В чем разница между программным обеспечением ECAD и MCAD?

Существует большое количество инструментов проектирования электроники, которые оказывают проектировщикам значимую помощь. Проекты вплоть до мельчайших деталей можно полностью смоделировать в виртуальном мире, чтобы убедиться, что проектное решение будет работать, а все элементы будут совместимы. В прошлом для подтверждения правильности проектных решений создавались прототипы цепей и макеты корпусов, а сейчас компьютер способен выполнить такие проверки за считанные секунды. Сегодня программное обеспечение дает возможность внести коррективы легко, быстро и с минимальными затратами. Два важнейших инструмента, которыми может воспользоваться разработчик, — это пакеты автоматизированного проектирования электронных устройств (ECAD) и автоматизированного проектирования механических устройств (MCAD).

Что представляет собой инструмент ECAD? Что представляет собой программное обеспечение MCAD? И, самое главное, в чем разница между ними? В этом блоге мы проводим сравнительный анализ ECAD и MCAD. Очевидно, что программное обеспечение ECAD посвящено электрической части физической конструкции, а MCAD — ее механической части. Сегодня эти два набора программных инструментов объединены, что дает возможность взаимодействовать и организовывать такой рабочий процесс, в котором проектировщики из каждой области могут совместно работать над новым продуктом. Интеграция ECAD/MCAD означает, что конструктор электронного оборудования может выполнять задачи MCAD в программе проектирования печатных плат, а инженер-механик — пользоваться ресурсами ECAD. Прежде чем говорить о том, как действуют эти инструменты, следует изучить работу каждого типа программного обеспечения. В этом блоге проводится сравнительный анализ ECAD и MCAD.

• Что такое ECAD?
• Что такое MCAD?
• Интеграция ECAD
• Интегрированный процесс проектирования
• Заключение

Что такое ECAD?

Программное обеспечение ECAD дает разработчику электрооборудования возможность создать компоновку печатной платы (PCB) на основе схемы ее контуров, генерировать виртуальное представление печатной платы с размещением компонентов на 3D-модели, а также создавать/отображать производственную документацию печатных плат в формате 2D. Разные пакеты программного обеспечения обладают разными возможностями, причем в некоторых программных продуктах для выполнения различных задач проектирования требуется использовать несколько программ.

Стандартизированная библиотека размерных характеристик компонентов, дополненная электрическими и механическими данными для уникальных и нестандартных деталей, предоставляет необходимую информацию о размещении компонентов на плате с учетом ее физических размеров. Компьютеризованная маршрутизация трасс в сочетании с оптимизацией, выполняемой вручную и на компьютере, ускоряет проектирование макета. Функции автоматической проверки правил также дают возможность подтвердить, что электрические элементы правильно маршрутизированы, до передачи проекта на этап имитационного моделирования. После прохождения через алгоритм имитационного моделирования проект может быть передан на этап полной проверки электрической части и соответствия требованиям технологичности производства (DFM).

На 3D-модели платы разработчик электротехнических компонентов может быстро проверить отсутствие физических препятствий между деталями, помех, затрудняющих воздушный поток, запланированный для управления температурой, а также риска столкновения расположенных рядом плат или корпусных деталей. Также есть возможность проверить совместимость проектного решения с любым оборудованием автоматизированного размещения компонентов в процессе производства. Для сложных проектных решений, охватывающих несколько плат, возможность визуализировать готовую сборку, подтвердить совместимость и взаимодействие компонентов, расположенных на разных платах, является значительным преимуществом.

Что такое MCAD?

Программное обеспечение MCAD позволяет проектировщику создавать физические структуры, включая, в частности, механические детали, корпуса устройств и установочные компоненты. Программное обеспечение способно генерировать виртуальное представление деталей в формате 3D-изображения и визуализировать производственную документацию в формате 2D.

С помощью методик параметрического и прямого моделирования проектировщики могут создавать и изменять структуры в виде двухмерных планов или трехмерных представлений. Структуры можно разрабатывать по отдельности, а затем объединять в готовом виртуальном механическом решении. Благодаря этому проектировщик может проверить собранную воедино модель на отсутствие взаимных помех, создаваемых деталями, или отсутствие структурных промежутков.

Используя инструменты имитационного моделирования, проектировщик может рассчитать механические свойства конструкции, характеристики прочности и жесткости, а также подтвердить соблюдение требований экологической безопасности.

Интеграция программного обеспечения ECAD/MCAD

Дополнительным преимуществом программного обеспечения ECAD служит возможность взаимодействия на этапе проектирования, когда разные члены команды, работающие над различными функциональными областями или аспектами, могут объединить свои части проекта. Объединение результатов из ECAD и MCAD означает, что проектировщик может собрать электрические и механические детали в виртуальной среде и проверить их взаимное соответствие.

• Правильно ли расположены точки крепления печатных плат к корпусу?
• Совместимы ли отверстия под болты и обеспечен ли достаточный зазор для компонентов, смонтированных на печатной плате?
• Будет ли комплектная печатная плата помещаться в корпус, или компоненты будут соприкасаться с корпусными деталями либо окажутся слишком большими и не поместятся внутрь?
• Проходит ли запланированный поток воздуха через корпус по плате в нужном месте, чтобы обеспечить максимальную эффективность любых точек теплоотвода?
• Будет ли тепло, генерируемое на плате, при необходимости передаваться на корпус?
• Будут ли вибрации или механические ударные нагрузки, воздействующие на корпус, отрицательно влиять на компоненты, смонтированные на плате?

3D-визуализация готового проектного решения даст быстрые и однозначные ответы на эти вопросы, показывая, как все электрические и механические детали взаимодействуют физически. Преимущество такой интеграции ECAD в MCAD (или наоборот) заключается в возможности выявить ошибки, внести коррективы в проект и подтвердить достоверность результатов буквально за минуты.

Проблема заключается в том, что проектировщикам часто приходится работать с несовместимыми инструментами. Экспорт данных из одного инструмента в формат, который может использоваться другим, часто является сложным процессом, который может внести ошибки в набор данных. Время, сэкономленное при использовании инструментов, неожиданно тратится на проверку достоверности данных в каждом из них, которую приходится выполнять вручную. Любая ошибка может оставаться незамеченной до тех пор, пока кто-нибудь на сборочной линии не обнаружит, что плата не помещается в корпус нового устройства, производство которого только что запущено.

В последние годы разработчики инструментов ведут постоянную работу по созданию официальных стандартов для взаимодействия ECAD/MCAD. Благодаря этим усилиям сегодня в инструменты заложены автоматизированные процессы, обеспечивающие двухсторонний обмен проектной информацией. Так поддерживаются внесение текущих изменений на обеих сторонах, эффективный обмен данными и проверки с участием команд.

Интегрированный процесс проектирования

Важно помнить, что оба процесса невозможно выполнять последовательно или изолированно. Выходные данные одного метода будут влиять на другой. Например, процесс, реализуемый в программном обеспечении ECAD, может определять базовые физические размеры платы и выявлять любые ограничения по температурному контролю и вибрации, влияющие на конструкцию корпуса. Одновременно с этим процесс MCAD может показать, существуют ли ограничения, накладываемые на размер платы или размещение компонентов для соблюдения любых внешних размерных требований или с учетом других факторов, таких как размещение впускных и выпускных отверстий для воздушного потока.

У команды проектировщиков появляется непривычная свобода выбора конструкции корпусов, что позволяет оптимизировать конструкцию, используя любой размер платы. Как правило, конструкция корпуса накладывает ограничения на конструкцию платы, что, в свою очередь, может влиять на конструкцию электронной схемы. Интегрированный рабочий процесс с использованием программного обеспечения обоих типов, т. е. для электрического и механического проектирования, дает проектным командам возможность сотрудничать и общими силами разрабатывать оптимальное решение.

В частности, это означает, что проектировщики не ограничены использованием прямоугольных печатных плат в корпусах, напоминающих по форме кирпичи. Снимая эти ограничения, инструменты дают возможность создавать сложные геометрические формы так же быстро и дешево, как и простые традиционные конструкции.

Заключение

Команды, занимающиеся электронными и механическими элементами, работая параллельно над интегрированным решением, теперь могут за несколько дней получить в виртуальной среде тот же результат, на который раньше уходили месяцы. Программное решение ECAD оптимизирует процесс проектирования в части размещения электрических и электронных компонентов. Решение MCAD оптимизирует процесс проектирования механических деталей. Интеграция этих двух областей и автоматизированный обмен данными способны революционным образом изменить весь процесс проектирования. Эта возможность дала компаниям уверенность в том, что они смогут произвести платы и корпуса, которые будут не только совместимы, но и способны функционировать ожидаемым образом.

Разработчики схем, инженеры, проектирующие компоновку печатных плат и проводящие имитационное моделирование, уверенно переносят полный набор программных инструментов для совместной работы и интеграции из ECAD в MCAD (и в обратном направлении) в Altium Designer®. Когда проектное решение выполнено и готово для передачи на производство, платформа Altium 365 ™ упрощает и ускоряет совместную работу и обмен проектами.

Остались вопросы? Обратитесь к специалисту Altium и узнайте, какую помощь мы можем оказать при разработке очередного проекта печатной платы. Бесплатную пробную версию Altium Designer можно скачать здесь.