Институт комплексной безопасности и специального приборостроения (ИКБСП)
Кафедра «Приборы и информационно-измерительные системы»
ЛЕКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
По дисциплине «Средства сквозного проектирования интеллектуальных измерительных устройств»
Уровень магистратура Форма обучения очная
Направление(-я) подготовки 12.04.01 «Приборостроение»
Лектор к.ф.-м.н., доц.,
Семина Ольга Александровна
Содержание
сквозной проектирование автоматизированный система
Введение
Лекция 1 Понятие «Сквозное проектирование». Стадии, этапы и процедуры проектирования
Лекция 2 Процесс проектирования. Виды проектных работ. Проектная документация
Лекция 3 Уровни проектирования
Лекция 4 Состав и структура САПР. Подсистемы САПР
Лекция 5 Программно-методические комплексы
Лекция 6 Классификация систем автоматизированного проектирования. Подходы к автоматизированному проектированию
Лекция 7 Сквозное проектирование в Altium Designer. Состав и базовые концепции Altium Designer
Лекция 8 Проект и рабочее пространство Altium Designer. Библиотеки компонентной базы. Конфигурация графического редактора
Список используемой литературы
Введение
Спектр применений электронных устройств продолжает интенсивно расширяться. В первую очередь, это связано с тем, что современная электронная аппаратура, реализуемая на компонентах больших и сверхбольших интегральных схем (БИС/СБИС), обеспечивает эффективное управление и надежный контроль функционирования достаточно сложных технических устройств, объектов и систем - от простых образцов бытовой техники вплоть до изделий аэрокосмической промышленности.
Связанный с этим высокий спрос на электронные устройства требует от разрабатывающих компаний сокращения трудоемкости и сроков выполнения проектных работ, снижения затрат на проектирование и макетирование, повышения качества и надежности создаваемых электронных изделий с одновременным уменьшением соответствующих эксплуатационных затрат.
Существующая инженерная практика показывает, что выполнение этих требований возможно только при использовании средств автоматизации на основных этапах проектного цикла электронных ячеек (согласно терминам и определениям по ГОСТ Р 52003-2003), к которым относятся следующие:
• разработка принципиальных электрических схем;
• цифроаналоговое моделирование;
• конструирование печатных плат (ПП);
• сквозная верификация проектных данных на полноту, ссылочную целостность и непротиворечивость;
• выпуск полного комплекта конструкторской документации и формирование данных для изготовления электронного устройства;
• внесение изменений в проектные спецификации с последующим перепроектированием.
Комплексная автоматизация основных этапов проектирования на базе совместимых программных средств, функционирующих в единой среде управления и оперирующих с общей информационной моделью, составляет сквозной цикл проектирования электронных устройств.
Принцип сквозного проектирования подразумевает передачу результатов одного этапа проектирования на следующий в единой проектной среде. При этом изменения, вносимые на любом этапе, должны отображаться во всех частях проекта. Примером современных систем автоматизированного проектирования электронных устройств являются программные пакеты AutoCAD, Altium Designer и др.
Лекция 1 Стадии, этапы и процедуры проектирования
Проектирование в переводе с латинского (projectus) означает «брошенный вперед», то сеть проект - это описание того, чего еще нет. Проектирование предшествует производству и делает возможным изготовление требуемого количества приборов с заданными характеристиками. Проектирование обеспечивает составление описания, получение технической документации, которая полностью и однозначно описывает все сведения, необходимые и достаточные для изготовления приборов.
Техническая документация включает в себя схемы, чертежи, спецификации, технические описания, программы и методики испытаний, технологические карты изготовления и сборки и другое.
Проектирование представляет собой первый этап в процессе создания нового изделия и находится полностью в компетенции проектировщика, конструктора. За ним следует разработка технологического процесса. Проектирование, по-видимому, наиболее ответственный этап, поскольку здесь определяются физическая форма и технические характеристики изделия, и проверяется осуществимость самой идеи. Для успеха работы на данном этапе необходимо поручать квалифицированным инженерам-конструкторам, которые должны знать и понимать (а на мелких предприятиях и выполнять) обязанности проектировщика и художника-конструктора, исследователя технических решений, чертежника, изготовителя макетов, инженера-испытателя, экономиста, специалиста по материалам и инженера-технолога. Инженер-конструктор должен поддерживать тесные деловые взаимоотношения с производственным персоналом, службами контроля качества, сбыта, перевозок, персоналом, осуществляющим техническое обслуживание изделия и т.п. От каждого из них зависит, будет ли разработка изделия успешной или нет. Для проверки и подтверждения осуществимости идеи необходимо провести анализ. Следует отличать интуитивные суждения (которые часто приводят к большим затратам, так как на разработку изделия методом проб и ошибок требуется много времени) от формализованной оценки, основанной на расчетах оптимального использования материалов и рабочей силы и позволяющей определить соответствие изделия прогнозируемым характеристикам. Испытания представляют наиболее дорогостоящий этап, поскольку для их проведения требуется специально оборудованное место и аппаратура. Поэтому необходимо их тщательное планирование. Испытания позволяют подтвердить прогнозируемые технические характеристики, обнаружить недостатки изделия при нормальных условиях эксплуатации и проверить требуемую долговечность изделия.
Вторая стадия создания изделия - разработка технологического процесса - состоит из трех этапов: изготовление изделия, движение материалов и управление предприятием. Инженер-технолог, консультируясь с конструктором, разрабатывает технологию изготовления изделия и контроля его качества, а также выбирает станки, оборудование и аппаратуру, необходимые для того, чтобы изделие удовлетворяло техническим условиям и требованиям рынка. Движение материалов включает такие операции, как закупка, получение и обработка всех материалов, идущих на изготовление изделия, а также хранение и перевозка готовой продукции. Одним из наиболее трудно поддающихся прогнозированию видов деятельности является управление предприятием, поскольку оно связано с отбором, профессиональной подготовкой и распределением кадров, контролем за рабочей силой, материалами и оборудованием
Лекция 2 Процесс проектирования. Виды проектных работ. Проектная документация
Проект содержит техническое описание прибора, необходимое и достаточное для его производства, то есть совокупность схем, чертежей, описаний технических процессов и т.д. Любое производство соответствующего профиля и уровня, точно следуя проекту, должно быть в состоянии изготовить прибор или серию приборов, которые будут обладать именно теми значениями характеристик, которые были указаны в техническом задании [1].
Проект описывает устройство прибора, определяя, из каких частей он состоит, как взаимодействуют между собой эти части, как они изготавливаются и собираются, как прибор настраивается и проверяется.
Основными видами проектных работ по созданию приборов являются научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИР и ОКР). НИР выполняются с целью решения проблемных вопросов, поиска принципиальных возможностей построения структуры прибора, исследования новых принципов его функционирования и получения исходного материала для ОКР. Основной объем НИР составляет функциональное проектирование. Конструирование обычно выполняется упрощенно.
Результатом такого проектирования является макет прибора. Он позволяет провести экспериментальные испытания. Объем технологического проектирования в процессе НИР существенно сокращен. Важными этапами НИР являются исследование и испытание макетов отдельных узлов и макета в целом (экспериментирование). Это позволяет получить заключение о возможности создания прибора и сформулировать техническое задание на ОКР.
НИР завершается составлением отчета, с изложением всех сведений, полученных при ее проведении.
ОКР выполняется с целью разработки конструкторской документации, изготовления и испытания опытного образца. По результатам испытания опытного образца дается заключение о возможности изготовления установочной серии приборов с последующим переходом к серийному или массовому производству в зависимости от потребностей.
Порядок выполнения проектных работ регламентируется целым рядом стандартов. На территории России проектирование приборов ведется в соответствии с Единой системой конструкторской документации (ЕСКД), которая представляет собой комплекс государственных стандартов, устанавливающих единый порядок разработки, оформления и обращения конструкторской документации. В соответствии с ЕСКД (ГОСТ 2.103-68) проектирование приборов может быть представлено в виде последовательности следующих этапов:
- техническое задание;
- техническое предложение;
- эскизный проект;
- технический проект;
- рабочая документация.
Исходные данные для начала процесса проектирования формулируются в специальном документе - техническом задании. Техническое задание (ТЗ) устанавливает, какими свойствами или характеристиками должен обладать прибор При этом различают следующие характеристики:
- функциональные;
- конструктивные;
- технологические;
- экономические;
- эксплуатационные;
- эргономические;
- эстетические.
Функциональные характеристики определяют принципиальные возможности выполнения прибором его главной задачи. Например, для многих измерительных приборов типичными функциональными характеристиками являются разрешающая способность или точность измерения, диапазон измерений и т. п.
Конструктивные характеристики определяют такие свойства конструкции прибора, как габариты, масса, число деталей, сложность их формы, степень стандартизации и унификации, материалоемкость и т. д. Под конструктивными характеристиками понимают нс описание конструкции, что является задачей проекта, а лишь описание свойств конструкции, важных для прибора.
Технологические характеристики определяют качество процесса изготовления, сборки и испытания прибора для заданного типа производства.
Технологичность прибора характеризуется удельной трудоемкостью, числом и типом средств изготовления, простотой подготовки производства, рациональностью выбора заготовок и др.
Экономические характеристики определяют экономическую целесообразность производства и эксплуатации прибора.
Эксплуатационные характеристики определяют простоту и удобство эксплуатации, возможность перенастройки, устойчивость к влиянию окружающей среды, ремонтопригодность.
Эргономические характеристики определяют удобство и безопасность взаимодействия человека с прибором.
Эстетические характеристики определяют качество восприятия человеком (пользователем) внешнего вида прибора, включая такие оценки прибора как привлекательность, современность, гармоничность сочетания элементов, совершенство конструкции и формы, цвет, преемственность стилей и другие.
Требуемые значения или приемлемые интервалы значений всех необходимых характеристик прибора составляют содержание и сущность технического задания. Техническое задание оформляется в соответствии с общими правилами оформления технической документации. Типовое ТЗ на приборы включает следующие разделы:
1. Общие сведения (состояние вопроса, цели и основания разработки).
2. Определение, назначение и область применения прибора.
3. Технические (функциональные) характеристики (в зависимости от типа прибора).
4. Структура и взаимосвязь основных функциональных узлов.
5. Желательные габаритные размеры и масса.
6. Условия эксплуатации, ремонтопригодность, устойчивость к воздействию окружающей среды, помехам и другие.
7. Требования к стандартизации, унификации.
8. Экологические требования, требования безопасности и эргономики.
9. Условия транспортировки и хранения.
10. Требования патентной чистоты, конкурентоспособности и другие.
Техническое предложение выполняется в соответствии с ГОСТ 2.118-73 на основании анализа ТЗ и различных вариантов возможных решений прибора с целью технико-экономического обоснования целесообразности разработки прибора, а также выявления дополнительных или уточненных требований, не отраженных в ТЗ. Типичными видами работ в рамках технического предложения являются:
1. Сбор и изучение материалов по проекту.
2. Установление главных отличительных признаков прибора, улучшающих его свойства.
3. Функциональное проектирование на высших и средних уровнях, определение технических решений, обеспечивающих достижение заданных значений функциональных характеристик прибора.
4. Упрощенное конструирование на высших уровнях (упрощенные чертежи общего вида) с оценкой возможностей разработки конструкции прибора.
5. Технико-экономическое обоснование и сравнение различных возможных вариантов.