Breve resumo
A colaboração eficaz é um fator essencial para aumentar a produtividade e criar produtos de alta qualidade. Os sistemas modernos de design assistido por computador (CAD) e ferramentas inteligentes ajudam os engenheiros a sincronizar dados e trabalhar juntos nas questões interdisciplinares mais importantes do projeto, concentrando-se em sua principal tarefa: criar inovação. Graças a essa abordagem, é possível implementar melhor o plano do designer, reduzir o tempo de design e levar o produto ao mercado no momento certo.
O apoio à colaboração interdisciplinar acelera a inovação
1. Introdução
Os clientes modernos, independentemente da indústria, são muito exigentes: seus produtos devem ser mais inteligentes e ter ampla funcionalidade. Nesse sentido, o uso de eletrônicos em dispositivos mecânicos tradicionais está crescendo a uma taxa sem precedentes, e todos esses componentes eletrônicos devem estar fisicamente conectados entre si e vinculados ao layout geral do produto.
Os sensores são instalados em quase todos os equipamentos para combinar dispositivos em um único mundo "inteligente". Os sinais desses sensores são transmitidos por fio para as unidades, inversores e antenas embutidas. Fios separados são agrupados. Como resultado, um verdadeiro "sistema nervoso elétrico" de um produto moderno é formado.
Como o sistema eletrônico e o software começam a controlar os componentes mecânicos da estrutura, a complexidade dos sistemas eletromecânicos aumenta, o melhor dos processos de design existentes rapidamente se torna obsoleto e ineficiente, e é cada vez mais difícil para os projetistas acompanhar as rápidas mudanças nos requisitos do mercado. Hoje não é mais possível simplesmente transferir o projeto finalizado para a produção de um protótipo, a fim de verificar se o produto funciona como pretendido. Os engenheiros precisam ir além de sua área de especialização. Por exemplo, engenheiros mecânicos costumam lidar com equipamentos elétricos e engenheiros elétricos com equipamentos mecânicos.
O problema é a fragmentação das disciplinas de engenharia
Na ausência de um processo de design coordenado, a integração dos sistemas de produtos é realizada no estágio de fabricação de protótipos, ou seja, no final do ciclo de desenvolvimento. Ao mesmo tempo, os erros cometidos em fases tão tardias acabam sendo muito caros. Se eles não puderem ser identificados antes da fabricação e teste dos protótipos, a empresa arcará com custos significativos - financeiros e de tempo. Além disso, esses erros podem atrasar bastante o lançamento de um novo produto no mercado.
Assim, a separação tradicional de processos se torna ineficaz no contexto da crescente complexidade dos produtos projetados.
Porque- Quando engenheiros elétricos e mecânicos trabalham em vários sistemas de design, combinar as perguntas mais simples se torna um grande problema. “Estamos falando sobre esse fio ou sobre isso?”: Para um engenheiro elétrico, um fio é uma linha em um circuito elétrico; para um engenheiro mecânico, o mesmo fio é colocado em um modelo 3D de um conjunto mecânico. Devido à diferença de abordagens, ocorrem mal-entendidos, erros e atrasos no projeto.
- Na ausência de coordenação dos processos de trabalho, os engenheiros elétricos desenvolvem um conjunto de diagramas de fiação, especificações e desenhos. Em seguida, os engenheiros mecânicos devem estudar a documentação e descobrir quais fios requerem rastreamento nos nós mecânicos. Esses trabalhos são executados manualmente, o que significa que o risco de erros aparece.
Fig. 1. A separação tradicional dos processos de design das partes elétricas e mecânicas dos produtos não permite a sincronização de partes individuais do projeto.Fig. 2. É um erro pensar que rastrear e fabricar chicotes de fios é uma tarefa simples.- O design da parte elétrica raramente é possível para ser concluído pela primeira vez. Na maioria das vezes, esse é um processo cíclico com a participação de engenheiros elétricos e engenheiros mecânicos, enquanto em cada ciclo um especialista precisa reexaminar as alterações feitas.
Como resultado, os erros de projeto são repassados para os próximos estágios, por causa dos quais é necessário realizar muitos ciclos de fabricação e teste de protótipos.
Em condições modernas, os departamentos dispersos da empresa não podem funcionar com eficiência. As partes elétricas e mecânicas do projeto devem ser combinadas.
Obstáculos à integração dos sistemas ECAD e MCAD
Infelizmente, garantir a colaboração de usuários de sistemas CAD elétricos (ECAD) e mecânicos (MCAD) não é uma tarefa fácil. O principal problema é a divisão tradicional do projeto em partes elétricas e mecânicas. Como regra, engenheiros elétricos e engenheiros mecânicos “falam” idiomas diferentes e usam ferramentas diferentes. Além disso, na maioria das vezes seus trabalhos são espaçados geograficamente.
A próxima dificuldade é que a estrutura do mesmo objeto para o projeto de peças elétricas e mecânicas seja apresentada de maneira diferente nos sistemas CAD.
Em qualquer sistema MCAD, uma unidade eletrônica é uma especificação na forma de fixadores, um alojamento, uma placa de circuito impresso e conectores. Além disso, no sistema ECAD, o mesmo módulo é um circuito elétrico ou funcional, ou seja, uma representação de um nível superior ao da estrutura física do objeto. Para executar várias funções elétricas, várias placas de circuito impresso e conectores são usados ao mesmo tempo, o que não permite associar inequivocamente uma função específica a um elemento físico específico do produto.
Para garantir a funcionalidade necessária da parte elétrica, é necessário um trabalho considerável. Durante o processo de projeto, os engenheiros selecionam os conectores, terminais, telas, materiais de arame apropriados etc. Além disso, ao desenvolver sistemas elétricos, é necessário resolver muitos problemas de projeto de componentes mecânicos. É necessário rastrear cuidadosamente a fiação do produto, levando em consideração os problemas de compatibilidade eletromagnética. O processo de rastreamento deve excluir a interseção física da fiação elétrica com as peças, calcular corretamente o comprimento dos fios (com base nos raios de curvatura reais) e levar em conta outros fatores - por exemplo, a escolha correta dos pontos de conexão da fiação.
Como resultado, para criar um sistema elétrico realmente bom, engenheiros elétricos e mecânicos realizam muitos ciclos de projeto. Eles precisam trocar dados de design e trabalhar em estreita colaboração.
Tentativas anteriores de apoiar essa colaboração não trouxeram sucesso significativo. Para integrar os sistemas ECAD-MCAD, tudo foi usado: adesivos, e-mail, arquivos do Excel. Por razões óbvias, essas abordagens estavam fadadas ao fracasso.
É possível, em princípio, projetar um sistema elétrico usando uma combinação de um editor universal para a construção de circuitos, planilhas e um sistema CAD 2D, mas existem muitos riscos:
- Os elementos desenvolvidos em cada um desses sistemas não estão interconectados. Se forem feitas alterações no circuito elétrico e esquecidas, os desenhos e especificações não refletirão a nova decisão do projeto.
- Todos os elementos do diagrama, as especificações do desenho, nada mais são do que linhas e símbolos. É absolutamente impossível executar modelagem numérica e testar a funcionalidade dos sistemas com a ajuda deles. Se a corrente nominal do fusível for muito baixa, os engenheiros não saberão que ela queimará até que o protótipo seja testado.
- Na ausência de automação na transição da engenharia elétrica para o roteamento da fiação elétrica através de componentes mecânicos, os engenheiros mecânicos são forçados a lidar manualmente com a documentação do sistema elétrico para descobrir onde e quais cablagens precisam ser instaladas.
Felizmente, surgiram novos processos de design auxiliados por computador que lidam com sucesso com esses desafios.
Os processos inteligentes de design ECAD-MCAD apoiam a colaboração de especialistas na criação das partes elétricas e mecânicas do projeto.
A modelagem numérica prevê as características do sistema elétrico, o que permite verificar e otimizar a solução de design, e a verificação cruzada do design em várias aplicações aprimora a integração.
Uma nova abordagem para o desenvolvimento conjunto de partes elétricas e mecânicas do produto
Projetar sistemas eletromecânicos modernos não é uma tarefa fácil, que é um processo cíclico com uma ampla gama de limitações. As empresas precisam de soluções novas, automatizadas e inteligentes que garantam a colaboração entre profissionais. No entanto, até agora, muitos decidem não desenvolver um processo de design integrado, justificando que isso requer custos significativos. Nesse sentido, é necessário fazer outra pergunta: que perdas ocorrerão se o produto não entrar no mercado em um momento oportuno?
A qualidade da peça elétrica tem um tremendo impacto no sucesso ou falha de um novo produto, e modelagem e cálculos numéricos servem como base para o controle eficaz das decisões de projeto nos estágios iniciais. A simulação numérica de sistemas elétricos no início do desenvolvimento é capaz de identificar problemas que requerem uma alteração completa de toda a arquitetura básica da parte elétrica.
O sistema elétrico está intimamente conectado aos componentes mecânicos, portanto, as alterações na parte elétrica também exigem ajustes na parte mecânica.
Tais mudanças, tanto elétricas quanto mecânicas, são muito mais simples e baratas de serem realizadas nos estágios iniciais da criação do produto.
A introdução de novos sistemas de design inteligente fornece aos desenvolvedores acesso total a todas as informações do produto. Com base nessas informações, é realizada a modelagem numérica - com base nos processos de projeto de sistemas eletromecânicos integrados, com a ajuda da qual a necessidade de protótipos é reduzida, tempo e dinheiro são economizados.
Os métodos computacionais de modelagem e controle das decisões de projeto da parte elétrica são um passo significativo em termos de verificação da integridade da estrutura. As possibilidades dessa abordagem são muito mais amplas do que quando se usa protótipos tradicionais.
Processo típico de design inteligente
Um engenheiro elétrico desenvolve uma especificação para os elementos de um sistema elétrico, que ele integra em um ambiente eficiente de design tridimensional - por exemplo, o Solid Edge da Siemens Digital Industries Software. Essa integração permite que o projeto da peça elétrica leve em consideração as restrições impostas pela estrutura mecânica, indica a presença de locais com alta umidade, temperatura e outros fatores perigosos. Por outro lado, ao projetar a parte mecânica, o projetista deixará espaço suficiente para a fiação, além de fornecer os raios de curvatura necessários dos feixes. Devido ao contexto interdisciplinar, os engenheiros elétricos e mecânicos identificam rapidamente inconsistências entre as partes elétrica e mecânica do projeto.
O engenheiro mecânico deve garantir que o chicote com todos os fios necessários possa ser colocado no espaço disponível. No entanto, modelar esses fios em um sistema MCAD é uma tarefa muito complicada e demorada. Em vez disso, uma descrição do sistema elétrico é criada em um módulo especial, como o Solid Edge Wiring e o Harness Design. O diâmetro máximo permitido do chicote, determinado com base nas restrições impostas pela parte mecânica, é transferido para o módulo Solid Edge, que verifica se o chicote projetado realmente não excede esse diâmetro. Para fazer isso, o módulo Projeto de cablagem e cablagem do Solid Edge fornece verificação automática das regras de projeto.
Fig. 3. Recursos de validação cruzada no Solid Edge Wiring and Harness DesignSe o arnês estiver equipado com braçadeiras, mangas isolantes e tubos de contração, também será necessária a interação interdisciplinar de especialistas para levar em consideração sua influência. Esses objetos são melhor criados em um sistema 3D MCAD e, em seguida, adicionam dados sobre a parte elétrica obtida do sistema ECAD. Essa conexão associativa permite projetar automaticamente chicotes de fios e determinar com precisão seus parâmetros.
No final do desenvolvimento conjunto, cada engenheiro tem uma ideia clara de como a parte do projeto que ele desenvolveu funcionará como parte de todo o produto.
Abordagem inteligente para o projeto de componentes eletromecânicos
Os módulos do Solid Edge para o projeto de sistemas elétricos são direcionados a empresas de médio porte para as quais parâmetros como facilidade de implementação e baixo custo total de propriedade são especialmente importantes. As amplas capacidades deste sistema vão muito além das funções tradicionais de criação de componentes eletromecânicos. Em particular, os módulos realizam simulação numérica de correntes e tensões, identificam erros como curtos-circuitos e calculam as classificações dos fusíveis.
Esses recursos, bem como os recursos do projeto de cablagens auxiliado por computador e a preparação da documentação no módulo Projeto de cablagem e cabeamento do Solid Edge, ajudam nossos clientes a vencer a competição mesmo na ausência de muita experiência com ferramentas semelhantes.
Quando usado em conjunto com o sistema CAD 3D do Solid Edge, o módulo de projeto de fiação e chicote de fios do Solid Edge fornece uma colaboração eficiente entre engenheiros elétricos e engenheiros mecânicos.
- As informações completas sobre a parte elétrica do projeto são transferidas para o Solid Edge 3D, para que o engenheiro mecânico receba uma lista completa dos componentes elétricos e conexões hospedados que exigem rastreamento. Além disso, o Solid Edge sabe quais elementos devem ser conectados e como, para que o sistema execute o rastreamento 3D de fios, cabos e feixes automaticamente, reduzindo a probabilidade de erros devido a fatores humanos.
- Transferência confiável de alterações entre as partes elétrica e mecânica do projeto. A verificação cruzada e a visualização fornecem controle do fluxo de sinal diretamente no modelo 3D, o que ajuda na escolha do caminho ideal que exclui a ocorrência de interferência eletromagnética. Quando um dos engenheiros faz alterações em sua parte do design, eles são imediatamente visíveis a todos os outros participantes no desenvolvimento. Isso minimiza o número de erros de design.
- Seleção interativa de objetos. Quando um engenheiro elétrico seleciona um fio em um diagrama de fiação, o mesmo fio é destacado no modelo 3D de um conjunto mecânico. E vice-versa: ao escolher um fio em um modelo 3D, ele é destacado em um diagrama de fiação. Isso facilita muito a identificação e eliminação de discrepâncias interdisciplinares.
- Gráficos, especificações e desenhos inteligentes são representações diferentes dos mesmos elementos, conectores ou fios. Qualquer alteração em um deles implica a exibição automática dessa alteração em outros materiais.
- Os engenheiros elétricos agora realizam simulações e cálculos numéricos, verificando o funcionamento adequado do sistema desenvolvido. A modelagem numérica pode revelar
o estado do sistema elétrico, o que levará a um fusível queimado e muito antes dos testes do protótipo. - As informações do projeto são transmitidas na forma de uma lista de tarefas para um engenheiro mecânico que rastreia a fiação do produto.
O módulo de projeto de fiação e chicote de fios do Solid Edge resolve com êxito os problemas de projeto de dispositivos eletromecânicos. A solução multidisciplinar integrada é baseada nas tecnologias do principal desenvolvedor de sistemas de engenharia elétrica Mentor Graphics, membro da Siemens Digital Industries Software. Todas as soluções para o projeto da peça elétrica, incluindo o módulo de projeto de fiação e chicote do Solid Edge, foram criadas pelo mesmo desenvolvedor e profundamente integradas, o que não seria possível se combinado com aplicativos de terceiros ou módulos adicionais desenvolvidos independentemente. Quando usado com o sistema CAD 3D do Solid Edge, o módulo de projeto de cablagens e chicotes do Solid Edge ajuda a projetar sistemas eletromecânicos de maneira mais rápida e barata.
Conclusão
Os sistemas elétricos desempenham um papel crítico na maioria dos produtos modernos. Eles fornecem a energia necessária para a eletrônica, bem como a interação precisa e eficiente de muitos sistemas. Sem sistemas elétricos confiáveis, os produtos modernos simplesmente se tornariam inoperantes.
O sistema elétrico está intimamente conectado aos componentes mecânicos. Por exemplo, a impedância de um condutor depende do seu comprimento e da resistência específica do material. Nos primeiros sistemas para projetar e calcular a parte elétrica, os comprimentos dos fios foram especificados manualmente. À medida que o equipamento elétrico se tornou mais complicado, os processos manuais tornaram-se coisa do passado e houve uma estreita integração dos estágios de desenvolvimento de peças elétricas e mecânicas com modelos interdisciplinares unificados. Agora, a interface ECAD-MCAD de dois lados é usada para isso.
O sistema ECAD relata todos os atributos necessários, incluindo pontos conectados por cada condutor. O sistema MCAD rastreia o fio, o cabo ou o feixe em 3D e envia os comprimentos reais de volta ao sistema ECAD. Esse processo interdisciplinar reduz o tempo de design.Há muito se sabe que a colaboração melhora a produtividade e ajuda a criar projetos altamente eficientes. Sistemas CAD de ponta e ferramentas inteligentes ajudam os engenheiros a sincronizar dados e trabalhar juntos em questões críticas interdisciplinares do projeto. Graças a isso, é possível perceber melhor a intenção do designer e obter sucesso pela primeira vez.Um sistema eletromecânico de projeto altamente integrado, como o Solid Edge Wiring e Harness Design, fornece colaboração interdisciplinar, eliminando a necessidade de os engenheiros realizarem reuniões constantemente, discutindo os erros que ocorreram ao inserir manualmente as alterações. Uma técnica de design inteligente permite avaliar os efeitos das alterações nas peças elétricas e mecânicas em um único ambiente. Graças a isso, os engenheiros têm mais tempo para sua tarefa principal: criar inovações.Sobre o software Siemens Digital Industries
A Siemens Digital Industries Software é a divisão de negócios da Digital Industries da Siemens, uma fornecedora líder global de soluções de software de transformação digital. A Siemens Digital Industries Software cria novas oportunidades para o desenvolvimento e implementação de inovações nos processos de negócios de empresas industriais. A organização colabora com empresas de qualquer tamanho, ajudando a traduzir idéias em realidade, a transformar os processos de criação e operação de novos produtos.A sede está localizada em Plano, Texas (EUA). O número de clientes em todo o mundo excede 140 mil.Para mais informações sobre produtos e serviços Siemens Digital indústrias de software, visite o website .