Vítejte, dnes je
sobota 23.
listopad
2024
Odborný časopis a portál zaměřený na vývoj a výrobu elektroniky 
Téměř každý tým, který vyvíjí složitější elektronické zařízení, se dostane do bodu, kdy ke svým DPS potřebuje navrhnout i jejich kabelové propojení, a to včetně výrobní dokumentace. Setkal jsem se s různorodými přístupy, jak se zhostit tohoto úkolu. Od vytvoření dokumentace v běžných kancelářských softwarech jako MS Word nebo Visio přes rýsování v AutoCADu až po použití specializovaných nástrojů přímo pro návrh kabelů a kabelových svazků.
Mezi uživateli Altium Designeru je přitom, celkem pochopitelně, populárním přístupem použít pro návrh kabelového svazku přímo jeho schematický editor. Jelikož není na toto použití určen, tak uživatelé naráží na několik překážek. Tou základní je, že propojovací vodiče nejsou zahrnuty do soupisky materiálu a ta pak musí být vytvářena ručně. Postupem času si samozřejmě uživatelé našli cestu, jak toto i další omezení obcházet [1]. Nicméně i pak je podpora návrhového prostředí v celém procesu minimální.
To se změnilo v Altium Designeru PRO 23, do kterého firma Altium doplnila projekty typu Harness [2] s přímou podporou návrhu kabelových svazků včetně generování jejich kompletní výrobní dokumentace. Doplnění Harness projektů je pokračováním vývoje tzv. Multiboard projektů v Altium Designeru, které dovolují přímo v návrhovém prostředí zachytit více DPS a jejich uspořádání ve společném 3D prostředí. Tyto vícedeskové sestavy byly dříve omezeny pouze na uspořádání deska-deska, tedy případ, kdy je jedna deska zasunuta do konektoru jiné desky. Tím bylo použití vícedeskových sestav pro složitější projekty významně omezeno. Harness projekty toto omezení odstranily a dovolují vytvářet i sestavy desek propojených kabely.
Editor zapojení
V závislosti na tom, zda je Harness projekt založen samostatně nebo jako součást Multiboard projektu, se liší, jakým způsobem vzniká zapojení kabelového svazku. U samostatného projektu si celý návrh řídí ručně uživatel. V případě propojení s Multiboard projektem se do editoru zapojení načtou konektory svazku z propojené sestavy a tyto konektory již (podobně jako signály na nezaroutované DPS) uživateli naznačují, které vývody konektorů mají být mezi sebou propojeny, a systém kontroluje, zda Harness projekt v tomto odpovídá Multiboard projektu.
Vlastní návrh zapojení pak připomíná návrh schématu pro DPS, nicméně jsou tu změny, které stojí za pozornost. Konektory jsou standardní součástky z knihovny Altium Designeru, ale v editoru dovolují navíc definovat i k nim asociované součástky (např. samostatně nakupované části konektoru sloužící k jeho přišroubování) a tzv. Crimps. To jsou opět samostatně nakupované součástky, ale v tomto případě jsou svázány přímo s konkrétním pinem konektoru (slouží např. pro lisovací dutinky).
Odlišnosti jsou i u vodičů. Každý vodič má svoje parametry jako barva, průřez a nákupní označení. Na rozdíl od klasických PCB projektů se navíc objevují ve výsledné soupisce materiálu. Také mohou být vkládány jako součástky z knihovny, kde se všechny jejich parametry definují předem.
Vodiče pak lze sdružovat objektem Harness Cable do kabelu, který se opět objevuje v soupisce materiálu (pouze kabel, už ne samostatné vodiče, ze kterých je v editoru tvořen). Spojení vodičů je v klasickém schematickém editoru reprezentované signálovým uzlem, který nemá žádnou fyzickou podobu na DPS. V kabelovém svazku je na toto spojení vodičů určen objekt Splice (viz SPL1 až SPL5 na obrázku zapojení), který reprezentuje svorkovnici, jež se fyzicky použije pro spojení více vodičů.
Editor obsahuje i řešení pro stínění i smotávání vodičů nebo pro odbočování vodičů průběžnými lisovacími odbočnicemi (jiný typ Splice objektu).
Zapojení jednoduchého kabelového svazku s odbočkami Splice
Editor fyzického rozvržení
Cílem „Harness Layout“ editoru je zachytit fyzické uspořádání kabelového svazku. Proto do sebe načítá návrh svazku z výše popsaného editoru zapojení. Z něj do dokumentu automaticky přidá všechny použité konektory zakončené přípojnými uzly Connection Point (CP), ve kterých začínají a končí veškeré vodiče nebo kabely. Návrh rozvržení spočívá ve vytvoření skutečného uspořádání CP tak, jak budou vyrobeny u skutečného svazku. Pokud se například kabel v určitém místě rozbočuje, tak je potřeba do rozvržení ručně přidat další CP (svorkovnice CP1 na obrázku rozvržení), které způsobí rozdělení kabelu na samostatné úseky (L1, L2 a L3) se samostatně určenými fyzickými délkami. Ty jsou pak samostatně uvedeny ve výsledném seznamu materiálu, stejně jako svorkovnice asociovaná s CP. Pokud z konektoru vede více kabelů nebo samostatných vodičů, tak je nutné ke konektoru přiřadit odpovídající počet CP pro každý kabel nebo vodič (viz P3).
Rozvržení přitom dovoluje u jednotlivých propojení doplnit popisovací štítky, které se objeví jako položky v seznamu materiálu, definovat délky jednotlivých úseků a přidávat k nim do požadovaných míst tzv. Harness Covering (např. smršťovací bužírky).
Editor fyzického rozvržení kabelového svazku
Pro lepší přehlednost při výrobě dovoluje editor rozvržení u konektorů volitelně přepínat zobrazení jejich vzhledu mezi výchozí schematickou značkou a jejich skutečným vzhledem (i více pohledů z různých stran najednou), který se čerpá z 3D modelu konektoru z knihovny součástek. Používá se stejná knihovna jako pro návrh DPS.
Volitelná podoba konektoru v editoru rozvržení nastavená na fyzický vzhled (3D model „footprintu”)
Výrobní dokumentace
Dokumentace navrženého kabelového svazku se v principu generuje stejně jako z projektu DPS. Soupisku materiálu zajišťuje ActiveBOM editor, který z kabelového svazku získá seznam všech
ActiveBOM navíc slouží k doplnění libovolného dalšího materiálu, který není součástí ostatních dokumentů Harness projektu. Může to být například balicí nebo spotřební materiál potřebný k montáži.
Hlavní část dokumentace je zachycena v editoru Draftsman, jehož výstupem je výrobní výkres svazku. Výkres vzniká formou tzv. pohledů, které přenesou návrhy z editoru zapojení i fyzického rozvržení na výkresovou plochu. Tyto pohledy se dále obohatí o jejich okótování, popisovacími odkazy a textovými poznámkami. Draftsman navíc nabízí specializované pohledy Wiring List a Connection Table, které doplní shrnutí, odkud kam jsou vodiče propojeny a jak jsou zapojeny jednotlivé konektory svazku. V obou případech včetně potřebných délek vodičů. Tyto pohledy jsou tak klíčovým předpisem pro výrobu.
Stejně jako v PCB projektech Altium Designeru je možné do Draftsman dokumentu kdykoliv nechat načíst aktuální data z návrhových editorů Harness, a udržovat tak dokumentaci aktuální.
Vlastní export dokumentace kabelového svazku je rovněž jako u ostatních typů projektů realizován Output Job souborem, který v sobě uchovává všechna nastavení, jako požadované názvy a formáty výstupních souborů. Po úpravě projektu je tak export veškeré dokumentace pouze otázkou spuštění Output Jobu.
Výrobní dokumentace kabelového svazku z nástroje Draftsman
3D model kabelového svazku
Harness projekty ani Multiboard projekty Altium Designer PRO 23 neobsahují možnost vytvoření 3D modelu kabelového svazku. Během vývoje Harness editoru sbíralo Altium informace od svých uživatelů a došlo k závěru, že uživatelé potřebují modelovat tvar kabelu podle složitých mechanických konstrukcí (ohyby, průchody, místa k uchycení, dokumentovat postup montáže), které vznikají ve strojařských CAD systémech. Místo duplikování podobného prostředí v Altium Designeru bylo rozhodnuto, že budou informace o Harness projektech předávány do strojařského CADu prostřednictvím již existujícího nástroje Altium MCAD CoDesigner. Ten prostřednictvím cloudové platformy Altium 365 dokáže data z Altium Designeru oboustranně sdílet s vybranými MCAD prostředími. Altium Designer PRO 23 dokáže pomocí tohoto nástroje předat kompletní informace o kabelových svazcích do prostředí PTC Creo®, ve kterém vznikne jeho editovatelný 3D model. Strojní konstrukce pak provede požadované natvarování podle možností zařízení.
Podpora pro další strojařské CADy bude doplněna v následujících verzích.
3D model kabelového svazku v PTC Creo®, který vznikl přenosem prostřednictvím Altium MCAD CoDesigneru
Závěr
Altium v současnosti s každou další aktualizací Harness projekty dále rozvíjí podle zpětné vazby od uživatelů, aby byly pokryty i různé speciální případy, které v praxi nastávají.
Doplněním editoru kabelových svazků do Altium Designeru PRO získávají týmy jednotné prostředí, ve kterém mohou navrhnout jak samostatné DPS, tak i jejich sestavy včetně odpovídajících kabelových propojení. Všechny tyto návrhy jsou mezi sebou propojeny, a tak lze snadno např. změnu zapojení konektoru na jedné DPS rozšířit do projektu sestavy, kde se deska nachází, a tím následně i do zapojení odpovídajícího konektoru kabelu. Významným způsobem se tak eliminuje vznik chyb v rámci celého zařízení, k čemuž přispívají i automatizované kontroly všech zmíněných typů projektů a jednotné vytváření výrobních podkladů a dokumentace.
Odkazy:
[1] Cable Harness Design Overview in Altium Designer, Nine Dot Connects, https://www.ninedotconnects.com/video-altium-cable-harness-design
[2] Oficiální dokumentace návrhu Harness projektů v Altium Designeru https://www.altium.com/documentation/altium-designer/harness-design
