WEB-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ КОМПЛЕКТА КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

A WEB-BASED AUTOMATED SOFTWARE TOOLS FOR FORMING A SET OF DESIGN DOCUMENTATION FOR PRINTED CIRCUIT BOARDS

Albert Avetisov

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Basic Department, Head of the Department of Printed Circuit Boards,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены вопросы применения web-информационной платформы для реализации выпуска комплекта конструкторской документации на печатные платы. Описана актуальность и перспективность данного подхода с применением web-технологий. Кроме того, приведены основные этапы для автоматического формирования текстовой и графической информации на поле чертежа. Более того, описан алгоритм формирования текстовых и графических данных, необходимых для формирования конструкторской документации в разрабатываемой web-браузерной САПР. Показано, что ускоренный выпуск конструкторской документации достигается за счет автоматизации формирования технических требований, вариантов установок и формовок электронных компонентов, спецификации, а также заранее разработанной базы данных, содержащей информацию о стандартных типоразмерах и конструктивах печатной платы.

ABSTRACT

The issues of using a web-based information platform for the implementation of the release of a set of design documentation for printed circuit boards are considered. The relevance and prospects of this approach using web technologies are described. In addition, the main steps for the automatic generation of textual and graphical information on the drawing field are given. Moreover, an algorithm for the formation of textual and graphical data necessary for the formation of design documentation in the developed web-browser CAD is described. It is shown that the accelerated release of design documentation is achieved by automating the formation of technical requirements, lead forming and electronic component insertion onto PC boards, specifications, as well as a pre-developed database containing information on standard sizes and mechanical structure design of PC boards.

Ключевые слова: Системы автоматизированного проектирования; веб-технологии, печатные платы, конструкторская документация.

Keywords: Computer-aided design systems; web technologies, printed circuit boards, design documentation.

Введение

Разработка комплекта конструкторской документации на ячейки и платы печатные является ответственным и завершающим этапом работы инженера-конструктора. От качества выполняемых работ на данном этапе зависят и показатели выхода готового изделия. Известно, что для формирования комплекта конструкторской документации (КД) на платы и ячейки используются системы автоматизированного проектирования (САПР), такие как P-CAD 2006, AutoCAD, SolidWorks, ГРИФ-4, Altium Designer, Delta Design и др. Тем не менее, перечисленные выше САПР не обеспечивают решение всех задач в рамках автоматического формирования полного комплекта КД на ячейки и печатные платы, за исключением ГРИФ-4 [1]. Это связано с тем, что автоматизация функционала по ускоренному выпуску КД специфична для каждого предприятия, и поэтому для реализации полноценного сквозного функционала в этой области необходимо знать все нюансы по оформлению КД для конкретного предприятия. Кроме того, учитывая тенденцию развития информационных технологий в рамках развития САПР, данный функционал целесообразно реализовать на web-информационной платформе, обеспечивая таким образом кроссплатформенность применяемых программных средств, возможность разработки КД печатных плат с различных устройств и операционных систем в не зависимости от места нахождения инженера-конструктора, что принципиально отличает наше решение от ГРИФ-4 или известных программных модулей  для создания КД на печатные платы Board Assistant [2], BluePrint PCB [3].

В связи с изложенным новизна работы заключается в том, что комплекс средств по ускоренному формированию комплекта КД на ячейки и печатные платы, ориентированного на отечественную нормативную базу и одновременно реализованного на web-информационной платформе и учитывающее требования по оформлению КД, принятому на оборонно-промышленных предприятиях, отсутствует как в зарубежных САПР, так и отечественных.

В связи с изложенным, целью исследовательской работы является повышение уровня автоматизированного проектирования для ускоренного выпуска комплекта КД на ячейки и печатные платы с применением web-информационной платформы.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

- анализ нормативной базы и нормативных документов на печатные платы;

- анализ состава КД на ячейки и печатные платы.

- анализ различных методов автоматизированного формирования конструкторской документации;

- разработка архитектуры автоматизированного программного средства для формирования комплекта КД.

Анализ нормативной базы и методов оформления КД [ГОСТ 2.417-91, ГОСТ 2.123-93, ГОСТ Р 2.102-2023, ГОСТ Р 2.106-2019, ГОСТ Р 2.109-2023] на печатные платы, в частности на предприятиях оборонно-промышленного комплекса, показал, что комплект КД на ячейку (электронный модуль) включает в себя:

- спецификацию;

- сборочный чертеж;

- чертеж платы (для односторонней и двусторонней печатных плат) содержит основной и боковой виды, габаритные и присоединительные размеры печатной платы, элементы для крепления, таблицу отверстий, надписи, технические требования;

- данные проектирования Д33;

- спецификацию для многослойной печатной платы.

Комплект КД для многослойной печатной платы включает в себя:

- спецификацию;

- сборочный чертеж, которые содержит основной и боковой виды, габаритные и присоединительные размеры печатной платы, элементы для крепления, таблицу отверстий, таблицу расположения слоёв, разрез печатной платы с расположением слоев (стэк слоев), надписи, технические требования.

Анализ содержания комплекта КД позволил определить перечень автоматизированных программных средств для автоматизации формирования необходимой текстовой и графической информации:

- автоматизированное программное средство формирования технических требований,

- автоматизированное программное средство формирования спецификации на ячейку и на многослойную печатную плату,

- автоматизированное программное средство формирования вариантов установок электронных компонентов по чертежу,

- автоматизированное программное средство формирования выносок позиций на сборочные единицы и детали на поле сборочного чертежа ячейки или платы,

- автоматизированное программное средство проверки спецификации с перечнем элементов,

- автоматизированное программное средство для формирования таблицы отверстий и таблицы расположения слоёв для многослойной печатной платы,

- автоматизированное программное средство для формирования графики стека слоёв,

- автоматизированное программное средство для формирования размеров на поле чертежа печатной платы, сборочного чертежа ячейки и платы,

- автоматизированное программное средство для формирования данных основной надписи (заполнение штампа основной надписи),

- автоматизированное программное средство (экспертная система) проверки оформления КД (виртуальный, смарт-нормоконтроль) в соответствии с требованиями ЕСКД.

На основании результатов выполненных исследований разработаны структура и алгоритм автоматизированных программных средств для ускоренного выпуска КД.

При реализации программных средств нами применены следующие инструментальные технологии: HTML5 (HyperText Markup Language), PHP (Hypertext Рreprocessor), JavaScript, CSS (Cascading Style Sheets), JSON

(специализированный формат для хранения структурированных данных – различных переменных, применяемых нами в дальнейшем в программных функциях, реализованных на языке JavaScript, а также его применение для обмена данными между клиентской и серверной частями web-ориентированных программных средств).

Опишем основные этапы формирования КД с применением разрабатываемых web-ориентированных программных средств.

Пользователь запускает браузер вводит URL-адрес для открытия web-браузерной САПР, также разрабатываемой нами, производится процедура авторизации или аутентификации пользователя. В случае, если уже есть реализованный проект печатной платы, т.е. выполнена компоновка и трассировка печатной платы, а также выполнена проверка конструкторско-технологический ограничений (режим DRC – design rule check), то можно запускать модуль оформления КД. При запуске данного модуля на сервер в формате JSON передается проект печатной платы, включающий полную информацию о графических и текстовых примитивах, необходимых для формирования комплекта КД.

При обработке полученных данных применяется php-скрипт, в котором реализованы функции для обращения к базе данных и базе знаний, содержащей информацию в формате JSON о следующей текстовой и графической информации:

- описания вариантов установок электронных компонентов;

- описания типоразмеров и конструктивов печатных плат;

- описания форматок;

- описания текстовой информации для заполнения штампа основной надписи;

- описания текстовой информации для формирования технических требований;

- описание правил для корректного формирования комплекта КД и последующей автоматизированной проверки.

Далее запускаются функции, также реализованные с применением php-скрипта, для генерации выходных данных в формате JSON для передачи на сторону клиента (пользователя).

Следует отметить, что для ускоренного формирования текстовой и графической информации, например, при формировании вариантов установок электронных компонентов на поле сборочного чертежа, нами при разработке библиотечных компонентов, помимо посадочных мест одновременно разрабатывается и вариант формовки с указанием номеров позиций деталей из спецификации и пунктов технических требований (данные представляют собой предварительную или виртуальную информацию на полках линий-выносок, выполненные в соответствии с требованиями ГОСТ Р 2.316-2023). При этом точные данные о позициях конкретной детали возможно при уже сформированной спецификации, а на пункты технических требований (ТТ), при уже сформированных ТТ. В связи с этим, когда пользователь запускает модуль формирования комплекта КД, генерируются данные спецификации, и в дальнейшем эти данные, используются для генерации текстовой и графической информации на поле чертежа печатной платы и в технических требованиях.

Заключительным этапом при автоматизированном формировании комплекта КД является автоматический запуск модуля – смарт-нормоконтроль – автоматизированное программное средство, проверяющее корректность формирования данных в КД в соответствии с требованиями ГОСТ или автоматизированное программное средство, проверяющее результаты данных других автоматизированных программных средств. В настоящий момент данный программный модуль, реализуемый также с применением web-технологий, находится в стадии разработки.

Заключение

Результаты исследования применения web-технологий показали их перспективность и практическую значимость для ускоренного формирования комплекта КД на ячейки и печатные платы. Формирование комплекта КД на печатную плату или ячейку (электронный модуль) является важным и трудоемким этапом. Отметим, что решение задачи ускоренного выпуска КД в соответствии с требованиями ГОСТов и с применением web-технологий является новым направлением, которое в настоящее время недостаточно представлено в научных публикациях, и в данном направлении существует значительный пробел. Решение задач в области ускоренного выпуска КД с применением web-технологий, позволит реализовать возможность доступа к программным средствам по ускоренному формированию комплекта КД в режиме «онлайн» непосредственно через браузер пользователя, как специалисту, так и студентам ВУЗов для возможности качественной разработки КД и дальнейшей передачи своих проектов на производство, что способствует успешной апробации своих разработок.

В результате проведенных исследований разработаны алгоритм и структура web-ориентированных программных средств для формирования КД, интегрированных в разрабатываемую web-браузерную САПР. Кроме того, введены новые термины – смарт-нормоконтроль или виртуальный нормоконтроль, представляющий собой автоматизированное программное средство проверки конструкторской документации, что принципиально отличает наше решение в области ускоренного формирования комплекта КД от существующих решений.

Список литературы:

1. Ёлшин Ю.М. Инновационные методы проектирования печатных плат на базе САПР P-CAD 200x. М.: СОЛОН-Пресс, 2020. – 464 с.
2. Board Assistant – Автоматическое формирование конструкторской документации по ЕСКД в Altium Designer[Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://glavkon.com/catalog/store/board-assistant?ysclid=m7elj15boe380263816 (дата обращения 21.02.2025)/
3. BluePrint PCB – создание КД на печатную плату – PCB Software [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://pcbsoftware.com/product/redaktor-dokumentaczii-blueprint-pcb/ (дата обращения 21.02.2025)
4. ГОСТ 2.417-91. Платы печатные. Правила выполнения чертежей. Введ. с 01.07.1992. – М.: Стандартинформ, 2011. – 4 с.
5. ГОСТ 2.123-93 ЕСКД. Комплектность конструкторских документов на печатные платы при автоматизированном проектировании. Введ. с 01.01.1995. – М.: Стандартинформ, 2011. –  7 с.
6. ГОСТ Р 2.102-2023 ЕСКД. Виды и комплектность конструкторских документов. Введ. с 01.03.2024. – М.: ФГБУ «РСТ», 2023. –  15 с.
7. ГОСТ Р 2.106-2019 ЕСКД. Текстовые документы. Введ. с 01.02.2020. – М.: ФГБУ «РСТ», 2023. –  30 с.
8. ГОСТ Р 2.109-2023 ЕСКД. Основные требования к чертежам. Введ. с 01.03.2024. – М.: ФГБУ «РСТ», 2024. –  37 с.
9. ГОСТ Р 2.316-2023 ЕСКД. Надписи, технические требования и таблицы в графических документах. Правила выполнения. Введ. с 01.03.2024. – М.: ФГБУ «РСТ», 2023. –  10 с.