Автоматизированное проектирование технологии сборки электронных модулей в среде Techcard

Системы автоматизированного проектирования

Ускорение научно-технического прогресса в связи с бурным ростом программно-вычислительных средств повышает актуальность автоматизированного проектирования не только конструкторских работ, но и технологических процессов (ТП). Поэтому разработчики все чаще обращаются к системам автоматизированного проектирования (САПР), позволяющим в сжатые сроки произвести разработку более совершенного ТП.

Применение САПР значительно сокращает время на разработку ТП, дает возможность быстрого корректирования и вывода на печать, позволяет накапливать опытные данные и на их основе оптимизировать структуру новых ТП.

При автоматизированном проектировании происходит обоснованное распределение функций между человеком и ЭВМ и выбор методов решения технологических задач. По степени углубленности разработок различают несколько уровней проектирования:

• разработка схемы технологического процесса;
• проектирование технологического маршрута обработки или сборки;
• проектирование технологических операций;
• разработка управляющих программ для оборудования с числовым программным управлением.

САПР создается как иерархическая система, реализующая комплексный подход к автоматизации на всех уровнях проектирования. Так, в САПР ТП обычно включают подсистемы структурного, функционально-логического и элементного проектирования (разработки схемы процесса, проектирования маршрута, проектирования операций, разработки управляющих программ для оборудования с ЧПУ). Для автоматизированного проектирования предусматривают методическое, математическое, информационное, программное и техническое обеспечение (ТО).

К ТО САПР предъявляется ряд требований:

• достаточность вычислительных ресурсов (производительность и емкость памяти) для решения основных проектно-технологических задач;
• приближенность к рабочим местам проектировщика, удобство общения технолога с ЭВМ;
• обеспечение коллективного выполнения проектных работ.

Основными компонентами ТО являются рабочие станции, объединяющие ЭВМ и периферийные устройства в локальную сеть. Для выполнения трудоемких вычислительных процедур используются высокопроизводительные суперЭВМ. При автоматизированном проектировании оптимальных ТП нужно учитывать [1]:

• системность автоматизированного проектирования на основе характера и взаимосвязи факторов, влияющих на построение ТП и определяющих обеспечение заданного качества изготовляемых изделий и экономическую эффективность разрабатываемой технологии;
• оптимизацию проектируемого ТП, предусматривающую комплексную взаимосвязь его структуры, параметров качества изготовляемого изделия и режимов обработки;
• рациональное сочетание типовых и индивидуальных технологических решений на всех уровнях проектирования.

Повышение уровня типизации, унификации и стандартизации при разработке ТП во многом определяет эффективность автоматизированного проектирования. Для автоматизированного проектирования ТП нашли применение такие системы, как Techcard, «Вертикаль», TechnologiCS и др.

Techcard — система автоматизации технологической подготовки производства, которая включает базовое программное обеспечение для решения задач технологического проектирования и информационное обеспечение для различных видов производств [2]. В состав комплекса программ для организации рабочего места технолога входят:

• Система Techcard, состоящая из:
  • модуля проектирования ТП для обеспечения автоматизированного создания и редактирования комплекта технической документации (ТД) при разработке маршрутно-операционной технологии;
  • программы настройки базы данных (БД) для сопровождения и настройки как самой БД, так и всей системы Techcard;
  • редактора базы знаний для создания и сопровождения файлов формул и таблиц;
  • редактора бланков для создания и настройки любых форм бланков ТД в соответствии с требованиями стандартов и пользователей;
  • редактора документов для заполнения бланков текстовыми данными или графическими изображениями с возможностью ввода в технологическую карту данных с клавиатуры, из архива ТП или из БД, редактирования, хранения и управления оформлением и печатью документов.
• Система автоматизированного проектирования CADMECH-T для построения и оформления операционных эскизов или графических изображений, выводимых в технологический документ, работающая в среде AutoCAD.
• Система организации и ведения архива ТД, состава изделия и организации электронного документооборота SEARCH.
• Система управления базой данных IMBASE.

Доступность и гибкость системы в сочетании с мощным интерфейсом позволяют удовлетворять самые разнообразные требования пользователей:

• создание новых и редактирование имеющихся форм бланков ТД;
• включение в состав одного бланка текста и графических изображений;
• ввод данных с клавиатуры или из БД;
• управление оформлением и выводом на печать документов;
• сопровождение БД различных видов производств с возможностью графической иллюстрации классификаторов, справочников и т. п.;
• создание и сопровождение технологических таблиц и формул для их последующего использования при проектировании ТП;
• создание графических библиотек типовых элементов, стандартных нормализованных деталей с обеспечением редактирования любых текстовых полей из БД;
• проектирование ТП в диалоговом режиме с использованием БД, формул и таблиц;
• оперативная настройка вида и состава комплекта ТД для различных видов производств;
• взаимосвязь с системой SEARCH для организации и ведения архива технологических документов;
• взаимосвязь с системой разработки конструкторской документации CADMECH для проектирования операционных эскизов и карт наладок.

В системе Techcard можно самостоятельно создавать новые типовые ТП или использовать базовые, поставляемые в составе системы. Технологическая подготовка производства осуществляется на объекты (сборочные изделия, детали и др.), которые должны быть в БД системы Search. В системе Techcard пользователь выбирает объект на рабочий стол и начинает этап технологического проектирования:

• создание расцеховочного маршрута по нескольким вариантам;
• назначение заготовки (выбор сортамента);
• расчет заготовки по настраиваемым сценариям;
• назначение общего цеха с конкретизацией цехов и участков по операциям;
• формирование маршрута с использованием классификатора операций и переходов;
• назначение оборудования по операциям;
• редактирование текста переходов;
• назначения оснастки к операциям и переходам;
• расчет режимов обработки в соответствии с техническими данными оборудования;
• расчет норм времени на переходы и операции;
• проектирование операций с эскизами в системе CADMECH-Т;
• определение состава документов для пользователя;
• получение комплекта ТД;
• сохранение ТП в архиве и вывод на печать.

Дополнительно в состав Techcard входят базы данных:

• классификатор оборудования;
• средства технологического оснащения (приспособления, режущий, вспомогательный и измерительный инструмент);
• основные и вспомогательные материалы и виды заготовок;
• классификатор технологических операций и типовых переходов с описанием параметров и сценариями на разные виды производства;
• информационно-справочные данные для заполнения параметров операционной технологии;
• режимы резания (механическая обработка) и режимы обработки для других видов производств;
• нормирование технологических операций.

Требования к операционной системе: Microsoft Windows XP/7, 32‑ или 64‑разрядные системы. Необходимо наличие установленного программного обеспечения AutoCAD или Bricscad Pro, Firebird 2.1.3, Oracle 9.2-11.2, MS SQL 2000-2008 R2.

Алгоритм проектирования техпроцесса в Techсard

При сборке электронных модулей наиболее перспективным в настоящее время является использование технологии поверхностного монтажа электронных компонентов на печатные платы. Основное отличие этой технологии от традиционной — отсутствие монтажных отверстий для установки выводов компонентов, что кардинально изменяет базовые технологические процессы монтажно-сборочных работ. Для проектирования ТП сборки и монтажа требуется алгоритм, на основании которого осуществляется автоматизированное проектирование. В пакете Techcard может быть использована исходная информация, предоставленная в виде чертежей, документов, нормативов на проектирование.

Рис. 1. Электронный модуль со смешанным монтажом

Исходя из сборочного чертежа электронного модуля со смешанным монтажом (рис. 1) составляют схему ТП сборки микромодуля, которая включает операции, связанные с установкой SMD-компонентов, пайкой, а также со сборкой и монтажом выводных компонентов, которые расположены с двух сторон платы (рис. 2).

Рис. 2. Схема технологического процесса сборки электронного модуля

Далее приступают к непосредственному созданию ТП. Для этого необходимо в БД ввести подробные данные о сборочной единице: обозначение, наименование, масса, цех и участок изготовления и др.

Любой ТП состоит из операций, последовательное выполнение которых приводит к изготовлению электронного модуля. Соответственно, необходимо добавить операции в проектируемый ТП. Их можно найти в окне выбора операций. Особенностью этой процедуры является то, что существует возможность выбора и добавления операций как по одной, так и группами, помечая их галочками в дереве операций.

Следующим этапом является выбор оборудования по операциям с помощью справочника оборудования системы Techcard. В нем можно посмотреть все виды оборудования, занесенные в БД, и выбрать наиболее соответствующие требованиям ТП. Подбор оборудования и оснастки, материалов и персонала может быть настроен автоматически.

Дальнейшим действием будет выбор переходов операций, которые формируют последовательность действий, выполняемую на определенной операции. Для определения переходов необходимо выбрать операцию, затем в справочнике выбрать переходы, которые будут входить в данную операцию. Сохранив ТП в БД, можно переходить к формированию комплекта технологических документов. Документы могут быть сформированы как по отдельности, так и все вместе. Соответственно, после формирования эти документы можно сохранить либо распечатать.

Подготовка БД начинается с поиска оборудования в периодических изданиях и интернет-источниках на основании того, какое оборудование требуется для выполнения всех операций ТП и обеспечения его наибольшей производительности, с учетом нормативов.

Для выполнения ТП изготовления электронного модуля со смешанным монтажом подобрано оборудование исходя из серийности производства, производительности и его стоимости:

• Многофункциональный автомат FLX2011 Essemtec (Швейцария), автоматически дозирующий пасту, клей и устанавливающий компоненты от 01005 до 50×50 мм с шагом до 0,3 мм на платы размером до 400×300 мм. Количество питателей от 180 до 300, производительность до 5100 комп./ч. Точность установки 20 мкм.
• Автомат Cencorp 1000 OF (Финляндия), устанавливающий компоненты с радиальными и однонаправленными выводами в ленте и пеналах с шагом выводов 2,5–45 мм на платы габаритом до 380(500) ×365 мм и производительностью 2300 шт./ч.
• Полуавтомат формовки C‑043/E Streckfuss (Германия), осуществляющий формовку радиоэлементов с однонаправленными и аксиальными выводами с производительностью 8000комп./ч.
• ИК-печь конвекционного оплавления OmniFlex7 Electrovert (США), осуществляющая пайку с использованием ИК-нагрева и термоциклирования с точностью поддержания температуры 1 °C. Длина зон нагрева 2654 мм, охлаждения — 813 мм. Максимальный размер платы 508 мм.
• Установка селективной пайки Ecoselect 2 ERSA (США), осуществляющая пайку выводных компонентов микроволной припоя при подаче инертного газа. Скорость конвейера 0,2–1 м/мин., высота волны припоя 2–8 мм.
• Установка струйной отмывки PSB600, обеспечивающая автоматизированный шестиступенчатый процесс отмывки в камере размером 490×490×510 мм. Энергопотребление 400 В AC, 50/60 Гц, 4 кВт. Шум <63 дБ.
• Рабочее место визуального контроля VS8 Vision Engineering (США) на базе безокулярного микроскопа Lynx с плавающим столиком и фиксатором платы, имеющее светодиодную матрицу для освещения объекта, увеличение до ×120. Максимальные размеры ПП — 310×310 мм.
• Установка функционального контроля SPEA 4060 осуществляет внутрисхемный и функциональный автоматический контроль модулей летающими пробниками с точностью контактирования ±25 мкм и производительностью 20–50 тестов/с. Тестовая область — 400×500 мм.
• Лазерный маркировщик 3300 ELSD Alltech (США) для нанесения маркировки на упаковку (бумагу, картон, стекло, пластик, металл всех видов) с линейной скоростью до 15 м/с и производительностью до 1300 знаков/с.

Подобрав оборудование, необходимо занести его в БД системы Techcard. После заполнения параметров оборудования требуется зайти в раздел спецификации и определить, в каком цехе будет находиться данная единица оборудования. По завершении ввода информации об оборудовании оно появится в справочнике и будет доступно к выбору для операций ТП.

Для создания нового ТП открывают в меню «Файл»→«Создать ТП». В этом меню (рис. 3) можно взять за прототип стандартный фрагмент ТП, открыть техпроцесс из архива, базы или с диска либо начать проектирование с нуля.

Рис. 3. Диалоговое окно меню «Файл»

В окне создания ТП (рис. 4а) вносят необходимую общую информацию по процессу, такую как: обозначение (можно определить с помощью встроенного классификатора либо задать вручную); наименование ТП. Вид производства и вид техпроцесса выбираются в контекстном меню.

После заполнения общей информации о ТП переходят к заполнению общих сведений о нем: цех и участок, на которых будет производиться сборка, разработчик. Далее приступают к составлению операций ТП. На панели быстрого доступа открывают диалоговое окно выбора операций, представленное на рис. 4б.

Рис. 4. Окно:
а) создания ТП;
б) выбора операций

Можно найти нужные операции в дереве и отметить их галочкой, после чего добавить в ТП — по одной или группами. Добавив нужные операции, переходят на вкладку «Оборудование» (рис. 5), открывают окно со списком (рис. 6а) и выбирают нужное.

Рис. 5. Окно проектирования ТП

Свойства данного оборудования можно посмотреть в окне свойства модели. Выбрав модель оборудования, подходящую для текущей операции, ее добавляют в операцию. Такие же действия проводят для остальных операций ТП. Далее приступают к выбору переходов. Для этого на панели быстрого доступа открывают окно справочника переходов (рис. 6б), выбирают требуемые переходы для каждой операции из дерева по аналогии с созданием операций и добавляют в содержание операции.

Рис. 6. Окно:
а) выбора оборудования;
б) справочника переходов

После того как документ сохранен, формируют комплект технологической документации для данного ТП. Для этого необходимо выделить название ТП и перейти на вкладку «Документация» (рис. 7). На данной вкладке формируют все доступные документы для данного ТП, которые можно будет распечатать или сохранить.

Рис. 7. Окно формирования документации

На рис. 8 представлен один из листов сформированной маршрутной карты по ТП сборки модуля с двусторонним смешанным монтажом.

Рис. 8. Лист сформированной маршрутной карты

Заключение

Система Techcard охватывает все этапы технологической подготовки производства на предприятии и дает возможность обеспечить полную унификацию и стандартизацию производственных процессов. Автоматизированное проектирование технологических процессов сложных электронных модулей в системе Techcard позволяет значительно сократить трудоемкость инженерных работ и сроки подготовки производства новых изделий. Эффективность внедрения системы Techcard в производство обусловлена сравнительно коротким сроком окупаемости (не более полутора лет). Областью применения программного комплекса Techcard может стать обучение студентов технических специальностей современным методам автоматизированного проектирования.