Подготовка и оформление чертежа печатной платы в системе автоматизированного проектирования КОМПАС

Система трехмерного твердотельного моделирования (САПР) КОМПАС представляет собой инструмент для создания трехмерных ассоциативных моделей отдельных деталей, сборочных единиц и чертежей, содержащих как оригинальные, так и стандартизованные конструктивные элементы [1].

Основные компоненты САПР КОМПАС: система трехмерного твердотельного моделирования, чертежно­графический редактор, предназначенный для автоматизации проектно­конструкторских работ в различных отраслях деятельности: машиностроении, архитектуре, строительстве, составлении планов и схем — везде, где необходимо разрабатывать и выпускать чертежную и текстовую документацию, а также модуль проектирования спецификаций, позволяющий выпускать разнообразные спецификации, ведомости и прочие табличные документы. При этом документ­спецификация может быть ассоциативно связан со сборочным чертежом (одним или несколькими его листами) и трехмерной моделью сборки.

Рис. 1. Процесс проектирования РЭУ

Чертеж печатной платы (ПП), создание которого ведется в САПР КОМПАС, подразумевает наличие исходного готового проекта ПП, выполненного в САПР радиоэлектронных устройств (РЭУ). Процесс проектирования РЭУ в САПР P­CAD 2002 показан на рис. 1 [2].

В модуле схем проектируется схема электрическая принципиальная с применением РЭ из единых библиотек, затем посредством трансляции данных (списка соединений) в модуле ПП автоматически размещаются РЭ согласно схеме электрической принципиальной. Кроме того, в проекте ПП также можно применять единые библиотеки. РЭ размещаются (вручную или автоматизировано) в пределах контура ПП. Далее происходит ручная, полуавтоматическая или автоматическая трассировка проводников с применением программы­автотрассировщика. Модуль символов и модуль корпусов, а также модуль библиотек служат соответственно для создания символов, посадочных мест и наполнения компонентов в единые библиотеки РЭ. В описанный процесс не входит моделирование — применение систем инженерных расчетов (Computer­aided engineering, CAE). Хотя некоторые САПР РЭУ и обладают подобным функционалом, такие комплексы не заменят специализированных пакетов моделирования и анализа.

Результатами процесса проектирования РЭУ являются готовая схема РЭУ и данные проектирования печатной платы (ПП). Однако, помимо этого, необходимо наличие комплекта конструкторской документации (КД), в который входят: схема электрическая принципиальная — Э3, перечень элементов — ПЭ3, чертеж ПП, сборочный чертеж РЭУ и спецификация на него. Для оформления по Единому стандарту конструкторской документации (ЕСКД) проектов, выполненных в САПР P­CAD 2002, предназначена программа Design DBX (рис. 2), разработанная Л.Д. Чистяковым [3].

Рис. 2. Интерфейс программы Design DBX

В проекте Э3 схема вставляется в подходящий по размеру формат (рис. 3) [4]. После этого на основе атрибутов радиоэлементов формируется и заполняется ПЭ3 (рис. 4).

В отличие от Э3 и ПЭ3, оформление чертежа на ПП сопряжено с некоторыми проблемами; данный документ формируется с рядом ошибок, поэтому на ФГУП ОмПО «Иртыш» было разработано собственное программное решение для выполнения данной задачи.

Рис. 3. Схема электрическая принципиальная

Рис. 4. Перечень элементов

Чертеж ПП формируется в САПР КОМПАС. При этом все элементы чертежа, формируемые в Design DBX в виде графических примитивов, выполняются с применением имеющегося функционала КОМПАСА (таблица отверстий, знак шероховатости, технические требования, формат и основная надпись).

В первоначальном варианте разработанной программы за основу брались DXF­файлы, формируемые Design DBX, из них извлекалась необходимая информация, и в результате работы программы (рис. 5) получался чертеж ПП (рис. 6).

Рис. 5. Интерфейс программы «Мастер оформления чертежа печатной платы»

Рис. 6. Чертеж сигнальных слоев ПП

В процессе разработки был учтен ГОСТ 2.417­91 [5] (п. 30: «При автоматизированном и полуавтоматизированном методе конструирования допускается чертежи печатных плат выпускать без изображения проводящего рисунка, включая в комплект конструкторской документации документы на носителях данных, определяющих конструкцию и способ изготовления печатных плат и их составных частей») и принято решение, по которому чертеж ПП является приложением к данным проектирования (проекту ПП), выпускается без изображения проводящего рисунка топологии, с прорисовкой контура ПП, всех вырезов и неметаллизированных отверстий.

Пример таблицы отверстий

1

2

3

4

5*

6**

Условное обозначение контактной площадки, отверстия

Номинальный диаметр отверстия, мм

Наличие металлизации в отверстии

Номинальный диаметр, размеры контактной площадки, мм

Номинальный диаметр, размеры контактной площадки, мм

* Для одно­ и двусторонних ПП (ОПП и ДПП).

** Для многослойных ПП (вместо столбца 5).

В связи с этим были решены следующие задачи:

• присвоение электронному документу (проекта ПП) статуса подлинника, а чертежу ПП — его приложения;
• упрощение и ускорение процесса изготовления самого чертежа ПП.

Разрабатываемая программа предназначена для создания чертежа печатной платы (ПП) в САПР КОМПАС на основе данных проектирования (файл PCB), выполненных в САПР P­CAD 2002, путем задания необходимых параметров и режимов конструктором — разработчиком чертежа ПП (далее — пользователь).

Данная программа выполняет следующие функции:

• установка формата и масштаба чертежа ПП по выбору пользователя;
• извлечение контура ПП из слоя Board данных проектирования ПП;
• предоставление пользователю возможности выбирать для отображения на чертеже ПП стили контактных площадок и переходных отверстий. При этом все стили неметаллизированных отверстий должны быть всегда включены для отображения;
• нанесение размерных шкал по периметру ПП по выбору пользователя;
• размещение габаритных размеров по контуру ПП в соответствии с выбранным масштабом;
• размещение справа (либо снизу по выбору пользователя) боковой проекции ПП. Данные для ее размеров определяются исходя из габаритных размеров ПП и толщины материала ПП, указанной в названии материала. Материал ПП выбирается пользователем из предлагаемого списка;
• размещение в правом верхнем углу поля чертежа знака шероховатости;
• размещение в правом верхнем углу поля чертежа под знаком шероховатости таблицы отверстий со следующими столбцами (см. таблицу). Отверстия, имеющие одинаковые значения столбцов 2, 3, 5, (6), автоматически объединяются в один тип (столбец 1);
• автоматическое вычисление и внесение в соответствующее поле основной надписи массы ПП (приблизительное значение без учета металлизации), исходя из названия выбранного материала ПП (материал выбирается пользователем из предлагаемого списка) и ее размеров, по формуле m=ρ·V, где m — масса, ρ — плотность, V — объем ПП, V = S·c, где S — площадь ПП, с — толщина ПП. Площадь ПП вычисляется автоматически при помощи функционала системы КОМПАС. Главное условие для определения площади — замкнутый контур ПП в данных проектирования. При дальнейшем оформлении пользователь может корректировать значение массы;
• размещение в поле чертежа над основной надписью шаблона технических требований (ТТ) с соответствующим типу содержанием в зависимости от типа ПП (ОПП, ДПП, МПП);
• автоматическое вычисление и вставка в ТТ приблизительной площади металлизации ПП;
• автоматическое формирование и размещение на поле чертежа (слева от таблицы отверстий) разреза ПП для МПП;
• использование информации из атрибутов данных проектирования для заполнения основной надписи чертежа. Для облегчения и ускорения заполнения значений атрибутов без их многократного создания написана программа ввода атрибутов в диалоговом режиме (рис. 7). Кроме заполнения основной надписи чертежа ПП, данные из атрибутов используются при внесении проектов ПП в систему электронного технического документооборота для автоматического создания атрибутивной информации;
• последующая корректировка технических требований, а также простановка дополнительных размеров, видов, выносок выполняется непосредственно пользователем в САПР КОМПАС (рис. 8).

Рис. 7. Интерфейс программы «Заполнение атрибутов файла PCAD PCB»

Рис. 8. Чертеж ПП, выполненный в САПР КОМПАС

В результате пользователь получает чертеж ПП, входящий в комплект КД и удовлетворяющий требованиям цеха — изготовителя ПП. Данных, размещенных в поле чертежа, вполне хватает для проверки и сдачи отделу технического контроля. Основная же информация для изготовления управляющих программ для сверлильного и фрезерного станков с ЧПУ, а также установки тестирования ПП содержится в данных проектирования (файл PCB), выполненных в САПР P­CAD 2002. В перспективе возможен уход от чертежа ПП, как практикуется на многих предприятиях контрактного производства ПП.