Автоматизированный вибрационный анализ печатных плат снижает количество ошибок и ускоряет процесс в 100 раз
Применение NX Open для автоматизации итеративных процессов проектирования и анализа помогает повысить эффективность операций и стандартизировать их...
Design Automation Associates
Компания Design Automation Associates Inc. оказывает консультационные услуги в области проектирования механических систем.
http://www.daasolutions.com- Штаб-квартира:
- Suffield, Connecticut, United States
- Решения:
- NX, NX CAD, NX Open, Simcenter 3D Software, Simcenter Nastran, Simcenter Products
Инструменты Simcenter и NX — это функциональные возможности, которые способны успешно конкурировать с другими решениями на мировом рынке.
DAA
Инженеры помогают инженерам
Компания Design Automation Associates Inc. (DAA), основанная тремя инженерами United Technologies в 1995 г., предоставляет консультационные услуги в области проектирования. При этом основной упор делается на помощь заказчикам в автоматизации процессов разработки и настройки изделий. Компания, которая в настоящее время насчитывает 20 сотрудников, обслуживает целый ряд отраслей промышленности, в том числе производство вращающегося и промышленного оборудования, корпусирование электронных схем, а также авиационную, военную и автомобильную отрасли.
DAA с легкостью определяет, какие операции можно автоматизировать. Одной из самых многообещающих с этой точки зрения областей является разработка и анализ изделий, спроектированных или настроенных на заказ. «Повторяющиеся проблемы — это явление, которое возникает в любых областях проектирования и анализа, но особенно им подвержены предприятия, занимающиеся разработкой и настройкой продуктов на заказ, которым постоянно приходится повторно разрабатывать отдельные детали. В этом случае автоматизация может сэкономить невероятное количество времени», — говорит Джон Ламберт (John Lambert), президент и генеральный директор DAA.
В качестве примера из сферы корпусирования электронных схем Джон Ламберт приводит анализ методом конечных элементов (FEA), который является обязательным этапом при разработке печатных плат (PCB) на заказ. «Таким предприятиям приходится заново разрабатывать печатные платы для каждого нового заказа. Даже при использовании лучших технологий анализа все равно остается огромный объем «ручной» работы, — поясняет г-н Ламберт. — Например, нагрузки часто определяются с помощью ручных вычислений, точно такой же метод применяется и при оценке результатов анализа». «Большая часть таких вычислений, например, для интерпретации результатов, включает в себя специальные процедуры, которые являются интеллектуальной собственностью компании, обеспечивают ее уникальность и конкурентоспособность, — продолжает г-н Ламберт. — Существует целый пласт логических вычислений, а также расчетов, которые невозможно реализовать в стандартной аналитической программе, так как это ноу-хау компании».
Компания DAA сталкивалась с ситуациями, когда на анализ только одного разработанного на заказ изделия уходило целых 40 часов. «Порой компания вынуждена повторять один и тот же аналитический процесс 100–200 раз в год, — утверждает г-н Ламберт. — Помимо траты времени и средств, использование такого количества ручных вычислений неизбежно приводит к ошибкам». В DAA уже предпринимались попытки автоматизации, но почти всегда для этого использовались макрокоманды, а это, по словам г-на Ламберта, «технология двадцатилетней давности».
Пойти дальше макрокоманд
Инженеры DAA используют в своей работе ряд передовых решений для разработки и анализа, но когда дело касается автоматизации сложных и итеративных процессов анализа, а также циклов проектирование-анализ, компания полагается на программное обеспечение NX™ от Siemens Digital Industries Software. Для расширенного анализа DAA использует решения Simcenter 3D и Simcenter Nastran, которые входят в портфель Siemens’ Simcenter. «Инструменты Simcenter и NX — это функциональные возможности, которые способны конкурировать на мировом уровне, — говорит г-н Ламберт. — Simcenter 3D и NX позволили нам интегрировать функции моделирования, анализа и NX Open». NX Open — это встроенный в NX и Simcenter 3D прикладной программный интерфейс (API). DAA использует NX Open в сочетании с собственным кодом для автоматизации самых сложных операций. «Для решения проблем, которыми мы занимаемся, необходимы алгоритмы автоматизации, сложность которых намного превышает возможности стандартных решений, — утверждает Джон Ламберт. — Вот почему мы используем NX Open».
Иллюстрируя автоматизацию процессов в DAA с помощью NX, г-н Ламберт приводит пример КЭ-анализа печатных плат, предназначенных для аэрокосмической отрасли. «Это хороший пример задачи, часть которой необходимо выполнять итеративно, так как тут есть множество конструктивных элементов, которые могут меняться, например, крепления и компоненты на плате, — поясняет Джон Ламберт. — Кроме того, платы подвержены случайной вибрации, и в зависимости от спектра на них могут быть одна или несколько зон запрета трассировки. Поэтому необходимо постоянно изменять частоту, чтобы не коснуться этих зон и переместить ее в диапазон более низких вибраций, но это непросто, потому что при этом могут увеличиться нагрузки и напряжения. При смещении частот необходимо заново оценивать нагрузки. К тому же, при корпусировании электронных схем нередко используются компоненты с похожими частотами, которые воздействуют друг на друга. Попытка достичь равновесия между правильной частотой и структурной целостностью платы порой превращается в бесконечный и выматывающий процесс».
Автоматизированная версия этого процесса в DAA выглядит для пользователя как «родной» функционал NX и включает в себя геометрическое моделирование, препроцессинг для КЭ-анализа, а также постпроцессинг и анализ с помощью Simcenter 3D и Simcenter Nastran®. Сначала программа создает геометрическую модель печатной платы в NX, а затем автоматически генерирует сетку конечных элементов, применяя соответствующие свойства материала. Затем программа итеративно выполняет частотный анализ (Simcenter Nastran Solution 103). Собственный код, написанный DAA с помощью NX Open, сравнивает результаты со спектром случайных вибраций, а затем продолжает итеративный цикл и вносит модификации в геометрию печатной платы до тех пор, пока частоты вибрации платы не остаются вне зон запрета трассировки на кривой случайных вибраций. Потом выполняются индивидуальные вычисления для определения нагрузок, а затем — анализы напряжений и отклонений Simcenter Nastran Solution 101). Дополнительный код позволяет совместить эти результаты со знаниями о процессе и отрасли, чтобы спрогнозировать долговечность, провести сравнения с допустимыми материалами и определить, удачна ли такая конструкция. Если цель не достигнута, процесс запускается снова, и итерации продолжаются до тех пор, пока конструкция не приобретает оптимальную структурную целостность.
Приводя этот пример, Джон Ламберт замечает, что тепловой анализ в нем не используется, хотя такая возможность есть: «Как правило, нужен еще и тепловой анализ, который тоже можно включить в автоматизированный процесс».
Значительная экономия времени и сокращение числа ошибок
Как показывает пример с платой, экономия времени — одно из самых очевидных преимуществ автоматизации процессов. Джон Ламберт свидетельствует, что анализ, который раньше выполнялся за 40 часов, теперь можно выполнить автоматически за пятнадцать минут.
Конечно, на автоматизацию требуется время, и в DAA успешно используется проверенное правило, позволяющее оценить время, которое будет затрачено. «На автоматизацию процесса уходит примерно в 10 раз больше времени, чем на выполнение одной итерации, — объясняет Джон Ламберт. — Поэтому не каждый процесс нужно автоматизировать. Если какой-либо вид анализа проводится всего пару раз, результат не стоит усилий. Но если вы вынуждены проводить эту процедуру 25, 100 или 200 раз в год, то автоматизация приобретает смысл». Какие навыки необходимы для создания автоматического процесса, подобного описанному? «Вполне достаточно навыков среднего уровня в программировании, — считает Джон Ламберт. — Функция ведения журнала автоматически сгенерирует большую часть кода NX Open, вам только нужно открыть этот код и подкорректировать его, чтобы он представлял собой не просто запись нажатий клавиш, а больше подходил для универсального применения».
Применение Simcenter 3D для автоматизации итеративных процессов численного моделирования имеет и другие преимущества. Автоматизированные процессы имеют интерфейс, внешне похожий на NX, поэтому пользователи, владеющие NX, могут использовать их после минимального обучения. Кроме того, процессы, автоматизированные опытными расчетчиками, могут выполняться теми, кто не специализируется на анализе и имеет меньше знаний в этой области. Таким образом, аналитики могут сконцентрироваться на более сложных проектах. Автоматизация процесса позволяет стандартизировать его и устранить человеческий фактор, например ошибки анализа, связанные с вычислениями вручную.
Применяя автоматизацию NX Open, компания DAA добилась таких успехов, что Джона Ламберта удивляет, почему другие компании не спешат воспользоваться преимуществами функций программирования этого программного обеспечения. «NX и Simenter обладают мощными возможностями, но они, как ни странно, редко используются, даже если нашим заказчикам очень нужна автоматизация такого рода, — говорит он. — При правильном использовании автоматизация процессов в среде NX CAD полностью окупает затраченные средства».
Для решения проблем, которыми мы занимаемся, необходимы алгоритмы автоматизации, сложность которых намного превышает возможности стандартных решений. Вот почему мы используем NX Open.
DAA