуса. На изображении ниже показано, что разъемы некорректно размещаются внутри корпуса, поэтому они выделены.

Рисунок 2 — Коллизии и нарушения зазоров, выделенные зеленым цветом

Практические требования для этой возможности таковы:

• Импорт STEP для отдельных компонентов с встраиванием как свойств компонентов в библиотеку
• Импорт STEP для корпуса и механических элементов на уровне платы
• Проверка 3D-зазоров на основе правил с настраиваемыми минимальными значениями зазора
• Онлайн DRC, обновляющая статус нарушений во время интерактивного размещения

Если ECAD-инструмент не может обеспечить все четыре возможности, проверка на коллизии должна оставаться в MCAD, и проблема итераций сохраняется. Худший вариант — проверка уже на прототипе, что всегда создает риск повторного выпуска платы, перепроектирования и повторного изготовления корпуса или и того, и другого.

Следующий рисунок показывает результат изменений в расположении разъемов, благодаря которым электрическая сборка надежно помещается в корпус.

Рисунок 3 — Отсутствие какой-либо подсветки означает, что сборка теперь помещается внутри корпуса

Устранение коллизий внутри ECAD не исключает полностью проверку в MCAD. Механическим конструкторам по-прежнему необходимо выполнять прочностной анализ, подтверждать размерные цепочки допусков сборки корпуса, проверять длины зацепления крепежа и анализировать тепловые пути. Разница в том, что первая передача проекта приходит уже с подтвержденным отсутствием коллизий. Механическая команда больше не является первой линией защиты от нарушений зазоров; она рассматривает проект, уже проверенный по их геометрии.

Вместо процедуры выявления нарушений с формированием списка исправлений MCAD может обеспечить подтверждающую проверку, которая либо проходит без замечаний, либо выявляет вопросы, относящиеся именно к анализу допусков или последовательности сборки, то есть к подлинно механическим задачам. Это более эффективное использование времени механической команды и более стабильное состояние передачи проекта для обеих команд.

MCAD CoDesigner: полная механическая интеграция с ECAD

Средства совместного проектирования MCAD от Altium предназначены для устранения разрыва между областями проектирования ECAD (электрическая часть) и MCAD (механическая часть), положив конец временам, когда сборки PCB просто «перекидывали через стену» механическим инженерам. Они связывают проекты Altium с популярными 3D MCAD-приложениями, позволяя междисциплинарным командам участвовать в совместной инженерной разработке и устраняя многие процессы ручного обмена файлами, обычно необходимые для проектирования корпуса, задания ограничений и обратной проверки на коллизии.

Сотрудничество ECAD-MCAD — это процесс синхронизации данных электрического и механического проектирования. Для инженеров-механиков это означает меньше сюрпризов и меньше переделок. Вместо зависимости от экспортируемых файлов STEP, IDF, IDX и DXF или ручных обновлений оно обеспечивает прямое взаимодействие с нативной геометрией в вашей механической CAD-системе. Инженер-электронщик может передавать изменения проекта в предпочитаемое MCAD-приложение, чтобы механические инженеры имели точные контуры платы, размещение компонентов и геометрию меди. Это позволяет каждой стороне работать с самыми актуальными изменениями без задержек и недопонимания.

• Двунаправленная синхронизация: Инженеры могут синхронизировать проекты PCB между Altium Designer и популярными MCAD-системами, гарантируя, что обе команды всегда работают с одной и той же версией проекта, что снижает риск ошибок и переделок.
• Расширенная поддержка геометрии меди: Механические инженеры получают необходимые им точные данные электротехнического проектирования для детальных механических проверок или FEA, включая поддержку экструдированной меди и передачи переходных отверстий для геометрии меди и 3D-слоев маски.
• Эффективный обмен CAD-файлами: Разработчики используют предпочитаемые инструменты, а интеграция с рабочим пространством Altium автоматически управляет данными и передачей проекта, сокращая время разработки, минимизируя повторные выпуски и ускоряя вывод продукта на рынок.

Как работает процесс Push-Pull

MCAD CoDesigner реализует простой процесс Push-Pull. Обновления с одной стороны могут быть переданы коллеге за считаные секунды, вызывая уведомление в панели совместного проектирования у второго участника, и каждая сторона может отслеживать изменения, добавляя комментарии к каждой операции Push. Такой мгновенный обмен критически важными данными выполняется без необходимости ручного импорта и экспорта файлов IDF/IDX/STEP/DXF.

Функциональность push-pull делает проект Altium доступным механическому инженеру изнутри Altium Designer. После импорта проекта в MCAD-приложение любые изменения, внесенные в MCAD-инструмент, синхронизируются обратно в ECAD. После обратной загрузки в Altium Designer данные трассировки PCB немедленно обновляются, отражая изменения контура платы и меди.

Поддерживаемые MCAD-приложения

Проекты PCB можно импортировать в SolidWorks, Autodesk Inventor, Fusion 360 или PTC Creo, что дает вам все необходимое для разработки продукта в рамках оптимизированного рабочего процесса.

Подробнее см. здесь:

• Интеграция ECAD и MCAD для разработки продуктов
• Совместное проектирование ECAD-MCAD с MCAD Co-Design

Чтобы получить обзор возможностей MCAD CoDesigner, посмотрите видео ниже.

Заключение

Проверка на коллизии в электронном проектировании — необходимая и критически важная часть процесса разработки: проще говоря, ваш продукт невозможно изготовить, если электронная сборка не помещается в корпус. Постоянная передача проекта между электротехническими и механическими разработчиками требует времени и денег. Проверка зазоров непосредственно в инструменте электрического проектирования — гораздо лучший и более эффективный вариант.

Перенос проверки электрических помех на более ранний этап процесса проектирования требует ECAD-инструмента, способного импортировать STEP-файлы компонентов и корпуса, а также выполнять 3D-проверку по правилам. Благодаря интегрированным в Altium Designer средствам 3D-проверки на пересечения и инструменту MCAD CoDesigner для совместной работы с инженерами-механиками в Altium Designer возможен любой рабочий процесс. Единая среда Altium Designer предоставляет более эффективные возможности для завершения процесса проектирования. В результате сокращаются сроки разработки, что позволяет выпускать продукт вовремя.

Независимо от того, разрабатываете ли вы надежную силовую электронику или современные цифровые системы, используйте полный набор функций для проектирования PCB и CAD-инструменты мирового класса от Altium. Altium предоставляет ведущую в мире платформу для разработки электронных изделий, включающую лучшие в отрасли инструменты проектирования PCB и средства междисциплинарного взаимодействия для передовых команд разработчиков. Свяжитесь со специалистом Altium уже сегодня!