В чем разница между программным обеспечением ECAD и MCAD?

При проектировании электроники существует множество инструментов, которые значительно упрощают жизнь разработчику. Полные конструкции можно детально моделировать в виртуальной среде, чтобы разработчик мог проверить, будет ли устройство работать и подойдут ли все детали друг к другу при производстве. Раньше для проверки проектов создавали прототипы схем и макеты корпусов, но теперь компьютер выполняет такие проверки за считанные секунды. При наличии подходящего ПО изменения можно вносить быстро, просто и с минимальными затратами. Два основных инструмента, доступных разработчику, — это пакеты Electronic Computer-Aided Design (ECAD) and Mechanical Computer-Aided Design (MCAD).

Возможно, вы задаётесь вопросом: что такое ECAD? Что представляют собой программы MCAD и ECAD? И самое главное — в чём между ними разница? В этой статье мы разберём сравнение ECAD и MCAD. ПО ECAD ориентировано на электрическую часть физического изделия, тогда как MCAD — на механическую. Сегодня оба класса программных средств объединяются, обеспечивая совместный рабочий процесс, в котором специалисты из каждой области могут вместе работать над новым продуктом. Интеграция ECAD/MCAD означает, что инженер-разработчик электроники может выполнять задачи MCAD в своём PCB design software, и наоборот — механический конструктор может работать с данными ECAD. Прежде чем объяснять, как работают эти инструменты, стоит рассмотреть принцип работы каждого типа ПО. В этой статье мы разберём ECAD и MCAD.

Что означает ECAD?

ECAD расшифровывается как Electronic Computer-Aided Design. ПО ECAD — это специализированный тип CAD (Computer-Aided Design). Оно используется для проектирования и разработки электронных систем, особенно печатных плат (PCB). ECAD фокусируется на электрических и электронных аспектах проектирования изделий, тогда как более широкий термин CAD может относиться к любому программному обеспечению для проектирования.

Что такое ECAD?

ПО ECAD позволяет разработчику электроники создавать топологию печатной платы (PCB) на основе schematic of their circuit design, формировать виртуальное представление платы с размещением компонентов в виде 3D-моделей, а также создавать и отображать 2D-документацию для производства печатной платы. Разные пакеты ECAD обладают разными возможностями, и некоторые программы вынуждают использовать несколько приложений для выполнения различных задач проектирования.

Стандартизированная библиотека размеров компонентов, дополненная электрическими и механическими данными для нестандартных или редких деталей, предоставляет необходимую информацию для размещения на плате в пределах физических размеров PCB. Автоматизированная трассировка проводников в сочетании с ручной и компьютерной оптимизацией ускоряет процесс разработки топологии. Функции автоматической проверки правил также могут обеспечить определённую уверенность в том, что электрическая разводка выполнена корректно ещё до передачи проекта на этап моделирования. После прохождения моделирования проект можно отправить на полный этап электрической проверки и проверки на технологичность производства (DFM).

Работа с 3D-моделью спроектированной платы позволяет разработчику электроники быстро проверить отсутствие физических конфликтов между деталями, препятствий для запланированного воздушного потока при тепловом управлении или возможных столкновений между сопрягаемыми платами либо с корпусом. Также можно проверить, совместима ли конструкция с оборудованием автоматической установки компонентов, используемым в производстве. Для сложных многоплатных проектов возможность ПО ECAD визуализировать готовую сборку и убедиться, что компоненты на одной плате могут взаимодействовать с другой, является существенным преимуществом.

Как изучить ECAD

Проектирование электронных изделий — это увлекательная и инновационная область с множеством карьерных возможностей. Первый шаг в изучении ECAD — понять основы электроники: компоненты, способы их соединения и принципы схемотехники. 

Начните с простых проектов. Например, со схемы базового светодиодного устройства или небольшого устройства на базе микроконтроллера. По мере роста уверенности можно переходить к более сложным разработкам. Изучая основы, экспериментируйте с ПО ECAD и знакомьтесь с инструментами, доступными на рынке. Используйте онлайн-руководства, форумы и ресурсы сообщества, чтобы развивать навыки и решать возникающие проблемы. 

Вы найдёте множество полезных материалов в коллекции Altium Learning Hub . Если вам нужен бесплатный курс уровня колледжа, рекомендуем курс Altium Education Learn Printed Circuit Board Design, который поможет освоить основы проектирования электроники на печатных платах и работы с ПО ECAD.

Что такое MCAD?

ПО MCAD позволяет разработчику создавать физические конструкции, такие как механические детали, корпуса устройств и монтажные элементы. Программа может формировать виртуальное представление этих объектов в виде 3D-изображения и создавать 2D-производственную документацию.

Параметрическое и прямое моделирование позволяют конструкторам создавать и изменять конструкции либо как 2D-чертежи, либо как 3D-представления. Несколько конструкций могут разрабатываться отдельно, а затем собираться в завершённую виртуальную механическую модель. Эта возможность позволяет разработчику проверять сборку на наличие взаимных пересечений деталей или зазоров в конструкции.

Инструменты моделирования позволяют рассчитывать механические свойства конструкции, такие как прочность и жёсткость, а также проверять соответствие требованиям по защите от внешних воздействий.

Совместная работа ECAD-MCAD

Дополнительное преимущество ПО ECAD проявляется при совместном проектировании, когда несколько участников команды, работающих над разными функциональными областями или аспектами проекта, могут объединять свои части в единое целое. Объединение результатов ECAD и MCAD даёт разработчику возможность собрать электрические и механические части в виртуальной среде и увидеть, подходят ли они друг к другу.

• Находятся ли точки крепления PCB в корпусе в правильных местах?
• Совпадают ли отверстия под винты, и достаточно ли зазора для компонентов, установленных на PCB?
• Поместится ли смонтированная PCB внутри корпуса, или компоненты будут касаться стенок либо окажутся слишком крупными для размещения внутри?
• Правильно ли организован запланированный воздушный поток через корпус и над PCB для максимальной эффективности радиатора?
• Будет ли тепло, выделяемое на PCB, передаваться на корпус так, как требуется?
• Не окажут ли вибрации или механические удары, воздействующие на корпус, негативного влияния на компоненты, установленные на PCB?

3D-визуализация завершённой конструкции позволяет быстро и наглядно ответить на эти вопросы, показывая, как все электрические и механические части взаимодействуют физически. Прелесть этого интегрированного подхода ECAD к MCAD (или наоборот) в том, что ошибки можно обнаружить, скорректировать проект и проверить результат за считанные минуты.

Проблема в том, что разработчикам часто предоставляются несовместимые инструменты. Передача данных из ECAD в MCAD обычно означает экспорт распространённых форматов файлов из одной области и последующий импорт в приложение другой области. Любая ошибка может остаться незамеченной до тех пор, пока кто-то на сборочной линии не обнаружит, что PCB не помещается в корпус нового изделия, производство которого уже началось.

В последние годы производители инструментов активно работают над созданием формальных стандартов для совместной работы ECAD-MCAD. В результате появились автоматизированные процессы, обеспечивающие двунаправленную передачу проектной информации и позволяющие эффективно обмениваться и проверять поэтапные изменения с обеих сторон между командами.

Интегрированный процесс проектирования

Важно помнить, что процессы ECAD и MCAD нельзя выполнять последовательно или изолированно друг от друга. Совместная работа ECAD-MCAD критически важна для эффективной и точной разработки электронных изделий. Данные, полученные в одном процессе, будут влиять на другой. Например, процесс в ПО ECAD может определить базовые физические размеры PCB и выявить ограничения по тепловому режиму и вибрациям, влияющие на проектирование корпуса. В то же время процесс MCAD может определить ограничения по размеру PCB или размещению компонентов для соблюдения внешних габаритных требований и других факторов, таких как расположение входных и выходных отверстий для воздушного потока.

Редко бывает так, что команда разработчиков имеет полную свободу в проектировании корпуса, позволяющую оптимизировать PCB design за счёт использования платы любого размера. Обычно именно конструкция корпуса накладывает ограничения на проектирование PCB, что, в свою очередь, может влиять на разработку электронной схемы. Интегрированный рабочий процесс с обоими типами ПО для электрического и механического проектирования позволяет командам совместно разрабатывать оптимальное решение.

Это означает, что разработчики больше не ограничены использованием прямоугольных PCB в корпусах в форме кирпича. Напротив, инструменты открывают возможность создавать сложные формы так же быстро и недорого, как и традиционные простые конструкции.

Итоги

Команды электронного и механического проектирования, работающие параллельно с интегрированным решением, теперь могут за несколько дней достичь того, на что раньше уходили месяцы, — и всё это в виртуальной среде. Решение ECAD оптимизирует процесс проектирования для электрического и электронного размещения компонентов. Решение MCAD оптимизирует процесс проектирования механических частей. Интеграция этих двух подходов поддерживает совместную работу ECAD-MCAD и автоматизированный обмен данными, революционизируя весь процесс проектирования. Возможности интеграции ECAD-MCAD дали компаниям уверенность в том, что после запуска в производство PCB и корпусов они не просто подойдут друг к другу, но и собранное изделие будет работать так, как ожидается.

Хотите легко синхронизировать свой проект между Altium и самыми популярными системами MCAD? Начните использовать совместную работу ECAD-MCAD в Altium Develop!