РТУ МИРЭА сегодня – это более 100 специальностей и направлений подготовки и более 4000 бюджетных мест ежегодно. В университете обучаются 26 000 студентов. Мы реализуем систему обучения «вуз – базовая кафедра – базовое предприятие», в рамках которой работают 50+ базовых кафедр, развернутых в том числе на предприятиях-партнерах университета. Благодаря этому повышается эффективность учебного процесса, выпускники быстрее адаптируются к работе на производстве. Важное место уделяется профориентации: в детском технопарке «Альтаир» ежегодно проходят обучение более 4000 школьников с 8 по 11 класс.

Наш Институт радиоэлектроники и информатики отвечает за подготовку кадров для радиоэлектронной промышленности. В апреле 2022 года мы открыли Центр коллективного проектирования «Элемент» совместно с индустриальными партнерами – разработчиками инженерного программного обеспечения АСКОН и ЭРЕМЕКС.

Основной фокус внимания в ЦКП «Элемент» направлен на разработку типового интегрированного маршрута проектирования, с тем чтобы тиражировать его для разных образовательных направлений, поэтапно внедряя в междисциплинарную подготовку будущих радиоинженеров.

В самом начале перед нами встал вопрос, на примере какого устройства приступить к разработке типового учебного маршрута проектирования. Можно было бы ограничиться подготовкой хороших методик, но как заинтересовать студентов?

В итоге выбор пал на фотополимерный 3D-принтер. Его конструкция включает как механическую, так и электрическую часть, есть задачи по сборке и программированию. Электронная часть, сформированная на печатных платах, содержит программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС), микроконтроллеры, прошивки. Иными словами, в работе над 3D-принтером можно всесторонне задействовать отечественные ИТ-решения для инженеров.

На рисунке представлен конструктив 3D-принтера и электронная часть с многослойной печатной платой управления LCD дисплеем. Плата имеет 14 слоев и проектировалась в системе Delta Design. Механическая часть была выполнена в САПР КОМПАС-3D, кабельная часть — в приложении «Кабели и жгуты» для КОМПАС-3D.

Типовой маршрут проектирования будет охватывать следующие стадии жизненного цикла изделия: проектирование, конструкторская подготовка производства и технологическая подготовка производства. Кроме уже упомянутых САПР-решений в разработке задействованы ЛОЦМАН: PLM как система управления жизненным циклом изделия, ПОЛИНОМ: MDM для управления нормативно-справочной информацией, САПР ТП ВЕРТИКАЛЬ для технологической подготовки, выпуска маршрутных и операционных карт.

Поскольку речь идет об электронной части изделия, ключевое место отводится EDA-продукту: мы используем Delta Design для проектирования печатных плат в связке с КОМПАС-3D, где создается конструкция. Данные из одной системы в другую передаются через конвертор eCAD – КОМПАС либо стандартными средствами конвертации. Для внеблочных соединений применяется КОМПАС-3D и «Кабели и жгуты».

К набору используемых инструментов планируем добавить САПР «Макс» для разработки электрических соединений и модуль DeltaCAM, программный продукт для технологов в области производства печатных плат, разработкой которого сейчас занимается компания ЭРЕМЕКС.

При разработке методологии мы разбили типовой маршрут на три уровня:
- Уровень 1. Печатные платы
- Уровень 2. Блоки и модули
- Уровень 3. Системы и комплексы.

Текущая готовность маршрута, по нашей оценке, составляет 30%. Закрыт первый уровень — проектирование печатных плат. В Delta Design полностью спроектирована ключевая 14-слойная плата управления LCD-дисплеем. По печатной плате выпустили методическую базу (учебные пособия, методики), позволяющую охватить цикл конструкторско-технологического проектирования средствами Delta Design. Подготовили и внедрили в учебный процесс пособие по созданию 3D-моделей компонентов в КОМПАС и их подключению в Delta Design к проекту платы на свои посадочные места.

Послойная топология многослойной печатной платы позволяет перейти к технологической подготовке производства, которую мы прорабатываем как следующий этап развития и доработки типового маршрута. За основу взят типовой технологический процесс изготовления печатных плат одного из контрактных производителей электроники.

Наша лабораторная база позволяет прототипировать многослойные печатные платы при помощи технологии 3D-печати наночернилами. Спроектированную в Delta Design плату мы напечатали вместе со всеми межслойными переходами, сквозными и глухими отверстиями, сложными конструкциями.

Далее планируем подбор оборудования, нормочасы и ввод всех данных в ПОЛИНОМ: MDM. При помощи ВЕРТИКАЛЬ будет разработан технологический процесс изготовления и монтажа многослойной печатной платы. Но этого недостаточно, есть потребность в CAM-системах. Поэтому планируем на уровень 1 добавить модуль Delta CAM, изучаем, как встроить его в типовой маршрут.

Для уровня блоков и модулей спроектировали в КОМПАС светодиодную матрицу. Для третьего уровня сделали проработку и прорисовку принтера. Сейчас ведем работу над типовым маршрутом по покрытию межблочных соединений в приложении «Кабели и жгуты» и применению ВЕРТИКАЛЬ в технологической подготовке производства.

В результате мы должны прийти к параметризованной модели со всеми сборочными единицами 3D-принтера, включая электронную и механическую части. Сегодня уже готов маршрут проектирования корпуса и основных составных узлов.

Помимо отечественного инженерного программного обеспечения, в подготовке студентов, тем более радиоинженеров, важно обеспечить и хорошую материальную базу. В Институте радиоэлектроники и информатики МИРЭА — Российского технологического университета сформирован дизайн-центр с опытным производством, которое охватывает этапы прототипирования, настройки и регулировки радиоэлектронной аппаратуры, испытания, контроля, сборки и монтажа, электромагнитной совместимости — все что нужно, чтобы изделие появилось физически «в железе».

Мы активно используем аддитивные технологии в прототипировании. 3D-принтер многослойных печатных плат позволяет по технологии AME (Additive Manufacturing Electronics) за несколько часов по gerber-файлам распечатать наночернилами и получить первые прототипы, которые можно будет смонтировать, далее сделать по ним ревью, внести исправления в конструкторскую документацию и выпустить новую версию.

Используется также линия для изготовления деталей конструктива 3D-MID (3D molted interconnected device – формирование схем на пластиках) для создания проводящей топологии на объемном пластиковом основании. Для детали любой сложной геометрии, спроектированной в КОМПАС-3D и напечатанной на 3D-принтере, можно получить проводящую структуру, топологию – не в плоских компоновках печатных плат, а в объеме. Этот конструктив затем встраивается в изделие. Мы планируем применять данную технологию в том числе в конструкции 3D-принтера и в типовом маршруте проектирования.

Третья технология – гибкие гибридные электронные схемы (Flexible Hybrid Electronics). В нашей лаборатории есть 3D-принтер, которые может напечатать электронную часть на гибких носителях. Пока это делается экспериментально, о серии речи не идет, но эту технологию мы тоже собираемся встроить в типовой маршрут проектирования.

Мы стараемся дать студентам не только классическую базу, но и перспективные технологии, то, что появится на производстве в ближайшие годы.