CC BY
4УДК 004.4:004.925.83
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ 3Б-МОДЕЛИРОВАНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Ваншина Е.А., кандидат педагогических наук, доцент, доцент кафедры начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графики, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: sadovs-ekaterina@yandex.ru
Полосов Н.М., студент, направление подготовки 11.03.03 Конструирование и технология электронных средств, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: ezenpetr@mail.ru
Аннотация. В настоящее время технологии объемного моделирования широко используются в проектировании электронных изделий. В статье представлен обзор современного программного обеспечения (ПО) для 3D-моделирования печатных плат (ПП) с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР), применяемых в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных проектов обучающимися электроэнергетического факультета Оренбургского государственного университета, а также при проведении Всемирных Инженерных Игр, осуществляемых на базе Оренбургского государственного университета с начала 2019 года. Проведенный обзор возможностей использования САПР и 3D-моделирования ПП показал, что исследуемые ПО отличаются функционалом и сложностью освоения, влияющими на время разработки продукта, наличием русифицированного интерфейса, а наиболее распространенными в настоящее время в образовании и промышленности продуктами являются ПО компаний Autodesk и АСКОН.
Ключевые слова: 3D-моделирование, печатная плата, программное обеспечение, системы автоматизированного проектирования, учебный процесс.
SOFTWARE FOR 3D-MODELING OF PRINTED CIRCUIT BOARDS
Vanshina Е.А., Candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor of the Department of descriptive geometry, engineering and computer graphics, Orenburg State University, Orenburg e-mail: sadovs-ekaterina@yandex.ru
Polosov ^М., student, direction of training 11.03.03 Design and technology of electronic means, Orenburg State University, Orenburg e-mail: ezenpetr@mail.ru
Abstract. Currently, 3D modeling technologies are widely used in the design of electronic products. The article presents an overview of modern software (SOFTWARE) for 3D modeling of printed circuit boards (PC) using computer-aided design (CAD) systems used in the educational process in the performance of coursework and diploma projects by students of the electric Power faculty of the Orenburg state University, as well as during the World Engineering Games held on the basis of the Orenburg state University since the beginning of 2019. The review of the possibilities of using CAD and 3D-modeling of PP showed that the studied SOFTWARE is characterized by functionality and complexity of development, affecting directly on the time ofproduct development, the presence of a Russifiedinterface, and the most common currently in education and industry products are SOFTWARE companies Autodesk and ASCON.
Keywords: 3D modeling, printed circuit Board, software, CAD system, educational process.
Система автоматизированного проектирования - это автоматизированная система, которая реализует информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему для автоматизации процесса проектирования и состоит из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. САПР печатных плат - комплекс программ, обеспечивающий сквозной цикл проектирования от про-
рисовки до генерации файлов для управления оборудованием, используемым для создания плат [1].
В настоящее время в проектировании электронных изделий широко применяются технологии 3D-моделирования, что позволяет сделать его более точным, а изготовление - экономичным, избежать брака и серьезных ошибок. Разрабатывая 3D-модель конечного изделия, можно улучшать компоновку, а современные САПР дают возможность моделировать механические, температурные
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
и другие виды воздействий и нагрузок, что позволяет исправить множество ошибок на этапе проектирования, следовательно - сэкономить на реальных испытаниях [2, 3, 4].
3D-моделирование используется при проектировании систем автоматики и радиоэлектроники. Например, моделирование электрического шкафа позволяет наилучшим образом разместить внутреннее оборудование, спроектировать систему охлаждения, проведя моделирование температурных нагрузок.
3Б-моделирование печатных плат сегодня также активно внедряется в производство [5, 6, 7]. Некоторые САПР, как отмечено выше, позволяют, например, проводить термический анализ и моделировать процессы движения воздушных масс внутри корпуса прибора.
Существует множество универсальных программных продуктов, позволяющих моделировать любые изделия, а также программных продуктов, предназначенных для проектирования только печатных плат. Условно такое ПО можно разделить на две группы:
1) универсальные: Компас, SolidWorks, Autodesk Inventor, Autodesk Fusion 360, SketchUp.
2) узкоспециализированные: Eagle3D, KiCAD, Design Spark PCB, Altium Designer.
ПО первой группы позволяет не только воспроизводить ПП и элементы в соответствии с действующими стандартами, но также поддерживают большое количество готовых библиотек и позволяют моделировать не только температурные, но и другие виды нагрузок, имеется возможность создания анимации, инструкции сборки и записи видео.
Необходимо отметить, что на продукты Autodesk распространяется «студенческая» лицензия, которая дает возможность использовать ПО бесплатно в течение трех лет. Также в программу Autodesk Inventor встроены инструкции и пошаговые видеоуроки, позволяющие глубоко изучить функционал программы. Она полностью русифицирована. Такие же функции имеются и в программе Fusion 360, однако она не поддерживает русский язык.
ПО компании АСКОН КОМПАС, являясь мощным инструментом, применяется сегодня в отечественных и зарубежных компаниях и университетах, однако не распространяется по бесплатной лицензии. По сравнению с продуктами Autodesk, по нашему мнению, КОМПАС имеет более сложный интерфейс, работать с программой становится затруднительно, не имея должной подготовки.
SolidWorks относится к одному из самых популярных инструментов. Интерфейс программы схож с Autodesk Inventor и является интуитивно понят-
ным на начальных этапах обучения. Программа также поставляется с бесплатной «студенческой» лицензией, если платная лицензия приобретена вузом, в котором обучается студент. Особенностью программы является инструмент обработки моделей любой сложности для 3D-печати, а также инструменты для 3D-сканирования, импорта и обработки таких моделей, что может быть полезно при разработке корпусов под уже имеющиеся платы.
Программа SketchUp предназначена для поверхностного моделирования, не имеет возможности провести анализ нагрузок, однако очень проста в освоении и позволяет быстро создать визуальные модели. Печатная плата размещается как текстура, электронные компоненты моделируются вручную или экспортируются из библиотек. На практике данное ПО популярно лишь у небольшого количества компаний, занимающихся строительством и дизайном, часто применяется для обучения детей, является бесплатным продуктом от Google, но работает только с подключением к Интернету.
Такие решения, как Eagle3D, KiCAD, Design Spark PCB, Altium Designer, являются узконаправленными и разработаны специально для проектирования печатных плат. В этих программах проработаны алгоритмы экспорта файлов топологии, по которым вручную или автоматически с помощью библиотек строится модель печатной платы.
Таким образом, выбирая программное обеспечение для профессионального и учебного использования, необходимо обратить внимание как на его функционал, так и на сложность освоения, так как при использовании сложных программ время разработки продукта может существенно увеличиваться, а также на наличие русифицированного интерфейса. Приведенный в статье обзор ПО САПР печатных плат показал, что сегодня наиболее распространенными в образовании и промышленности продуктами являются ПО компаний Autodesk и АСКОН, которые в Оренбургском государственном университете применяются для 3D-моделирования печатных плат при выполнении курсовых и дипломных проектов обучающимися по образовательным программам высшего образования по направлениям подготовки 11.03.03 Конструирование и технология электронных средств и 11.03.04 Электроника и на-ноэлектроника электроэнергетического факультета, что способствует значительному повышению научно-технического уровня их подготовки. Данные ПО также используются при проведении Всемирных Инженерных Игр, которые с начала 2019 года проходят на базе Оренбургского государственного университета.
Литература
1. Ленский Ф. В. Проектирование печатных плат в системах автоматизированного проектирования // Молодежь и современные информационные технологии. Сборник трудов XIV Международной научно-
практической конференции студентов аспирантов и молодых ученых. - Томск: Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Институт кибернетики, 2016. - Том 1. - С. 297-298.
2. Журбенко П. А., Гузненков В. Н. Проектирование в САПР // Будущее машиностроения России: сборник докладов Восьмой всероссийской конференции молодых ученых и специалистов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. - С. 1060-1062.
3. Ваншина Е. А., Ваншин В. В. Технология создания ассоциативных чертежей по инженерной графике на основе трехмерного моделирования // Интеллект. Инновации. Инвестиции. - 2017. - № 2. - С. 59-63.
4. Ваншина Е. А. 3D-моделирование сборок изделий в САПР // Технические науки - от теории к практике: материалы XXI международной заочной научно-практической конференции. - Новосибирск: Изд. «СибАК», 2013. - С. 7-11.
5. Полосов Н. М., Тушканов В. Ю. Платы печатные в Компас-3D [Электронный ресурс] // Научное сообщество студентов XXI столетия. Технические науки: сборник статей по материалам иУГ международной студенческой научно-практической конференции. №2 8(55). - Новосибирск: СибАК, 2017. - Режим доступа: https://sibac.info/archive/technic/8(55).pdf (дата обращения: 15.04.2019).
6. Ваншина Е. А., Ваншин В. В. Печатные платы в курсовом проектировании по инженерной и компьютерной графике [Электронный ресурс] // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры: материалы Всероссийской научно-методической конференции (с международным участием) (Оренбург, 23-25 янв. 2019 г.). - Оренбург: ОГУ, 2019. - С. 1848-1851. - Режим доступа: https:// elibrary.ru/item.asp?id=37075082 (дата обращения: 15.04.2019).
7. Ваншина Е. А. Платы печатные [Электронный ресурс]: методические указания к курсовому проекту. - Оренбург: ОГУ, 2017. - 45 с. - Режим доступа: http://artlib.osu.ru (дата обращения: 15.04.2019).
