ГЛАВА 4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

4.1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАЗРАБОТЧИКА РЭА С СИСТЕМОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Проектирование изделий радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) представляет собой многоэтапный итеративный процесс, в ходе которого последовательно уточняется и детализируется

описание будущего изделия. Этот процесс предполагает наличие многих уровней описания. На рис. 4.1 изображен процесс проектирования в виде совокупности основных этапов и переходов между ними, а также указаны основные виды документации, получаемые при выполнении этапов. Например, эскизный проект является результатом эскизного проектирования. С другой стороны, эскизный проект служит исходным документом для технического проектирования. Переходы от одних этапов проектирования к другим в направлении сверху вниз естественны и соответствуют нормальному ходу процесса, а переходы в противоположных направлении возникают, когда на последующих стадиях проектирования выявляется невозможность практической реализации части решений, принятых на предшествующих стадиях. Это заставляет проектировщиков пересматривать ранее принятые решения. Иногда наиболее трудно выявляемые ошибки проявляются лишь на стадии изготовления серийной продукции или даже в ходе эксплуатации изделия.

Последовательность прохождения этапов разработки изделия, цели и задачи, стоящие перед проектировщиками на отдельных стадиях, состав проектной документации и требования к ней регламентированы соответствующими ГОСТ. Кратко охарактеризуем эти этапы.

Подготовительный этап. Основная задача — изучение условий эксплуатации и тех целей, для достижения которых предназначено изделие, а также изучение конкретных производств, на которых предполагается его изготовление. Цель этапа — создание технического задания (ТЗ), т. е. документа, в котором содержится информация о назначении изделия, об основных технических характеристиках, а также указываются условия эксплуатации, транспортировки и хранения.

Эскизное проектирование. Основная задача — определение возможности разработки изделия, отвечающего требованиям ТЗ. При этом определяют техническую основу изделия (физические элементы и детали), ориентировочную оценку состава и количества оборудования, разрабатывают структуру, определяют технические характеристики изделия и устройств, входящих в его состав. Иногда при этом может выявиться невозможность построения изделия, отвечающего требованиям ТЗ. В этом случае требуется корректировка ТЗ с последующим его утверждением заказчиком либо прекращение дальнейшей разработки.

Техническое проектирование. К задачам этапа относятся: подробная разработка принципа работы изделия и всех его составных блоков и уточнение технических характеристик; разработка конструкции блоков, узлов, устройств и всего изделия; получение конструкторских характеристик; согласование взаимодействия всех составных частей изделия; разработка технологии их изготовления; определение технологии сборки и наладки, методики и программы испытаний.

(см. скан)

Рис. 4.1. Этапы проектирования и выпускаемая проектная документация

Основная цель этапа — подготовка производства опытного образца. Обычно именно на этап проектирования приходится наибольший объем расчетных работ.

Рабочее проектирование. Основная цель — разработка технологической оснастки и оборудования для серийного выпуска изделия. Внедрение систем автоматизированного проектирования (САПР) не изменяет сути процесса проектирования. Тем не менее, характер деятельности разработчика с внедрением САПР существенно меняется, так как разработка изделия в автоматизированном варианте предполагает согласованное взаимодействие ЭВМ и человека, что обеспечивает существенное повышение производительности труда последнего и повышение качества проекта.

На человека в процессе автоматизированного проектирования возлагаются этапы, для выполнения которых необходим творческий подход. Как правило, это выбор того или иного варианта решения в условиях нечетких и нестрогих критериев выбора и оценки, определения структуры, метода и т. д. Эта область деятельности плохо поддается формализации, здесь опыт и талант конструктора, инженера определяют успех или неуспех конечного результата. Машине может быть поручена практически вся рутинная работа, которая неизбежно возникает в процессе проектирования. Перечислим основные ее виды: хранение и накопление в машинном архиве сведений, которые могут понадобиться разработчику; поиск и выдача информационных справок по запросам пользователя (типовые решения, характеристики узлов, рекомендации по применению, сведения об уровне запасов комплектующих и т. д.); обеспечение редактирования текстовой конструкторской документации, создаваемой инженером; автоматическое вычерчивание графической документации (чертежи деталей, схемы электрические и т. д.); решение некоторых частных, хорошо алгоритмизированных задач, достаточно характерных для автоматизированного проектирования определенного класса изделий

При разработке изделий РЭА к частным, хорошо алгоритмизированным задачам относятся: моделирование поведения того или иного узла по описанию его принципиальной электрической схемы при заданном входном воздействии, трассировка соединений на этапе конструирования платы печатного монтажа, расчеты тепловых режимов узлов аппаратуры, построение последовательности обхода точек сверления платы и т. д.

Создатели САПР помимо выявления множества задач, решаемых системой, и распределения их между человеком и ЭВМ должны также на основе анализа требования пользователя определить способы общения человека и машины. Последнее предполагает выбор наиболее подходящих видов диалога [26] и установление языков человеко-машинного общения. Продуманный выбор языка играет существенную роль в создании творческой обстановки для человека в процессе автоматизированного проектирования. Желательно, чтобы человек, в интересах которого функционирует

ЭВМ, и находящийся за терминалами автоматизированного рабочего места (АРМа), общался с системой в привычной для него форме представления информации. Всякая замена привычных и удобных языков на менее удобные приводит к снижению производительности труда. В качестве языков общения естественно использовать языки изображений, примерами которых служат графические документы (принципиальные, функциональные, электрические схемы, схемы размещения элементов, эскизы топологии слоев плат печатного монтажа и многие другие). Никакой иной способ описания того, что изображено на графическом документе не может конкурировать по степени доступности человеческому восприятию с самим изображением на этом документе. Объективным признанием этого факта является интенсивное развитие средств машинного изготовления графических документов, позволяющих заменить ручное вычерчивание различных чертежей, схем, таблиц автоматическим.

Очевидно, что и в случае, когда информация графического типа передается от человека к ЭВМ, этот процесс должен быть для человека столь же простым и легким. Однако наиболее распространенная в современных САПР технология ввода графической информации представляет собой трудоемкую и длительную процедуру. Серийно выпускаемые устройства, предназначенные для обеспечения процесса ввода в ЭВМ графической информации, позволяют делать это в полуавтоматическом режиме. Полуавтоматические графические устройства ввода данных (ГУВД) требуют, чтобы человек-оператор при помощи специального чувствительного щупа или оптического визира обошел все характерные точки документа и с помощью клавишного пульта либо эквивалентного ему устройства сообщил машине характеристики этой точки. Этот длительный, монотонный труд лишен малейших признаков творчества и его обычно поручают оператору. Такое разделение труда между разработчиком и оператором сколочного автомата нарушает единство творческого процесса и создает дополнительное звено в цепочке его общения с машиной. Эта цепочка служит источником до полнительных ошибок, которые в дальнейшем необходимо отыскивать и исправлять.

Согласно оценкам трудоемкости, приведенным в [17], время полуавтоматического ввода графической информации с чертежа печатной платы размером 150X300 мм2, содержащей до 1500 контактных площадок и до 1200 соединяющих их линий, составляет 16 ч. При этом предполагается, что процесс включает также и редактирование изображения, введенного с чертежа.

Альтернативой технологии считывания графической информации с использованием сколочных планшетов является технология, основанная на применении системы автоматического чтения изображения непосредственно с графического документа, подготовленного разработчиком вручную. Выигрыш во времени от применения подобных систем значителен. Так, устройство ТС-6030 (см. § 2.4),

предназначенное для автоматического считывания и кодирования графической информации, позволяет осуществить ввод чертежа печатной платы в 12 раз быстрее, чем в случае применения технологии полуавтоматического ввода [17]. Это означает, что вместо 16 ч на чтение и редактирование изображения потратится 1 ч 15 мин. Некоторые авторы [2] указывают, что выигрыш во времени может быть еще больше.

Рассмотрим различные аспекты построения системы автоматического чтения графической информации, требование к документам, описания алгоритмов реализации основных этапов обработки изображений, а также обеспечение высокой достоверности считывания информации.