Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Печатные платы: проектирование и технология 10
1.1 История появления печатных плат. Материалы, конструкции и технологии изготовления печатных плат 10
1.2 Печатный монтаж: традиционный и поверхностный 16
1.3 Тенденция развития печатной технологии 19
1.4 Внутренний монтаж 20
1.5 Требования к проектированию печатной платы 21
1.6 Автоматизированное проектирование печатных плат 22
1.7 Выводы и постановка задачи 26
ГЛАВА 2. Анализ материалов, элементной базы и технологий изготовления печатных плат 27
2.1 Анализ материалов печатных плат 27
2.2 Анализ элементной базы 39
2.3 Анализ технологий изготовления печатных плат 44
2.4 Выводы по главе 52
ГЛАВА 3. Разработка и проектирование печатных плат 53
3.1 Выбор варианта конструкции печатной платы 53
3.2 Проектирование печатной платы по разным технологиям монтажа: поверхностный монтаж, СОВ-технология, внутренний монтаж 61
3.3 Разработка конструкции и технологии изготовления гибко-жёсткой печатной платы со встроенными элементами 69
3.4 Выводы по главе 78
ГЛАВА 4. Разработка экспертной системы для конструкторско-технологического проектированияпечатных плат 79
4.1 Формулировка правил для экспертной системы 81
4.2 Структура экспертной системы 91
4.3 Описание алгоритма экспертной системы 98
4.4 Выводы по главе 105
ГЛАВА 5. Разработка и проектирование конструкции печатной платы универсального полярографа ПЛС-2А, ПУ-1 с применением экспертной системы 107
5.1 Изучение и анализ технического задания на универсальный полярограф ПЛС-2А,ПУ-1 107
5.2. Конструкторско-технологические расчёты печатной платы универсального полярографа ПЛС-2А, ПУ-1 108
5.3 Миниатюризация конструкции печатной платы универсального полярографа ПЛС-2А 112
5.4 Выводы по главе 116
Заключение 117
Список использованных источников 119
- Печатный монтаж: традиционный и поверхностный
- Анализ элементной базы
- Разработка конструкции и технологии изготовления гибко-жёсткой печатной платы со встроенными элементами
- Конструкторско-технологические расчёты печатной платы универсального полярографа ПЛС-2А, ПУ-1
Введение к работе
Актуальность исследования. Основным конструктивным элементом современной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) является печатная плата (ПП). От того, как качественно будет спроектирована конструкция ПП, зависит и качество конечного изделия, в состав которого входит ПП, как основной конструктивный элемент. В связи с этим необходимо правильно определить основные элементы печатного монтажа: материал ПП, количество слоёв ПП, технологию изготовления, класс точности, технологию монтажа радиоэлементов на ПП, тип финишного покрытия и припоя. Следовательно, одним из важных этапов проектирования РЭА является разработка конструкции и технологии изготовления ПП.
В настоящее время для решения задач конструкторско-технологического проектирования ПП широко используются системы автоматизированного проектирования (САПР) ПП, предназначенные для создания схем, компоновки радиоэлементов и трассировки ПП. Преимущественное положение среди САПР ПП занимают три ведущих производителя (зарубежные производители САПР ПП): Mentor Graphics (США), Altium (Австралия), Cadence (Великобритания), Zuken (Япония). Среди отечественных производителей САПР ПП преимущественное положение занимает программный продукт T-FLEX CAD (фирма Топ Системы).
Кроме того, наряду с комплексными САПР ПП, существуют программные пакеты для анализа целостности сигнала: Signal Integrity, QUIET, Omega Plus, FIDELITY, ANSYS, ePlanner, EMC-Engineer, FLO/EMC и др. А также программы для проведения конструкторских и технологических расчётов, для получения управляющей информации для сверлильных станков: Saturn PCB Toolkit V5.4B2, SurfaceCalc, MultiCal 4.0, DRL2_600, 600PRN и др. Приведённые программные продукты являются дополнительными модулями к САПР ПП.
Следует отметить, что приведённые выше программные средства не являются экспертными системами (ЭС) или консультационными программами. В связи с этим автором предлагается восполнить существующий пробел в этой области, путём разработки и применении на производстве автоматизированных программных средств, базирующихся на технологии ЭС, или инженерии знаний для поддержки принятия решения инженеру-конструктору об элементах печатного монтажа на этапе конструкторско-технологического проектирования ПП.
Кроме того, широко известно, что создание печатного монтажа связано с требованиями увеличения плотности, уменьшения геометрических размеров и веса при одновременном увеличении функциональных возможностей. Это требует разработки принципиально новых подходов при создании печатного монтажа. Одним из таких подходов является переход к технологии внутреннего монтажа и применение конструкций гибко-жёстких печатных плат (ГЖП), которые используют преимущества как традиционных ПП (на жёстком основании), так и гибких ПП. Отечественная технология внутреннего монтажа (ОТВМ) была разработана на Брянском предприятии «Кремний» в середине 1980-х годов. В настоящее время ОТВМ активно развивается и продвигается благодаря усилиям разработчика технологии Черного Б.И. и директора ООО НПП «КВП Радуга» Назарова Е.С. ОТВМ предполагает установку бескорпусных и безвыводных кристаллов внутри ПП из алюминия, керамики, поликора, ситалла и одновременное формирование соединений печатных проводников с контактными площадками кристалла методом вакуумного напыления металлов через свободные технологические маски. Технология внутреннего монтажа активно развивается и за рубежом (компания Wrth Elektronik, Германия), отличающаяся методом формирования углублений для кристаллов и получением токопроводящих дорожек.
Вместе с тем, в настоящее время за рубежом активно применяются технологии встраивания в ПП и пассивных компонентов. Так в научной работе Fujimaki N., Koike K., Takami K., Ogata S., Linaga H. «Development of Printed Circuit Board Technology Embedding Active and Passive Devices for e-Function Module» предлагается встраивать в ПП дискретные пассивные компоненты типоразмера 0402, 0603, 1005.
Тем не менее, следует отметить отсутствие конструкторских и технических решений по объединению ОТВМ с зарубежной технологией встраивания пассивных компонентов. Восполнение данного пробела предоставит возможность получить ПП с меньшими габаритными размерами, что является актуальным в связи с продолжающейся тенденцией микроминиатюризации РЭА.
Целью диссертационной работы является разработка метода автоматизированного конструкторско-технологического проектирования ПП, конструкции и технологии изготовления ПП со встроенными активными и пассивными компонентами.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
анализ материалов ПП, технологий монтажа радиоэлементов на ПП, технологий изготовления ПП, автоматизированных программных средств и систем;
анализ конструкций (односторонней, двусторонней, многослойной) и типов (жёсткой, гибкой, гибко-жёсткой) ПП различной сложности;
разработка конструкции и технологического процесса изготовления ПП со встроенными активными и пассивными компонентами;
разработка базы данных и базы знаний автоматизированного программного средства;
разработка программного обеспечения.
Объектом исследования является проектирование и технология производства ПП радиоэлектронных средств (РЭС).
Предметом исследования являются материалы, технологии и программные средства, применяемые для проектирования и производства ПП РЭС.
В основе проводимых в диссертационной работе исследований были использованы следующие методы: сравнительный анализ – при анализе материалов ПП, технологий монтажа радиоэлементов на ПП, технологий изготовления ПП, САПР ПП; методы искусственного интеллекта; концепции логического программирования.
Научная новизна:
-
Предложена конструкция и технология изготовления ГЖП со встроенными активными и пассивными компонентами, отличающаяся:
– объединением двух технологий: отечественной технологии встраивания активных компонентов под принятым названием внутренний монтаж и зарубежной технологии встраивания дискретных пассивных компонентов;
– типом конструкции ПП и последовательностью технологических операций.
-
Разработано автоматизированное программное средство для конструкторско-технологического проектирования ПП, учитывающее особенности производства.
Основные результаты, выносимые на защиту:
1. Конструкция и технология изготовления ГЖП со встроенными активными и пассивными компонентами, позволяющими уменьшить габаритные размеры и вес, повысить функциональность, плотность монтажа и надёжность РЭА.
2. Разработанная база данных и база знаний, позволяющая реализовать автоматизированное программное средство для выдачи рекомендаций об элементах печатного монтажа на этапе конструкторско-технологического проектирования ПП и подготовки производства.
3. Метод автоматизированного конструкторско-технологического проектирования ПП, позволяющий заранее, до этапа компоновки и трассировки ПП в САПР, определить основные конструктивные элементы печатного монтажа и позволяющий применить полученные от автоматизированного программного средства рекомендации для автоматической компоновки и трассировки ПП на этапе установки правил проектирования в САПР.
Практическая значимость и внедрение результатов работы
Полученные результаты исследования имеют практическую значимость и могут быть рекомендованы для применения на предприятиях радиоэлектронной отрасли.
Предложенную конструкцию ГЖП со встроенными активными и пассивными компонентами можно применить в РЭА, в которой требуется уменьшить вес и объём, что имеет огромное значение в связи с тенденцией микроминиатюризации.
По результатам исследований: получен диплом лауреата на III Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Искусственный интеллект: философия, методология, инновации»; получен диплом на XI Всероссийской выставке «Научно-техническое творчество молодёжи» и научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодёжи – путь к обществу, основанному на знаниях»; получены грамоты на IV, V Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Искусственный интеллект: философия, методология, инновации»; получена грамота на конкурсе МГТУ МИРЭА 2011 «Лучшая научная работа студентов и молодых учёных» за научную работу «Разработка экспертной системы для проектирования печатных плат радиоэлектронных средств».
Результаты исследования подтверждены актами о внедрении: в химико-аналитической лаборатории ПУ «Зеленоградводоканал» МГУП «Мосводоканал»; в химико-аналитической лаборатории «Щёлковский водоканал» г. Щёлково Московской области.
Апробация работы
Основные результаты исследования доложены на: III, IV, V Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Искусственный интеллект: философия, методология, инновации» (г. Москва, 2009, 2010, 2011 гг.); VII Международной теплофизической школе «Теплофизические исследования и измерения при контроле, управлении и улучшении качества продукции, процессов и услуг» (г. Тамбов, 2010 г.); I Всероссийской конференции «Радиоэлектронные средства передачи и приёма сигналов и визуализации информации» (г. Таганрог, 2011); III Международной научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодёжи – путь к обществу, основанному на знаниях»; 59, 60 и 61-й научно-технической конференции МГТУ МИРЭА (г. Москва, 2010, 2011 и 2012 гг.); IV Международной научно-практической конференции «Перспективы развития информационных технологий» (г. Новосибирск, 2011 г.); IV Международной научно-практической конференции «Экология – образование, наука, промышленность и здоровье» (г. Белгород, 2011 г.); XVIII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2012 г.); 67-й Всероссийской конференции с международным участием «RDC-2012» (г. Москва, 2012 г.).
Публикации. По результатам исследований и практических разработок опубликовано 17 научных работ, из них 3 – в рецензируемых научных журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации (ВАК РФ), и одно учебное пособие. Общий объём публикаций – 15 п.л.
Личный вклад автора. Результаты, составляющие основное содержание работы, получены автором самостоятельно.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 85 наименования и трёх приложений. Основная часть работы изложена на 127 страницах, содержит 20 таблиц и 20 рисунков.
Печатный монтаж: традиционный и поверхностный
Первые САПР появились в начале 1960-х годов в области вычислительной техники. Это связано с тем, что задачи проектирования вычислительной техники просто формализуются. Кроме того, в области вычислительной техники работали люди, подготовленные интеллектуально и психологически к разработке и реализации идей автоматизации проектирования. Более того, развитие САПР определялось возможностью формализации и алгоритмизации задач [34].
Считается, что одним из перспективных САПР 1111 в период с 1989 по 2006 гг. являлся пакет программ под принятым названием P-CAD [35]. Первая версия P-CAD 4.5 включала следующие функциональные возможности: создана графическая библиотека, разработаны драйверы для сопряжения с технологическим оборудованием, включены команды ручного проектирования ПП в автоматический автотрассировщик печатных проводников. В дальнейшем были разработаны новые версии продукта P-CAD: 5.0; 6.0, 6.2. В новых версиях программы P-CAD была повышена разрешающая способность графических редакторов и сняты ограничения на размер и сложность ПП, обеспечена возможность просмотра любого фрагмента ПП в процессе автоматической трассировки. Более того, была повышена скорость трассировки и качество в результате исправления ошибок в алгоритме оптимизации P-CAD 4.5. В последующие годы, в период с 1993 по 1998, были разработаны версии P-CAD 7.0, P-CAD 8.0, P-CAD 8.5, P-CAD 8.7, в которых предусмотрена возможность инсталляции P-CAD под управлением Windows.
Главная задача дальнейшего совершенствования САПР 1111 заключалась в том, чтобы уменьшить время проектирования за счёт автоматизации разводки ПП при проектировании сложных цифровых устройств. В связи с этим, весной 2000 года, разработчики получили новую версию продукта P-CAD 2000. Особенностью новой версией продукта стал встроенный бессеточный автотрассировщик «Shape-Based Router» [36].
Автотрассировщик «Shape-Based Router» разработан для выполнения ряда задач: выполнить полную разводку ПП, выполнить разводку ПП в минимальный срок и обеспечить высокое качество трассировки. Это стало возможным за счёт применения утилит Neural Net (нейро-сеть), Neural Costs (нейро-оценки) и Neural Shapes (нейро-формы), построенных по технологии искусственного интеллекта [37]. Из этого следует, что одним из перспективных направлений совершенствования САПР явилась его интеллектуализация [38]. Следующие версии продукта P-CAD 2001, P-CAD 2002 [39], P-CAD 2004, Р-CAD 2006 затронули пользовательский интерфейс и обеспечили качественную поддержку выходного формата ODB++. В дальнейшем, 30 июня 2008 года, был снят с производства популярный продукт P-CAD. Для замены этой системы компания Altium предложила систему Altium Designer. Altium Designer - ком 24 плексная САПР РЭС, разработанная австралийской компанией Altium. Данный пакет программ позволяет тестировать проектируемую систему еще на этапе моделирования. Следовательно, виртуальный прототип устройства появляется до физического. В Altium Designer существует возможность просмотра трехмерного вида проектируемой платы. Разработчик может вывести на монитор реальный вид 1111 с компонентами, оценить ее сопряжение с механическими деталями конструкции и тут же внести необходимые изменения [40].
В настоящее время существует широкий выбор программного обеспечения для создания схем и трассировки ПП [41]: MENTOR (США), PADS (США), Altium Designer (Австралия), TARGET (Германия), EAGLE (США), ORCAD (Великобритания), UltiBoard (США), CADSTAR (Япония), РСВ ELEGANCE (Нидерланды), QCAD (Канада), BOARDMAKER (Великобритания), LAYOUT (США), CIRCAD (США), SCOOTER (Германия).
Преимущественное положение среди САПР ПП занимают три ведущих производителя (зарубежные производители САПР ПП): Mentor Graphics (США), Altium (Австралия), Cadence (Великобритания), Zuken (Япония) [42]. Среди отечественных производителей САПР ПП преимущественное положение занимает программный продукт T-FLEX CAD (фирма Топ Системы).
Кроме того, наряду с комплексными САПР 1111, существуют программные пакеты для анализа целостности сигнала: Signal Integrity, QUIET, Omega Plus, FIDELITY, ANSYS, ePlanner, EMC-Engineer, FLO/EMC. Приведённые программные продукты являются дополнительными модулями к САПР ПП.
Современная тенденция развития САПР ПП связана с повышением их функциональности: возможность решения проблем целостности сигнала, тепловое моделирование и обеспечение электромагнитной совместимости. Наряду с приведёнными выше САПР ПП широко применяются дополнительные утилиты, предназначенные для проведения необходимых конструкторско-технологических расчётов (расчёт волнового сопротивления, выбор типа финишного покрытия) и подготовки управляющей информации для сверлильных 25 станков (информация передаётся из САПР ПП): Saturn РСВ Toolkit V5.4B2, SurfaceCalc, DRL2_600, 600PRN.
Как было отмечено выше, одним из перспективных направлений процесса автоматизации проектирования является подход, основанный на применении идей искусственного интеллекта. Считается, что реализация указанного подхода возможна за счёт применения ЭС. Профессор Эдвард Фейгенбаум из Стан-фордского университета, один из первых исследователей технологии ЭС, определил понятие ЭС как «... интеллектуальной компьютерной программы, в которой используются знания и процедуры логического вывода для решения задач, достаточно трудных для того, чтобы требовать для своего решения значительного объёма экспертных знаний человека» [43].
В качестве знаний в ЭС могут применяться либо экспертные знания, либо обычные общедоступные знания, полученные из научных статей, книг и других источников, например, от хорошо осведомлённых людей.
Анализ элементной базы
Анализ данных таблицы 13 показывает, что монтаж бескорпусных микросхем на 1111 по СОВ-технологии имеет преимущество по сравнению с установкой корпусных микросхем по технологии поверхностного монтажа, что связанно с уменьшением посадочного места микросхемы, и, следовательно, занимаемой площади на наружных слоях ПП.
Кроме того, применяя технологию СОВ и технологию встраивания пассивных компонентов внутрь 1111, мы уменьшаем размеры 1111, но это не предел для микроминиатюризации. Если применять технологию встраивания активных компонентов (кристаллов микросхем) внутрь основы 1111, мы тем самым уменьшим размеры ПП. Если встроить кристаллы приведённых выше микросхем и диодов, то мы освободим 31,94% площади ПП на наружных слоях. Таким образом, ПП уменьшится от размеров 42x58 до размеров 42x49 мм (рисунок 10) при встраивании активных компонентов внутрь ПП
Для определения перспективной технологии монтажа радиоэлементов на 1111 определены основные компоновочные параметры приведенных выше технологий монтажа: коэффициент использования площади ПП где Sj - установочная площадь радиоэлемента; a, b - длина и ширина ПП; коэффициент заполнения объёма (20) где Vj -установочный объём радиоэлемента; a, b - длина, ширина ПП, с - тол щина ПП с учётом высоты установленных на ней радиоэлементов; коэффициент повторяемости микросхем и микросборок (22) где Ntms - количество типоразмеров корпусов микросхем, Nms - общее количество микросхем и микросборок; коэффициент автоматизации и механизации монтажа Ка.м= \ (23) м где Нам - количество монтажных соединений, которые могут осуществляться механизированным или автоматизированным способом; Нм - общее количество монтажных соединений.
Результаты анализа данных таблицы 14 показывают, что лучшей технологией монтажа, в связи с тенденцией микроминиатюризации, является техноло 69 гия встраивания кристаллов микросхем, а также пассивных компонентов внутрь 1111. Тем не менее, результаты анализа показывают, что недостатком технологии встраивания элементов является увеличение доли ручного монтажа.
Необходимо разработать конструкцию ГЖП по технологии встраивания элементов внутрь 1111, что, как показали результаты исследования, позволяет уменьшить габариты 1111. Кроме того, необходимо разработать ГЖП со встроенными элементами, предназначенную для теплонагруженных узлов. В связи с этим предлагается конструкция ГЖП на металлическом основании, спроектированная по технологии встраивания элементов [79, 80].
Для изготовления ГЖП по технологии встраивания активных и пассивных элементов необходимо применять в качестве подложки ПП термостойкие материалы или материалы, способные выполнять роль радиатора, вследствие того, что кристаллы микросхем выделяют значительное количество тепла.
В качестве основания для подложки 1111 нами выбрано алюминиевое основание (алюминиевый сплав АМг-2,5). Алюминий обладает высокой электропроводимостью, теплопроводностью, коррозионной стойкостью. Большинство алюминиевых предметов изготовлены из алюминиевых сплавов. Механической прочности чистого алюминия, как правило, не хватает для решения даже самых простых бытовых и технических задач. Кроме того, применяя алюминиевый сплав АМг-2,5, не потребуется внутренние слои ПП выполнять в виде металлизированных слоев земли и питания, так как эту роль может выполнять алюминиевая подложка.
Кроме того, следует отметить, что пассивные элементы мы устанавливаем на жёсткую часть ГЖП. Гибкая часть ГЖП предназначена для соединения двух жёстких частей ГЖП.
Конструкция ГЖП со встроенными элементами включает алюминиевый слой (сплав АМг-2,5). Предназначен для встраивания активных элементов по технологии внутреннего монтажа. Кроме того, используется в качестве радиатора; ? париленовый слой. Предназначен для формирования токопроводящих дорожек методом вакуумного напыления сквозь съёмные технологические маски по технологии внутреннего монтажа. Кроме того, выполняет функцию влагозащитного покрытия; ? адгезионный слой. Предназначен для соединения медной фольги с гибкой частью ГЖП, а также для соединения слоев гибкой и жёсткой частей многослойной ГЖП; ? покровной слой. Предназначен для обеспечения механической защиты хрупких проводников на гибкой части 1111; ? препрег. Предназначен для связи слоев в процессе прессования. Используется в качестве связующего для изготовления жёстких слоев; ? базовый слой (стеклотекстолит фольгированный FR-4). Фольгирова-ный материал, который применяется в жёстких 1111; ? полиимидный слой (Апикал FPrM). Применяется в качестве гибкой части многослойной ГЖП; ? клей (тип клея 6041SF, производитель Diemat). Применяется для фиксации кристаллов активных элементов; ? силиконовый валик. Предназначен для обеспечения необходимой гибкости в местах динамического изгиба ГЖП.
Разработка конструкции и технологии изготовления гибко-жёсткой печатной платы со встроенными элементами
Следующей подцелью правила вопрос:- становится обращение шири-на_печатного_проводника . В результате чего достигается унификация с правилом ширина_печатного_проводника:- . В результате этого обращения программа унифицируется с каждой подцелью данного правила: - ширина_ПП (Ширина_ПП) . Достигается унификация с телом правила ширина_ПП (Ширина_ПП):- . Предикат write в теле правила применяется для вывода на экран вопроса: «Ширина печатной платы, мм (введите число)?»; - ток (Ток) . Достигается унификация с телом правила ток (Ток):- . Предикат write в теле правила применяется для вывода на экран вопроса: «Укажите максимальный ток, в амперах (введите число)?»; - напряжение (Напряжение) . Достигается унификация с телом правила на-пряжение (Напряжение):- . Предикат write в теле правила применяется для вывода на экран вопроса: «Укажите максимальное напряжение питания микросхем, в вольтах (введите число)?»; - шаг_размещения (Шаг) . Достигается унификация с телом правила шаг_размещения (Шаг):- . Предикат write в теле правила применяется для вывода на экран вопроса: «Основной шаг размещения радиоэлементов, мм (введите число)?»; 102 - not (спросить (4)) . Достигается унификация с правилом спросить(4):- . Предикат write в теле правила применяется для вывода на экран вопроса: «Применяются микросхемы с матрицей шариковых или столбиковых выводов, например, BGA, PBGA, TBGA, microBGA, CCGA?». Обращение not (спросить (4)) будет выполнено в том случае, если мы ответим «п», для этого и служит предикат not (предикат not будет успешным если не может быть доказана истинность данной подцели). В нашем случае мы ответили «п». Следовательно, унификация завершается успешно; - спросить (9) . Достигается унификация с правилом спросить(9):- . Предикат write в теле правила применяется для вывода на экран вопроса: «Конструкторская сложность функционально узла - малая (общее количество задействованных выводов у микросхем до 350?». Обращение спросить (9) будет выполнено в том случае, если мы ответим «у». В нашем случае мы ответили «у». Следовательно, унификация завершается успешно; - Шаг =2.5. В нашем случае мы ввели значение 1.25. Таким образом, унификация завершается неудачно и программа обращается к следующему правилу ширина_печатного_проводника:- после знака «;». Это связано с тем, что тело правило до знака «;», что означает логическую операцию «или», истинно в том случае, если истинны все условия входящие в тело правило.
В результате достигается унификация с телом правила: not (спро-сить(4)), спросить (1), спросить (12), спросить (9), fact9 (Шаг), Шаг 2.5, factl5 (ШиринаГШ), factll(ToK), factl2 (Напряжение), Ширина_проводика=((Ток Ширна_ПП) ((1.72 0.00001/0.035)+(12 0.00001/0.015)))/(0.2 Напряжение)+ +0.15, assert (ґас1:1(ІІІирина_проводика)) .
В результате успешной унификации с правилом шири-на_печатного_проводника:- , программа обращается к следующей подцели правила вопрос:- : not (спросить (4)) . Достигается унификация с правилом спросить(4):- . Согласование с телом правила завершается успешно.
Следующей подцелью правила вопрос:- становится обращение спро-сить (12) . Достигается унификация с правилом спросить(12):- . Предикат write в теле правила применяется для вывода на экран вопроса: «Группа жёсткости (условия эксплуатации аппаратуры), согласно ГОСТ 23752-79, - первая?». Обращение спросить (12) будет выполнено в том случае, если мы ответим «у». В нашем случае мы ответили «у». Следовательно, согласование с телом правила вопрос:- завершается успешно.
Следующей подцелью правила вопрос:- становится обращение Опросить (8) . Достигается унификация с правилом спросить(8):- . Предикат write в теле правила применяется для вывода на экран вопроса: «Применяются беспаянные соединения Press-Fit?». Обращение спросить (8) будет выполнено в том случае, если мы ответим «у». В нашем случае мы ответили «п». Следовательно, согласование с телом правила вопрос:- завершается неудачно и программа обращается к следующему правилу вопрос:- после знака «;». Достигается унификация с правилом спросить(7):- . Предикат write в теле правила применяется для вывода на экран вопроса: «Вы проектируете печатную плату с учётом директивы RoHS (отказ от применения припоев содержащих свинец)?». Обращение спросить (7) будет выполнено в том случае, если мы ответим «у». В нашем случае мы ответили «п». Следовательно, согласование с телом правила вопрос:- завершается неудачно и программа обращается к следующему правилу вопрос:- после знака «;».
Достигается унификация с правилом спросить(1):- . Предикат write в теле правила применяется для вывода на экран вопроса: «Применяется только традиционная элементная база?». Обращение будет выполнено успешно, если мы ответим «у». В нашем случае мы ответили «у».
Аналогично вышеизложенному, текущей подцелью правила вопрос:- становится обращение разновидности_штыревых_элементов (_) , затем обращение длина_ПП (_) , а затем обращение температура_эксплуатации (_) и далее обращение тип_ПП {_) . В результате этого обращения программа выводит на экран следующие вопросы: - «Укажите количество отличающихся диаметров выводов штыревых радиоэлементов (введите число)?»; - «Длина печатной платы, мм (введите число)?»; - «Максимальная температура, воздействующая на печатную плату, по Цельсию (введите число)?); - «Тип конструкции печатной платы: - если жёсткая - введите 1; - если гибкая - введите 2; - если гибко-жёсткая - введите 3?»; - «Введите диаметр вывода штыревого радиоэлемента, мм (введите число)?».
После того как тело правила «вопрос:-» полностью согласовано, программа продолжает поиск соответствия в правиле принять_решение:- . На данном этапе программа пытается найти соответствие с обращением: fact3 (Частота), Частота 100000000 . Унификация завершается успешно, так как согласно рисунку 15, нами введено значение частоты 50 Гц. На следующем этапе программа пытается найти соответствие с обращением вопросЗ . Далее программа обращается к телу правила вопросЗ:- . Но обращение оказывается неуспешным. В связи с этим неуспешным оказывается и сопоставление с телом правила принять_решение:- до знака «;».
Программа обращается к следующему правилу принять_решение:- после знака «;» до тех пор, пока унификация не будет выполнена успешно. Таким образом, достигается унификация со следующими целевыми утверждениями: - вопрос2 ; - расстояние_до_печатных_проводников (_) - зазор_между_печатными_проводниками_1 (_) ; - материал_ПП ; - метод_изготовления ; - технология_монтажа ; - финишное_покрытие ; - припой ,
После успешного согласования тела правила принять_решение:- , что означает выполнение целевого утверждения (раздел goal: принять_решение ), программа выводит на экран рекомендации о материале ПП, типе конструкции 1111, методе изготовления, классе точности, технологии монтажа радиоэлементов на ПП, типе финишного покрытия и припоя, а также об элементах печатного монтажа (ширине печатного проводника; расстояния между проводниками; диаметре монтажного и металлизированного отверстия; диаметре контактной площадки монтажного отверстия; расстояния между проводниками; расстояния от края паза выреза неметаллизированного отверстия до элементов печатного рисунка).
Конструкторско-технологические расчёты печатной платы универсального полярографа ПЛС-2А, ПУ-1
Анализ таблицы 20 показывает, что применение технологии СОВ позволяет путём замены только корпусированных микросхем на кристаллы микросхем изготовить 1111 по той же технологии (комбинированный позитивный метод) и с применением того же материала (стеклотекстолит фольгированный), что и конструкция ГШ изготовленная по традиционной технологии. В связи с этим предлагаемое нами решение миниатюризации конструкции 1111 универсального полярографа ПЛС-2А является экономически целесообразным.
Нами была спроектирована конструкция ПП универсального полярографа ПЛС-2А, ПУ-1 с применением рекомендаций ЭС.
Впервые показан метод конструкторско-технологического проектирования ПП с применением ЭС, позволяющей заранее определить тип конструкции ПП, класс точности, технологию монтажа (какие радиоэлементы установить на верхнюю сторону 1111, какие - на нижнюю), тип финишного покрытия и припоя, а также позволяющую определить и другие важные технологические элементы конструкции: ширину печатного проводника; расстояние между проводниками; диаметр монтажного и переходного металлизированного отверстия; диаметр контактной площадки монтажного отверстия; расстояние от края паза, выреза, неметаллизированного отверстия.
Таким образом, разработанная нами ЭС позволяет наиболее эффективно спроектировать конструкцию 1111. Кроме того, полученные конструкторско-технологические данные можно применить в САПР 1111 при редактировании правил прокладки трасс (печатных проводников), в случае применения автоматической трассировки ПП.
Кроме того, нами предложено конструкторско-технологическое решение, позволяющее уменьшить габаритные размеры ПП универсального полярографа ПЛС-2А без замены технологической оснастки производства, что является экономически выгодным решением.
В результате исследований, проведенных по теме диссертационной работы, получены следующие научные и практические результаты:
1. Разработана структура автоматизированного программного средства для конструкторско-технологического проектирования 1111, учитывающее особенности производства. Совершенствование процесса автоматизации конст-рукторско-технологического проектирования 1111 позволило увеличить плотность монтажа, увеличить их функциональность и повысить качество изготавливаемых плат за счет автоматизации выбора технологических решений. Автоматически проводится анализ возможности применения определённой технологии изготовления для различных конструкций 1111.
2. Разработана структура знаний автоматизированного программного средства, представляющее собой структурированную с помощью классификации совокупность критериев оценки технических и технологических решений, их взаимное влияние друг на друга и используемых для формулировки правил и разработки базы данных. В базе знаний учтены различные технологии изготовления 1111, позволяющие реализовать тот или иной необходимый класс точности, характеризующийся минимально воспроизводимой шириной проводника.
3. Предложенный усовершенствованный метод внутреннего монтажа гибко-жестких плат со встроенными активными и пассивными элементами при размещении элементов с использованием разработанного автоматизированного программного средства, как показали эксперименты, позволяет на 10-20% уменьшить размеры.
4. Результаты диссертационной работы были внедрены, что подтверждается актами о внедрении. Практическая реализация платы универсального полярографа ПЛС-2А полностью подтвердила теоретические принципы и выводы, заложенные в основу автоматизированного программного средства.
5. Применение автоматизированного программного средства - ЭС позволяет провести экспертную оценку будущей конструкции 1111, заменив при этом группу специалистов. Это даёт важное преимущество, так как экспертные знания никуда не исчезают в отличие от людей-экспертов, которые могут уйти на пенсию или уволиться с работы. Кроме того, применение ЭС повышает достоверность принятых решений, путём предоставления рекомендаций, основанных на фактах, человеку-эксперту или посреднику при разрешении несогласованных мнений между несколькими людьми-экспертами.
