تحسين التصميم المشترك للمكونات الكهروميكانيكية

ملخص موجز

التعاون الفعال هو عامل أساسي في زيادة الإنتاجية وإنشاء منتجات عالية الجودة. تساعد أنظمة التصميم الحديثة بمساعدة الكمبيوتر (CAD) والأدوات الذكية المهندسين على مزامنة البيانات والعمل معًا على أهم القضايا متعددة التخصصات للمشروع ، مع التركيز على مهمتهم الرئيسية: إنشاء الابتكار. بفضل هذا النهج ، من الممكن تنفيذ خطة المصمم بشكل أفضل وتقليل وقت التصميم وتقديم المنتج إلى السوق في الوقت المناسب.

دعم التعاون متعدد التخصصات يسرع الابتكار

مقدمة

العملاء الحديثون ، بصرف النظر عن الصناعة ، مطالبون للغاية: يجب أن تكون منتجاتهم أكثر ذكاءً وأن تكون لها وظائف واسعة. في هذا الصدد ، يتزايد استخدام الإلكترونيات في الأجهزة الميكانيكية التقليدية بمعدل غير مسبوق ، ويجب أن تكون جميع هذه المكونات الإلكترونية متصلة فعليًا ببعضها البعض وترتبط بالتخطيط العام للمنتج.

يتم تثبيت أجهزة الاستشعار في أي جهاز تقريبًا من أجل دمج الأجهزة في عالم واحد "ذكي". تنتقل الإشارات الصادرة من هذه المستشعرات عبر السلك إلى الوحدات المدمجة ومحركات الأقراص والهوائيات. يتم تجميع الأسلاك منفصلة معًا. نتيجة لذلك ، يتم تشكيل "نظام عصبي كهربائي" حقيقي للمنتج الحديث.

نتيجة لحقيقة أن الإلكترونيات والبرمجيات تبدأ في التحكم في المكونات الميكانيكية للهيكل ، يزداد تعقيد الأنظمة الكهروميكانيكية ، وسرعان ما تصبح أفضل عمليات التصميم الحالية بالية وغير فعالة ، ويصعب بشكل متزايد على المصممين مواكبة متطلبات السوق المتغيرة بسرعة. اليوم لم يعد من الممكن نقل المشروع النهائي إلى إنتاج نموذج أولي للتحقق مما إذا كان المنتج يعمل على النحو المنشود. يتعين على المهندسين تجاوز مجال تخصصهم. على سبيل المثال ، غالباً ما يتعامل المهندسون الميكانيكيون مع المعدات الكهربائية ، والمهندسين الكهربائيين مع المعدات الميكانيكية.

المشكلة هي تجزئة التخصصات الهندسية

في حالة عدم وجود عملية تصميم منسقة ، يتم تكامل أنظمة المنتج في مرحلة تصنيع النماذج الأولية ، أي في نهاية دورة التطوير. في الوقت نفسه ، فإن الأخطاء التي ارتكبت في هذه المراحل المتأخرة كانت باهظة الثمن. إذا تعذر التعرف عليها قبل تصنيع النماذج الأولية واختبارها ، تتحمل الشركة تكاليف كبيرة - مالية ووقت. بالإضافة إلى ذلك ، قد تؤدي هذه الأخطاء إلى تأخير كبير في إصدار منتج جديد إلى السوق.
وبالتالي ، يصبح الفصل التقليدي للعمليات غير فعال على خلفية التعقيد المتزايد للمنتجات المصممة.

لماذا؟

• عندما يعمل المهندسون الكهربائيون والمهندسون الميكانيكيون في أنظمة تصميم مختلفة ، تصبح مطابقة أبسط الأسئلة مشكلة كبيرة. "هل نتحدث عن هذا السلك أم عن ذلك؟": بالنسبة للمهندس الكهربائي ، يكون السلك خطًا على دائرة كهربائية ؛ وبالنسبة للمهندس الميكانيكي ، يتم وضع نفس السلك على نموذج ثلاثي الأبعاد لتجميع ميكانيكي. بسبب الاختلاف في النهج ، ينشأ سوء الفهم والأخطاء وتأخير التصميم.
• في غياب تنسيق عمليات العمل ، يطور مهندسو الكهرباء مجموعة من مخططات الأسلاك والمواصفات والرسومات. بعد ذلك ، يجب على المهندسين الميكانيكيين دراسة الوثائق ومعرفة الأسلاك التي تتطلب تتبع العقد الميكانيكية. يتم تنفيذ هذه الأعمال يدويًا ، مما يعني ظهور مخاطر الأخطاء.

التين. 1. لا يسمح الفصل التقليدي لعمليات تصميم الأجزاء الكهربائية والميكانيكية للمنتجات بمزامنة الأجزاء الفردية للمشروع.


التين. 2. من الخطأ الاعتقاد بأن البحث عن الأسلاك وتسخيرها مهمة بسيطة.

• نادراً ما يكون تصميم الجزء الكهربائي مكتملًا لأول مرة. في أغلب الأحيان ، تكون هذه عملية دورية بمشاركة مهندسين كهربائيين ومهندسين ميكانيكيين ، بينما يتعين على المتخصصين في كل دورة إعادة فحص التغييرات التي تم إجراؤها.

نتيجة لذلك ، يتم تمرير أخطاء التصميم إلى المراحل التالية ، والتي من الضروري تنفيذها العديد من دورات التصنيع واختبار النماذج الأولية.

في الظروف الحديثة ، لا يمكن للإدارات المنتشرة في المؤسسة العمل بكفاءة. يجب دمج الأجزاء الكهربائية والميكانيكية للمشروع.

العقبات التي تحول دون تكامل أنظمة ECAD و MCAD

لسوء الحظ ، فإن ضمان تعاون مستخدمي الأنظمة الكهربائية (ECAD) والميكانيكية (MCAD) ليست مهمة سهلة. المشكلة الرئيسية هي التقسيم التقليدي للمشروع إلى أجزاء كهربائية وميكانيكية. وكقاعدة عامة ، "يتحدث المهندسون الكهربائيون والمهندسون الميكانيكيون" لغات مختلفة ويستخدمون أدوات مختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم توزيع وظائفهم في معظم الأحيان جغرافيا.

تكمن الصعوبة التالية في تقديم بنية نفس الكائن لتصميم الأجزاء الكهربائية والميكانيكية بشكل مختلف في أنظمة CAD.

في أي نظام MCAD ، تعتبر الوحدة الإلكترونية مواصفة في شكل السحابات والسكن ولوحة الدوائر المطبوعة والموصلات. علاوة على ذلك ، في نظام ECAD ، تكون الوحدة النمطية نفسها عبارة عن دارة وظيفية أو كهربائية ، أي تمثيل لمستوى أعلى من البنية الفيزيائية للجسم. لتنفيذ عدد من الوظائف الكهربائية ، يتم استخدام العديد من لوحات الدوائر المطبوعة والموصلات في وقت واحد ، مما لا يسمح بربط وظيفة محددة بشكل لا لبس فيه بعنصر مادي محدد للمنتج.

لضمان الوظائف اللازمة للجزء الكهربائي ، مطلوب عمل كبير. أثناء عملية التصميم ، يختار المهندسون الموصلات والمحطات الطرفية والشاشات ومواد الأسلاك المناسبة وما إلى ذلك أيضًا ، عند تطوير الأنظمة الكهربائية ، من الضروري حل العديد من مشكلات تصميم المكونات الميكانيكية. من الضروري تتبع الأسلاك بعناية للمنتج ، مع مراعاة مشكلات التوافق الكهرومغناطيسي. يجب أن تستبعد عملية التتبع التقاطع المادي للأسلاك الكهربائية مع الأجزاء ، وتحسب طول الأسلاك بشكل صحيح (استنادًا إلى نصف قطر الانحناء الحقيقي) وتراعي العوامل الأخرى - على سبيل المثال ، الاختيار الصحيح لنقاط توصيل الأسلاك.

نتيجة لذلك ، لإنشاء نظام كهربائي جيد حقًا ، يقوم المهندسون الكهربائيون والمهندسون الميكانيكيون بالعديد من دورات التصميم. يحتاجون إلى تبادل بيانات التصميم والعمل عن كثب.

المحاولات السابقة لدعم هذا التعاون لم تحقق نجاحًا كبيرًا. لدمج أنظمة ECAD-MCAD ، تم استخدام أي شيء: الملصقات ، البريد الإلكتروني ، ملفات Excel. لأسباب واضحة ، كانت مصير هذه النهج بالفشل.

من الممكن ، من حيث المبدأ ، تصميم نظام كهربائي باستخدام مزيج من محرر عالمي لإنشاء الدوائر وجداول البيانات ونظام CAD ثنائي الأبعاد ، ولكن هناك العديد من المخاطر:

• العناصر المطورة في كل من هذه الأنظمة ليست مترابطة بأي حال من الأحوال. إذا تم إجراء تغييرات على الدائرة الكهربائية ونسيانها ، فلن تعكس الرسومات والمواصفات قرار التصميم الجديد.
• كل عناصر المخطط ، مواصفات الرسم ليست أكثر من خطوط ورموز. من المستحيل تمامًا إجراء النمذجة العددية واختبار وظائف الأنظمة بمساعدتها. إذا كان تيار تصنيف الصمامات منخفضًا جدًا ، فلن يعلم المهندسون أنه سينفجر ، حتى يتم اختبار النموذج الأولي.
• في غياب التشغيل الآلي في الانتقال من الهندسة الكهربائية إلى توجيه الأسلاك الكهربائية إلى المكونات الميكانيكية ، يضطر المهندسون الميكانيكيون إلى التعامل يدويًا مع الوثائق الخاصة بالنظام الكهربائي لاكتشاف مكان تسخير الأسلاك التي يجب وضعها.

لحسن الحظ ، ظهرت عمليات تصميم جديدة بمساعدة الكمبيوتر تتغلب بنجاح على هذه التحديات.

تدعم العمليات الذكية لتصميم ECAD-MCAD تعاون المتخصصين في إنشاء الأجزاء الكهربائية والميكانيكية للمشروع.

النمذجة العددية تتنبأ بخصائص النظام الكهربائي ، والذي يسمح لك بفحص وتحسين حل التصميم ، ومراجعة التصميم في مختلف التطبيقات يعزز التكامل.

طريقة جديدة لتطوير الأجزاء الكهربائية والميكانيكية للمنتج

تصميم الأنظمة الكهروميكانيكية الحديثة ليس بالمهمة السهلة ، وهي عملية دورية مع مجموعة واسعة من القيود. تحتاج الشركات إلى حلول جديدة وآلية وذكية تضمن التعاون بين المحترفين. ومع ذلك ، حتى الآن ، يقرر الكثيرون عدم تطوير عملية تصميم متكاملة ، مبررةً أنها تتطلب تكاليف كبيرة. في هذا الصدد ، من الضروري طرح سؤال آخر: ما الخسائر التي ستحدث إذا لم يدخل المنتج السوق في وقت مناسب؟

تؤثر جودة الجزء الكهربائي تأثيراً هائلاً على نجاح أو فشل منتج جديد ، وتعمل النماذج الرقمية والحسابات كأساس للتحكم الفعال في قرارات التصميم في المراحل المبكرة. المحاكاة العددية للأنظمة الكهربائية في بداية التطور قادرة على تحديد المشاكل التي تتطلب إجراء تغيير كامل للبنية الأساسية للجزء الكهربائي.

يرتبط النظام الكهربائي ارتباطًا وثيقًا بالمكونات الميكانيكية ، لذلك تتطلب التغييرات في الجزء الكهربائي تعديلات في الجزء الميكانيكي أيضًا.
هذه التغييرات في كل من الكهرباء والميكانيكا هي أبسط وأرخص بكثير لتنفيذ في المراحل المبكرة من إنشاء المنتج.

يوفر إدخال أنظمة تصميم ذكية جديدة للمطورين إمكانية الوصول الكامل إلى جميع معلومات المنتج. استنادًا إلى هذه المعلومات ، يتم إجراء النمذجة الرقمية - وهي أساس عمليات تصميم الأنظمة الكهروميكانيكية المتكاملة ، والتي يتم من خلالها تقليل الحاجة إلى النماذج الأولية ، ويتم توفير الوقت والمال.

تعتبر طرق الكمبيوتر في النمذجة والتحكم في قرارات التصميم الخاصة بالجزء الكهربائي خطوة مهمة إلى الأمام من حيث التحقق من سلامة الهيكل. إمكانيات هذا النهج أوسع بكثير من عند استخدام النماذج التقليدية.

عملية التصميم الذكي النموذجي

يقوم مهندس كهربائي بتطوير مواصفات لعناصر النظام الكهربائي ، والتي يدمجها بعد ذلك في بيئة تصميم ثلاثية الأبعاد تتسم بالكفاءة - على سبيل المثال ، Solid Edge من Siemens Digital Industries Software. هذا التكامل يسمح لتصميم الجزء الكهربائي أن يأخذ في الاعتبار القيود المفروضة من قبل الهيكل الميكانيكي ، يشير إلى وجود أماكن ذات رطوبة عالية ودرجة الحرارة وعوامل خطيرة أخرى. من ناحية أخرى ، عند تصميم الجزء الميكانيكي ، سيترك المصمم مساحة كافية للأسلاك ، بالإضافة إلى توفير نصف قطر الانحناء المطلوب للحزم. نظرًا للسياق متعدد التخصصات ، يحدد المهندسون الكهربائيون والميكانيون بسرعة التناقضات بين الأجزاء الكهربائية والميكانيكية للمشروع.

يجب على المهندس الميكانيكي التأكد من أنه يمكن وضع تسخير مع جميع الأسلاك المطلوبة في المساحة المتاحة. ومع ذلك ، فإن تصميم هذه الأسلاك في نظام MCAD مهمة معقدة للغاية وتستغرق وقتًا طويلاً. بدلاً من ذلك ، يتم إنشاء وصف للنظام الكهربائي في وحدة نمطية خاصة مثل Solid Edge Wiring و Harness Design. يتم نقل الحد الأقصى المسموح به لقطر الأسلاك ، والذي يتم تحديده على أساس القيود التي يفرضها الجزء الميكانيكي ، إلى وحدة الحافة الصلبة ، والتي تتحقق من أن الحزام المصمم لا يتجاوز بالفعل هذا القطر. للقيام بذلك ، توفر الوحدة النمطية Solid Edge Wiring and Harness Design التحقق التلقائي من قواعد التصميم.


التين. 3. ميزات التحقق من صحة الصليب في الأسلاك الصلبة وتصميم تسخير الحافة

إذا كان الحزام مجهزًا بمشابك وأكمام عازلة وأنابيب تقليص ، فإن التفاعل بين الاختصاصيين هو أمر ضروري أيضًا لمراعاة تأثيرهم. من الأفضل إنشاء مثل هذه الكائنات في نظام 3D MCAD ، ثم إضافة بيانات على الجزء الكهربائي تم الحصول عليها من نظام ECAD إليها. يتيح لك هذا الاتصال الترابطي تصميم شبكات الأسلاك وتحديد معلماتها بدقة.

في نهاية التطوير المشترك ، يحصل كل مهندس على فكرة واضحة عن كيفية عمل جزء المشروع الذي طوره كجزء من المنتج بأكمله.

نهج ذكي لتصميم المكونات الكهروميكانيكية

وتستهدف وحدات الحافة الصلبة لتصميم النظام الكهربائي المؤسسات متوسطة الحجم التي تعد معلمات مثل سهولة التنفيذ وانخفاض التكلفة الإجمالية للملكية ذات أهمية خاصة. تتجاوز القدرات الواسعة لهذا النظام الوظائف التقليدية لإنشاء المكونات الكهروميكانيكية. على وجه الخصوص ، تقوم الوحدات بإجراء محاكاة رقمية للتيارات والفولتية ، وتحديد الأخطاء مثل الدوائر القصيرة ، وحساب تقييمات الصمامات.

هذه الميزات ، بالإضافة إلى إمكانات التصميم باستخدام الحاسوب لأسلاك التوصيل وإعداد الوثائق في وحدة تصميم الأسلاك الصلبة وتصميم الحافة الصلبة ، تساعد عملائنا على الفوز بالمنافسة حتى في حالة عدم وجود خبرة كبيرة في استخدام الأدوات المماثلة.

عند استخدامها مع نظام Solid Edge 3D CAD ، توفر وحدة Solid Edge Wiring و Harness Design تعاونًا فعالًا بين المهندسين الكهربائيين والمهندسين الميكانيكيين.

• يتم نقل المعلومات الكاملة عن الجزء الكهربائي من المشروع إلى Solid Edge 3D ، وبالتالي يتلقى المهندس الميكانيكي قائمة كاملة من المكونات الكهربائية المستضافة والوصلات التي تتطلب التتبع. علاوة على ذلك ، تعرف Solid Edge العناصر التي يجب توصيلها وكيف ، بحيث يقوم النظام بالتتبع ثلاثي الأبعاد للأسلاك والكابلات والحزم تلقائيًا ، مما يقلل من احتمال حدوث أخطاء بسبب العوامل البشرية.
• نقل موثوق للتغييرات بين الأجزاء الكهربائية والميكانيكية للمشروع. يوفر الفحص المتقاطع والتصور التحكم في تدفق الإشارة مباشرة على النموذج الثلاثي الأبعاد ، مما يساعد في اختيار المسار الأمثل الذي يستبعد حدوث التداخل الكهرومغناطيسي. عندما يقوم أحد المهندسين بإجراء تغييرات على الجزء الخاص به من التصميم ، تكون مرئية على الفور لجميع المشاركين الآخرين في التطوير. هذا يقلل من عدد أخطاء التصميم.
• اختيار التفاعلية للكائنات. عندما يختار مهندس كهربائي سلكًا على مخطط سلكي ، يتم تمييز نفس السلك في نموذج ثلاثي الأبعاد لتجميع ميكانيكي. والعكس صحيح: عند اختيار سلك على نموذج ثلاثي الأبعاد ، يتم تسليط الضوء عليه في مخطط الأسلاك. هذا يسهل إلى حد كبير تحديد وإزالة التناقضات متعددة التخصصات.
• تعد الرسومات والمواصفات والرسومات الذكية بمثابة تمثيلات مختلفة لنفس العناصر أو الموصلات أو الأسلاك. أي تغيير في واحد منهم يستلزم العرض التلقائي لهذا التغيير في مواد أخرى.
• يقوم المهندسون الكهربائيون الآن بإجراء عمليات محاكاة وحسابات رقمية ، والتحقق من حسن سير النظام المتطور. النمذجة العددية يمكن أن تكشف
  حالة النظام الكهربائي ، والتي سوف تؤدي إلى فتيل مهب ، وقبل وقت طويل من اختبار النموذج الأولي.
• يتم إرسال معلومات التصميم في شكل قائمة مهام لمهندس ميكانيكي يتتبع الأسلاك للمنتج.

تعمل وحدة تصميم الأسلاك الصلبة وتسخير الحافة الصلبة على حل مشكلات تصميم الأجهزة الكهروميكانيكية بنجاح. يعتمد الحل المتكامل متعدد التخصصات على تقنيات المطور الرائد لأنظمة الهندسة الكهربائية Mentor Graphics ، وهو عضو في Siemens Digital Industries Software. تم إنشاء جميع حلول تصميم الجزء الكهربائي ، بما في ذلك الوحدة الصلبة لتصميم الأسلاك وتسخير الحافة ، من قبل المطور نفسه ومتكاملة بعمق ، وهذا لن يكون ممكنًا إذا تم دمجه مع تطبيقات الطرف الثالث أو وحدات إضافية تم تطويرها بشكل مستقل. عند استخدام نظام Solid Edge 3D CAD ، فإن وحدة Solid Edge Wiring and Harness Design تساعد في تصميم الأنظمة الكهروميكانيكية بشكل أسرع وأرخص.

استنتاج

تلعب الأنظمة الكهربائية دورًا مهمًا في معظم المنتجات الحديثة. إنها توفر الطاقة اللازمة للإلكترونيات ، فضلاً عن التفاعل الدقيق والفعال للعديد من الأنظمة. بدون أنظمة كهربائية موثوقة ، ستصبح المنتجات الحديثة غير صالحة للعمل.

يرتبط النظام الكهربائي ارتباطًا وثيقًا بالمكونات الميكانيكية. على سبيل المثال ، تعتمد معاوقة الموصل على طوله والمقاومة المحددة للمادة. في النظم الأولى لتصميم وحساب الجزء الكهربائي ، تم تحديد أطوال الأسلاك يدويًا. عندما أصبحت المعدات الكهربائية أكثر تعقيدًا ، أصبحت العمليات اليدوية شيئًا من الماضي ، وكان هناك تكامل وثيق لمراحل تطوير الأجزاء الكهربائية والميكانيكية مع نماذج موحدة متعددة التخصصات. الآن يتم استخدام واجهة ECAD-MCAD ثنائية الاتجاه لهذا الغرض. ECAD- , , . MCAD- , 3D ECAD-. .

, . (CAD) . .

, Solid Edge Wiring and Harness Design, , , , . . : .

Siemens Digital Industries Software

Siemens Digital Industries Software – - Digital Industries Siemens, . Siemens Digital Industries Software - . , , .

- . , (). 140 .

Siemens Digital Industries Software .