Евгений Кондратьев, начальник отдела главного конструктора,
филиал ОАО «НПК «СПП» в г. Великий Новгород
Дарья Миллионщикова, ведущий инженер, Certified SolidWorks Professional (CSWP),
компания SolidWorks Russia
Игорь Ларионов, ведущий специалист,
компания SolidWorks Russia
ОАО «НПК «Системы прецизионного приборостроения» – одно из ведущих предприятий радиоэлектронной промышленности, выполняющее заказы ОПК и ФКА «Роскосмос». В корпорации осуществляется сквозной цикл разработки квантово-оптических систем. В статье рассматривается опыт применения технологий SolidWorks при разработке камеры видеорегистрации.
Камера видеорегистрации, выполненная в виде автономного блока, входит в состав замкнутой телевизионной системы и предназначена для преобразования оптического изображения исследуемого пространства в цифровые видеоданные и регистрации на съемный носитель информации по интерфейсу USB.
Разработка изделия начинается с этапа формирования технического задания. Далее следует закупка всех необходимых электрорадиоизделий (ЭРИ), чтобы к моменту изготовления изделия производство не испытывало недостатка в комплектующих. Возникает вопрос: откуда специалисты еще до оформления конструкторской и технологической документации знают, сколько нужно закупить микросхем и резисторов?
Для выполнения топологии печатных плат, трассировки и других схемотехнических работ НПК «СПП» использует Altium Designer.
Данная ECAD-система выдает информацию по составу и количеству ЭРИ для отдельно взятой печатной платы в систему управления инженерными данными SolidWorks Enterprise PDM, где происходит автоматическое создание таких документов, как перечень элементов, ведомость покупных изделий, спецификаций, и других отчетов.
Кроме того, разработку того или иного изделия нет смысла начинать без понимания организации единого сбалансированного хранения нормативно-справочной информации (НСИ) и библиотечных компонентов с учетом ограничительного перечня.
Наверняка многим знакома ситуация, когда на заводе хранятся многолетние наработки, выполненные в устаревших системах: библиотеки компонентов, базы данных, не связанные друг с другом источники. Не хватает единой системы управления данными, чтобы заставить различные службы работать в сквозном цикле. Результат печален: множество разрозненных программ скорее создает хаос, чем призывает к порядку.
В рамках описываемого проекта было разработано принципиально новое решение (совместная разработка SolidWorks Russia и НПК «СПП»), позволяющее специалистам в области радиоэлектронной аппаратуры работать в едином сквозном цикле вместе с другими отделами корпорации.
Основная идея заключается в том, что один и тот же библиотечный компонент будет использован в ECAD-, MCAD-, PDM-, PLM- и ERP-системах. При этом все данные централизованно хранятся в SolidWorks Enterprise PDM с учетом версионности, что необходимо для обмена информацией между отделами, а также для передачи данных в системы управления производством и предприятием: код заказа от поставщика, номер ячейки на складе, ограничительный перечень, наличие в справочниках Министерства обороны РФ, Фонде УНИЭТ и пр.
Сначала в SolidWorks Enterprise PDM сохраняется 3D-модель библиотечного компонента с полным заполнением атрибутов в карточке данных. В автоматическом режиме компонент попадает в предварительно настроенный бизнес-процесс. Каждому компоненту присваивается уникальный идентификационный номер.
Далее библиотечные 3D-компоненты формата STEP из SolidWorks Enterprise PDM с помощью макроса встраиваются в библиотеки Altium Designer для дальнейшей проработки топологии платы, чтобы обеспечить реализацию различных графических представлений: условно-графическое изображение, посадочное место, 3D-компоненты формата STEP, 3D фотореалистичное изображение.
Свойства каждого библиотечного компонента забираются из библиотек схемотехнических САПР и полностью передаются в каждую карточку уже созданного трехмерного библиотечного компонента. Для тех, кто продолжает работать в ECAD-системе, разница не ощутима, поскольку им доступны только условно-графические изображения (УГО) в том виде, в каком они были до передачи в SolidWorks Enterprise PDM.
Какие свойства библиотечного компонента могут понадобиться схемотехникам и другим специалистам, участвующим в бизнес-процессах корпорации? Это описание компонента, маркировка на корпусе, тип компонента, номинал, количество ножек (для подсчета количества паек при планировании на производстве, учета амортизации оборудования, подсчета нормо-часов монтажников), вариант установки по руководящему документу предприятия, технология монтажа компонента и пр.
Корпорация использует ГОСТ 2.710-81 для буквенно-цифровых обозначений в электрических схемах. Настоящий стандарт распространяется на электрические схемы и конструкторские документы, содержащие сведения об элементах, устройствах и функциональных группах электрических схем, выполняемых вручную и автоматизированным способом во всех отраслях промышленности, и устанавливает типы условных буквенно-цифровых обозначений элементов, устройств и функциональных групп, а также правила их построения. Данный стандарт позволяет не только правильно обозначать УГО, но и тиражировать эту систему обозначений для всей корпорации.
Для быстрого наполнения библиотеки Altium Designer на предприятии применяется приложение SWR-ресурсы, которое позволяет зачитать данные в виде таблиц от производителей компонентов в карточки SolidWorks Enterprise PDM для дальнейшего корректного отображения в виде привычных для схемотехников УГО. Приложение SWR-ресурсы дает возможность загружать данные с сайтов большинства производителей электронных компонентов.
Наполнение базы электрорадиоизделий на примере описываемого проекта можно разделить на следующие этапы: выбор элемента по электрическим параметрам, возможность покупки, проверка производства на предмет технологии монтажа, ремонта и т. п.; занесение основных параметров в базу; добавление УГО, посадочного места для ECAD; формирование полновесной 3D-модели, привязка ссылочных документов для производства.
Итак, библиотеки изначально создаются в трехмерном варианте в SolidWorks, после чего выгружаются в систему управления инженерными данными SolidWorks Enterprise PDM и регистрируются, при этом в автоматическом режиме заполняются настроенные атрибуты файлов. Одновременно инженер-схемотехник наполняет базу компонентов с учетом только радиотехнических данных.
Следующий этап разработки камеры видеорегистрации представляет собой моделирование изделия с подробной проработкой всех сборочных узлов, выпуском сборочных и детальных чертежей, спецификаций и других документов, подготовкой состава изделия для передачи технологам, на производство, в систему управления предприятием. При этом осуществляются твердотельное моделирование и работа с листовым металлом, используются библиотеки стандартных элементов, входящие в поставку, а также разработанные и утвержденные на предприятии библиотечные узлы, детали и другие элементы. Выпуск детальных и сборочных чертежей, спецификаций и иных документов выполняется в соответствии с ЕСКД.
Конструкторское подразделение проводит формирование 3D-представления печатной платы для получения объемного варианта сборки, выявления конфликтов и проблемных участков, создания конструкторской документации, тепловых и электромагнитных расчетов.
Чтобы получить трехмерную сборку печатной платы, которая создана специалистами-схемотехниками в Altium Designer, выгруженную в виде IDF-формата, используется модуль CircuitWorks. Решение в автоматизированном режиме создает объемную модель печатной платы с учетом расположения и габаритов всех компонентов. Если не задан один из габаритов компонента, например высота, а сам компонент представляет собой обычный плоский эскиз, конструктор непосредственно в CircuitWorks может добавить недостающие данные для проверки корректности размещения печатной платы в основной сборке.
Автоматизированная передача данных из Altium Designer в SolidWorks позволяет конструктору-механику еще на этапе сборки понять, насколько корректно размещаются печатные платы в корпусе изделия, и при необходимости оперативно переместить детали в сборке либо изменить положение компонентов печатной платы, после чего передать актуальную информацию в Altium Designer через нейтральный IDF-формат, где специалист-схемотехник заново выполнит трассировку.
Напомним, что реализуется данный этап при наличии библиотек компонентов, которые хранятся в SolidWorks Enterprise PDM в виде единой базы и данные которых наглядно представлены в карточках. Не стоит забывать и о том, что каждому специалисту – схемотехнику или механику – нужна только определенная атрибутивная составляющая компонента. Например, тем, кто использует в трехмерной сборке SolidWorks компоненты, преобразованные с помощью CircuitWorks, интересно обозначение модели, ее трехмерное отображение. Для Altium Designer важны тип компонента, номинал и т. д.
Единая библиотека ЭРИ под управлением SolidWorks Enterprise PDM позволяет передавать данные в разнообразные САПР в том виде, в котором они способны эти данные «понять». Отслеживание происходит по ID компонента в SolidWorks Enterprise PDM, что скрыто от глаз пользователя (будь то механик или схемотехник). Причем если поменялся, например, номер заказа, документ все равно останется один и тот же – изменится только карточка компонента, централизованно хранящегося в PDM.
Одна из стадий конструкторской разработки камеры видеорегистрации – производство различных инженерных расчетов. Для решения задач гидрогазодинамики и теплопередачи на предприятии используется специальный модуль Flow Simulation, который учитывает совместное действие многих факторов: движение среды, теплопроводность, если нужно, солнечное излучение, теплообмен излучением и т. д. Например, на этапе инженерных расчетов необходимо было оценить тепловой режим при эксплуатации камеры видеорегистрации в различных климатических условиях. Исходными данными являлись такие параметры, как температура окружающей среды и поток охлаждающего воздуха на входе.
В базу данных для теплового анализа были добавлены новые материалы, применяемые для расчета многослойных печатных плат, а также виртуальный вентилятор и элементы Пельтье для охлаждения матрицы камеры видеорегистрации, была создана упрощенная конфигурация сборки, позволяющая сократить время вычислений.
По результатам теплового расчета были получены поля распределения температур по компонентам изделия. Линии тока показали оптимальные направления траекторий движения охлаждающего воздуха, а тепловые испытания – высокую сходимость результатов расчета в системе SolidWorks Flow Simulation и экспериментальных данных.
После проверочных тепловых расчетов, формирования конструкторской документации и ее утверждения изделие передается в технологические службы, где выполняется расчет норм расхода необходимых материалов, трудоемкости, формируются маршрутные, операционные карты и другая технологическая документация, создаются материальные и трудовые сводные ведомости, по результатам которых другие службы производят закупку основных и вспомогательных материалов. Технологическая документация и отчеты могут централизованно храниться в SolidWorks Enterprise PDM.
Далее состав изделия и документация передаются на производство, где используется технология «Pick and Place» для автоматизации установки SMD-компонентов на плату и автоматической оптической инспекции Mirtec серии MV-3.
Настольная оптическая инспекция Mirtec серии MV-3 предназначена для автоматической инспекции качества пайки и установленных компонентов на печатной плате, для выявления дефектов до и после процесса оплавления. Автоматическая оптическая инспекция обеспечивает разносторонней статистической информацией и помогает обнаружить статус и причину таких дефектов, как пропущенный или сдвинутый компонент, недостаточное либо избыточное количество припоя, эффект «могильного камня», перемычки, полярность, поднятый вывод и т. д.
Состав изделия также передается в систему управления предприятием «1С», где формируются необходимые бухгалтерские документы. Причем для исключения ошибок и ускорения процесса изготовления изделия данные в «1С» передаются на строго определенных этапах: после разработки схемы – данные ЭРИ, после компоновки печатной платы – информация по «пластине», на этапе детальной проработки 3D-модели – основные сведения по «механике» (радиаторам, экранам, стандартным изделиям). Если на одной или нескольких стадиях в состав изделия вносятся изменения, правка выполняется автоматически во всех документах с учетом версионности.
Таким образом, в результате внедрения на производстве современных средств автоматизации корпорация выпускает такое сложное изделие, как камера видеорегистрации, выполненная во всеклиматическом исполнении в соответствии с ГОСТ 15150.
Сквозная цепочка изготовления камеры видеорегистрации – от технического задания до производства – обеспечивает корпорации постоянный доступ к актуальным данным, централизованное хранение всех версий документации и составов изделия, выполнение расчетов еще на этапе моделирования, тем самым сокращая затраты и издержки производства.
