یکپارچه‌سازی الکترومکانیکی در Fusion 360: یک روند کاری عملی برای طراحی محصول

طراحی الکتریکی و مکانیکی دیگر رشته‌های جداگانه نیستند

مهندسی الکترومکانیکی اغلب با دستگاه‌های فردی مانند رله‌ها، سلونوئیدها، کنتاکتورها، موتورها و عملگرها مرتبط است. در هر مثال، انرژی الکتریکی حرکت ایجاد می‌کند یا یک عمل مکانیکی را کنترل می‌کند.

توسعه محصول مدرن فراتر از این اجزای فردی است. تقریباً هر محصول الکترونیکی اکنون به هماهنگی نزدیک بین طراحی صنعتی، مهندسی مکانیک، مهندسی برق و توسعه برد مدار چاپی وابسته است.

برد مدار نمی‌تواند جدا از قاب خود طراحی شود. کانکتورها باید با بازشوهای خارجی هم‌راستا باشند. دکمه‌های فشاری باید پشت سطوح قابل دسترسی قرار گیرند. نمایشگرها باید از طریق قاب‌ها قابل مشاهده بمانند. سوراخ‌های نصب باید با برجستگی‌های مکانیکی مطابقت داشته باشند. قطعات تولیدکننده حرارت باید در محدوده حرارتی قابل قبول باقی بمانند.

قاب نیز بدون درک PCB نمی‌تواند نهایی شود. ارتفاع قطعات بر فواصل داخلی تأثیر می‌گذارد. مسیرهای کابل بر هندسه دیواره تأثیر دارند. دسترسی به خدمات محل قرارگیری درپوش را تعیین می‌کند. سازگاری الکترومغناطیسی ممکن است نیاز به محافظت، ویژگی‌های زمین‌کردن یا جداسازی بین مدارهای قدرت و سیگنال داشته باشد.

این رابطه نمایانگر سطح بالاتری از یکپارچگی الکترومکانیکی است. این ساختار فیزیکی محصول را با سیستم الکتریکی که عملکرد محصول را فراهم می‌کند، متصل می‌کند.

شکل ۱. یک مونتاژ الکترومکانیکی نماینده که شامل PCB، قاب، کلیدها، کانکتورها و بست‌های مکانیکی است.

در یک مونتاژ معمولی، ممکن است یک PCB با استفاده از چهار پیچ به یک قاب قالب‌گیری شده متصل شود. دو دکمه فشاری ممکن است با بازشوهای پنل جلویی هم‌راستا باشند. یک جک ارتباطی ممکن است از بازشوی دیگری عبور کند. هر ویژگی باید قبل از شروع تولید به درستی جا بیفتد.

چند میلی‌متر خطا می‌تواند از مونتاژ جلوگیری کند. یک کانکتور ممکن است به دیواره قاب برخورد کند. یک نمایشگر ممکن است خارج از ناحیه دید قرار گیرد. یک سوراخ نصب ممکن است با ناحیه مسی همپوشانی داشته باشد. یک قطعه ممکن است مانع بسته شدن درپوش شود.

این خطاها هزینه‌بر هستند زیرا اغلب تا زمانی که نمونه فیزیکی مونتاژ شود، پنهان می‌مانند. در آن مرحله، ممکن است PCB قبلاً ساخته شده باشد. قاب ممکن است قبلاً ماشین‌کاری یا قالب‌گیری شده باشد. ابزارهای سفارشی ممکن است سفارش داده شده باشند.

یک محیط طراحی یکپارچه به مهندسان کمک می‌کند تا این تعارض‌ها را زمانی که محصول هنوز به صورت هندسه دیجیتال وجود دارد، پیدا کنند.

چرا تحویل‌های مهندسی سنتی ریسک‌های قابل اجتنابی ایجاد می‌کنند

محصولات الکترومکانیکی معمولاً شامل چندین متخصص هستند. هر متخصص از دیدگاه فنی متفاوتی کار می‌کند و محدودیت‌های طراحی متفاوتی را مدیریت می‌کند.

طراح صنعتی ظاهر کلی، تعامل کاربر، شکل و محیط عملیاتی مورد نظر را تعریف می‌کند. این نقش تعیین می‌کند که محصول چگونه باید به نظر برسد و مردم چگونه با آن کار خواهند کرد.

مهندس مکانیک آن مفهوم را به ساختاری تبدیل می‌کند که قابل ساخت باشد. ضخامت دیوار، انتخاب مواد، پیچ‌ها، دنده‌ها، پایه‌ها، مهر و موم‌ها، لولاها و تکیه‌گاه‌های داخلی همه باید در نظر گرفته شوند.

مهندس برق معماری مدار را توسعه می‌دهد. این شامل تبدیل توان، تنظیم سیگنال، پردازش، ارتباطات، حفاظت و مدارهای رابط است.

طراح PCB شماتیک را به برد قابل ساخت تبدیل می‌کند. قطعات باید قرار داده شوند، مسیرها کشیده شوند، صفحات ایجاد شوند و قوانین ساخت رعایت شوند.

مهندسان تولید بعداً توالی مونتاژ، دسترسی به ابزار، تلرانس‌ها، نقاط تست، برچسب‌گذاری و کارایی تولید را بررسی می‌کنند.

هر رشته ممکن است از یک پلتفرم نرم‌افزاری جداگانه استفاده کند. تیم مکانیکی ممکن است فایل‌های STEP را تبادل کند. تیم PCB ممکن است طرح برد را از طریق DXF ارسال کند. موقعیت قطعات ممکن است با استفاده از صفحه‌گسترده‌ها، عکس‌های صفحه یا نظرات ایمیلی بررسی شود.

این رویکرد تکه‌تکه چندین مشکل مکرر ایجاد می‌کند:

هندسه قدیمی می‌شود. یک تیم ممکن است همچنان از نسخه قدیمی محفظه یا PCB کار کند.

هدف طراحی نامشخص می‌شود. یک بازشو مکانیکی ممکن است متحرک به نظر برسد، در حالی که به یک کانکتور خارجی ثابت متصل است.

تغییرات نیازمند صادرات مکرر است. هر بازنگری فایل جدید، تحویل جدید و فرصت جدیدی برای سردرگمی ایجاد می‌کند.

بررسی تداخل‌ها خیلی دیر انجام می‌شود. مدل‌های مکانیکی و الکتریکی ممکن است تنها در نزدیکی پایان توسعه ترکیب شوند.

مالکیت تکه‌تکه می‌شود. تیم‌ها ممکن است ندانند کدام مدل نمایانگر پیکربندی تایید شده محصول است.

بنابراین یک جریان کاری موفق باید بیش از سازگاری فایل‌ها فراهم کند. باید رابطه قابل اعتمادی بین PCB، محفظه، ویژگی‌های مکانیکی و هندسه قطعات حفظ شود.

یک مثال عملی: محفظه دستگاه پزشکی جمع‌وجور

یک دستگاه پزشکی جمع‌وجور طراحی شده در Autodesk Fusion 360 را در نظر بگیرید. محصول شامل یک صفحه نمایش LCD کوچک، چهار دکمه فشاری دایره‌ای، یک کانکتور مربعی، دو جک رو به جلو و یک کانکتور USB در کنار است.

محفظه از ظاهری صنعتی و کاربردی استفاده می‌کند. نمای بیرونی بر سطوح ساده، لبه‌های گرد و فیلت‌های محدود تکیه دارد. ساختار داخلی شامل دنده‌ها، پایه‌های نصب، تکیه‌گاه‌ها و ویژگی‌های نگهدارنده کابل است.

شکل ۲. محفظه دستگاه پزشکی آماده برای ادغام PCB و قطعات سیم‌کشی شده.

محصول به نظر ساده می‌آید. با این حال، حتی یک محفظه کوچک نیازمند تصمیمات هماهنگ زیادی است.

صفحه نمایش LCD باید با پنجره دید جلویی هم‌تراز باشد. ناحیه فعال آن باید با وجود تلرانس‌های مونتاژ قابل مشاهده باقی بماند. کابل نمایشگر نیز به فضای کافی برای خم شدن نیاز دارد.

دکمه‌های فشاری نیاز به فاصله‌گذاری مناسب دارند. بدنه‌های کلید آن‌ها باید پشت پنل جلویی جا بگیرند. حرکت آن‌ها باید با هر کلاهک دکمه قالب‌گیری شده یا غشاهای خارجی مطابقت داشته باشد.

کانکتور USB باید در عمق مناسب قرار گیرد. دوشاخه کابل باید بدون برخورد به محفظه وارد شود. بازشو همچنین باید فضای کافی برای انواع مختلف پوشش‌های کابل موجود در بازار داشته باشد.

دو جک جلویی ممکن است به مهره یا سخت‌افزار نگهدارنده نیاز داشته باشند. ابزارهای مونتاژ باید بدون مزاحمت از PCB یا دیواره‌های داخلی به این بست‌ها دسترسی داشته باشند.

برجستگی‌های نصب PCB باید برد را بدون ایجاد تنش بیش از حد نگه دارند. سوراخ‌های پیچ آن‌ها باید از مس، خطوط و قطعات مجاور پاک باشند.

محفظه باید فضای کافی برای سیم‌ها، برچسب‌ها، عایق و تلرانس‌های ساخت فراهم کند.

این مثال نشان می‌دهد چرا ادغام محصول نمی‌تواند به قرار دادن یک برد مستطیلی داخل جعبه محدود شود.

با محفظه مکانیکی شروع کنید، نه اندازه دلخواه برد

اولین مرحله رسمی تعریف شکل PCB است. این تصمیم باید بر اساس محفظه مکانیکی داخلی باشد نه ترجیح الکتریکی دلخواه.

مهندس مکانیک با شناسایی فضای قابل استفاده داخل محفظه شروع می‌کند. برجستگی‌های نصب، ضخامت دیواره، دنده‌ها، بست‌ها، نمایشگرها، کلیدها، کانکتورها و کانال‌های کابل فضای قابل استفاده برد را کاهش می‌دهند.

بردی که خیلی نزدیک به دیواره محفظه قرار گیرد ممکن است مشکلات مونتاژ ایجاد کند. تلرانس‌های ساخت ممکن است باعث تماس گاه‌به‌گاه شوند. لبه برد ممکن است به فضای اضافی برای پنلیزاسیون یا مسیردهی نیاز داشته باشد.

Fusion 360 به مهندس اجازه می‌دهد صفحه ساختاری آفست شده نسبت به سطوح نصب PCB ایجاد کند. سپس طرح کلی برد مستقیماً روی آن صفحه رسم می‌شود.

طرح کلی باید بیش از محیط خارجی را شامل شود. سوراخ‌های نصب، شکاف‌ها، مناطق محدود، برش‌ها و نواحی ممنوع مکانیکی باید زود تعریف شوند.

طرح حاصل می‌تواند به PCB تبدیل شود تا در محیط الکترونیکی Fusion استفاده شود. این رابطه اولیه بین مدل مکانیکی و طراحی الکتریکی را ایجاد می‌کند.

شکل ۳. طرح مکانیکی تبدیل شده به تعریف دوبعدی PCB.

این روش به مهندس برق شکل بردی بر اساس هندسه واقعی محصول می‌دهد و از ایجاد PCB ای که بعداً باعث تغییرات غیرضروری در محفظه شود، جلوگیری می‌کند.

طرح کلی برد باید به عنوان یک رابط کنترل‌شده در نظر گرفته شود. هر تغییر بعدی ممکن است بر جای‌گذاری قطعات، مسیردهی خطوط، هزینه تولید، دسترسی به مونتاژ و رفتار الکترومغناطیسی تأثیر بگذارد.

قبل از تایید طرح کلی، مهندس مکانیک باید چندین سوال را بررسی کند.

آیا می‌توان برد را بدون کج کردن بیش از فضای موجود داخل محفظه قرار داد؟

آیا هر پیچ را می‌توان با ابزار مورد نظر نصب کرد؟

آیا کانکتورهای لبه‌ای پس از مونتاژ قابل دسترسی هستند؟

آیا فضای کافی برای سیم‌کشی و شعاع خم کابل وجود دارد؟

آیا قطعات حساس در برابر بار مکانیکی محافظت شده‌اند؟

آیا می‌توان برد را در حین سرویس بدون جدا کردن مجموعه‌های نامرتبط خارج کرد؟

بهترین طرح کلی PCB همیشه بزرگ‌ترین طرح ممکن نیست. بردی کمی کوچکتر ممکن است مونتاژ را ساده‌تر کند، جریان هوا را بهبود بخشد و تحمل بیشتری در اطراف کانکتورها فراهم کند.

مناطق ممنوع مکانیکی باید هدف طراحی واضحی داشته باشند.

فقط طرح کلی برد همه محدودیت‌های فیزیکی را منتقل نمی‌کند. مدل مکانیکی باید حجم‌هایی را که قطعات، مس یا بست‌ها در آن‌ها ممنوع هستند نیز مشخص کند.

برای مثال، یک پیچ محفظه ممکن است از منطقه PCB عبور کند. تیم الکتریکی باید فضای کافی اطراف سر و ساقه پیچ را حفظ کند.

یک دنده قالب‌گیری شده ممکن است فضای بالای یک منطقه برد را اشغال کند. قطعات کم‌ارتفاع ممکن است زیر آن جا شوند، در حالی که خازن‌ها یا کانکتورهای بلند نمی‌توانند.

کابل نمایشگر ممکن است در طول مونتاژ روی برد حرکت کند. قطعات در مسیر آن ممکن است به کابل آسیب بزنند یا نصب را مانع شوند.

یک محفظه باتری ممکن است یک طرف محفظه را به اشتراک بگذارد. مسیر وارد کردن باتری باید حتی زمانی که باتری در مدل نهایی مونتاژ شده نیست، باز بماند.

این محدودیت‌ها باید به صورت هندسه ممنوعه عمدی نمایش داده شوند. نباید به نظرات غیررسمی یا اسکرین‌شات‌ها وابسته باشند.

طراحان الکتریکی همچنین باید دلیل هر محدودیت را درک کنند. یک دیوار ساختاری دائمی با یک ویژگی ظاهری که ممکن است جابجا شود متفاوت است. یک مرز خزش تنظیم‌شده با یک منطقه دسترسی خدمات ترجیحی متفاوت است.

هدف طراحی واضح به تیم‌ها کمک می‌کند تغییرات را هوشمندانه مدیریت کنند. این مانع می‌شود مهندسان هر ویژگی هندسی را به یک اندازه سخت‌گیرانه در نظر بگیرند.

انتخاب قطعات باید شامل اعتبارسنجی بسته‌بندی فیزیکی باشد.

پس از دریافت تعریف برد، مهندس برق شماتیک را توسعه داده یا تکمیل می‌کند. قطعات بر اساس نیازهای الکتریکی، در دسترس بودن، وضعیت چرخه عمر، هزینه و عملکرد انتخاب می‌شوند.

با این حال، یک قطعه از نظر الکتریکی مناسب ممکن است از نظر مکانیکی نامناسب باشد.

یک مبدل برق ممکن است نیازهای ولتاژ و جریان را برآورده کند اما ارتفاع مجاز را رد کند. یک کانکتور ممکن است تعداد پین صحیح داشته باشد اما از جهت نصب ناسازگار استفاده کند. یک خازن ممکن است روی برد جا شود اما مانع بسته شدن محفظه شود.

بنابراین هر دستگاه حیاتی باید به یک مدل فیزیکی دقیق متصل شود.

مدل باید ابعاد واقعی بدنه، محل پین، صفحه نصب، جهت درگیر شدن کانکتور و حداکثر ارتفاع قطعه را نشان دهد.

کیفیت مدل اهمیت دارد. یک بلوک مستطیلی ساده می‌تواند تشخیص برخورد پایه‌ای را پشتیبانی کند. ممکن است حرکت قفل، فاصله قالب‌گیری کابل، دسترسی به پیچ یا تغییرات تولید را نشان ندهد.

قطعاتی که تعاملات خارجی دارند نیازمند توجه ویژه هستند:

کانکتورها باید با بازشوها هم‌تراز بوده و امکان وارد کردن کابل را فراهم کنند.

نمایشگرها باید با پنجره‌ها، قاب‌ها و سطوح لمسی هم‌تراز باشند.

کلیدها باید با عملگرهای مکانیکی و حرکت مورد نیاز مطابقت داشته باشند.

LEDها باید با لوله‌های نور یا بازشدگی‌های پنل هم‌راستا باشند.

هیت‌سینک‌ها باید از دیوارها و محدودیت‌های جریان هوا دور بمانند.

ترانسفورماتورها و سلف‌ها ممکن است نگرانی‌هایی درباره ارتفاع، وزن و لرزش ایجاد کنند.

بلوک‌های ترمینال نیاز به دسترسی سیم‌کشی و فضای پیچ‌گوشتی دارند.

قطعات قابل سرویس نیاز به فضای برداشتن و دسترسی انسان دارند.

پس از انتخاب بسته‌های قطعات، می‌توان آن‌ها را در هر دو طرف برد قرار داد. سپس برد می‌تواند به عنوان یک مجموعه سه‌بعدی بررسی شود.

تصمیمات چیدمان بیش از اتصال الکتریکی هدایت می‌شوند

قرارگیری قطعات اغلب به عنوان یک مسئله بهینه‌سازی الکتریکی توصیف می‌شود. طراحان طول مسیرها را به حداقل می‌رسانند، مسیرهای بازگشت را مدیریت می‌کنند، مدارهای پر سر و صدا را جدا می‌کنند و قطعات دکوپلینگ را نزدیک بارهایشان قرار می‌دهند.

این ملاحظات همچنان ضروری هستند. اما هندسه محفظه مجموعه‌ای دیگر از محدودیت‌ها را معرفی می‌کند.

یک تنظیم‌کننده ولتاژ ممکن است نیاز داشته باشد نزدیک ورودی باتری قرار گیرد. همچنین ممکن است نیاز به جریان هوا یا هدایت حرارتی به محفظه داشته باشد.

یک کانکتور ارتباطی ممکن است نیاز داشته باشد با بازشدگی خارجی هم‌راستا شود. محل آن ممکن است قبل از شروع مسیر‌یابی به صورت مکانیکی ثابت شود.

شتاب‌سنجی که برای نظارت بر ماشین‌آلات استفاده می‌شود ممکن است نیاز به جهت‌گیری خاصی داشته باشد. همچنین ممکن است نیاز به ایزوله شدن از فن‌های لرزان یا مگنتیک‌های سوئیچینگ داشته باشد.

بخش ولتاژ بالا ممکن است نیاز به جداسازی از رابط‌های ولتاژ پایین داشته باشد. تقسیم‌بندی‌های مکانیکی یا ویژگی‌های اتصال به زمین ممکن است ترتیب نهایی را تحت تأثیر قرار دهند.

کنترل‌هایی که برای کاربر در نظر گرفته شده‌اند باید قابل دسترسی باقی بمانند. کانکتورهای تشخیصی داخلی ممکن است نیاز به دسترسی تکنسین داشته باشند اما نیازی به بازشدگی خارجی ندارند.

این ترکیب اولویت‌های الکتریکی و مکانیکی یک سلسله‌مراتب چیدمان ایجاد می‌کند.

اول، قطعاتی با رابط‌های خارجی ثابت را قرار دهید. این‌ها شامل کانکتورها، نمایشگرها، کلیدها، نشانگرها، آنتن‌ها و حسگرهای خارجی هستند.

دوم، دستگاه‌هایی که به ویژگی‌های مکانیکی یا حرارتی مرتبط‌اند را قرار دهید. این‌ها ممکن است شامل هیت‌سینک‌ها، نقاط اتصال به زمین شاسی، ترانسفورماتورهای سنگین یا قطعات متصل به پدهای حرارتی باشند.

سوم، قطعات الکتریکی حیاتی را قرار دهید. مراحل تغذیه، نوسان‌سازها، بخش‌های جلویی آنالوگ، حافظه و رابط‌های پرسرعت اغلب نیازمند الزامات دقیق چیدمان هستند.

در نهایت، قطعات انعطاف‌پذیر مانند مقاومت‌ها، خازن‌های کوچک و دستگاه‌های منطقی عمومی را قرار دهید.

این سلسله‌مراتب باعث کاهش اختلالات بعدی می‌شود. جابجایی یک اتصال پس از مسیر‌یابی ممکن است باعث تغییر ده‌ها مسیر شود. جابجایی یک قطعه غیرفعال معمولاً بازکاری کمتری ایجاد می‌کند.

یک انحراف کوچک در USB می‌تواند باعث بازطراحی گسترده شود

پس از قرارگیری اولیه، باید کل برد مدار چاپی به داخل مجموعه مکانیکی سه‌بعدی فشار داده شود.

در دستگاه نمونه، این بررسی نشان می‌دهد که اتصال USB با بازشدگی محفظه هم‌راستا نیست.

شکل ۴. محل اولیه اتصال USB با بازشدگی مکانیکی مطابقت ندارد.

تعارض ساده به نظر می‌رسد. با این حال، تأثیر آن بستگی به زمان کشف آن دارد.

قبل از مسیریابی، معمولاً می‌توان کانکتور را با تلاش محدود جابجا کرد. شماتیک تغییر نمی‌کند. ممکن است قطعات مجاور نیاز به جابجایی جزئی داشته باشند.

پس از مسیریابی، جابجایی کانکتور می‌تواند جفت‌های تفاضلی، مسیرهای بازگشت زمین، مسیرهای برق، محافظت و قطعات مجاور را مختل کند.

پس از ساخت نمونه اولیه، تغییر ممکن است نیاز به نسخه جدید PCB و نمونه اولیه محفظه دیگری داشته باشد.

پس از ابزارسازی، تعارض کانکتور می‌تواند به یک مشکل تجاری بزرگ تبدیل شود.

به همین دلیل است که اعتبارسنجی جایگذاری حیاتی باید قبل از شروع مسیریابی دقیق انجام شود.

رابط را قبل از قفل کردن چیدمان الکتریکی اصلاح کنید.

تیم مکانیکی تعارض را بررسی کرده و دستورالعمل‌های اصلاح دقیق ارائه می‌دهد. در این مثال، کانکتور USB باید به سمت مخالف برد منتقل شده و حدود ۱۰۰ میل در محور Y جابجا شود.

طراح الکتریکی مکان قطعه را به‌روزرسانی کرده و PCB را به مونتاژ مکانیکی بازمی‌گرداند.

شکل ۵. جایگذاری اصلاح شده کانکتور که با باز شدن محفظه هم‌تراز شده است.

کانکتور اکنون به درستی تراز شده است، اما تراز تنها کافی نیست.

تیم باید وارد کردن کابل را شبیه‌سازی کند. پلاگ‌های USB تجاری ابعاد قالب‌گیری متفاوتی دارند. دریچه‌ای که یک کابل را می‌پذیرد ممکن است کابل دیگر را رد کند.

عمق کانکتور نیز باید بررسی شود. کانکتوری که خیلی داخل محفظه قرار گرفته باشد ممکن است از اتصال کامل جلوگیری کند. کانکتوری که خیلی بیرون باشد ممکن است تحت بار مکانیکی قرار گیرد.

هر زبانه نصب یا ویژگی‌های محافظ باید در طول لحیم‌کاری و بازرسی قابل دسترسی باقی بمانند.

باز شدن محفظه ممکن است نیاز به تسکین لبه نیز داشته باشد. هندسه تیز می‌تواند به کابل‌ها آسیب برساند یا در وارد کردن زاویه‌دار اختلال ایجاد کند.

این اعتبارسنجی بررسی تراز بصری را به ارزیابی عملی قابلیت استفاده تبدیل می‌کند.

قطعات حیاتی باید قبل از مسیریابی مسیرها قفل شوند.

پس از تأیید همه قطعات دارای محدودیت خارجی و مکانیکی حیاتی، مکان‌های آن‌ها باید قفل شوند.

قفل کردن از حرکت تصادفی در طول بهینه‌سازی الکتریکی جلوگیری می‌کند. همچنین نشان می‌دهد که هر تغییر بعدی نیاز به بازبینی بین‌رشته‌ای دارد.

مهندس برق سپس می‌تواند سیگنال‌ها را در اطراف رابط‌های ثابت مسیریابی کند.

دستگاه‌های کمتر حیاتی ممکن است قابل جابجایی باقی بمانند. مقاومت‌ها، خازن‌ها و سایر قطعات کوچک اغلب می‌توانند جابجا شوند تا جریان مسیرها بهبود یابد یا ازدحام کاهش یابد.

مدارهای با سرعت بالا نیاز به توجه دقیق دارند. جفت‌های تفاضلی باید هندسه کنترل شده‌ای حفظ کنند. مسیرهای کلاک باید کوتاه بمانند. جریان‌های بازگشتی باید صفحات مرجع پیوسته داشته باشند.

مسیرهای برق باید جریان مورد نیاز را پشتیبانی کنند. تسکین حرارتی، وزن مس، تعداد ویاها و عرض هادی باید مناسب باشد.

ممکن است مناطق آنالوگ نیاز به جداسازی از بخش‌های منبع تغذیه سوئیچینگ داشته باشند. ورودی‌های حساس باید از اجزای مغناطیسی پر سر و صدا و لبه‌های سریع دیجیتال دوری کنند.

این الزامات الکتریکی باید بدون نقض محدودیت‌های مکانیکی که قبلاً تعریف شده‌اند، برآورده شوند.

برد مسیردهی شده باید به مونتاژ مکانیکی بازگردد.

اتمام مسیردهی ردها پایان فرآیند الکترومکانیکی نیست. برد مسیردهی شده نهایی باید به مدل سه‌بعدی محصول بازگردد.

این به‌روزرسانی نهایی ممکن است شامل قطعاتی باشد که در حین مسیردهی جابجا شده‌اند. همچنین ممکن است شامل مناطق مسی اصلاح شده، سخت‌افزار نصب اضافه شده، قطعات محافظ، کانکتورهای تست یا ویژگی‌های تولید باشد.

تیم مکانیکی باید یک بررسی کامل تداخل دیگر انجام دهد.

بررسی باید فضای خالی قطعه تا دیوار، بسته شدن پوشش، دسترسی به پیچ‌ها، مسیردهی کابل، فضای برچسب و توالی مونتاژ را بررسی کند.

ممکن است PCB داخل محفظه جا بگیرد اما نصب آن غیرممکن باشد. برای مثال، کانکتور USB ممکن است نیاز داشته باشد برد با زاویه وارد شود قبل از اینکه بتوان آن را روی پایه‌های نصب پایین آورد.

می‌توان از Fusion 360 برای بررسی این حرکت درون محفظه استفاده کرد. مهندسان می‌توانند تشخیص دهند که آیا دیوارها، دنده‌ها یا کانکتورهای نزدیک مسیر ورود را مسدود می‌کنند یا خیر.

این نوع استدلال مونتاژ پویا ضروری است. مدل ایستا بدون برخورد تضمین‌کننده محصول قابل ساخت نیست.

توالی مونتاژ بخشی از معماری محصول است.

هر محصول الکترومکانیکی یک توالی مونتاژ دارد، چه برنامه‌ریزی شده باشد و چه در خط تولید کشف شده باشد.

یک توالی خوب اجازه می‌دهد قطعات بدون دستکاری بیش از حد، تغییر شکل موقت یا ابزارهای تخصصی نصب شوند.

یک توالی ضعیف ممکن است اپراتورها را مجبور به خم کردن شدید کابل‌ها، نگه داشتن چند قطعه به طور همزمان یا نصب پیچ‌های مخفی کند.

تیم طراحی باید توالی مورد نظر را قبل از انتشار نهایی مستند کند.

برای دستگاه نمونه، یک توالی ممکن است به این صورت باشد:

نمایشگر و قطعات پنل جلویی را نصب کنید.

جک‌های سیم‌کشی شده را محکم کنید و کابل‌های آن‌ها را مسیر دهید.

PCB را با زاویه مورد نیاز وارد کنید.

کانکتور USB را با بازشدگی جانبی هم‌راستا کنید.

برد را روی پایه‌های نصب پایین بیاورید.

پیچ‌های PCB را با گشتاور تأیید شده نصب کنید.

سیم‌کشی داخلی را وصل کنید و محافظ کشش را تأیید کنید.

محفظه را ببندید و تست عملکردی انجام دهید.

بررسی این مراحل به صورت دیجیتال می‌تواند مشکلات دسترسی را قبل از آماده‌سازی مستندات تولید نشان دهد.

فضای خالی کانکتور باید شامل قطعه جفت‌شونده باشد.

یکی از اشتباهات رایج طراحی، مدل‌سازی کانکتور برد بدون مدل‌سازی دوشاخه جفت‌شونده آن است.

محفظه ممکن است کاملاً داخل قاب جا بگیرد. اما مجموعه کابل واقعی ممکن است فضای بسیار بیشتری نیاز داشته باشد.

کانکتورهای صنعتی اغلب شامل پیچ‌های قفل‌کننده، قفل‌ها، پوشش‌های محافظ کشش یا خروجی‌های زاویه‌دار هستند. بلوک‌های ترمینال نیاز به فضای خم کردن هادی و دسترسی به ابزار دارند.

کانکتورهای اترنت ممکن است نیاز به فضای خالی برای قفل RJ45 داشته باشند. کانکتورهای دایره‌ای ممکن است به فضای کافی برای سفت کردن با دست نیاز داشته باشند. ترمینال‌های قابل جدا شدن باید فضای کافی برای بیرون کشیدن داشته باشند.

بنابراین بررسی‌های طراحی باید شامل قطعات جفت‌شونده نماینده باشد.

برای محصولاتی که از چند تأمین‌کننده کابل استفاده می‌کنند، تیم باید بزرگ‌ترین محدوده کانکتور تأیید شده را مدل‌سازی کند. این امر مشکلات سازگاری در محل را کاهش می‌دهد.

شعاع خم کابل نیز مهم است. یک کابل انعطاف‌پذیر همیشه نمی‌تواند بلافاصله پس از خروج از کانکتور بچرخد. خم بیش از حد ممکن است به هادی‌ها آسیب زده یا فشار طولانی‌مدت ایجاد کند.

این نگرانی‌ها به ویژه برای تجهیزات صنعتی حرکت، کنترل و ارتباطات اهمیت دارند. مهندسان ارزیابی سخت‌افزار جایگزین ممکن است نیاز به مقایسه دسترسی کانکتور در پلتفرم‌های مختلف درایوها و کنترل حرکت داشته باشند.

طراحی حرارتی باید از مرحله قرارگیری آغاز شود

مدیریت حرارتی نمی‌تواند تا تکمیل محفظه به تعویق بیفتد.

مبدل‌های قدرت، پردازنده‌ها، درایورهای موتور، دستگاه‌های ارتباطی و نور پس‌زمینه نمایشگرها ممکن است همه حرارت تولید کنند. موقعیت آن‌ها دماهای محلی و جریان کلی هوا را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

برگه‌های داده قطعات ممکن است محدودیت‌های دمای کاری را مشخص کنند. با این حال، دمای هوای اطراف همیشه نمایانگر دمای داخلی اتصال نیست.

منابع حرارتی نزدیک به هم می‌توانند نقاط داغ محلی ایجاد کنند. یک محفظه مهر و موم شده ممکن است حرارت را به دام بیندازد. دیواره‌های پلاستیکی ممکن است رسانایی حرارتی کمی داشته باشند.

Fusion 360 اجازه می‌دهد مدل مکانیکی شامل هیت‌سینک‌ها، بازشوهای تهویه، پدهای حرارتی و مسیرهای هادی باشد.

چیدمان PCB می‌تواند از طریق پخش مس، ویاهای حرارتی و جداسازی قطعات از مدیریت حرارتی پشتیبانی کند.

چندین سؤال باید بررسی شود:

حرارت از کجا وارد محفظه می‌شود؟

آیا جریان طبیعی هوا می‌تواند از حجم داخلی عبور کند؟

آیا قطعات حساس به دما در نزدیکی منابع اصلی حرارت قرار دارند؟

آیا انتقال حرارت به داخل شاسی یا دیواره محفظه امکان‌پذیر است؟

آیا گرد و غبار، رطوبت یا الزامات قانونی مانع تهویه می‌شوند؟

آیا محصول به خنک‌سازی با فن نیاز دارد و چگونه خرابی فن تشخیص داده می‌شود؟

طراحی حرارتی اغلب نیازمند مصالحه است. نزدیک کردن یک دستگاه قدرت به دیواره محفظه ممکن است انتقال حرارت را بهبود بخشد اما مسیر‌یابی الکتریکی را پیچیده کند.

یک مدل یکپارچه این مصالحه‌ها را برای هر رشته‌ای قابل مشاهده می‌کند.

سازگاری الکترومغناطیسی همچنین دارای بعد مکانیکی است

سازگاری الکترومغناطیسی اغلب به عنوان یک مشکل مسیر‌یابی PCB در نظر گرفته می‌شود. در عمل، طراحی محفظه به شدت بر انتشار و ایمنی تأثیر می‌گذارد.

محل قرارگیری کانکتور بر هم‌جوشی کابل تأثیر می‌گذارد. پایان محافظت بر مسیرهای جریان فرکانس بالا تأثیر دارد. درزهای محفظه ممکن است به شکاف‌های تابش تبدیل شوند.

کابل‌های برق و سیگنال نباید از یک مسیر محدود یکسان عبور داده شوند. اتصالات حساس آنالوگ ممکن است نیاز به جداسازی از هادی‌های موتور یا سوئیچینگ داشته باشند.

یک محفظه فلزی ممکن است محافظت فراهم کند، اما فقط زمانی که درپوش‌ها، درزها، پیچ‌ها و نقاط زمین به درستی طراحی شده باشند.

یک محفظه پلاستیکی ممکن است به محافظت داخلی، پوشش‌های هادی، کانکتورهای فیلتر شده یا کنترل دقیق حالت مشترک نیاز داشته باشد.

اتصالات زمین حفاظتی و زمین شاسی باید از نظر مکانیکی قابل اطمینان باقی بمانند. نقطه زمین نباید به نفوذ رنگ یا فشار تماس کنترل نشده وابسته باشد.

مدل PCB باید اتصالات شاسی و مناطق خاتمه محافظ را شناسایی کند. مدل مکانیکی باید مسیرهای با امپدانس پایین به محفظه را حفظ کند.

این ویژگی‌ها باید قبل از آزمایش تطابق نمونه اولیه بررسی شوند. تغییرات الکترومغناطیسی دیرهنگام می‌توانند بر ابزارهای PCB و محفظه تأثیر بگذارند.

قابلیت سرویس‌دهی نیاز به فضایی دارد که در شماتیک ظاهر نمی‌شود.

یک محصول می‌تواند قابل تولید باشد اما نگهداری آن دشوار باشد.

تکنسین‌های سرویس ممکن است نیاز به دسترسی به فیوزها، باتری‌ها، حافظه قابل جابجایی، پورت‌های تشخیصی، بلوک‌های ترمینال یا ماژول‌های ارتباطی قابل تعویض داشته باشند.

طراحی مکانیکی باید فضای کافی برای دست‌ها، ابزارها و قطعات جایگزین فراهم کند.

ممکن است یک فیوز قابل مشاهده باشد اما با انبردست استاندارد قابل جدا کردن نباشد. پیچ ترمینال ممکن است پشت دسته کابل قرار گرفته باشد. کانکتور تشخیصی ممکن است نیاز به جدا کردن کل PCB داشته باشد.

دسترسی سرویس باید با استفاده از محدوده‌های واقعی ابزار مدل‌سازی شود.

طراحان باید شرایط میدانی را نیز در نظر بگیرند. تکنسین‌های صنعتی ممکن است دستکش بپوشند. نور ممکن است محدود باشد. تجهیزات ممکن است داخل کابینت کنترل نصب شده باقی بمانند.

کانکتورها باید قابل شناسایی باشند. قطبیت باید از وارد کردن نادرست جلوگیری کند. برچسب‌ها باید پس از سیم‌کشی قابل مشاهده باقی بمانند.

وقتی قابلیت سرویس‌دهی از ابتدا در نظر گرفته شود، محصول نهایی در طول عمر عملیاتی خود آسان‌تر پشتیبانی می‌شود.

تحلیل تلرانس از اعتماد کاذب به هندسه کامل CAD جلوگیری می‌کند.

مدل‌های دیجیتال معمولاً ابعاد اسمی را نشان می‌دهند. قطعات فیزیکی همیشه شامل تغییرات هستند.

تلرانس‌های مسیر PCB، تلرانس‌های سوراخ، انقباض محفظه قالب‌گیری شده، بازی پیچ و مهره، موقعیت کانکتور و تغییرات مونتاژ همه می‌توانند بر تناسب تأثیر بگذارند.

یک کانکتور که به طور اسمی تراز شده ممکن است در تولید نامتوازن شود. بردی که به سختی از دیواره عبور می‌کند ممکن است در برخی مونتاژها با آن تماس پیدا کند.

بنابراین، رابط‌های حیاتی نیاز به حاشیه‌های تلرانس دارند.

تیم طراحی باید زنجیره‌های ابعادی بین ویژگی‌های نصب و رابط‌های خارجی را شناسایی کند. تراز کانکتورها باید از همان مراجع مکانیکی که در مونتاژ استفاده می‌شود، ارجاع داده شود.

سوراخ‌های نصب ممکن است از فاصله کنترل شده برای اجازه تنظیم استفاده کنند. بازشوها ممکن است به فضای اضافی اطراف کانکتورهای تجاری نیاز داشته باشند.

با این حال، فاصله بیش از حد می‌تواند ظاهر، حفاظت در برابر نفوذ یا پشتیبانی مکانیکی را کاهش دهد.

تحلیل تلرانس به مهندسان کمک می‌کند تا طراحی متعادلی انتخاب کنند به جای اینکه فقط به بازرسی چشمی تکیه کنند.

طراحی برای تولید باید هم برد و هم محفظه را پوشش دهد.

طراحی PCB برای تولید شامل فاصله خطوط، حلقه‌های حلقوی، اندازه‌های سوراخ، فاصله ماسک لحیم‌کاری، فاصله قطعات و نیازهای مونتاژ است.

طراحی مکانیکی برای تولید شامل ضخامت دیواره، زاویه‌های شیب، دسترسی به برش‌دهنده، شعاع خم، رفتار مواد و روش‌های اتصال است.

تولید الکترومکانیکی هر دو حوزه را ترکیب می‌کند.

برای مثال، یک کانکتور ممکن است نیاز به لحیم‌کاری موجی داشته باشد. موقعیت محفظه آن باید با فرآیند لحیم‌کاری و پاک‌سازی بعدی سازگار باقی بماند.

یک قطعه بلند ممکن است در بازرسی نوری خودکار سایه ایجاد کند. یک براکت مکانیکی ممکن است دسترسی به نقطه تست را مسدود کند.

کانکتورهای پرس‌خور نیروی وارد کردن دارند. برد و محفظه باید این نیرو را بدون انحراف بیش از حد تحمل کنند.

قطعات سنگین ممکن است در هنگام لرزش نیاز به نگهداری اضافی داشته باشند. چسب‌ها، گیره‌ها یا براکت‌ها ممکن است در محفظه به فضا نیاز داشته باشند.

پوشش هم‌پوشانی ممکن است نیاز به مناطق ممنوعه اطراف کانکتورها، نقاط تست و تماس‌های زمین داشته باشد.

آزمایش تولید ممکن است نیاز به دسترسی با پین پوگو داشته باشد. تجهیزات تست به نقاط مرجع مکانیکی قابل اعتماد و مناطق تماس بدون مانع نیاز دارند.

این نیازها باید قبل از رسیدن محصول به مرحله نهایی اضافه شوند.

مطالعه موردی صنعتی: گره نظارت از راه دور ماشین‌آلات

یک گره کوچک نظارت بر وضعیت را در نظر بگیرید که نزدیک به ماشین‌آلات چرخان نصب شده است.

دستگاه ممکن است سیگنال‌های لرزش، دما و سرعت را جمع‌آوری کند. ممکن است از طریق اترنت صنعتی یا شبکه دیگر کارخانه ارتباط برقرار کند.

طراحی الکتریکی شامل شرایط‌دهی سیگنال آنالوگ، پردازش، ایزولاسیون، ارتباطات، تبدیل برق و مدارهای حفاظتی است.

طراحی مکانیکی باید از گلندهای کابل، خاتمه شیلد، آب‌بندی محفظه، جهت نصب و مواجهه با محیط پشتیبانی کند.

ورودی‌های حسگر باید از مدارهای برق پر سر و صدا جدا بمانند. شیلدهای کابل نیاز به استراتژی اتصال دقیق دارند. محفظه باید فضای کافی برای سیم‌کشی میدانی و شعاع خمیدگی فراهم کند.

یک کانکتور ممکن است از نظر الکتریکی صحیح باشد اما برای تکنسین‌هایی که دستکش دارند نامناسب باشد. یک محفظه فشرده ممکن است هزینه را کاهش دهد اما دسترسی به ترمینال را دشوار کند.

گره ممکن است به یک سطح نصب سخت نیاز داشته باشد. لرزش مکانیکی از ماشین می‌تواند بر الکترونیک حساس داخلی تأثیر بگذارد.

بررسی یکپارچه به تیم اجازه می‌دهد این تعاملات را قبل از ساخت سخت‌افزار تحلیل کند.

مهندسانی که با سیستم‌های موجود کارخانه کار می‌کنند ممکن است نیازهای ادغام فیزیکی اجزای مختلف نظارت بر ماشین‌آلات را نیز مقایسه کنند.

مطالعه موردی صنعتی: دروازه کنترل سروو فشرده

مثال دوم یک دروازه است که کنترل‌کننده ماشین را به چند درایو سروو متصل می‌کند.

واحد ممکن است شامل پورت‌های اترنت صنعتی، ارتباطات سریال ایزوله، ورودی‌های دیجیتال، نشانگرهای وضعیت و ورودی برق ۲۴ ولت DC باشد.

کانکتورهای ارتباطی نیاز به دسترسی از پنل جلو دارند. LEDهای وضعیت باید با لوله‌های نوری یا پنجره‌های دید هماهنگ باشند. کانکتور برق به فضای سیم‌کشی نیاز دارد.

پردازنده و دستگاه‌های شبکه ممکن است گرمای متمرکزی تولید کنند. اجزای ایزوله‌کننده موانعی برای جای‌گذاری ایجاد می‌کنند. سیگنال‌های با سرعت بالا نیاز به مسیر‌یابی کنترل‌شده دارند.

محفظه ممکن است روی ریل DIN نصب شود. این موضوع محدودیت‌هایی در عرض، دسترسی به قفل و تجهیزات مجاور ایجاد می‌کند.

یک محفظه باریک جذاب به نظر می‌رسد چون فضای کابینت را ذخیره می‌کند. اما عرض ناکافی ممکن است کانکتورها را به چندین وجه منتقل کند و سیم‌کشی را پیچیده کند.

Fusion 360 می‌تواند ارزیابی شکل برد، جهت کانکتور، نصب روی ریل و توالی مونتاژ را در یک مدل محصول پشتیبانی کند.

تیم می‌تواند طراحی تک برد را با بردهای روی هم قرار گرفته مقایسه کند. طراحی روی هم ممکن است عرض را کاهش دهد اما پیچیدگی کانکتور و چگالی حرارتی را افزایش دهد.

این مصالحه‌ها زمانی آسان‌تر ارزیابی می‌شوند که هندسه الکتریکی و مکانیکی به هم متصل باقی بمانند.

مطالعه موردی صنعتی: I/O توزیع شده برای محیط‌های سخت

یک واحد I/O توزیع شده مشکل یکپارچه‌سازی دیگری ایجاد می‌کند.

محصول ممکن است ورودی‌های دیجیتال، کانال‌های آنالوگ، خروجی‌های رله، ارتباطات و تنظیم توان را ترکیب کند.

سیم‌کشی میدانی به فضای ترمینال قابل توجهی نیاز دارد. مرزهای ایزولاسیون بر چیدمان PCB تأثیر می‌گذارند. قطعات رله ممکن است نگرانی‌هایی درباره ارتفاع و گرما ایجاد کنند.

اگر محفظه نیاز به درجه حفاظت بالا در برابر نفوذ دارد، بازشوهای خارجی باید به حداقل برسند. کانکتورها، واشرها و گلندهای کابل بخشی از استراتژی آب‌بندی می‌شوند.

پارتیشن‌های مکانیکی ممکن است ولتاژهای خطرناک را از الکترونیک کم‌ولتاژ جدا کنند. فاصله‌های لازم برای خزش و فاصله باید در سراسر PCB و محفظه حفظ شود.

جنس محفظه باید در برابر مواد شیمیایی، لرزش، تغییرات دما و تابش فرابنفش در صورت لزوم مقاوم باشد.

تیم‌های خدمات ممکن است نیاز داشته باشند الکترونیک را بدون قطع سیم‌کشی میدانی تعویض کنند. این نیاز می‌تواند به معماری ترمینال قابل جدا شدن یا واحد پایه منجر شود.

چنین تصمیمی بر انتخاب کانکتور، شکل PCB، ابزار محفظه و هزینه محصول تأثیر می‌گذارد.

مدل‌سازی الکترومکانیکی اولیه به تیم کمک می‌کند تا این انتخاب‌های معماری را قبل از تبدیل شدن به تعهدات پرهزینه ارزیابی کند.

مدیریت تغییر به اندازه تبادل هندسه اهمیت دارد.

یک پلتفرم یکپارچه انتقال فایل‌ها را کاهش می‌دهد، اما تیم‌ها همچنان به کنترل دقیق نسخه‌ها نیاز دارند.

هر رابط اصلی باید مالک مشخصی داشته باشد. باز شدن محفظه ممکن است به تیم مکانیکی تعلق داشته باشد، در حالی که جایگاه کانکتور به تیم الکتریکی تعلق دارد.

هر تغییری در هر یک از موارد باید بازبینی توسط هر دو گروه را به دنبال داشته باشد.

نقاط عطف طراحی می‌توانند وضعیت‌های کنترل شده را تعیین کنند:

وضعیت مفهوم: هندسه در حالی که معماری بررسی می‌شود، انعطاف‌پذیر باقی می‌ماند.

وضعیت رابط: طرح کلی برد، کانکتورها، نمایشگرها و نقاط نصب تحت کنترل قرار می‌گیرند.

وضعیت مسیر‌یابی: مکان‌های قطعات حیاتی قفل شده‌اند.

وضعیت اعتبارسنجی: بررسی‌های حرارتی، مکانیکی، الکتریکی و تولید انجام شده است.

وضعیت انتشار: داده‌های تولید با مدل یکپارچه تأیید شده مطابقت دارد.

هر وضعیت باید مشخص کند کدام تغییرات مجاز است و چه کسی باید آنها را تأیید کند.

تیم‌ها باید از نسخه‌های بدون مدیریت هندسه صادر شده اجتناب کنند. یک فایل STEP ذخیره شده روی کامپیوتر محلی می‌تواند به سرعت منسوخ شود.

یادداشت‌های بازبینی باید تأثیر فنی را توصیف کنند نه فقط اینکه یک قطعه جابه‌جا شده است. یادداشت باید توضیح دهد چرا جابه‌جا شده و کدام رابط‌ها دوباره اعتبارسنجی شده‌اند.

بازبینی‌های میان‌رشته‌ای باید بر رابط‌های محصول تمرکز کنند.

بسیاری از بازبینی‌های طراحی بر اساس تخصص سازماندهی می‌شوند. مهندسان برق شماتیک را بازبینی می‌کنند. مهندسان مکانیک محفظه را بازبینی می‌کنند. طراحان PCB طرح‌بندی را بازبینی می‌کنند.

بازبینی‌های الکترومکانیکی باید به جای آن بر رابط‌ها تمرکز کنند.

بازبینی کانکتور باید شامل محل کانکتور، هندسه بازشو، فضای کابل، محافظت، آب‌بندی، برچسب‌گذاری و دسترسی مونتاژ باشد.

بازبینی نمایشگر باید شامل ناحیه فعال، زاویه دید، فشار نصب، مسیر کابل، وضوح نوری و تعویض خدمات باشد.

بازبینی حرارتی باید شامل تلفات قطعات، پخش مس، جریان هوا، هدایت محفظه، شرایط محیطی و محدودیت‌های دما باشد.

بازبینی زمین‌کردن باید شامل مرجع مدار، اتصال بدنه، محافظ کابل، تماس پیچ و الزامات قانونی باشد.

این روش مبتنی بر رابط مشکلاتی را آشکار می‌کند که بازبینی‌های تخصصی ممکن است از دست بدهند.

چک‌لیست عملی بازبینی الکترومکانیکی

قبل از شروع مسیر‌یابی، موارد زیر را بررسی کنید:

خط بیرونی PCB با پوشش مکانیکی تأیید شده مطابقت دارد.

سوراخ‌های نصب با برجستگی‌ها و سخت‌افزار محفظه هم‌راستا هستند.

مناطق ممنوع بحرانی تعریف و درک شده‌اند.

کانکتورها با بازشوهای خود هم‌راستا هستند.

دو شاخه‌های متصل فضای کافی برای وارد و خارج شدن دارند.

نمایشگرها، کلیدها و نشانگرها به درستی هم‌راستا هستند.

قطعات بلند و سنگین فضای کافی دارند.

دستگاه‌های حرارتی مسیر مشخصی برای دفع حرارت دارند.

مسیر کابل و شعاع خمیدگی در نظر گرفته شده‌اند.

ابزارهای مونتاژ می‌توانند به هر پیچ مورد نیاز دسترسی داشته باشند.

پس از مسیر‌یابی، موارد اضافی زیر را بررسی کنید:

هیچ قطعه‌ای وارد منطقه ممنوع مکانیکی نشده است.

برد می‌تواند مسیر وارد کردن مورد نظر را دنبال کند.

محفظه بدون فشرده‌سازی کابل بسته می‌شود.

پیچ‌ها می‌توانند با ابزارهای تولید نصب شوند.

نقاط تست همچنان قابل دسترسی هستند.

ویژگی‌های زمین‌کردن و محافظت همچنان سالم هستند.

مجوزهای قانونی به خطر نیفتاده‌اند.

نسخه تأیید شده PCB با مونتاژ مکانیکی مطابقت دارد.

بسته تولید با مدل محصول تأیید شده مطابقت دارد.

آزمایش نمونه اولیه باید فرضیات دیجیتال را تأیید کند.

یکپارچه‌سازی دیجیتال ریسک را کاهش می‌دهد، اما نیاز به نمونه‌های اولیه را از بین نمی‌برد.

نمونه‌های فیزیکی رفتار مواد، انعطاف کابل، حس اتصال‌دهنده، وضوح نمایشگر، دسترسی به پیچ‌ها و تغییرات مونتاژ را نشان می‌دهند.

نمونه اولیه اول باید به عنوان ابزاری برای اعتبارسنجی و نه یک واحد نمایشی در نظر گرفته شود.

مهندسان باید هر تعامل غیرمنتظره‌ای را ثبت کنند. حتی دشواری‌های کوچک در مونتاژ ممکن است در حجم‌های بالاتر به یک مشکل بزرگ تولید تبدیل شود.

بازبینی نمونه اولیه باید شامل نمایندگانی از تیم‌های الکتریکی، مکانیکی، تولید، کیفیت و خدمات باشد.

تیم باید مونتاژ فیزیکی را مستقیماً با مدل CAD یکپارچه مقایسه کند.

هر اختلافی ممکن است نشان‌دهنده مدل قطعه نادرست، نسخه قدیمی، انحراف ساخت یا فرض تلرانس ناقص باشد.

اصلاحات باید به مدل دیجیتال بازگردد. نمونه اولیه نباید منبع جداگانه‌ای از تغییرات مستندسازی نشده شود.

جایی که Fusion 360 بیشترین ارزش را ارائه می‌دهد

Fusion 360 ارزش خاصی ارائه می‌دهد وقتی تصمیمات طراحی الکتریکی و مکانیکی به‌طور نزدیک به هم مرتبط باشند.

دستگاه‌های جمع‌وجور سود می‌برند زیرا تعارضات هندسی کوچک می‌توانند کل معماری را تحت تأثیر قرار دهند.

محصولاتی با رابط‌های خارجی متعدد سود می‌برند زیرا جایگذاری کانکتور، نمایشگر، کلید و نشانگر باید همگام باقی بماند.

تجهیزات صنعتی با حجم کم سود می‌برند زیرا تیم‌ها ممکن است برای هر رشته مهندسی پلتفرم سازمانی جداگانه نداشته باشند.

نمونه‌های اولیه که به سرعت توسعه می‌یابند سود می‌برند زیرا طراحی ممکن است در طول آزمایش‌های اولیه به‌طور مکرر تغییر کند.

محصولاتی که از محفظه‌های سفارشی استفاده می‌کنند سود می‌برند زیرا ویژگی‌های مکانیکی می‌توانند مستقیماً به نیازهای برد مدار چاپی پاسخ دهند.

پلتفرم همچنین از جریان کاری پیوسته‌تر پشتیبانی می‌کند. هندسه مکانیکی می‌تواند برد مدار چاپی را تعریف کند. جایگذاری الکتریکی می‌تواند به محفظه بازگردد. هر دو تیم می‌توانند همان زمینه محصول را بررسی کنند.

این پیوستگی تعداد صادرات دستی را کاهش می‌دهد و ریسک بررسی هندسه منسوخ را محدود می‌کند.

ادغام جایگزین قضاوت مهندسی نمی‌شود.

یک پلتفرم طراحی مشترک به‌طور خودکار محصولی قابل اعتماد تولید نمی‌کند.

مدل‌های دقیق قطعات هنوز لازم است. مناطق ممنوعه باید به درستی تعریف شوند. محدودیت‌های الکتریکی باید رعایت شوند. تلرانس‌های مکانیکی باید واقع‌بینانه باشند.

مهندسان باید فرآیندهای ساخت، مواد، الزامات مقرراتی و شرایط میدانی را نیز درک کنند.

شناسایی خودکار تداخل می‌تواند اجسام همپوشان را تشخیص دهد. ممکن است پیچ غیرقابل دسترس، خم کابل نامطلوب یا روش سرویس گیج‌کننده را تشخیص ندهد.

تحلیل حرارتی به فرضیات معقول توان و مواد بستگی دارد. عملکرد الکترومغناطیسی هنوز نیازمند قضاوت طراحی تخصصی و آزمایش فیزیکی است.

نرم‌افزار هماهنگی را بهبود می‌بخشد. مسئولیت فنی را جایگزین نمی‌کند.

روش توسعه محصول کارآمدتر

یک فرآیند الکترومکانیکی قابل اعتماد را می‌توان از طریق چندین مرحله متصل خلاصه کرد.

با عملکرد محصول و طراحی صنعتی شروع کنید. تعریف کنید که محصول چگونه استفاده، نصب، اتصال و سرویس‌دهی خواهد شد.

محیط مکانیکی را ایجاد کنید. شامل دیواره‌های محفظه، ویژگی‌های نصب، رابط‌های کاربری و محدودیت‌های نصب باشد.

خط بیرونی برد مدار چاپی را از آن محدوده تعریف کنید. شامل سوراخ‌های نصب، برش‌ها و مناطق ممنوعه باشد.

شماتیک را توسعه دهید و قطعاتی را انتخاب کنید که از نظر فیزیکی تأیید شده‌اند.

ابتدا قطعات مکانیکی ثابت را قرار دهید. کانکتورها، نمایشگرها، کلیدها، نشانگرها و رابط‌های حرارتی را بررسی کنید.

برد مدار چاپی اولیه را به مجموعه مکانیکی بازگردانید. قبل از مسیر‌یابی، هر تداخل عمده‌ای را برطرف کنید.

موقعیت قطعات حیاتی را قفل کنید. چیدمان کامل سیگنال، توان و زمین را انجام دهید.

PCB مسیر‌یابی شده را برای اعتبارسنجی نهایی مکانیکی بازگردانید.

ترتیب مونتاژ، دسترسی خدمات، رفتار حرارتی، تلرانس‌ها و نیازهای تولید را بازبینی کنید.

نمونه‌های اولیه بسازید و آن‌ها را با مدل دیجیتال تأیید شده مقایسه کنید.

داده‌های تولید را تنها پس از همگام‌سازی پیکربندی‌های الکتریکی و مکانیکی منتشر کنید.

نتیجه‌گیری

یکپارچه‌سازی الکترومکانیکی یک بررسی سازگاری در مرحله نهایی نیست. بلکه یک فرایند مهندسی مداوم است که با معماری محصول آغاز شده و تا انتشار تولید ادامه می‌یابد.

تقریباً هر محصول الکترونیکی به رابطه موفق بین PCB، محفظه، کانکتورها، کنترل‌ها، سیم‌کشی، سیستم حرارتی و روش مونتاژ وابسته است.

Fusion 360 این رابطه را با حفظ طراحی مکانیکی، تعریف PCB، جایگذاری قطعات و اعتبارسنجی سه‌بعدی در یک محیط متصل پشتیبانی می‌کند.

روند عملی با طراحی صنعتی و توسعه محفظه آغاز می‌شود. تیم مکانیکی شکل PCB را تعریف می‌کند. تیم الکتریکی قطعات را انتخاب و جایگذاری می‌کند. برد کامل برای بازبینی تداخل به مدل مکانیکی بازمی‌گردد.

تنها پس از اعتبارسنجی رابط‌های حیاتی باید مسیر‌یابی دقیق آغاز شود. سپس PCB مسیر‌یابی شده باید برای بررسی نهایی مونتاژ، فاصله‌ها، حرارتی و تولید بازگردد.

این رویکرد تحویل‌های غیرضروری را کاهش می‌دهد، سردرگمی در بازنگری‌ها را محدود می‌کند و تعارض‌ها را قبل از رسیدن به ساخت یا ابزارسازی شناسایی می‌کند.

مهم‌ترین نتیجه فقط انجام سریع‌تر کار CAD نیست. بلکه ارتباط مهندسی بهتر است.

وقتی تیم‌های الکتریکی و مکانیکی از یک تعریف محصول مشترک کار می‌کنند، تصمیمات طراحی در زمینه خود قابل مشاهده می‌شوند. یک کانکتور دیگر فقط یک نماد شماتیک نیست. بلکه به یک رابط الکتریکی، بازشوی مکانیکی، مسیر کابل، نقطه محافظت، ویژگی مونتاژ و نگرانی خدماتی تبدیل می‌شود.

این دید گسترده‌تر به تیم‌ها کمک می‌کند محصولاتی بسازند که به درستی جا بیفتند، به‌طور قابل اعتماد مونتاژ شوند، ایمن کار کنند و در طول عمر خدماتی خود عملی باقی بمانند.

اطلاعات بیشتر درباره قابلیت‌های یکپارچه مکانیکی و الکترونیکی Autodesk Fusion 360 از طریق منبع رسمی محصول Autodesk Fusion 360 در دسترس است.