Отечественные САПР для сквозного проектирования электроники: опыт АО «Цифровая мануфактура»

В статье рассматривается комплексный подход к импортозамещению в сфере инженерного проектирования, реализованный АО «Цифровая мануфактура» через линейку кросс-платформенных САПР (САПР «Макс», Макс.EDA, ПК «Надежность»). Особое внимание уделяется практическим аспектам миграции с иностранных систем, интеграции с отечественным ПО и ЕСКД, а также обеспечению сквозного цикла разработки – от схемы и печатной платы до расчета надежности и поставки электронной компонентной базы (ЭКБ). Показано, что успешный переход на российские инструменты достигается не декларативно, а за счет функциональной близости к привычным аналогам, сохранения проектных данных и выстраивания цепочки от проектного решения до готового изделия.

Введение

Ограничения на поставку и техническую поддержку иностранного инженерного программного обеспечения поставили перед российскими предприятиями оборонно-промышленного и гражданского секторов практическую задачу: обеспечить непрерывность процессов проектирования сложных технических изделий без риска утраты доступа к критически важным инструментам. Речь идет не только о разовой замене одной программы другой, а о выстраивании сквозной цепочки – от электрической принципиальной схемы до печатного узла, от трассы кабельной сети до расчета надежности изделия, – работающей на отечественной программной и, где это возможно, аппаратной базе.

Одним из разработчиков, предлагающих комплексное решение этой задачи, является АО «Цифровая мануфактура» – цифровой актив Корпорации «Промтех». Компания специализируется на создании линейки продуктов для проектирования и расчетов кабельных сетей и трубопроводных систем (САПР «Макс»), разработки электронных устройств и печатных плат (Макс.EDA), а также на программном комплексе для расчета показателей надежности и отказобезопасности (ПК «Надежность»). Все перечисленные системы являются кросс-платформенными «из коробки», что обеспечивает проектирование и на зарубежных операционных системах во время переходного периода, и на отечественных без эмуляции. Кроме того, системы совместимы с отечественными процессорными архитектурами, что снимает вопрос зависимости от иностранного аппаратного окружения.

Портфель решений компании прошел опытную эксплуатацию при осуществлении реальных проектов на площадках стратегических предприятий и корпораций: АО «Росатом», ГК «Роскосмос», АО «ОДК», АО «Концерн ВКО «Алмаз-Антей», ПАО «ОАК», АО «КТРВ», АО «НПО «Высокоточные комплексы», АО «Вертолеты России», АО «Технодинамика», АО «КМП», АО «ОСК», АО «КРЭТ». Для обеспечения сквозного проектирования АО «Цифровая мануфактура» поддерживает действующие соглашения о технологическом сотрудничестве с разработчиками смежных отечественных систем – «АСКОН», «Топ Системы», «ИНТЕРМЕХ», «Програмсоюз» и РФЯЦ-ВНИИЭФ, что позволяет встраивать собственные продукты в уже существующую у заказчика ИТ-инфраструктуру, а не требовать ее полной замены. Реализованы также интеграционные связки с зарубежными продуктами от вендоров Siemens, PTC, Dassault Systems для обеспечения поэтапного перехода на отечественную инфраструктуру и переноса конструкторского задела по проектам.

Собственная команда разработки насчитывает более 150 специалистов с компетенциями полного цикла – от ядра САПР до веб-интерфейсов и интеграционных модулей. Разработка построена на методологии Agile/Scrum для гибкого реагирования на обратную связь заказчиков, практиках CI/CD для автоматизированного тестирования и развертывания версий, системах контроля версий, код-ревью и статическом анализе кода. Такой подход к организации процесса является одним из факторов, определяющих предсказуемость сроков и качества выпускаемых релизов.

САПР «Макс»: проектирование кабельных сетей и трубопроводных систем

Флагманский продукт линейки АО «Цифровая мануфактура» – САПР «Макс», система автоматизированного проектирования кабельных сетей, позиционируемая как аналог немецко-японской E3.Series. Область применения системы шире, чем электрические трассы в узком смысле: помимо кабельных сетей, продукт поддерживает проектирование трубопроводных систем, что востребовано, в частности, в судостроении и авиастроении, где бортовая кабельная сеть и гидравлические/пневматические магистрали проектируются в тесной связке.

Функционально САПР «Макс» охватывает полный цикл электротехнического проектирования: разработку электрических схем всех типов, автоматизированный выпуск отчетных форм (перечень элементов, спецификации, таблицы соединений, ведомости покупных изделий), автоматизированное формирование и оформление сборочных чертежей. Встроенные расчетные модули решают типовые для этой предметной области задачи: автоматический расчет количества защитных материалов, контроль сечений подключаемых жил проводов, контроль над сочленяемостью ответных частей соединителя, контроль над соответствием подключений проводов линиям связи, контроль над соответствием диаметра корпуса соединителя диаметру отвода жгута, контроль электромагнитной совместимости в пределах жгута, расчет падения напряжения в цепях, расчет диаметра жгута и валидация проектных данных в целом.

Архитектура системы построена вокруг единой цифровой модели данных, из которой формируются как конструкторские документы (схемы, чертежи, текстовые документы), так и данные для технологической подготовки производства – плазовые подложки, файлы печати бирок и программы резки проводов для соответствующих комплексов и станков. Отдельный контур – управление требованиями: формирование ограничительного перечня компонентов и контроль выполнения требований, а также анализ изменений с графической индикацией отличий между версиями изделия. Для сложных изделий с вариативностью конфигурации предусмотрено формирование обобщенных схем с возможностью конфигурирования с учетом применяемости и опций.

Показательным примером зрелости решения служит проект модернизации бортовых систем самолетов семейства МС-21. В рамках этого проекта в САПР «Макс» была разработана бортовая кабельная сеть (БКС), которая на 95% состоит из отечественных комплектующих – соединителей, проводов и защитных материалов преимущественно собственного изготовления. При разработке были обеспечены требуемые показатели надежности и отказобезопасности, проведено моделирование электромагнитной совместимости, выполнена трассировка БКС с учетом требований ОСТ 1 00239-77, снижена масса при сохранении удобства технического обслуживания.

Эффект от применения единой среды проектирования в этом проекте измерялся не только в качественных, но и в количественных показателях. Трудоемкость собственно проектирования снизилась до 80% за счет автоматизации проверок, автоматического формирования документов и работы в единой среде. Трудоемкость подготовки производства сократилась до 90% благодаря автоматизации формирования технологической документации, а трудоемкость самого производства – также до 90% за счет автоматизации процессов резки/маркировки проводов, проведения испытаний готовой продукции по данным САПР «Макс». Отдельно стоит выделить эффект в области испытаний: благодаря применению автоматизированных тестирующих комплексов и автоматическому формированию программ прозвонки трудоемкость испытаний снизилась до 95%. Схожие эффекты зафиксированы и в проектах заказной разработки для трехмерного проектирования жгутов: трудоемкость трассировки проводов сократилась на 60%, а количество доработок на этапе монтажа изделий снизилось в 10 раз за счет корректного расчета длин проводников на этапе проектирования.

Для предприятий, ранее использовавших ECAD-системы иностранных вендоров, реализована конвертация проектных данных и базы компонентов напрямую из E3.Series в САПР «Макс» с сохранением структуры проекта/документов и связей между ними, что позволяет продолжать текущие проекты без потери конструкторского задела и без простоя в процессе перехода.

С точки зрения интеграции в контур предприятия, САПР «Макс» совместим со всеми основными отечественными PLM-системами, включая «Лоцман:PLM», «Союз-PLM» и T-Flex.DOCs, а также с системами из дружественных государств, например IPS Search. Для реализации сквозного процесса проектирования с учетом фактической обстановки реализованы интеграционные связки с T-Flex.CAD, КОМПАС-3D, САРУС+ CAD. Для организации единой точки создания НСИ САПР «Макс» поддерживает интеграционное взаимодействие с IPS IMBase, T-Flex.DOCs, ПОЛИНОМ:MDM.

Практическая ценность единой цифровой модели данных заключается не только в ускорении текущего проектирования, но и в накоплении структурированного массива данных, пригодного для повторного использования: при внесении изменений в конструкторскую документацию, при разработке модификаций изделия и при передаче конструкторских решений между предприятиями, входящими в одну корпорацию.

Система включена в реестр российского программного обеспечения Минцифры (реестровая запись №3556 от 18.05.2017 г.), что имеет практическое значение для предприятий, обязанных по регуляторным требованиям использовать отечественное ПО в рамках проектов с государственным участием.

Макс.EDA: отечественная альтернатива Altium Designer

Система «Макс.EDA» является перспективным продуктом АО «Цифровая мануфактура» и разрабатывалась как аналог Altium Designer, Mentor Pads и Allegro, которые на протяжении последних двух десятилетий занимали доминирующее положение на рынке проектирования печатных узлов электронных устройств в России. Ключевой принцип, заложенный разработчиками при создании продукта, был сформулирован предельно прагматично: взять за основу то, что действительно нравится пользователям в Altium Designer, добавить удачные решения из других EDA-систем, а также реализовать функциональность, которой не хватало в иностранных аналогах, а именно поддержку Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

Архитектурно Макс.EDA построена по принципу единой платформы, где пользователи непрерывно формируют цифровую модель проекта с хранением информации в СУБД, а не на файловой структуре. Такой подход исключает рассинхронизацию между документами, типичную для разрозненных инструментов, и упрощает управление изменениями на протяжении жизненного цикла изделия.

Редактор схем обеспечивает создание листов схемы, размещение компонентов с автоматической и ручной нумерацией, формирование линий связи и линий групповой связи, размещение портов питания и земли, подсветку цепей, синхронизацию с платой и перекрестное выделение компонентов между схемой и платой. Реализована печать в PDF и автоматическая синхронизация изменений между схемой и платой – при корректировке одного документа связанные с ним элементы другого обновляются автоматически, без ручной сверки.

Редактор плат охватывает управление формой платы и структурой слоев, настройку электрических и технологических ограничений, интерактивные инструменты создания топологии, а также несколько информативных режимов отображения: режим одного слоя, подсветку цепей, гибкую настройку видимости слоев. Отдельного внимания заслуживает работа с трехмерной моделью платы: предусмотрено отображение 3D-тел непосредственно в 2D-режиме компоновки и трассировки, а также полноценный 3D-режим с возможностью перемещения компонентов, проводников, размещения новых трасс и визуального контроля зазоров – функциональность, которая ранее была доступна инженерам преимущественно в дорогих иностранных пакетах.

Отдельная линия развития – поддержка ЕСКД. В системе реализован «конструктор» форматок с поддержкой ГОСТ 2.301-68 (форматы) и ГОСТ Р 2.104-2023 (основные надписи), настраиваются размер листа, ориентация, кратность, форма, дополнительные графы и зоны штампа. Основная надпись и оформление листов схемы заполняются автоматически, а атрибуты синхронизуются с картой проекта. Таким образом, инженеру не приходится вручную дублировать одни и те же данные в разных документах.

По результатам проектирования Макс.EDA формирует полный комплект выходных данных для производства: Gerber-файлы в формате RS-274X, файлы сверловки в формате Excellon, файл Pick&Place для автоматизированной установки компонентов, экспорт 3D-модели в STEP как сборочной единицы либо как единой многотельной детали, экспорт слоев платы в DXF, экспорт в формат IDF 3.0 для обмена данными с механическими САПР, а также список компонентов в CSV. Для миграции существующих проектных данных предусмотрен импорт библиотек из Altium Designer в формате .IntLib, что снижает трудозатраты на повторное создание библиотек компонентов при переходе с иностранной системы.

Именно вопрос перехода – один из главных барьеров при импортозамещении инженерного софта: предприятия справедливо опасаются длительного простоя, переобучения персонала и ошибок в проектах на первых этапах освоения новой системы. Разработчики Макс.EDA закладывали в продукт решение именно этой проблемы: за счет максимальной близости логики работы к Altium Designer заявленное сокращение времени на адаптацию и обучение персонала при переходе достигает 90%. Ключевой особенностью Макс.EDA является реализованная возможность полноценной конвертации проектов и баз компонентов из Altium Designer без потери данных. Дополнительным фактором снижения рисков перехода служит локализованная и оперативная техническая поддержка на русском языке – в отличие от ситуации с иностранным ПО, доступ к которой российских пользователей в последние годы оказался ограничен или прекращен.

Система включена в реестр российского программного обеспечения Минцифры (реестровая запись №27664 от 21.04.2025 г.).

Замещение электронной компонентной базы: возможности торгующей группы Корпорации «Промтех»

Наличие отечественной САПР для проектирования печатных плат и кабельных сетей решает только часть задачи импортозамещения – разработанное изделие еще ноебходимо изготовить, а для этого требуется доступная ЭКБ с параметрами, соответствующими техническому заданию. Уход ряда западных производителей микросхем, разъемов, пассивных и активных компонентов с российского рынка сделал вопрос обеспечения ЭКБ таким же критичным, как и вопрос доступности проектного ПО.

В структуре Корпорации «Промтех» этой задачей занимается торгующая группа ООО «Промтехпоставка», обладающая компетенциями по подбору аналогов сложной западной электронной компонентной базы и по организации изготовления заказных компонентов с требуемыми техническими параметрами. Работа строится на использовании партнерских производственных площадок в Китае – государственных заводов, выпускающих ЭКБ для нужд китайского военно-промышленного комплекса, – что позволяет удовлетворить потребности в компонентах, для которых прямые отечественные аналоги пока отсутствуют либо не покрывают весь необходимый диапазон параметров. Вся поставляемая по такой схеме продукция соответствует военному и авиакосмическому классу качества согласно стандартам MIL-STD, что подтверждает пригодность компонентов для применения в изделиях с повышенными требованиями к надежности.

Такой подход снижает риски для предприятий–заказчиков сразу по нескольким направлениям. Во-первых, он позволяет подобрать функциональный или параметрический аналог снятого с производства либо недоступного западного компонента, не меняя при этом схемотехнику и конструкцию изделия целиком. Во-вторых, для случаев, когда унифицированного аналога не существует, доступно изготовление компонента под конкретные требования технического задания – по электрическим, механическим или климатическим параметрам, указанным в спецификации. В-третьих, статус компонентов как продукции военного назначения китайского ВПК и соответствие военному и авиакосмическому классу качества обеспечивают предприятию управляемую цепочку поставок с понятной ответственностью за качество и сроки, что особенно важно для изделий с длительным жизненным циклом и жесткими требованиями к надежности.

Логическая связь этого направления с продуктовой линейкой АО «Цифровая мануфактура» очевидна: данные о применяемых компонентах, их параметрах, условиях эксплуатации и статусе доступности являются неотъемлемой частью цифровой модели изделия, которую формируют Макс.EDA и САПР «Макс» на этапах разработки схемы, платы и кабельной сети. Возможность в рамках одной корпоративной экосистемы не только разработать изделие в отечественной САПР, но и получить обоснованный вариант замены или изготовления недостающего компонента полностью обеспечивает цепочку импортозамещения от разработки до производства – не оставляя предприятие один на один с задачей поиска ЭКБ уже после того, как конструкторская документация выпущена.

Расчет надежности как замыкающее звено цепочки проектирования

Отдельного упоминания заслуживает третий продукт портфеля АО «Цифровая мануфактура» – программный комплекс «Надежность», предназначенный для расчета показателей надежности и отказобезопасности систем и позиционируемый как аналог Ram Commander и Ansys Medini. Классический подход к расчету надежности традиционно страдает от разрозненности используемых инструментов, большого объема исходных данных, сложных логических связей между элементами системы и значительного объема ручной работы, начиная с подготовки исходных данных для каждого этапа расчета и заканчивая формированием отчетной документации.

ПК «Надежность» реализован по модульному принципу: отдельные модули отвечают за расчет надежности (прогнозирование безотказности электронных и неэлектронных компонентов), построение структурных схем надежности, анализ деревьев событий и деревьев неисправностей, расчет и оптимизацию запасных частей, инструментов и принадлежностей (ЗИП), анализ видов и последствий отказов, а также автоматическую генерацию отчетов. Продукт зарегистрирован в реестре российского ПО под №15515, имеет кросс-платформенную серверную часть и клиентское веб-приложение, а расчеты выполняются в соответствии с действующими ГОСТ 27.301-95, ГОСТ Р МЭК 61078-2021, ГОСТ 27.310-95, ГОСТ 27.507-2015, руководством 4761, ОСТ 1 00132-97, РБ-100-15, ГОСТ Р 56516-2015 и рядом других нормативных документов, включая прогнозирование по справочнику «Надежность ЭКБ ВП 2023».

Интеграция с PDM/PLM-системами предприятия позволяет получать из единой цифровой модели изделия требования к объекту проектирования, структуру изделия и технические параметры компонентов, а результаты расчета – конструкторскую документацию по анализу надежности и безопасности, результаты расчета ЗИП – возвращать в общий контур управления инженерными данными. Тем самым расчет надежности перестает быть изолированной задачей, выполняемой «на бумаге» и постфактум, а становится частью единого процесса сквозного проектирования вместе с Макс.EDA и САПР «Макс».

Система включена в реестр российского программного обеспечения Минцифры (реестровая запись №15515 от 16.11.2022).

Заключение

Опыт внедрения продуктов АО «Цифровая мануфактура» на предприятиях российских корпораций показывает, что переход на отечественные инструменты проектирования при должной проработке миграционных сценариев не обязательно сопровождается критическим снижением производительности инженерных подразделений. Ключевыми факторами успеха в рассмотренных проектах стали: близость логики работы новых систем к привычным для инженеров иностранным аналогам, наличие инструментов миграции проектных данных и библиотек компонентов без потерь, поддержка требований ЕСКД «из коробки», а также интеграция с уже развернутой на предприятии PLM/PDM-инфраструктурой.

Не менее важно и то, что задача импортозамещения в электронном и электротехническом проектировании не сводится к замене одной программы. Она требует согласованного решения на уровне всей цепочки – от схемы и платы до кабельной сети, расчета надежности и, в конечном счете, доступности самой электронной компонентной базы. Сочетание собственной разработки САПР от АО «Цифровая мануфактура» с возможностями торгующей группы Корпорации «Промтех» по замене сложной западной ЭКБ и изготовлению заказных компонентов на партнерских производственных площадках формирует именно такой комплексный контур, начиная с проектного решения и заканчивая готовым изделием на плате.