Amélioration de la conception conjointe des composants électromécaniques

Bref résumé

Une collaboration efficace est un facteur essentiel pour augmenter la productivité et créer des produits de haute qualité. Les systèmes modernes de conception assistée par ordinateur (CAO) et les outils intelligents aident les ingénieurs à synchroniser les données et à travailler ensemble sur les questions interdisciplinaires les plus importantes du projet, tout en se concentrant sur leur tâche principale: créer l'innovation. Grâce à cette approche, il est possible de mettre en œuvre au mieux le plan du concepteur, de réduire le temps de conception et de mettre le produit sur le marché au bon moment.

Soutenir la collaboration interdisciplinaire accélère l'innovation

Présentation

Les clients modernes, quelle que soit l'industrie, sont très exigeants: leurs produits doivent être plus intelligents et disposer de fonctionnalités étendues. À cet égard, l'utilisation de l'électronique dans les dispositifs mécaniques traditionnels se développe à un rythme sans précédent, et tous ces composants électroniques doivent être physiquement connectés les uns aux autres et liés à la disposition générale du produit.

Les capteurs sont installés dans presque tous les équipements afin de combiner les appareils dans un seul monde «intelligent». Les signaux de ces capteurs sont transmis par fil aux unités intégrées, aux lecteurs et aux antennes. Des fils séparés sont regroupés. En conséquence, un véritable «système nerveux électrique» d'un produit moderne se forme.

Du fait que l'électronique et les logiciels commencent à contrôler les composants mécaniques de la structure, la complexité des systèmes électromécaniques augmente, le meilleur des processus de conception existants devient rapidement obsolète et inefficace, et il est de plus en plus difficile pour les concepteurs de suivre l'évolution rapide des exigences du marché. Aujourd'hui, il n'est plus possible de simplement transférer le projet fini à la production d'un prototype afin de vérifier si le produit fonctionne comme prévu. Les ingénieurs doivent dépasser leur domaine de spécialisation. Par exemple, les ingénieurs mécaniciens s'occupent souvent de matériel électrique et les ingénieurs électriciens de matériel mécanique.

Le problème est la fragmentation des disciplines d'ingénierie

En l'absence d'un processus de conception coordonné, l'intégration des systèmes de produits s'effectue au stade de la fabrication des prototypes, c'est-à-dire à la fin du cycle de développement. Dans le même temps, les erreurs commises à des stades aussi avancés se révèlent très coûteuses. S'ils ne peuvent pas être identifiés avant la fabrication et le test des prototypes, l'entreprise supporte des coûts importants - financiers et en temps. De plus, de telles erreurs peuvent retarder considérablement la mise sur le marché d'un nouveau produit.
Ainsi, la séparation traditionnelle des processus devient inefficace dans le contexte de la complexité croissante des produits conçus.

Pourquoi?

• Lorsque les ingénieurs électriciens et les ingénieurs mécaniciens travaillent dans divers systèmes de conception, faire correspondre même les questions les plus simples devient un gros problème. "Parlons-nous de ce fil ou de cela?": Pour un ingénieur électricien, un fil est une ligne sur un circuit électrique; pour un ingénieur en mécanique, le même fil est posé sur un modèle 3D d'un assemblage mécanique. En raison de la différence d'approches, des malentendus, des erreurs et des retards de conception surviennent.
• En l'absence de coordination des processus de travail, les ingénieurs électriciens développent un ensemble de schémas de câblage, de spécifications et de dessins. Ensuite, les ingénieurs mécaniciens devraient étudier la documentation et découvrir quels fils nécessitent un traçage sur les nœuds mécaniques. Ces travaux sont effectués manuellement, ce qui signifie que le risque d'erreurs apparaît.

Fig. 1. La séparation traditionnelle des processus de conception des parties électriques et mécaniques des produits ne permet pas la synchronisation des parties individuelles du projet.


Fig. 2. C'est une erreur de penser que le traçage et la fabrication de faisceaux de câbles est une tâche simple.

• La conception de la partie électrique est rarement possible de terminer la première fois. Le plus souvent, il s'agit d'un processus cyclique avec la participation d'ingénieurs électriciens et d'ingénieurs en mécanique, tandis qu'à chaque cycle, un spécialiste doit réexaminer les modifications apportées.

En conséquence, les erreurs de conception sont transmises aux étapes suivantes, à cause desquelles il est nécessaire d'effectuer de nombreux cycles de fabrication et de test de prototypes.

Dans les conditions modernes, les départements dispersés de l'entreprise ne peuvent pas fonctionner efficacement. Les parties électriques et mécaniques du projet doivent être combinées.

Obstacles à l'intégration des systèmes ECAD et MCAD

Malheureusement, assurer la collaboration des utilisateurs de systèmes de CAO électriques (ECAD) et mécaniques (MCAD) n'est pas une tâche facile. Le principal problème est la division traditionnelle du projet en parties électriques et mécaniques. En règle générale, les ingénieurs électriciens et les ingénieurs mécaniciens «parlent» différentes langues et utilisent différents outils. De plus, le plus souvent, leurs emplois sont répartis géographiquement.

La prochaine difficulté est que la structure du même objet pour la conception de pièces électriques et mécaniques est présentée différemment dans les systèmes de CAO.

Dans tout système MCAD, une unité électronique est une spécification sous la forme d'attaches, d'un boîtier, d'une carte de circuit imprimé et de connecteurs. De plus, dans le système ECAD, le même module est un circuit fonctionnel ou électrique, c'est-à-dire une représentation d'un niveau supérieur à la seule structure physique de l'objet. Pour effectuer un certain nombre de fonctions électriques, plusieurs cartes de circuits imprimés et connecteurs sont utilisés à la fois, ce qui ne permet pas d'associer sans ambiguïté une fonction spécifique à un élément physique spécifique du produit.

Pour assurer la fonctionnalité nécessaire de la partie électrique, un travail considérable est requis. Au cours du processus de conception, les ingénieurs sélectionnent les connecteurs, terminaux, écrans, matériaux de fil appropriés, etc. De plus, lors du développement de systèmes électriques, il est nécessaire de résoudre de nombreux problèmes de conception de composants mécaniques. Il est nécessaire de tracer soigneusement le câblage du produit, en tenant compte des problèmes de compatibilité électromagnétique. Le processus de traçage doit exclure l'intersection physique du câblage électrique avec les pièces, calculer correctement la longueur des fils (sur la base des rayons de courbure réels) et prendre en compte d'autres facteurs - par exemple, le bon choix des points de fixation du câblage.

En conséquence, pour créer un très bon système électrique, les ingénieurs électriciens et les ingénieurs mécaniciens effectuent de nombreux cycles de conception. Ils doivent échanger des données de conception et travailler en étroite collaboration.

Les tentatives précédentes pour soutenir une telle collaboration n'ont pas donné de résultats significatifs. Pour intégrer les systèmes ECAD-MCAD, tout a été utilisé: autocollants, e-mails, fichiers Excel. Pour des raisons évidentes, ces approches étaient vouées à l'échec.

Il est possible, en principe, de concevoir un système électrique en utilisant une combinaison d'un éditeur universel pour construire des circuits, des tableurs et un système de CAO 2D, mais il y a de nombreux risques:

• Les éléments développés dans chacun de ces systèmes ne sont en aucun cas interconnectés. Si des changements sont apportés au circuit électrique et oubliés, les dessins et les spécifications ne refléteront pas la nouvelle décision de conception.
• Tous les éléments du diagramme, les spécifications du dessin ne sont que des lignes et des symboles. Il est absolument impossible d'effectuer une modélisation numérique et de tester la fonctionnalité des systèmes avec leur aide. Si le courant nominal du fusible est trop faible, les ingénieurs ne sauront pas qu'il va sauter, jusqu'à ce que le prototype soit testé.
• En l'absence d'automatisation dans la transition de l'électrotechnique au routage du câblage électrique à travers les composants mécaniques, les ingénieurs mécaniciens sont obligés de traiter manuellement la documentation du système électrique pour savoir où et quels faisceaux de câbles doivent être posés.

Heureusement, de nouveaux processus de conception assistée par ordinateur ont fait leur apparition pour relever ces défis avec succès.

Les processus intelligents de conception ECAD-MCAD soutiennent la collaboration de spécialistes créant les parties électriques et mécaniques du projet.

La modélisation numérique prédit les caractéristiques du système électrique, ce qui vous permet de vérifier et d'optimiser la solution de conception, et le recoupement de la conception dans diverses applications améliore l'intégration.

Une nouvelle approche pour le développement conjoint de pièces électriques et mécaniques du produit

La conception de systèmes électromécaniques modernes n'est pas une tâche facile, qui est un processus cyclique avec un large éventail de limitations. Les entreprises ont besoin de solutions nouvelles, automatisées et intelligentes qui garantissent la collaboration entre professionnels. Cependant, jusqu'à présent, beaucoup décident de ne pas développer un processus de conception intégré, justifiant qu'il nécessite des coûts importants. À cet égard, il est nécessaire de poser une autre question: quelles pertes se produiront si le produit n'entre pas sur le marché à un moment opportun?

La qualité de la partie électrique a un impact énorme sur le succès ou l'échec d'un nouveau produit, et la modélisation et les calculs numériques servent de base à un contrôle efficace des décisions de conception dans les premières étapes. La simulation numérique des systèmes électriques en tout début de développement permet d'identifier les problèmes nécessitant une altération complète de l'ensemble de l'architecture de base de la partie électrique.

Le système électrique est étroitement lié aux composants mécaniques, de sorte que les changements dans la partie électrique nécessitent souvent des ajustements à la partie mécanique également.
De tels changements à la fois électriques et mécaniques sont beaucoup plus simples et moins coûteux à effectuer dès les premières étapes de la création de produits.

L'introduction de nouveaux systèmes de conception intelligents offre aux développeurs un accès complet à toutes les informations sur les produits. Sur la base de ces informations, une modélisation numérique est réalisée - la base des processus de conception des systèmes électromécaniques intégrés, à l'aide de laquelle le besoin de prototypes est réduit, le temps et l'argent sont économisés.

Les méthodes informatiques de modélisation et de contrôle des décisions de conception de la partie électrique sont une avancée significative en termes de vérification de l'intégrité de la structure. Les possibilités de cette approche sont beaucoup plus larges que lors de l'utilisation de prototypes traditionnels.

Processus de conception intelligent typique

Un ingénieur électricien élabore une spécification pour les éléments d'un système électrique, qu'il intègre ensuite dans un environnement de conception tridimensionnel efficace - par exemple, Solid Edge de Siemens Digital Industries Software. Une telle intégration permet à la conception de la partie électrique de prendre en compte les restrictions imposées par la structure mécanique, indique la présence de lieux à forte humidité, température et autres facteurs dangereux. D'autre part, lors de la conception de la pièce mécanique, le concepteur laissera suffisamment d'espace pour le câblage et fournira les rayons de courbure requis des faisceaux. En raison du contexte interdisciplinaire, les ingénieurs électriciens et mécaniciens identifient rapidement les incohérences entre les parties électriques et mécaniques du projet.

L'ingénieur en mécanique doit s'assurer que le harnais avec tous les fils requis peut être posé dans l'espace disponible. Cependant, la modélisation de ces fils dans un système MCAD est une tâche trop compliquée et longue. Au lieu de cela, une description du système électrique est créée dans un module spécial tel que Solid Edge Wiring and Harness Design. Le diamètre maximal admissible du faisceau de câbles, déterminé en fonction des restrictions imposées par la partie mécanique, est transféré au module Solid Edge, qui vérifie que le faisceau conçu ne dépasse pas vraiment ce diamètre. Pour ce faire, le module Solid Edge Wiring and Harness Design fournit une vérification automatique des règles de conception.


Fig. 3. Fonctions de validation croisée dans la conception de câblage et de faisceau Solid Edge

Si le harnais est équipé de pinces, de manchons isolants et de gaines thermorétractables, une interaction interdisciplinaire de spécialistes est également nécessaire pour prendre en compte leur influence. Il est préférable de créer ces objets dans un système MCAD 3D, puis d'y ajouter des données sur la partie électrique obtenue à partir du système ECAD. Cette connexion associative vous permet de concevoir automatiquement des faisceaux de câbles et de déterminer avec précision leurs paramètres.

À la fin du développement conjoint, chaque ingénieur a une idée claire de la façon dont la partie du projet qu'il a développée fonctionnera dans le cadre de l'ensemble du produit.

Approche intelligente de la conception de composants électromécaniques

Les modules Solid Edge pour la conception de systèmes électriques sont destinés aux moyennes entreprises pour lesquelles des paramètres tels que la facilité de mise en œuvre et le faible coût total de possession sont particulièrement importants. Les vastes capacités de ce système vont bien au-delà des fonctions traditionnelles de création de composants électromécaniques. En particulier, les modules effectuent une simulation numérique des courants et des tensions, identifient les erreurs telles que les courts-circuits et calculent les valeurs nominales des fusibles.

Ces fonctionnalités, ainsi que les capacités de conception assistée par ordinateur des faisceaux de câbles et la préparation de la documentation dans le module Solid Edge Wiring and Harness Design, aident nos clients à gagner la compétition même en l'absence de beaucoup d'expérience avec des outils similaires.

Lorsqu'il est utilisé en conjonction avec le système de CAO Solid Edge 3D, le module Solid Edge Wiring and Harness Design assure une collaboration efficace entre les ingénieurs électriciens et les ingénieurs mécaniciens.

• Toutes les informations sur la partie électrique du projet sont transférées vers Solid Edge 3D, afin que l'ingénieur en mécanique reçoive une liste complète des composants électriques hébergés et des connexions nécessitant un traçage. De plus, Solid Edge sait quels éléments doivent être connectés et comment, afin que le système effectue automatiquement le traçage 3D des fils, câbles et faisceaux, réduisant ainsi la probabilité d'erreurs dues à des facteurs humains.
• Transfert fiable des changements entre les parties électriques et mécaniques du projet. Le recoupement et la visualisation permettent de contrôler le flux du signal directement sur le modèle 3D, ce qui aide à choisir le chemin optimal qui exclut l'apparition d'interférences électromagnétiques. Lorsque l'un des ingénieurs apporte des modifications à sa partie de la conception, elles sont immédiatement visibles par tous les autres participants au développement. Cela minimise le nombre d'erreurs de conception.
• Sélection interactive d'objets. Lorsqu'un ingénieur électricien sélectionne un fil sur un schéma de câblage, le même fil est mis en surbrillance sur un modèle 3D d'un assemblage mécanique. Et vice versa: lors du choix d'un fil sur un modèle 3D, il est mis en évidence sur un schéma électrique. Cela facilite grandement l'identification et l'élimination des écarts interdisciplinaires.
• Les graphiques, spécifications et dessins intelligents sont différentes représentations des mêmes éléments, connecteurs ou fils. Tout changement dans l'un d'eux entraîne l'affichage automatique de ce changement dans d'autres matériaux.
• Les ingénieurs électriciens effectuent désormais des simulations et des calculs numériques, vérifiant le bon fonctionnement du système développé. La modélisation numérique peut révéler
  l'état du système électrique, ce qui conduira à un fusible grillé, et bien avant les tests du prototype.
• Les informations de conception sont transmises sous la forme d'une liste de tâches pour un ingénieur mécanicien retraçant le câblage du produit.

Le module Solid Edge Wiring and Harness Design résout avec succès les problèmes de conception des appareils électromécaniques. La solution multidisciplinaire intégrée est basée sur les technologies du principal développeur de systèmes d'ingénierie électrique Mentor Graphics, membre de Siemens Digital Industries Software. Toutes les solutions pour la conception de la partie électrique, y compris le module Solid Edge Wiring and Harness Design, ont été créées par le même développeur et profondément intégrées, ce qui ne serait pas possible si elles étaient combinées avec des applications tierces ou des modules supplémentaires développés indépendamment. Lorsqu'il est utilisé avec le système de CAO Solid Edge 3D, le module de conception de câblage et de faisceau Solid Edge permet de concevoir des systèmes électromécaniques plus rapidement et à moindre coût.

Conclusion

Les systèmes électriques jouent un rôle essentiel dans la plupart des produits modernes. Ils fournissent la puissance nécessaire à l'électronique, ainsi que l'interaction précise et efficace de nombreux systèmes. Sans systèmes électriques fiables, les produits modernes deviendraient simplement inopérants.

Le système électrique est étroitement lié aux composants mécaniques. Par exemple, l'impédance d'un conducteur dépend de sa longueur et de la résistance spécifique du matériau. Dans les premiers systèmes de conception et de calcul de la partie électrique, les longueurs des fils étaient spécifiées manuellement. Au fur et à mesure que les équipements électriques devenaient plus compliqués, les processus manuels sont devenus une chose du passé et il y a eu une intégration étroite des étapes de développement des pièces électriques et mécaniques avec des modèles interdisciplinaires unifiés. Maintenant, l'interface ECAD-MCAD bilatérale est utilisée pour cela. ECAD- , , . MCAD- , 3D ECAD-. .

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

Siemens Digital Industries Software

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