WEB-ОРИЕНТИРОВАННОЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОГРАММНОЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ КОМПЛЕКТА КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

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

Avetisov Albert Georgievich

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 проверки комплекта конструкторской документации на печатные платы. Описана актуальность и перспективность данного подхода с применением web-технологий. Кроме того, приведены основные этапы необходимые для автоматизированной проверки конструкторской документации. Описано, что автоматизированная проверка конструкторской документации печатных плат достигается за счет сравнительного анализа данных представленных в файлах схемы электрической принципиальной, перечня элементов, проекта печатной платы, спецификации и информации, содержащейся в базе данных на электронную компонентную базу в виде ассоциативного массива, реализованного на языке программирования PHP.

ABSTRACT

The issues of using a web-based information platform for checking 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 checking of design documentation are given. It is shown that the automated verification of design documentation is achieved through a comparative analysis of the data presented in the files of the schematic design, bill of materials, printed circuit boards design, specification with the information contained in the database for components in the form of an associative array implemented in the PHP programming language.

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

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

Введение

Проверка комплекта конструкторской документации (КД) на ячейки и платы печатные является важным этапом работы не только инженера-конструктора [1], выполняющего роль проверяющего и утверждающего, но и ответственной задачей технологов, а также специалистов, осуществляющих нормоконтроль – завершающий этап разработки КД [2]. Следует отметить, что в настоящее время наблюдается тенденция к переходу к электронной версии КД [3], проверке КД с применением web-информационной платформы [4], а также применении технологий искусственного интеллекта, такие как нейросеть [5]. Кроме того, актуальной задачей является автоматизированная проверка КД, включающая как текстовую, так и графическую части [6]. Известно, что при разработке конструкции печатных плат, включающих их компоновку и трассировку, используются системы автоматизированного проектирования (САПР), такие как P-CAD 2006, Altium Designer, Delta Design и др., имеющие встроенные средства контроля – DRC (design rule check - проверка конструкторско-технологический ограничений). Режим DRC применяется после того, как инженер-конструктор выполнил компоновку и трассировку печатной платы, согласовал данный этап с разработчиками, для контроля таких параметров как минимальный и максимальный зазор между элементами проводящего рисунка, между компонентами и других примитивов, длину, ширину проводящего рисунка и т.п. Т.е. осуществляется проверка тех параметров, которые, как правило не проверяются ни технологами, ни нормоконтролером. Вместе с тем, технологи проверяют комплект КД на наличие ошибок на чертеже печатных плат, связанных с неправильным указанием способа формовки и установки элементной базы, неправильно подобранным припоем, отсутствием пунктов, которые приводят к неправильной сборке или изготовлению печатной платы и т.п. Кроме того, технологический контроль обеспечивает соблюдение в разрабатываемых печатных узлах  установленных технологических норм и требований с учётом современного развития данной отрасли и техники и способов изготовления, эксплуатации и ремонта; достижение в разрабатываемых печатных узлах заданных показателей технологичности; выявление наиболее рациональных способов изготовления с учетом заданного объёма выпуска. Одной из ключевых задач, выполняемых  нормоконтролером, является проверка КД на соответствие требованиям нормативных документов. Тем не менее, при всех многочисленных проверках КД на печатные платы, существует человеческий фактор, приводящий к тому, что, во-первых, можно просто не заметить очевидную ошибку. Во-вторых, имеется определенный пробел при проверке КД, заключающийся в том, что электронные версии файлов, из которых в дальнейшем формируется комплект КД не проверяются технологами и нормоконтролером. Более того, исходные данные для разработки печатной платы в соответствии со сквозным маршрутом проектирования, такие как схема электрическая принципиальная, реализованная в электронном виде, не проверяется с её бумажной версией, наряду с файлом перечня элементов, используемого в дальнейшем для автоматизированного формирования спецификации. На данном этапе имеется значительная вероятность ошибки в файле проекта печатной платы, что приводит к дополнительным временным затратам на поиск ошибки в исходных данных инженером-конструктором. От того насколько верно представлена информация в этом файле зависит правильный подбор посадочных мест электронных компонентов со всеми вытекающими последствиями. Кроме того, отсутствует проверка со стороны нормоконтролера на соответствие данных, представленных в файле схемы электрической принципиальной, данным перечня элементов, выпущенных на форматах А4, на которых имеется виза нормоконтролера. Таким образом, контроль и проверка электронных исходных данных, необходимых для сквозного проектирования печатных плат с последующим автоматизированным оформлением КД, с одновременной их проверкой с исходными данными, представленными на бумажном носители, является важным этапом, способствующим повышению качества реализуемых печатных плат и повышению выхода годных. Следовательно, существует необходимость в автоматизации проверки КД печатных плат, за счет анализа данных представленных в файлах схемы электрической принципиальной, перечня элементов, спецификации, файла проекта печатной платы, данных, представленных в файлах на чертежи детали печатной платы и сборочные чертежи. Реализация программного средства для автоматизации проверки КД на печатные платы, позволит восполнить пробел, заключающийся в отсутствии проверки электронных данных, как со стороны технологов, так и со стороны нормоконтролера. Следует отметить, что актуальным является реализация программы с применением web-информационной платформы, позволяющей запускать её в разных операционных системах Windows или Linux, что предоставляет гибкие и широкие возможности для применения данного программного средства.

Целью исследовательской работы является повышение качества разработки печатных плат, за счет автоматизации проверки КД.

В связи с изложенным новизна работы заключается в том, что разработана программа на web-информационной платформе для автоматизированной проверки КД на печатные платы, заключающейся в сравнительном анализе исходных данных, представленных в виде файлов схемы электрической принципиальной и перечня элементов с электронными данными файлов проекта печатной платы, сборочного чертежа платы, чертежа детали платы печатной и спецификации на плату.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

- анализ исходных данных для разработки печатных плат;

- анализ этапов, необходимых для автоматизации проверки комплекта КД на печатные платы;

- разработка алгоритма автоматизированного программного средства;

- разработка программы на web-информационной платформе.

Анализ исходных данных, предоставляемых конструктору печатных плат, анализ комплекта КД на печатные платы позволил определить перечень автоматизированных проверок:

- автоматизированная проверка нумерации технических требований,

- автоматизированная проверка ссылок на установку всех электронных компонентов, имеющихся в проекте печатной платы,

- автоматизированная проверка посадочных мест в файле .PCB проекта печатной платы,

- автоматизированная проверка правильности записи нормативных документов,

- автоматизированная проверка правильности применения припоя для электронных компонентов в технических требованиях,

- автоматизированная проверка наличия необходимых пп. в технических требованиях чертежа печатной платы,

- автоматизированная проверка наличия необходимых пп. в технических требованиях сборочного чертежа многослойной печатной платы,

- автоматизированная проверка наличия необходимых пп. в технических требованиях сборочного чертежа ячейки,

- автоматизированная проверка наличия необходимых пп. в технических требованиях сборочного чертежа объединительной платы,

- автоматизированная проверка синтаксиса в технических требованиях;

- автоматизированная проверка данных файла .DOC перечня элементов с данными файла .DOC спецификации;

- автоматизированная проверка данных раздела Сборочные единицы и Детали файла .DOC спецификации;

- автоматизированная проверка данных файла .DOC перечня элементов ПЭ3 с данными файла схемы .SCH;

- автоматизированная проверка значений Value в файлах схемы .SCH и проекта печатной платы .PCB;

- автоматизированная проверка правильности применения деталей –прокладок в технических требованиях и спецификации под конкретный электронный компонент.

На основании результатов выполненных исследований разработаны алгоритм и программа для автоматизированной проверки КД на печатные платы, реализованная на web-информационной платформе.

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

На рисунке 1 приведены этапы разработки и проверки КД с применением разработанной программы по сравнению с традиционным вариантом.

Рисунок 1. Этапы разработки и согласования КД

Опишем основные этапы проверки КД с применением разработанной программы.

Пользователь запускает браузер вводит URL-адрес для открытия web-программы. Далее в качестве исходных данных, в зависимости от выбранной опции проверки,  пользователь должен загрузить в web-программу файл схемы электрической принципиальной в текстовом формате ASCII, файл перечня элементов в текстовом формате .txt, файл спецификации в текстовом формате .txt, файл проекта печатной платы в текстовом формате ASCII, а также необходимо загрузить в web-форму программы список технических требований на ячейку или плату как для сборочного чертежа, так и на чертеж платы печатной. Для обработки информации на стороне клиента-пользователя, применяется язык программирования JavaScript. Для отправки данных на сервер и последующего анализа исходных данных, введенных пользователем применяется технология асинхронного запроса AJAX, с применением библиотеки JQuery.

При обработке полученных данных применяется php-скрипт, в котором реализованы функции для преобразования текстовых данных в ассоциативные массивы (матрицу данных) и последующего их сравнительного анализа. Кроме того, для реализации определенных проверок, таких как, например, правильный подбор посадочных мест электронных компонентов, припоя, нормативных документов, технических требований, в php файлах содержится база данных в виде ассоциативного массива.

Далее запускаются функции, также реализованные с применением php-скрипта, для генерации выходных данных и последующей их передачи на сторону клиента (пользователю) с отображением этой информации в удобочитаемом виде.

На рисунках 2-4 приведен в качестве примера этап автоматизированной проверки посадочных мест электронных компонентов с применением разработанной программы «Программа проверки КД на печатные платы».

Рисунок 2. Выбор режима проверки

Рисунок 3. Загрузка файла и анализ данных

Рисунок 4. Результаты проверки

Заключение

Результаты исследования проверки КД при автоматизированном проектировании печатных плат показал, что существует значительный пробел в контроле определенных этапов формирования КД. Это связано в отсутствии проверки со стороны нормоконтролера данных в файлах схемы электрической принципиальной, перечня элементов, которые в свою очередь являются исходными данными для конструкторов печатных плат, выполняющих компоновку и трассировку по сквозному маршруту проектирования. Ошибки, имеющиеся в исходных данных, в дальнейшем могут привести к неправильному формированию данных в файле проекта печатной платы и далее в КД на печатные платы при автоматизированном формировании КД. Для восполнения данного пробела разработана программа «Программа проверки КД на печатные платы», реализованная на web-информационной платформе, что позволяет пользователю запускать её в независимости от типа операционной системы, так как в данном случае эту функцию выполняет браузер. Предлагаемое решение в области автоматизации проверки КД на печатные платы позволяет повысить качество выпускаемой КД, сократить трудоёмкость, за счет уменьшения времени, затрачиваемое на проверку, а также сократить количество ошибок, за счет уменьшения человеческого фактора.

Список литературы:

1. Кохановский В.Д., Дзюман-Грек Ю.Н. Конструкторский контроль чертежей. М.: Машиностроение, 1988. – 231 с.
2. ГОСТ 2.111-2013. ЕСКД. Нормоконтроль. Введ. с 01.06.2014. – М.: Стандартинформ, 2014. –  11 с.
3. Кузнецова Е.С. Методика перехода к электронным конструкторским документам для автоматизации нормоконтроля. Известия высших учебных заведений. Электроника. 2023. Т. 28,  №4. –  С. 529-536.
4. Аветисов А.Г. Web-ориентированные автоматизированные программные средства для формирования комплекта конструкторской документации печатных плат // Вопросы технических и физико-математических наук в свете современных исследований / Сборник научных статей / материалы LXXXV Международной научно-практической конференции, март 2025 г.,  Новосибирск, Россия. Новосибирск, 2025. С. 33-39.
5. Пеньшин И.С. О возможности применения нейросетевых технологий для оптимизации нормоконтроля конструкторской документации в организациях оборонно-промышленного комплекса // Аэрокосмическая техника и технологии. 2024. Т.2, №4. – С. 138-148.
6. Семенова Е.А., Варагина Н. С. Цифровые инструменты для автоматического нормоконтроля текстовых документов // Проблемы управления в социально-экономических и технических системах: Сборник научных статей/ Материалы XVIII Международной научно-практической конференции, 14–15 апреля 2022 г., Саратов, Россия. Саратов, 2022. С. 241–245.

References:

1. Kohanovskij V.D., Dzyuman- Grek Yu.N.  Design control of drawings. M.: Mashinostroenie, 1988. – 231p.
2. GOST 2.111-2013. Unified system for design documentation. Normocontrol. Moscow, Standartinform Publ., 2014. 11p. (In Russian)
3. Kuznetsova E.S. Procedure of transition to engineering drawings for regulatory document control automation. 2023. Vol. 28, no. 4, pp. 529–536.
4. Avetisov A.G. A web-based automated software tools for forming a set of design documentation for printed circuit boards. // Voprosy tehnicheskih I fizikomatematicheskih nauk v svete sovremennyh issledovanij / Proceedings of the LXXXV International Scientific and Practical Conference. 2025. - №3 (76). – pp. 33-39.
5. Penshin I. S. On the possibility of applying neural network technologies to optimize standard control of design documentation in defense industrial organizations. Aerospace Engineering and Technology. 2024. Vol. 2, no. 4, pp. 138–148.
6. Semenova E. A., Varagina N. S. Tsifrovye instrumenty dlya avtomaticheskogo normo-kontrolya tekstovykh dokumentov // Problemy upravleniya v sotsial'no-ekonomicheskikh i tekhnicheskikh sistemakh: Sbornik nauchnykh statei. Materialy XVIII Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii [Control problems in socio-economic and technical systems: Collection of scientific articles. Proceedings of the 18th International Scientific and Practical Conference, April 14–15, 2022, Saratov, Russia]. Saratov, 2022, pp. 241–245. EDN: HQLSZC. (In Russian).