Mejora del diseño conjunto de componentes electromecánicos.

Resumen breve

La colaboración efectiva es un factor esencial para aumentar la productividad y crear productos de alta calidad. Los modernos sistemas de diseño asistido por computadora (CAD) y las herramientas inteligentes ayudan a los ingenieros a sincronizar datos y trabajar juntos en los temas interdisciplinarios más importantes del proyecto, mientras se concentran en su tarea principal: crear innovación. Gracias a este enfoque, es posible implementar mejor el plan del diseñador, reducir el tiempo de diseño y llevar el producto al mercado en el momento adecuado.

Apoyar la colaboración interdisciplinaria acelera la innovación

Introduccion

Los clientes modernos, independientemente de la industria, son muy exigentes: sus productos deben ser más inteligentes y tener una amplia funcionalidad. En este sentido, el uso de la electrónica en dispositivos mecánicos tradicionales está creciendo a un ritmo sin precedentes, y todos estos componentes electrónicos deben estar físicamente conectados entre sí y vinculados al diseño general del producto.

Los sensores se instalan en casi cualquier equipo para combinar dispositivos en un solo mundo "inteligente". Las señales de estos sensores se transmiten por cable a las unidades integradas, unidades y antenas. Cables separados están agrupados juntos. Como resultado, se forma un verdadero "sistema nervioso eléctrico" de un producto moderno.

Como resultado de que la electrónica y el software comienzan a controlar los componentes mecánicos de la estructura, la complejidad de los sistemas electromecánicos crece, lo mejor de los procesos de diseño existentes se vuelve rápidamente obsoleto e ineficiente, y es cada vez más difícil para los diseñadores mantenerse al día con los requisitos del mercado que cambian rápidamente. Hoy ya no es posible simplemente transferir el proyecto terminado a la producción de un prototipo para verificar si el producto funciona según lo previsto. Los ingenieros tienen que ir más allá de su área de especialización. Por ejemplo, los ingenieros mecánicos a menudo trabajan con equipos eléctricos, y los ingenieros eléctricos con equipos mecánicos.

El problema es la fragmentación de las disciplinas de ingeniería.

En ausencia de un proceso de diseño coordinado, la integración de los sistemas de productos se lleva a cabo en la etapa de fabricación de prototipos, es decir, al final del ciclo de desarrollo. Al mismo tiempo, los errores cometidos en etapas tan tardías resultan ser muy caros. Si no pueden identificarse antes de la fabricación y prueba de los prototipos, la compañía asume costos significativos, financieros y de tiempo. Además, tales errores pueden retrasar en gran medida el lanzamiento de un nuevo producto al mercado.
Por lo tanto, la separación tradicional de procesos se vuelve ineficaz en el contexto de la creciente complejidad de los productos diseñados.

Por qué

• Cuando los ingenieros eléctricos y los ingenieros mecánicos trabajan en varios sistemas de diseño, emparejar incluso las preguntas más simples se convierte en un gran problema. “¿Estamos hablando de este cable o de eso?”: Para un ingeniero eléctrico, un cable es una línea en un circuito eléctrico; para un ingeniero mecánico, el mismo cable se coloca en un modelo 3D de un conjunto mecánico. Debido a la diferencia en los enfoques, surgen malentendidos, errores y retrasos en el diseño.
• En ausencia de coordinación de los procesos de trabajo, los ingenieros eléctricos desarrollan un conjunto de diagramas de cableado, especificaciones y dibujos. Luego, los ingenieros mecánicos deben estudiar la documentación y descubrir qué cables requieren seguimiento en los nodos mecánicos. Estos trabajos se realizan manualmente, lo que significa que aparece el riesgo de errores.

Fig. 1. La separación tradicional de los procesos de diseño de las partes eléctricas y mecánicas de los productos no permite la sincronización de partes individuales del proyecto.


Fig. 2. Es un error pensar que rastrear y hacer arneses de cableado es una tarea simple.

• El diseño de la parte eléctrica rara vez es posible completar la primera vez. Muy a menudo, este es un proceso cíclico con la participación de ingenieros eléctricos e ingenieros mecánicos, mientras que en cada ciclo un especialista debe volver a examinar los cambios realizados.

Como resultado, los errores de diseño pasan a las siguientes etapas, por lo que es necesario realizar muchos ciclos de fabricación y prueba de prototipos.

En condiciones modernas, los departamentos dispersos de la empresa no pueden funcionar de manera eficiente. Las partes eléctricas y mecánicas del proyecto deben combinarse.

Obstáculos para la integración de los sistemas ECAD y MCAD

Desafortunadamente, garantizar la colaboración de los usuarios de sistemas CAD eléctricos (ECAD) y mecánicos (MCAD) no es una tarea fácil. El principal problema es la división tradicional del proyecto en partes eléctricas y mecánicas. Como regla general, los ingenieros eléctricos y mecánicos "hablan" diferentes idiomas y usan diferentes herramientas. Además, la mayoría de sus trabajos están espaciados geográficamente.

La siguiente dificultad es que la estructura del mismo objeto para el diseño de partes eléctricas y mecánicas se presenta de manera diferente en los sistemas CAD.

En cualquier sistema MCAD, una unidad electrónica es una especificación en forma de sujetadores, una carcasa, una placa de circuito impreso y conectores. Además, en el sistema ECAD, el mismo módulo es un circuito funcional o eléctrico, es decir, una representación de un nivel superior al de la estructura física del objeto. Para realizar una serie de funciones eléctricas, se utilizan varias placas de circuito impreso y conectores a la vez, lo que no permite asociar inequívocamente una función específica con un elemento físico específico del producto.

Para garantizar la funcionalidad necesaria de la parte eléctrica, se requiere una mano de obra considerable. Durante el proceso de diseño, los ingenieros seleccionan los conectores, terminales, pantallas, materiales de cables, etc. apropiados. Además, al desarrollar sistemas eléctricos, es necesario resolver muchos problemas de diseño de componentes mecánicos. Es necesario rastrear cuidadosamente el cableado del producto, teniendo en cuenta los problemas de compatibilidad electromagnética. El proceso de rastreo debe excluir la intersección física del cableado eléctrico con las partes, calcular correctamente la longitud de los cables (en función de los radios de curvatura reales) y tener en cuenta otros factores, por ejemplo, la elección correcta de los puntos de conexión del cableado.

Como resultado, para crear un sistema eléctrico realmente bueno, los ingenieros eléctricos y los ingenieros mecánicos realizan muchos ciclos de diseño. Necesitan intercambiar datos de diseño y trabajar de cerca.

Los intentos anteriores para apoyar dicha colaboración no trajeron un éxito significativo. Para integrar los sistemas ECAD-MCAD, se utilizó cualquier cosa: calcomanías, correo electrónico, archivos Excel. Por razones obvias, tales enfoques estaban condenados al fracaso.

Es posible, en principio, diseñar un sistema eléctrico utilizando una combinación de un editor universal para construir circuitos, hojas de cálculo y un sistema CAD 2D, pero existen muchos riesgos:

• Los elementos desarrollados en cada uno de estos sistemas no están interconectados de ninguna manera. Si se realizan cambios en el circuito eléctrico y se olvidan de ellos, los dibujos y las especificaciones no reflejarán la nueva decisión de diseño.
• Todos los elementos del diagrama, las especificaciones del dibujo no son más que líneas y símbolos. Es absolutamente imposible realizar modelos numéricos y probar la funcionalidad de los sistemas con su ayuda. Si la corriente nominal del fusible es demasiado baja, los ingenieros no sabrán que se fundirá hasta que se pruebe el prototipo.
• En ausencia de automatización en la transición de la ingeniería eléctrica al enrutamiento del cableado eléctrico a través de componentes mecánicos, los ingenieros mecánicos se ven obligados a manejar manualmente la documentación del sistema eléctrico para averiguar dónde y qué arneses de cableado deben colocarse.

Afortunadamente, han surgido nuevos procesos de diseño asistidos por computadora que enfrentan con éxito estos desafíos.

Los procesos inteligentes de diseño ECAD-MCAD apoyan la colaboración de especialistas que crean las partes eléctricas y mecánicas del proyecto.

El modelado numérico predice las características del sistema eléctrico, lo que le permite verificar y optimizar la solución de diseño, y la verificación cruzada del diseño en varias aplicaciones mejora la integración.

Un nuevo enfoque para el desarrollo conjunto de partes eléctricas y mecánicas del producto.

Diseñar sistemas electromecánicos modernos no es una tarea fácil, que es un proceso cíclico con una amplia gama de limitaciones. Las empresas necesitan soluciones nuevas, automatizadas e inteligentes que garanticen la colaboración entre profesionales. Sin embargo, hasta ahora, muchos deciden no desarrollar un proceso de diseño integrado, lo que justifica que requiera costos significativos. En este sentido, es necesario hacer otra pregunta: ¿qué pérdidas se producirán si el producto no ingresa al mercado en un momento oportuno?

La calidad de la parte eléctrica tiene un tremendo impacto en el éxito o el fracaso de un nuevo producto, y el modelado numérico y los cálculos sirven como base para un control efectivo de las decisiones de diseño en las primeras etapas. La simulación numérica de los sistemas eléctricos al comienzo del desarrollo es capaz de identificar problemas que requieren una alteración completa de toda la arquitectura básica de la parte eléctrica.

El sistema eléctrico está estrechamente conectado con los componentes mecánicos, por lo que los cambios en la parte eléctrica a menudo también requieren ajustes en la parte mecánica.
Tales cambios tanto en la electricidad como en la mecánica son mucho más simples y baratos de llevar a cabo en las primeras etapas de la creación del producto.

La introducción de nuevos sistemas de diseño inteligente proporciona a los desarrolladores acceso total a toda la información del producto. En base a esta información, se lleva a cabo el modelado numérico, la base de los procesos de diseño de sistemas electromecánicos integrados, con la ayuda de los cuales se reduce la necesidad de prototipos, se ahorra tiempo y dinero.

Los métodos informáticos de modelado y control de las decisiones de diseño de la parte eléctrica son un importante paso adelante en términos de verificación de la integridad de la estructura. Las posibilidades de este enfoque son mucho más amplias que cuando se usan prototipos tradicionales.

Proceso típico de diseño inteligente

Un ingeniero eléctrico desarrolla una especificación para los elementos de un sistema eléctrico, que luego integra en un entorno de diseño tridimensional eficiente, por ejemplo, Solid Edge de Siemens Digital Industries Software. Dicha integración permite que el diseño de la parte eléctrica tenga en cuenta las restricciones impuestas por la estructura mecánica, indica la presencia de lugares con alta humedad, temperatura y otros factores peligrosos. Por otro lado, al diseñar la parte mecánica, el diseñador dejará suficiente espacio para el cableado y proporcionará los radios de curvatura necesarios de los paquetes. Debido al contexto interdisciplinario, los ingenieros eléctricos y mecánicos identifican rápidamente las inconsistencias entre las partes eléctricas y mecánicas del proyecto.

El ingeniero mecánico debe asegurarse de que el arnés con todos los cables necesarios se pueda colocar en el espacio disponible. Sin embargo, modelar estos cables en un sistema MCAD es una tarea demasiado complicada y que consume mucho tiempo. En cambio, se crea una descripción del sistema eléctrico en un módulo especial como Solid Edge Wiring y Harness Design. El diámetro máximo permitido del arnés de cableado, determinado sobre la base de las restricciones impuestas por la parte mecánica, se transfiere al módulo Solid Edge, que verifica que el arnés diseñado realmente no exceda este diámetro. Para hacer esto, el módulo Solid Edge Wiring and Harness Design proporciona una verificación automática de las reglas de diseño.


Fig. 3. Características de validación cruzada en Solid Edge Wiring y Harness Design

Si el arnés está equipado con abrazaderas, mangas aislantes y tubos retráctiles, también se requiere la interacción interdisciplinaria de los especialistas para tener en cuenta su influencia. Tales objetos se crean mejor en un sistema 3D MCAD, y luego agregan datos sobre la parte eléctrica obtenida del sistema ECAD. Esta conexión asociativa le permite diseñar automáticamente mazos de cables y determinar con precisión sus parámetros.

Al final del desarrollo conjunto, cada ingeniero tiene una idea clara de cómo funcionará la parte del proyecto que desarrolló como parte de todo el producto.

Enfoque inteligente para el diseño de componentes electromecánicos.

Los módulos Solid Edge para el diseño de sistemas eléctricos están dirigidos a empresas medianas para las cuales parámetros como la facilidad de implementación y el bajo costo total de propiedad son especialmente importantes. Las amplias capacidades de este sistema van mucho más allá de las funciones tradicionales de crear componentes electromecánicos. En particular, los módulos realizan una simulación numérica de corrientes y voltajes, identifican errores como cortocircuitos y calculan las capacidades de los fusibles.

Estas características, así como las capacidades del diseño asistido por computadora de los arneses de cableado y la preparación de la documentación en el módulo Solid Edge Wiring and Harness Design, ayudan a nuestros clientes a ganar la competencia incluso en ausencia de mucha experiencia con herramientas similares.

Cuando se usa junto con el sistema CAD Solid Edge 3D, el módulo de diseño de cableado y arnés Solid Edge proporciona una colaboración eficiente entre ingenieros eléctricos e ingenieros mecánicos.

• La información completa sobre la parte eléctrica del proyecto se transfiere a Solid Edge 3D, por lo que el ingeniero mecánico recibe una lista completa de los componentes eléctricos alojados y las conexiones que requieren seguimiento. Además, Solid Edge sabe qué elementos deben conectarse y cómo, de modo que el sistema realiza el rastreo en 3D de alambres, cables y paquetes automáticamente, reduciendo la probabilidad de errores debidos a factores humanos.
• Transferencia confiable de cambios entre las partes eléctricas y mecánicas del proyecto. La verificación cruzada y la visualización proporcionan control del flujo de señal directamente en el modelo 3D, lo que ayuda a elegir la ruta óptima que excluye la aparición de interferencia electromagnética. Cuando uno de los ingenieros realiza cambios en su parte del diseño, son inmediatamente visibles para todos los demás participantes en el desarrollo. Esto minimiza el número de errores de diseño.
• Selección interactiva de objetos. Cuando un ingeniero eléctrico selecciona un cable en un diagrama de cableado, el mismo cable se resalta en un modelo 3D de un conjunto mecánico. Y viceversa: al elegir un cable en un modelo 3D, se resalta en un diagrama de cableado. Esto facilita enormemente la identificación y eliminación de discrepancias interdisciplinarias.
• Los gráficos, especificaciones y dibujos inteligentes son representaciones diferentes de los mismos elementos, conectores o cables. Cualquier cambio en uno de ellos implica la visualización automática de este cambio en otros materiales.
• Los ingenieros eléctricos ahora realizan simulaciones numéricas y cálculos, verificando el correcto funcionamiento del sistema desarrollado. El modelado numérico puede revelar
  El estado del sistema eléctrico, que conducirá a un fusible quemado, y mucho antes de las pruebas del prototipo.
• La información de diseño se transmite en forma de una lista de tareas para un ingeniero mecánico que rastrea el cableado del producto.

El módulo Solid Edge Wiring and Harness Design resuelve con éxito los problemas de diseño de los dispositivos electromecánicos. La solución multidisciplinaria integrada se basa en las tecnologías del desarrollador líder de sistemas de ingeniería eléctrica Mentor Graphics, miembro de Siemens Digital Industries Software. Todas las soluciones para el diseño de la parte eléctrica, incluido el módulo Solid Edge Wiring y Harness Design, fueron creadas por el mismo desarrollador y profundamente integradas, lo que no sería posible si se combina con aplicaciones de terceros o módulos adicionales desarrollados independientemente. Cuando se usa con el sistema CAD Solid Edge 3D, el módulo de diseño de cableado y arnés Solid Edge ayuda a diseñar sistemas electromecánicos más rápido y más barato.

Conclusión

Los sistemas eléctricos juegan un papel crítico en la mayoría de los productos modernos. Proporcionan la potencia necesaria para la electrónica, así como la interacción precisa y eficiente de muchos sistemas. Sin sistemas eléctricos confiables, los productos modernos simplemente dejarían de funcionar.

El sistema eléctrico está estrechamente conectado con componentes mecánicos. Por ejemplo, la impedancia de un conductor depende de su longitud y la resistencia específica del material. En los primeros sistemas de diseño y cálculo de la parte eléctrica, las longitudes de los cables se especificaban manualmente. A medida que los equipos eléctricos se volvieron más complicados, los procesos manuales se convirtieron en cosa del pasado, y hubo una estrecha integración de las etapas de desarrollo de las partes eléctricas y mecánicas con modelos interdisciplinarios unificados. Ahora se usa la interfaz ECAD-MCAD de dos lados para esto.El sistema ECAD informa todos los atributos necesarios, incluidos los puntos conectados por cada conductor. El sistema MCAD luego rastrea el alambre, cable o haz en 3D y envía las longitudes reales al sistema ECAD. Tal proceso interdisciplinario reduce el tiempo de diseño.

Desde hace tiempo se sabe que la colaboración mejora la productividad y ayuda a crear diseños altamente eficientes. Los sistemas CAD de última generación y las herramientas inteligentes ayudan a los ingenieros a sincronizar datos y trabajar juntos en problemas críticos de proyectos interdisciplinarios. Gracias a esto, es posible realizar mejor la intención del diseñador y lograr el éxito la primera vez.

Un sistema de diseño electromecánico altamente integrado, como Solid Edge Wiring y Harness Design, proporciona colaboración interdisciplinaria, eliminando la necesidad de que los ingenieros mantengan reuniones constantemente, discutiendo los errores que ocurrieron al ingresar cambios manualmente. Una técnica de diseño inteligente le permite evaluar los efectos de los cambios en las partes eléctricas y mecánicas en un solo entorno. Gracias a esto, a los ingenieros les queda más tiempo para su tarea principal: crear innovación.

Acerca del software Siemens Digital Industries

Siemens Digital Industries Software es la división comercial de Digital Industries en Siemens, un proveedor global líder de soluciones de software de transformación digital. El software Siemens Digital Industries crea nuevas oportunidades para el desarrollo y la implementación de innovaciones en los procesos comerciales de las empresas industriales. La organización colabora con empresas de cualquier tamaño, ayudando a traducir ideas en realidad, transformar los procesos de creación y operación de nuevos productos.

La sede se encuentra en Plano, Texas (EE. UU.). El número de clientes en todo el mundo supera los 140 mil.

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