Teollisuudenalasta riippumatta tämän päivän asiakkaat odottavat tuotteiltaan älykkyyttä ja käytännöllisyyttä. Halu saada uusin vimpain käyttöönsä kasvattaa elektroniikan käyttöä ennennäkemättömällä nopeudella. Kun loppua ei ole näkyvissä, innovaatio vaatii lisää elektroniikkakomponentteja tuotteisiin.

Antureita lisätään käytännössä kaikkeen mahdolliseen, kun yritetään liittää laitteet verkkoon ja luoda “älykäs” maailma. Anturien signaalit välitetään kaapelein sulautettuihin ohjausyksikköihin ja kaapelit kootaan sarjoiksi. Nämä sähköiset jakelujärjestelmät muodostavat tämän päivän laitteiden hermoverkon. Tuloksena muodostuu jatkuvasti monimutkaistuvia sähkömekaanisia järjestelmiä, joissa elektroniikka ja ohjelmistot ohjaavat mekaanista suunnittelua.

Valitettavasti monimutkaisuus tekee aiemmat parhaiden käytäntöjen prosessit tehottomiksi ja lopulta käyttökelvottomiksi, ja suunnittelijoilla on suuria vaikeuksia pysyä nopeasti muuttuvien vaatimusten vauhdissa mukana. Ajat, jolloin ”suunnittelut heitettiin seinälle” toteutusta varten ja odotettiin fyysisten prototyyppien rakentamista tuotteiden toimivuuden näkemiseksi, ovat takanapäin. Suunnittelijoita vaaditaan työskentelemään oman normaalialueensa ulkopuolella: mekaniikkasuunnittelijan täytyy hallita sähköisiä vaatimuksia ja päinvastoin.

Sähköisten järjestelmien suunnittelu valmistuu harvoin yhdellä kertaa. Sen sijaan kyse on usein iteratiivisesta prosessista sähkö- ja mekaniikkasuunnittelijoiden välillä. Koska nämä suunnittelijat tyypillisesti työskentelevät eri ympäristöissä, voi olla vaikeaa kommunikoida jopa kaikkein perustavimmista asioista. Jopa sen tunnistaminen, mistä johtimesta puhutaan, voi aiheuttaa hämmennystä. Sähkösuunnittelija katsoo linjaa kaaviossa. Mekaniikkasuunnittelija katsoo johdinta, kaapelia tai johdinsarjan reititystä 3D-mekaniikkakokoonpanossa. Joka kerta tällaisen iteraation aikana suunnittelijan täytyy uudelleen tulkita modifikaatioita, mikä tuo mukaan inhimillisen virheen mahdollisuuden.

Väärinymmärrykset voivat aiheuttaa merkittävää haittaa, viivästymisiä ja virheitä prosessiin. Tämä puutteet muuttuvat virheiksi, jotka siirtyvät eteenpäin ja voivat muodostua ongelmiksi, jotka voivat aiheuttaa useita prototypointi- ja testauskierroksia. On helppo nähdä, että monimutkaisuuden kasvaessa aiemmat suunnitteluprosessit eivät enää toimi.

Sähköjärjestelmien kehitykseen liittyy merkittävästi mekaniikkasuunnittelua. Sähköjärjestelmä on vahvasti sidoksissa fyysiseen suunnitteluun, joten muutokset siinä voivat vaatia muutoksia mekaaniseen kotelointiin. Sähköiset liitännät täytyy huolellisesti reitittää fyysisen tuotteen läpi ja sähkömagneettisia häiriöitä säteilevän elektroniikan ohi, jotta varmistetaan ettei komponenttien välillä tule törmäystä, jotta mitat ovat oikein (eli kunnioitetaan johtimien taivutusten fyysisiä vaatimuksia), jne.

Tämän tuloksena sähkö- ja mekaniikkasuunnittelijoiden välillä käydään monta iteraatiota, kun hyvää sähköistä järjestelmää kehitetään. Suunnittelijoiden täytyy jakaa yksityiskohtaista suunnittelutietoa keskenään, mikä edellyttää läheistä kommunikointia ja yhteistyötä. Aiemmin tällainen yhteistyö on toiminut heikosti. Aiemmin sähkö- ja mekaniikkasuunnittelun työkalujen (ECAD-MCAD) yhteistoiminnan työkalut käyttivät kaikkea käsin kirjoitetuista muistilapuista ja sähköposteista Excel-taulukoihin. Tällainen lähestymistapa epäonnistui ilmeisistä syistä. Yritykset tarvitsevat nyt automatisoituja ja datavetoisia ratkaisuja, jotka mahdollistavat aidon yhteistyön.

Sähköjärjestelmän laadulla voi olla valtava vaikutus tuotteen menestymiseen tai epäonnistumiseen, ja simuloinnilla ja analyysillä on avainrooli sähköjärjestelmän varhaisen vaiheen validoinnissa. Sähköjärjestelmän simulointi aikaisessa vaiheessa suunnittelua voi paljastaa ongelmia, jotka voivat vaatia koko sähköarkkitehtuurin perusteellista uudelleenajattelua. Suunnitteluohjelmisto voi tuottaa dataa suunniteltavasta laitteesta, jota voidaan käyttää simulointi- ja analyysitarkoituksiin. Nämä ovat verkotetun ja integroidun sähkömekaanisen suunnitteluvuon kulmakiviä.

Tyypillinen älykäs suunnitteluvuo

Sähkösuunnittelija julkaisee komponenttilistansa suunniteltavalle elektroniikkajärjestelmälle, joka sitten integroidaan robustiin eli kestävään 3D-suunnitteluympäristöön, kuten Siemensin Solid Edge 3D -suunnitteluohjelmistoon. Tämän integroinnin ansiosta sähköjärjestelmä voidaan suunnitella täsmällisellä tiedolla siitä, mitkä ovat mekaanisen rakenteen märät, kuumat ja muut vältettävät alueet. Integraation avulla elektroniikkasuunnittelija voi pohtia mekaniikan rajoituksia suunnitellessaan elektronista järjestelmää.

Mekaniikkasuunnittelija haluaa varmistua siitä, että kaikki tarvittavat johtimet sisältävä kokonaisuus reitittyy käytössä olevan fyysisen tilan läpi. Mekaniikkasuunnittelija ei kuitenkaan halua luoda ja hallita näitä johtimia MCAD-mallissa. Se olisi liian vaikeaa ja veisi liikaa aikaa. Sen sijaan sähköinen määrittely luodaan Solid Edge Wiring and Harness Design -työkalun kaltaisessa ohjelmistossa. Suurin sallittu johdinnipun halkaisija, joka perustuu erilaisiin mekaanisiin rajoituksiin, voidaan lähettää Solid Edge 3D CAD -moduuliin, joka vahvistaa, että syntesoidut tai reititetyt johtimet näissä johdinsarjoissa eivät ylitä suurinta sallittua halkaisijaa. Tämän voidaan tehdä Solid Edge Wiring and Harness Design -työkalun automaattisella suunnittelusääntöjen tarkistustoiminnolla.

Lisäksi klipsi-, läpivienti- ja putkiobjektien lisääminen johdinsarjan suunnitteluun vaatii alojen välistä yhteistyötä. Nämä objektit on parasta luoda 3D MCAD -ympäristössä, jonka jälkeen ne yhdistetään ECAD-työkalun sähköiseen dataan. Kun tämä yhteys tehdään, täysin valmistettava johdinsarja voidaan suunnitella ja konfiguroida kokonaan automaattisesti.

Kun käytössä on tämä kontekstuaalinen informaatio molemmilta alueilta, voivat elektroniikka- ja mekaniikkasuunnittelija nopeasti ratkaista suunnittelun yhteensopimattomuudet. Yhteistyöprosessin lopussa jokainen suunnittelija tietää, että heidän osansa suunnittelua toimii koko järjestelmän tasolla.

Älykäs päätöksenteko sähkömekaaniseen suunnitteluun

Sähkösuunnittelun Solid Edge -ohjelmisto on suunniteltu vastaamaan erityisesti keskikokoisten asiakkaiden tarpeisiin, joissa toteutuksen helppous ja edulliset toimintakustannukset ovat tärkeimpiä tekijöitä. Tämä suunnitteluohjelmisto ylittää näiden asiakkaiden perinteisten työkalujen toiminnot tuomalla mukaan edistyneitä high end -toimintoja, kuten jännitteiden ja virtojen edistyneen simuloinnin, ja ongelma-alueiden kuten oikosulkujen korostaminen sekä sulakkeiden kokojen validointi. Tämän toiminnallisuuden yhdistäminen pitkälle automatisoituun johdinsarjojen suunnitteluun ja dokumentointimahdollisuuksiin antaa Solid Edge Wiring and Harness Design -työkalun käyttäjille pääsyn ominaisuuksiin, joita heillä ei ole aiemmin ollut käytössään. Näin ne voivat yltää menestykseen ja ohittaa nopeudessa suuremmat kilpailijansa.

Käytettäessä Solid Edge 3D CAD -työkalun kanssa Solid Edge Wiring and Harness Design tuo suunnitteluun mukaan ominaisuuksia, joilla on merkittäviä etuja sähkö- ja mekaniikkasuunnittelijoiden yhteistyön kannalta. Näihin kuuluvat

• Solid Edge 3D CAD -työkaluun saadaan kattava informaatio sähköjärjestelmästä. Tämä tarkoittaa, että mekaniikkasuunnittelija saa listan sijoitettavista komponenteista ja reititettävistä sähkölinjoista. Lisäksi, koska Solid Edge tietää, mitkä komponentit liitetään ja miten, se voi automaattisesti reitittää johtimen, kaapelin ja johdinsarjan, mikä poistaa inhimillisen virheen 3D-reitityksestä.
• Muutokset kommunikoidaan edestakaisin saumattomasti. Ristiinmittaaminen ja -visualisointi työkaluympäristöjen välillä antaa suunnittelijalle mahdollisuuden ymmärtää signaalin reititys 3D-tilassa, joten he voivat määritellä ihanteellisen reitityksen, jolla vältetään sähkömagneettiset ja radiohäiriöt. Muutokset yksinkertaisesti lähetetään toiseen ympäristöön ja ne ilmestyvät suunnitteluun. Tämä edelleen eliminoi inhimillisen virheen mahdollisuuden suunnitteluprosessissa.
• Interaktiiviset korostukset. Kun sähkösuunnittelija valitsee johdon kaaviossa, vastaava johdin mekaanisessa 3D-mallissa korostuu. Tämä toimii myös toiseen suuntaan: kun johdin 3D-kokoonpanossa valitaan, se korostuu sähkökaaviossa. Tämän avulla voidaan tarkemmin keskustella ja ratkaista ongelmia molemmilla suunnittelualueilla.
• Voidaan lisätä älykkäitä kaavioita, BOM-listoja tai piirroksia tietäen, että jokainen näistä kuvauksista on osa samaa komponenttia, liitintä tai johdinta. Muutos missä tahansa näistä ilmenee kaikkialla, mikä poistaa virheen mahdollisuuden, koska muutos ei päivitetty manuaalisesti.
• Sähkösuunnittelija voi simuloida järjestelmiä ja ajaa analyysejä varmentaakseen, että kaikki toimii odotetusti. He huomaavat sähköjärjestelmän tilan, joka johtaisi sulakkeen palamiseen ennen prototypointia ja testaamista.
• Suunnitteluinformaatio voidaan siirtää kokonaisuutena, minkä avulla saadaan mekaniikkasuunnittelijalle tehtävälista järjestelmän reitittämiseen koko tuotteen osalta.

Solid Edge Wiring and Harness Design -työkalun käyttäminen helpottaa ratkaisemaan sähkömekaanisen suunnittelun haasteita. Siemensiin nyt kuuluvan Mentor Graphicsin johtavan sähkösuunnittelun ohjelmiston tukemana tiukasti integroitu ratkaisu mahdollistaa yhteissuunnittelun eri alueiden yli. Ja koska työkalut tulevat samalta toimittajalta, päästään tiiviiseen integraatioon, joka ei ole mahdollista kolmansien osapuolten tai yksityisten lisäosien kanssa. Käytettäessä yhdessä Solid Edge 3D CAD -työkalun kanssa Solid Edge Wiring and Harness Design -työkalun ominaisuudet antavat yrityksille mahdollisuuden suunnitella ja kehittää sähkömekaanisia järjestelmiä nopeammin ja paljon kustannustehokkaammin.

Artikkelin kirjoittaja Jayne Scheckla, Siemens Digital Industries Software.

Artikkeli on ilmestynyt ETNdigi-lehden numerossa 2/2019. Sitä pääset lukemaan ilmaiseksi täällä.