Computerhistorie: elektronisch en mechanisch ontwerpen (1986 – 1989)

Computers voor elektronische en mechanische ontwerpen

In de begin zeventiger jaren startte het Physisch Laboratorium TNO met computerhulpmiddelen voor het ontwerp en de realisatie van elektronische schakelingen en de lay-out van printed circuit borden (PCB’s) met het CALMA-systeem.

CALMA opstelling: server en werkstation
CALMA opstelling: server en werkstation

Voor het produceren van die PCB’s had het FEL een eigen complete printfabriek om vele soorten prints met verschillende afmetingen te produceren. Het ontwerpen van een elektronische schakeling en het ontwerpen van de bijbehorende PCB zijn echter twee verschillende vakgebieden. De elektronisch ontwerper is alleen geïnteresseerd in de functie van de schakeling, terwijl de printplaatontwerper voornamelijk geïnteresseerd is in de realisatie van de schakeling op een PCB: de juiste plaatsing van de componenten op de PCB en het genereren van de gedrukte bedrading.
Het elektronisch ontwerpen was tot 1986 handwerk. Van een elektronisch ontwerp werd soms een proefschakeling gebouwd (breadboard) waaraan dan net zo lang werd gemeten en veranderd totdat de schakeling goed werkte. Ook het ontwerpen van de printplaten was grotendeels handwerk, al werd gebruik gemaakt werd van computerondersteuning van een Computer Aided Design en Computer Aided Manufacturing (CAD/CAM) systeem. Het Physisch Lab had hiervoor het hiervoor genoemde CALMA tekensysteem, en het LEOK beschikte over twee digitisers aangesloten op een PDP 11/44 computer. Deze twee systemen gaven ondersteuning bij het ontwerpen van printplaten en bestuurden allerlei randapparatuur (printer, plotter, fotoplotter voor negatieven en een frees/boormachine); zie onder andere de COBRA.
Het Computer Aided Electrical Engineering ondersteunde de ontwerper bij het maken van een logisch ontwerp, ‘de elektronische schakeling’ gebruikmakend van een bibliotheek met bestaande en zelf bedachte elektronische houwstenen. De werking van digitale en analoge bouwstenen kon gesimuleerd worden, zodat het ontwerp zonder breadboard ‘getest’ en verbeterd kon worden.
Zodra het ontwerp aan de gestelde specificaties voldeed, kon een fysisch ontwerp gemaakt worden waarbij de logische bouwstenen omgezet werden in bestaande componenten zoals IC’s, weerstanden, transistoren, enzovoort. Daarna werd een geschikte printplaat qua grootte -soms zelfs rond of met gat- gekozen om de componenten op te plaatsten en te bedraden. De ontwerper plaatste daarna de componenten met computerhulp efficiënt op de PCB waarna de gedrukte bedrading tussen de componenten werd gegenereerd. Problemen met de bedrading moesten opgelost worden door de plaatsing van componenten aan te passen. Daarna kon de PCB geproduceerd worden.

Rond 1983 traden er steeds meer knelpunten op: de systemen raakten verouderd, de ontwerpen werden steeds complexer en modernere systemen boden meer mogelijkheden en waren gebruiksvriendelijker, sneller en efficiënter, met name voor de elektronische ontwerper. Er werd gekozen voor een vernieuwingstraject. Tussen 1984 en 1986 werd een groot bedrag gereserveerd voor de vernieuwing van de Electronic Computer Aided Engineering (ECAE)-faciliteiten van het nieuwe, geïntegreerde laboratorium.
In een notitie van de projectgroep “FEL-CAE” (Computer Aided Engineering) werd voorgesteld om over te gaan tot aanschaf van CADNETIX-systemen, systemen waarvoor ook twee andere TNO-instituten, de TPD en het ProduktCentrum, hadden gekozen. Ook werd een organisatiestructuur voorgesteld. De systeemdeskundigen worden in de net opgerichte groep Systeemmanagement en Support (groep 2-7) geplaatst. In 1987 worden de eerste CADNETIX-werkstations en een server geïnstalleerd voor schemaontwerp en PCB-ontwerp. Het Electronic Computer Aided Engineering (ECAE) systeem bestond uit twee CADNETIX (CDX)-servers en vier CDX-werkstations verdeeld over de ‘open shop’, waar de researchers hun basisontwerpen konden maken, en de ‘closed shop’ waar de printproductie werd voorbereid.

De Cadnetix-systemen ondersteunden ook dynamiek van de elektronica zoals het controleren of de functies ook bij hogere kloksnelheden nog correct werken, of de PCB geen kruisende sporen had en voldeed aan de “design rules”, zoals minimale spoorbreedte en afstanden. Het systeem verleende ook hulp bij het automatisch maken van documentatie van de ontworpen PCB zoals tekeningen van componentenopstellingen, stuklijsten e.d..
Per project was er een database, waarin alle informatie over de gebruikte printen werd opgeslagen: schema, simulatiegegevens, print-layout en documentatie.
Een ontwerper moest een cursus van een kleine week volgen waarna een niet te groot ontwerp binnen enkele dagen gemaakt kon worden. Het simuleren ervan kon meer of minder tijd kosten, afhankelijk van de simulatiegraaf en eventuele optredende problemen. Het maken van een PCB-layout vergde voor een gemiddeld ontwerp zo’n twee dagen indien de schema-ontwerper zich aan de opstelde regels had gehouden. De productie van een PCB vergde gemiddeld zo’n drie weken.

De CADNETIX werkstations hadden een MC 86020 processor, 40 MB schijfopslag, 4 MB RAM en draaiden onder het BSD-UNIX besturingssysteem. De Electronic Computer Aided Design (ECAD) systemen voor de ontwikkeling van PCB’s hadden proprietary grafische versnellerkaarten. Voor die tijd leuke systemen die redelijk snel waren! Wel zeer lawaaiig. Voor Electronic Computer Aided Engineering (ECAE) werd een simulator-engine aangeschaft, die bij gebrek aan symbolen met specificaties die de engine nodig had, weinig werd gebruikt.

Later ging CADNETIX in zee met SUN systems. TNO kocht vervolgens een SUN 3/50 en een SUN 3/60 (MC 86030 processor systemen) voor ECAE toepassingen. Omdat de CADNETIX systemen geïnstalleerd werden voordat het gehele IEEE 802.3 local area netwerk op het FEL (het FELLAN) aangelegd was, werd voor de CADNETIX systemen een eerste apart Ethernetsegment aangelegd, dat later door middel van een bridge gekoppeld werd met het FELLAN. Hoewel er veel problemen met de werking van de toepassingsprogrammatuur waren, was deze qua gebruikersinterface zeer goed doordacht en doorgevoerd in alle stadia van het elektronisch ontwerpen.
Op 24 december 1990 werd het in financiële problemen geraakte CADNETIX overgenomen door Daisy Systems. De nieuwe, gecombineerde bedrijfsnaam werd DAZIX.

Het aansturen van de Excellon boormachine voor de printed circuitplaten en de Gerber (in 1998 overgenomen door Barco Graphics) en later de SECMAI fotoplotter was een uitdaging voor de systeemprogrammeurs. Hierbij werden uitvoerbestanden van de ECAD-systemen op verschillende manieren geconverteerd en aangepast. Toen deze koppeling uiteindelijk werkte, werd de eigen PCB productieafdeling opgedoekt. De productie van PCB’s gebeurde voortaan extern.