CAM software pro výrobu elektroniky

Zatímco návrh desek plošných spojů včetně kreslení schématu umožňuje celá řada programů, CAM software pro výrobu elektroniky je zastoupen jen několika málo programy. Pod výrobou elektroniky se rozumí osazování desek plošných spojů, včetně navazujících operací, a testování, případně úpravy a opravy již osazených desek. Programy zmíněné v tomto článku představují zcela různorodý přístup k otázce výroby – od jednoduchého provedení s širokým záběrem (Unisoft OneFACTORY) přes moderní software specializovaný na dokumentaci osazování a opravy desek (BluePrint PCB) až po komplexní řešení výroby (Valor a Aegis).

Unisoft OneFACTORY

Unisoft OneFACTORY [1] je jedním z nejstarších programů pro výrobu elektroniky vůbec, když jeho počátky sahají do 80. let minulého století. Samotný program je rozdělen na jednotlivé moduly, které k provozu vyžadují samostatné licence – to umožňuje, aby si zájemce zakoupil pouze ty části programu, které potřebuje. Jednotlivé moduly řady Pronto zahrnují CAD Connect, Gerber Connection, View Markup, Place, AOI, Selective Soldering a Test Fixture, jejichž funkce jsou zřejmé již z jejich názvů. Program lze stáhnout i v omezené verzi (Pronto- View-Markup), ve které jsou všechny zmíněné moduly do určité míry funkční i bez licence.

Program umožňuje načíst data navržené desky plošných spojů včetně informací o použitých součástkách, zobrazit horní i spodní stranu desky současně včetně součástek, anotovat jednotlivé objekty na desce, vytvořit osazovací postupy přiřazením každé součástky určitému postupu a generovat data pro výrobní zařízení – osazovací stroje, optickou inspekci a jehličkové testery.

Program načítá data přímo z některých CAD programů pro návrh desek. Protože vznikl už před mnoha lety, zahrnuje i dnes již legendární návrhové programy, jako jsou Integraph, Tango, PCAD, Valid, Protel atd. Z novějších jsou pak uvedeny OrCAD, PADS a Mentor či Eagle. Překvapivě zde není zastoupen program Altium. Modul také umožňuje načíst univerzální výstupní data z návrhu desky, jako jsou Gerber, IPC-2581, ODB++, GENCAD, HPGL atd. Automatické rozlišení typu souboru umožňuje načíst soubor desky bez předchozího definování jeho typu (PADS, OrCAD atd.).

Program má jednu funkci, která může být pro mnohé zájemce, zejména u nás, užitečná – umí pracovat s Gerber daty i pro potřeby osazování a testování. Gerber data představují pouze grafiku desky, nemají žádnou informaci o součástkách, vývodech ani plošných spojích. Tyto informace lze ale v tomto programu ručně přidat – jedná se vlastně o jakýsi reverse engineering, podobně jako ve stejnojmenném modulu programu CAM350 – kdo to někdy zkusil, tak ví, že to není až takový problém u desek s malým počtem součástek, ale u větších desek to může představovat mnoho hodin práce a možné zanesení chyb, protože se jedná o manuální přiřazování dat z výpisu materiálu a definování vývodů.

Načtená data desky lze zobrazit jak při pohledu na desku shora, tak i zdola, a to současně. Filtrováním je možné nastavit, které části desky mají být zobrazeny, pro každou stranu desky zvlášť. Data lze doplnit o anotační poznámky.

Jednotlivým součástkám lze v tabulce přiřadit postup osazování (ručně, stroj1, stroj2 atd.). Program dále dokáže vygenerovat údaje potřebné pro osazování (XY souřadnice součástek, natočení, strana desky, typ součástky atd.), které lze dále použít při programování strojů pro osazování a nanášení pájecí pasty či lepidla (Fuji, Mydata, Juki, Europlacer a mnoho dalších). Podobně umí zhotovit výstupní data pro zařízení optické inspekce (AOI), selektivní pájení a jehličkové testery.

Výhodou programu je jeho jednoduché provedení, takže lze bez čtení návodu snadno načíst desku (např. z PADSu), anotovat ji, zhotovit postupy osazování a výstupy pro osazovací zařízení od ASM. Otázkou je jeho aktualizace, protože je už na první pohled zřejmé, že se jedná o starší software.

BluePrint PCB

Software BluePrint PCB [2] od Down- Stream Technologies, výrobce známého programu CAM350, je moderním programem určeným pro zhotovení dokumentace pro osazování a úpravy desek plošných spojů, která sestává z řady navazujících výkresů a výpisů. Nemá výstupy pro výrobní zařízení. V tomto časopisu již byl tento software několikrát popsán, detailně například v článku „Jak snadno vytvořit dokumentaci DPS pro výrobu“ (DPS č. 3/2011) [3]. Od té doby již uplynul nějaký čas, a tak program samozřejmě doznal různých změn a jeho nejnovější verze přináší další nové možnosti, například zobrazit osazenou desku ve 3D.

BluePrint PCB načítá data desky včetně součástek buď přímo z návrhového programu desky (např. PADS), nebo univerzálně přes ODB++ či IPC-2581. Pomocí předem připravených šablonek zobrazí obě dvě strany desky a její detaily v různém měřítku podle potřeby. Umožňuje definovat osazovací postupy včetně variant osazování a k nim zhotoví odpovídající osazovací výkresy a výpisy materiálu. Má vlastní textový editor a ucelenou řadu nástrojů pro kreslení výkresů včetně kótování. Umožňuje vytvořit anotace a nalinkovat jakékoliv objekty ve výkresech mezi sebou a s výpisy materiálu. Do dokumentace lze načíst externě vytvořené části výkresů ve formátu DXF, obrázky i vysvětlující audio- či videozáznam. Změny v datech desky se okamžitě projeví v dokumentaci. Vytvořená dokumentace zahrnuje i vlastní načtenou desku.

Protože program umí pracovat s 3D zobrazením, může dokumentace zahrnovat i 3D náhled desky včetně součástek.

Zhotovenou dokumentaci lze ve výrobě prohlížet buď na webu, v prohlížeči, nebo ve formátu inteligentního PDF, ve kterém fungují i všechny odkazy a hyperlinky. Jednou vytvořenou dokumentaci lze aktualizovat pouhým načtením aktuálních dat desky.

BluePrint PCB je koncipován velmi zajímavým a moderním způsobem – práce s šablonkami je jednoduchá a rychlá, takže i celou potřebnou dokumentaci lze vytvořit velmi rychle. Nevyžaduje žádný manuální zásah do dat desky.

Valor NPI a Valor Shop Floor

Software Valor představuje kompletní řešení typu end-to-end pro výrobu elektroniky. Zahrnuje přípravu uvedení nového výrobku do výroby (Valor NPI – New Product Introduction) a vlastní výrobu při osazování a testování (Valor Shop Floor). Protože jsou obě tyto větve (NPI a Shop Floor) rozsáhlé modulové programy, je užitečné připomenout, že v průběhu času měnily jednotlivé části programu své názvy, aby odrazily aktualizaci softwaru s ohledem na pokroky ve výrobě. Tak například dnešní NPI bývalo známé pod názvem Vsure, zatímco Shop Floor jako MSS (Manufacturing System Solutions) atd.

Valor NPI je hlavně zaměřen na důkladné kontroly vstupních informací při přípravě výroby nového produktu. Důvod je jednoduchý – jakékoliv problémy později zjištěné ve výrobě způsobí finanční i časové ztráty, které jsou nežádoucí. Proto může Valor NPI provést více než tisíc kontrol typu DFM, které jsou z větší části zaměřené na kontroly vztažené na osazování a testování. Při kontrolách se používá knihovna součástek Valor Parts Library (VPL), která zahrnuje více než tři a půl milionu modelů elektronických součástek podle jejich výrobního značení (Manufacturer Part Number). VPL modely součástek mají přesné rozměry tělesa součástky a kontaktních plošek jednotlivých vývodů, včetně jejich tolerancí. Kontaktní ploška vývodu definuje, kde se vlastně vývod dotýká pájecí plošky a kde je vývod připájen. Tím je umožněno provádět kontroly, které návrhové programy DPS nemohou provést, protože jejich knihovny tyto informace nemají. Data desky se načítají ve formátu ODB++, protože ten zahrnuje všechny informace o navržené desce, včetně součástek a plošných spojů.

Jako příklad kontroly lze uvést právě nesoulad mezi pájecí ploškou na desce a kontaktní ploškou VPL modelu součástky. Vzájemné posunutí plošek nebo rozdíl ve velikosti způsobí při procesu pájení problémový spoj − ten bývá nejčastější závadou, která ve výrobě vzniká.

Jiným příkladem kontroly je prostor kolem součástky. Různé osazovací procesy mohou vyžadovat různé minimální vzdálenosti těla součástky od okolních objektů. Rozměry těla součástky se mohou lišit u součástek, které jsou sice elektricky (typově) identické, ale pocházejí od různých výrobců – zde hraje roli číselné značení výrobce, podle kterého se kontrola provádí.

Program Valor NPI ale také vyhodnocuje navrženou desku s ohledem na ziskovost, cenu a spolehlivost procesu osazování, protože desky mohou být navrženy elektricky správně, ale komplikovaně pro výrobu. DFM analýzy jsou velmi rozsáhlé a zahrnují osazování, testování, flex-rigid desky, panely atd. Důležitou analýzou je kontrola výpisu materiálu, kde se často vyskytují problémy v podobě neúplných či nepřesných dat, nebo kontrola s ohledem na schválený seznam dodavatelů (pokud ho výrobce má). Valor NPI lze použít i pro vytvoření osazovacího panelu.

Na DFM kontroly může navazovat vytvoření osazovacích postupů a generování dat pro výrobní zařízení.

AEGIS Software: Factory Logix

Americká firma Aegis Software [6] nabízí software pro řízení výroby elektroniky ve všech jejích fázích. Šetří čas, zjednodušuje zavedení nového výrobku do výroby (NPI) a současně podporuje kompletní řadu úkolů při výrobě elektroniky (MES – Manufacturing Execution System). Je určen pro jakoukoliv formu výroby bez nákladného přizpůsobování uživateli, od jednoduchých výrobků až po letecké a kosmické systémy. Neprovádí však kontroly vstupních dat, jako to činí např. Valor NPI. Factory Logix je modulový program, který sestává z těchto částí:

• NPI (New Product Introduction) − umožňuje rychlou přípravu výroby u nových výrobků.
• Logistics – optimalizuje, monitoruje a zajišťuje dodávky materiálu ze skladu k výrobním linkám a zpět.
• Production – řídí výrobu „bez papírů“, kontroluje a analyzuje výrobní procesy.
• Analytics – generuje uživatelsky definovaná hlášení, zobrazuje potřebné informace v reálném čase.
• Integration – zajišťuje napojení na další používaný software/systém.
• Devices – terminály, mobilní zařízení, skenery a zařízení pro hlášení poruchových stavů.