ECAD/MCAD-Interface Wie Google Sketchup Ingenieuren hilft, MCAD und ECAD zu verbinden

Redakteur: Margit Kuther

Das Layout der Leiterplatte ist angelegt und alle Designregeln sind erfüllt. Alles läuft glatt, bis jemand bemerkt, dass etwa ein Stützstab einen Steckverbinder blockiert.

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Es sind Momente wie diese, in denen die Welten von MCAD (Mechanical Computer-Aided Design) und ECAD (Electronic Computer-Aided Design) aufeinander prallen. Seit Jahren laufen diese parallel nebeneinander und sie begegnen sich nur in den allerletzten Entwicklungsphasen, wenn alles fertig ist und Probleme entdeckt werden.

Designs, die Standardformate verwenden, sind in dieser Hinsicht weniger anfällig. Entwickler können sich auf die standardisierten Lochraster verlassen und relativ sicher sein, dass die Leiterplatte in den verfügbaren Platz passen wird – solange keine besonders hohen Komponenten verwendet werden. Aber auch dieser sichere Ansatz hat seine Grenzen.

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Wärmeentwicklung ist ein Problem für viele Designs

Ein heiß laufender Prozessor wird einen großen Kühlkörper benötigen, der dann den Kühlluftstrom für andere Komponenten blockieren könnte. In einer 2D-Ansicht des Leiterplatten-Layouts ist nur schwer zu erkennen, wie der Luftstrom behindert werden könnte. Ein klareres Bild entsteht oft erst bei der Rückkehr in die dreidimensionale Welt, also beim Prüfen, wie Leiterplatte, Komponenten, Steckverbinder und Gehäuse zusammenpassen.

Die Fähigkeit, eine genaue Prüfung bereits in einer früheren Designphase wahrnehmen zu können, ist von entscheidender Bedeutung, um die Vorlaufzeit der Produktentwicklung zu minimieren. Eine engere Verbindung zwischen ECAD und MCAD dient also nicht nur dazu Fehler zu vermeiden.

Die Grenzen des Eurocard-Chassis überwinden

Viele moderne Produkte erfordern ein schlankeres, attraktiveres Aussehen als es das standardmäßige Eurocard-Chassis bieten kann. Die meisten Elektroniksysteme müssen neben beweglichen mechanischen Komponenten installiert werden und sie sind daher durch Größe und Form dieser Subsysteme beschränkt. Wenn eine interaktive, visuelle Darstellung des Designs so früh wie möglich zur Verfügung steht, ist es wesentlich einfacher, die ästhetische und mechanische Funktionsweise des Produkts zu optimieren und Größen- oder Schnittstellenprobleme zu identifizieren, die in der schematischen Ansicht nicht offensichtlich sind.

ECAD und MCAD zusammenführen

Trotz der unbestreitbaren Vorteile von kombiniertem ECAD und MCAD hat es erstaunlich lange gedauert, die Distanz zwischen den beiden Disziplinen zu überwinden. Dies trifft sogar für Großprojekte zu, etwa im Automobil- und Flugzeugbau. Probleme aufgrund von Spezifikationsunterschieden, die für Entwickler auf beiden Seiten zu teuren Nacharbeiten führten, haben die Entwicklung von Standards angetrieben, die ECAD- und MCAD-Tools miteinander verbinden könnten.

Die wichtigsten Standards wurden dabei vom PDES-Konsortium entwickelt, dem eine Reihe führender Aerospace- und Automobilhersteller angehörten. PDES veröffentlichte die STEP-Serie von Standards, die elektrische und mechanische CAD-Daten unterstützt. Die Akzeptanz dieser Standards ist bisher jedoch noch lückenhaft. Einige ECAD-Anbieter basierten ihre Produkte zwar auf STEP, aber sie konzentrierten sich auf die Entwicklung von Schnittstellen zu spezifischen Tools von Drittanbietern wie Pro/Engineer oder SolidWorks.

Intermediate Data Format für den Design-Austausch

Solch eine erfolgreiche Schnittstelle war das Intermediate Data Format (IDF). IDF wurde in den frühen 1990er Jahren entwickelt, und neuere Versionen des Formats bieten Unterstützung für mehr 3D-Daten und sogar thermische Eigenschaftsdaten. So können Designs einfacher an Software für Wärmefluss-Simulation weitergegeben werden. IDF wird heute von einer Reihe von ECAD- und MCAD-Anbietern unterstützt, um den Austausch von Designdaten zwischen ihren Tools zu ermöglichen.

MCAD-Tools, die IDF-Austausch unterstützen, bedeuten für Entwicklungsteams jedoch erhebliche finanzielle Investitionen. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Großteil des Gehäusedesigns an externe Spezialistenfirmen vergeben wird. Es ist also nicht unbedingt erforderlich, eine teure MCAD-Infrastruktur anzuschaffen, wenn ein anderes Team oder eine externe Firma über die erforderlichen Tools verfügt, um ein mechanisches Konzept in Formteile, Baugruppen und CNC-Fräsprogramme umzuwandeln.

Tools wie Google Sketchup ermöglichen 3D-Konzepte

Heute verfügbare kostenlose Tools wie Google Sketchup sind bestens geeignet, um realistische Designkonzepte und Produktmodelle zu erstellen. Sketchup ist darüber hinaus für die Zusammenarbeit an Entwicklungsprojekten konzipiert. Benutzer können in einer „3D Galerie“ nach Formen und Designs suchen und diese in ihren eigenen Projekten verwenden. Wenn Entwickler also ein Gehäuse sehen, das für ihr Produkt passend wäre und es in ihr elektronisches Design integrieren wollen, laden sie es einfach herunter. Sketchup unterstützt sogar das interaktive Manipulieren beweglicher Teile. Dies hilft Entwicklern einfacher zu erkennen, wie ein elektromechanisches System, möglicherweise mit biegsamen Schaltkreisen, sich in verschiedenen Lagen verhalten wird. Desweiteren erfahren sie, ob Kabelverbindungen dabei andere Teile berühren.

Collada-Format für interaktives 3D

Collada-Format für interaktives 3D

Bisher lag die Schwierigkeit darin, das physische Design eines dieser Sketchup-Objekte mit den Leiterplatten und Steckverbindern zu vereinigen, die in das Objekt passen müssen. In seiner Standardform bietet Sketchup keine Unterstützung für das IDF-Dateiformat. Der Datenaustausch basiert auf dem Collada (Collaborative Design Activity) Interchange-Format. Das von der Khronos Group verwaltete XML-basierende Collada-Format hat sich zum wichtigsten Interchange-Format für Benutzer von interaktivem 3D entwickelt. Seine Unterstützung für verschiebbare, interaktive Objekte würde es auch für Sketchup prädestinieren. Leider ist es kein Format, das von ECAD-Tools verwendet wird.

RS-Konverter wandelt IDF-Daten ins Collada-Format

Um diese Lücke zu schließen, hat RS Components einen Dateikonverter entwickelt, der IDF-Dateien in das Collada-Format umwandelt. Dieser Dateikonverter von RS Components mit der schlichten Bezeichnung "PCB Converter" ist kostenlos etwa über das Elektronik-Portal der RS-Site erhältlich.

Die Kombination von einem ECAD-Tool, das IDF-Dateien für den Gebrauch mit MCAD-Software generiert, und Google Sketchup bietet so eine End-to-End-Lösung für die Visualisierung vollständiger elektronischer Systeme in 3D.

Nach dem Import eines konvertierten Leiterplattenlayouts in Sketchup können Entwickler dann das Aussehen des Modells verfeinern. Steckverbinder und andere Baugruppen sind detailliert in der Bibliothek von 3D-Komponentenmodellen vertreten, die bei RS heruntergeladen werden könnnen. Beispielsweise lassen sich Taster und Sensoren genau positionieren. So ist zu sehen, wie diese im Leiterplattenlayout und dem externen Gehäuse integriert sind.

Elektronikentwickler können mit Hilfe dieser Werkzeuge wichtige Designentscheidungen sofort treffen, ohne auf teure Prototypen bzw. externe Modelle warten zu müssen. Zudem wird keine wertvolle Zeit mit nachträglichen Designänderungen verschwendet. Gleichzeitig erhalten Elektronikentwickler größere Einblicke in die MCAD-Domäne. Sie können dieses neu gewonnene Wissen einsetzen, um Designs zu entwickeln, die einfacher zu fertigen sind. Der entscheidende Vorteil für alle Beteiligten liegt jedoch darin, dass die Mauer zwischen elektronischem und mechanischem Design endlich durchbrochen und die beiden Disziplinen somit effektiv zusammenarbeiten können.

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