یکپارچهسازی الکترومکانیکی در Fusion 360: گردشکار عملی طراحی محصول
یک گردشکار کاربردی در Fusion 360 را بررسی کنید که طراحی صنعتی، مهندسی مکانیک و توسعهٔ PCB را به هم مرتبط میکند و در عین حال تداخلهای محفظه، چرخههای بازطراحی و ریسک تولید را کاهش میدهد.
طراحی الکتریکی و مکانیکی دیگر حوزههایی جدا از هم نیستند
مهندسی الکترومکانیکی اغلب با دستگاههای منفردی مانند رلهها، سلونوئیدها، کنتاکتورها، موتورها و عملگرها مرتبط است. در هر نمونه، انرژی الکتریکی حرکت ایجاد میکند یا یک عمل مکانیکی را کنترل میکند.
توسعه مدرن محصول بسیار فراتر از این اجزای منفرد است. اکنون تقریباً هر محصول الکترونیکی به هماهنگی نزدیک میان طراحی صنعتی، مهندسی مکانیک، مهندسی برق و توسعه برد مدار چاپی وابسته است.
یک برد مدار را نمیتوان جدا از محفظه آن طراحی کرد. کانکتورها باید با سوراخهای خارجی همراستا باشند. شستیها باید پشت سطوح قابلدسترسی قرار بگیرند. نمایشگرها باید از میان قابها قابل مشاهده بمانند. سوراخهای نصب باید با برجستگیهای مکانیکی منطبق باشند. قطعات تولیدکننده گرما باید در محدودههای حرارتی قابلقبول باقی بمانند.
محفظه نیز بدون شناخت PCB نمیتواند نهایی شود. ارتفاع قطعات بر فاصلههای داخلی تأثیر میگذارد. مسیرهای کابل بر هندسه دیوارهها اثر میگذارند. دسترسی برای سرویس، محل قرارگیری درپوش را تعیین میکند. سازگاری الکترومغناطیسی ممکن است به شیلدینگ، ویژگیهای اتصال به زمین یا جداسازی مدارهای توان و سیگنال نیاز داشته باشد.
این رابطه نشاندهنده سطح بالاتری از یکپارچگی الکترومکانیکی است. این رابطه ساختار فیزیکی محصول را به سیستم الکتریکیای متصل میکند که عملکرد محصول را فراهم میسازد.
شکل ۱. یک مجموعه الکترومکانیکی نمونه که PCB، محفظه، کلیدها، کانکتورها و بستهای مکانیکی را ترکیب میکند.
در یک مجموعه معمولی، ممکن است یک PCB با چهار پیچ به محفظه قالبگیریشده محکم شود. دو شستی باید با سوراخهای پنل جلویی همراستا باشند. یک جک ارتباطی ممکن است از سوراخ دیگری عبور کند. پیش از آغاز تولید، هر ویژگی باید بهدرستی جا بیفتد.
چند میلیمتر خطا میتواند مانع مونتاژ شود. یک کانکتور ممکن است به دیواره محفظه برخورد کند. یک نمایشگر ممکن است خارج از محدوده دید قرار بگیرد. یک سوراخ نصب ممکن است با ناحیهای مسی همپوشانی داشته باشد. یک قطعه ممکن است مانع بسته شدن درپوش شود.
این خطاها پرهزینهاند، زیرا اغلب تا زمان مونتاژ نمونه اولیه فیزیکی پنهان میمانند. تا آن زمان، ممکن است PCB از قبل ساخته شده باشد. محفظه ممکن است از قبل ماشینکاری یا قالبگیری شده باشد. ابزارهای سفارشی ممکن است سفارش داده شده باشند.
یک محیط طراحی یکپارچه به مهندسان کمک میکند این ناسازگاریها را زمانی بیابند که محصول هنوز بهصورت هندسه دیجیتال وجود دارد.
چرا تحویلهای سنتی مهندسی ریسکهای قابلپیشگیری ایجاد میکنند
محصولات الکترومکانیکی معمولاً به چندین متخصص نیاز دارند. 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 موردنظر را تعیین میکند. این نقش مشخص میکند محصول چگونه به نظر برسد و افراد چگونه با آن کار کنند.
مهندس مکانیک آن مفهوم را به ساختاری قابلتولید تبدیل میکند. ضخامت دیواره، انتخاب مواد، بستها، ریبها، بوشها، آببندها، لولاها و تکیهگاههای داخلی همگی باید در نظر گرفته شوند.
مهندس برق معماری مدار را توسعه میدهد. این کار شامل تبدیل توان، شرطیسازی سیگنال، پردازش، ارتباطات، حفاظت و مدارهای رابط است.
طراح PCB شماتیک را به بردی قابلتولید تبدیل میکند. قطعات باید جانمایی شوند، مسیرها مسیریابی شوند، پلنها ایجاد شوند و الزامات ساخت رعایت شوند.
مهندسان تولید بعداً توالی مونتاژ، دسترسی ابزار، تلرانسها، نقاط آزمون، برچسبگذاری و بهرهوری تولید را بررسی میکنند.
هر حوزه ممکن است از یک پلتفرم نرمافزاری جداگانه استفاده کند. تیم مکانیک ممکن است فایلهای STEP را مبادله کند. تیم PCB ممکن است خطوط پیرامونی برد را از طریق DXF ارسال کند. موقعیت قطعات نیز ممکن است با استفاده از صفحههای گسترده، تصاویر صفحه یا نظرات ایمیلی بررسی شود.
این رویکرد پراکنده چندین مشکل تکرارشونده ایجاد میکند:
هندسه قدیمی میشود. ممکن است یک تیم همچنان بر اساس نسخه قدیمیتری از محفظه یا PCB کار کند.
هدف طراحی نامشخص میشود. ممکن است یک دهانه مکانیکی قابلحرکت به نظر برسد، درحالیکه به یک کانکتور خارجی ثابت متصل است.
تغییرات به خروجیگرفتنهای مکرر نیاز دارند. هر بازبینی فایل دیگری، تحویل دیگری و فرصت دیگری برای سردرگمی ایجاد میکند.
بررسیهای تداخل خیلی دیر انجام میشوند. مدلهای مکانیکی و الکتریکی ممکن است تنها در اواخر فرایند توسعه با هم ترکیب شوند.
مالکیت پراکنده میشود. تیمها ممکن است ندانند کدام مدل نمایانگر پیکربندی تأییدشده محصول است.
بنابراین، یک گردشکار موفق باید چیزی فراتر از سازگاری فایل ارائه دهد. این گردشکار باید رابطهای قابلاعتماد میان PCB، محفظه، ویژگیهای مکانیکی و هندسه قطعات حفظ کند.
یک مثال عملی: محفظه دستگاه پزشکی جمعوجور
یک دستگاه پزشکی جمعوجور را در Autodesk Fusion 360 در نظر بگیرید. این محصول شامل یک نمایشگر LCD کوچک، چهار دکمه فشاری دایرهای، یک کانکتور مربعی، دو جک رو به جلو و یک کانکتور USB در کنار است.
این محفظه ظاهری صنعتی و کاربردی دارد. نمای بیرونی آن بر سطوح ساده، لبههای گرد و فیلههای کنترلشده متکی است. ساختار داخلی شامل ریبها، بوشهای نصب، تکیهگاهها و ویژگیهای نگهداری کابل است.
شکل ۲. محفظه دستگاه پزشکی آمادهشده برای یکپارچهسازی PCB و قطعات سیمکشیشده.
محصول ساده به نظر میرسد. بااینحال، حتی یک محفظه کوچک نیز به تصمیمهای هماهنگ بسیاری نیاز دارد.
LCD باید با پنجره دید جلویی همراستا باشد. ناحیه فعال آن باید با وجود تلرانسهای مونتاژ همچنان قابل مشاهده بماند. کابل نمایشگر نیز به فضای خمشدن کافی نیاز دارد.
دکمههای فشاری به فاصلهگذاری مناسب نیاز دارند. بدنه کلیدهای آنها باید پشت پنل جلویی جا بگیرد. میزان حرکت آنها باید با هرگونه کلاهک دکمه قالبگیریشده یا غشای خارجی مطابقت داشته باشد.
کانکتور USB باید در عمق صحیح قرار گیرد. دوشاخه کابل باید بدون برخورد با محفظه وارد شود. دهانه نیز برای محفظههای مختلف کابلهای موجود در بازار به فاصله کافی نیاز دارد.
دو جک جلویی ممکن است به مهره یا تجهیزات نگهدارنده نیاز داشته باشند. ابزارهای مونتاژ باید بدون تداخل PCB یا دیوارههای داخلی به این بستها دسترسی داشته باشند.
پایههای نصب PCB باید برد را بدون ایجاد تنش بیش از حد نگه دارند. سوراخهای پیچ آنها باید از مس، ترکها و قطعات مجاور فاصله داشته باشند.
محفظه باید فضای کافی برای سیمها، برچسبها، عایق و تلرانسهای ساخت نیز فراهم کند.
این مثال نشان میدهد که یکپارچهسازی محصول را نمیتوان به قرار دادن یک برد مدار مستطیلی درون یک جعبه تقلیل داد.
کار را با فضای مکانیکی آغاز کنید، نه با اندازهای دلخواه برای برد
نخستین مرحله رسمی، تعیین شکل PCB است. این تصمیم باید از فضای مکانیکی داخلی پیروی کند، نه از ترجیحی دلخواه در طراحی الکتریکی.
مهندس مکانیک کار را با شناسایی فضای قابلاستفاده داخل محفظه آغاز میکند. پایههای نصب، ضخامت دیواره، تقویتکنندهها، بستها، نمایشگرها، کلیدها، کانکتورها و کانالهای کابل، فضای موجود برای برد را کاهش میدهند.
بردی که بیش از حد به دیواره محفظه نزدیک باشد ممکن است مشکلات مونتاژ ایجاد کند. تلرانسهای ساخت میتوانند باعث تماس گاهبهگاه شوند. لبه برد نیز ممکن است برای پنلسازی یا مسیریابی به فاصله بیشتری نیاز داشته باشد.
Fusion 360 به مهندس اجازه میدهد صفحه ساختی با فاصله مشخص نسبت به سطوح نصب PCB ایجاد کند. سپس میتوان شکل برد را مستقیماً روی آن صفحه ترسیم کرد.
شکل برد نباید فقط شامل محیط خارجی باشد. سوراخهای نصب، شیارها، نواحی محدودشده، برشها و نواحی ممنوعه مکانیکی باید در مراحل اولیه تعریف شوند.
طرح حاصل را میتوان به PCB تبدیل کرد تا در محیط الکترونیک Fusion استفاده شود. این کار رابطهای اولیه میان مدل مکانیکی و طراحی الکتریکی ایجاد میکند.
شکل ۳. تبدیل طرح مکانیکی به تعریف دوبعدی PCB.
این رویکرد به مهندس برق شکلی برای برد میدهد که بر پایه هندسه واقعی محصول است. همچنین از ایجاد PCBای جلوگیری میکند که بعداً تغییرات غیرضروری در محفظه را تحمیل کند.
شکل برد باید بهعنوان یک رابط تحتکنترل در نظر گرفته شود. هر تغییر بعدی ممکن است بر جانمایی قطعات، مسیریابی ترکها، هزینه ساخت، دسترسی برای مونتاژ و رفتار الکترومغناطیسی اثر بگذارد.
پیش از نهاییکردن شکل برد، مهندس مکانیک باید چندین پرسش را بررسی کند.
آیا میتوان برد را بدون کجکردن بیش از فضای موجود، داخل محفظه قرار داد؟
آیا میتوان همه پیچها را با ابزار موردنظر نصب کرد؟
آیا کانکتورهای لبهای پس از مونتاژ در دسترس هستند؟
آیا فضای کافی برای سیمکشی و شعاع خم کابل وجود دارد؟
آیا قطعات حساس در برابر بارگذاری مکانیکی محافظت شدهاند؟
آیا میتوان برد را هنگام سرویس خارج کرد، بدون اینکه مجموعههای نامرتبط جدا شوند؟
بهترین طرح کلی برد همیشه بزرگترین طرح ممکن نیست. بردی کمی کوچکتر ممکن است مونتاژ را سادهتر کند، جریان هوا را بهبود دهد و فضای آزاد بیشتری در اطراف کانکتورها فراهم کند.
مناطق ممنوعه مکانیکی باید هدف طراحی روشنی داشته باشند
صرفاً طرح کلی برد، همه محدودیتهای فیزیکی را منتقل نمیکند. مدل مکانیکی باید حجمهایی را نیز مشخص کند که قرارگیری قطعات، مس یا بستها در آنها ممنوع است.
برای مثال، یک پیچ محفظه ممکن است از ناحیه برد مدار چاپی عبور کند. تیم برق باید فضای آزاد کافی را اطراف سر و محور پیچ در نظر بگیرد.
یک ریب قالبگیریشده ممکن است فضای بالای بخشی از برد را اشغال کند. قطعات کمارتفاع ممکن است زیر آن جا شوند، اما خازنها یا کانکتورهای بلند نمیتوانند.
کابل نمایشگر ممکن است هنگام مونتاژ روی برد حرکت کند. قطعات موجود در این مسیر میتوانند به کابل آسیب بزنند یا مانع نصب شوند.
محفظه باتری ممکن است یکی از طرفهای محفظه را اشغال کند. مسیر واردکردن باتری باید باز بماند، حتی وقتی باتری در مدل نهایی مونتاژشده حضور ندارد.
این محدودیتها باید بهصورت هندسه مناطق ممنوعه و از روی قصد طراحی مشخص نمایش داده شوند. نباید به توضیحات غیررسمی یا اسکرینشاتها وابسته باشند.
طراحان برق همچنین باید دلیل هر محدودیت را درک کنند. یک دیوار سازهای دائمی با ویژگی تزئینی که میتوان آن را جابهجا کرد تفاوت دارد. یک مرز فاصله خزشیِ الزامی با یک ناحیه ترجیحی برای دسترسی سرویس متفاوت است.
شفافبودن هدف طراحی به تیمها کمک میکند درباره تغییرات هوشمندانه مذاکره کنند. این کار مانع از آن میشود که مهندسان با هر ویژگی هندسی مانند یک محدودیت کاملاً ثابت رفتار کنند.
انتخاب قطعه باید شامل اعتبارسنجی بستهبندی فیزیکی باشد
پس از دریافت تعریف برد، مهندس برق شماتیک را تهیه یا تکمیل میکند. قطعات بر اساس الزامات الکتریکی، موجودی، وضعیت چرخه عمر، هزینه و عملکرد انتخاب میشوند.
بااینحال، ممکن است یک قطعه از نظر الکتریکی مناسب باشد اما از نظر مکانیکی مناسب نباشد.
یک مبدل توان ممکن است الزامات ولتاژ و جریان را برآورده کند، اما از ارتفاع مجاز بیشتر باشد. یک کانکتور ممکن است تعداد پین صحیحی داشته باشد، اما از جهت نصب ناسازگار استفاده کند. یک خازن ممکن است روی برد جا شود، اما مانع بستهشدن محفظه شود.
بنابراین هر دستگاه حیاتی باید به یک مدل فیزیکی دقیق مرتبط شود.
مدل باید ابعاد واقعی بدنه، محل پین، صفحه نصب، جهت درگیرشدن کانکتور و حداکثر ارتفاع قطعه را نشان دهد.
کیفیت مدل اهمیت دارد. یک بلوک مستطیلی ساده میتواند تشخیص برخورد پایه را پشتیبانی کند، اما ممکن است حرکت ضامن، فضای آزاد اطراف روکش قالبگیریشده کابل، دسترسی به پیچ یا تغییرات تولیدی را نشان ندهد.
قطعاتی که با اجزای بیرونی تعامل دارند، به توجه ویژهای نیاز دارند:
کانکتورها باید با دهانهها همراستا باشند و امکان اتصال کابل را فراهم کنند.
نمایشگرها باید با پنجرهها، قابها و سطوح لمسی همراستا باشند.
کلیدها باید با عملگرهای مکانیکی و کورس حرکتی موردنیاز مطابقت داشته باشند.
LEDها باید با لایتپایپها یا دهانههای پنل همراستا باشند.
هیتسینکها باید از دیوارهها و محدودیتهای جریان هوا فاصله داشته باشند.
ترانسفورمرها و سلفها ممکن است باعث ایجاد نگرانیهایی دربارهٔ ارتفاع، وزن و لرزش شوند.
ترمینالبلوکها به دسترسی برای سیمکشی و فضای کافی برای پیچگوشتی نیاز دارند.
قطعات قابلسرویس به فضای لازم برای خارجکردن و دسترسی انسانی نیاز دارند.
پس از انتخاب پکیج قطعات، میتوان آنها را در هر دو طرف PCB قرار داد. سپس برد را میتوان بهعنوان یک مجموعهٔ مکانیکی سهبعدی بررسی کرد.
تصمیمهای جانمایی فقط بر اساس اتصال الکتریکی تعیین نمیشوند
جانمایی قطعات اغلب بهعنوان مسئلهای برای بهینهسازی الکتریکی توصیف میشود. طراحان طول مسیرها را کمینه میکنند، مسیرهای برگشت را مدیریت میکنند، مدارهای نویزی را از یکدیگر جدا میکنند و قطعات بایپس را نزدیک بارهایشان قرار میدهند.
این ملاحظات همچنان ضروری هستند. بااینحال، هندسهٔ محفظه مجموعهٔ دیگری از محدودیتها را ایجاد میکند.
ممکن است لازم باشد رگولاتور ولتاژ نزدیک ورودی باتری قرار گیرد. همچنین ممکن است به جریان هوا یا انتقال حرارت به محفظه نیاز داشته باشد.
یک کانکتور ارتباطی ممکن است لازم باشد با یک دهانهٔ خارجی همراستا شود. پیش از آغاز مسیریابی، جای آن ممکن است از نظر مکانیکی ثابت شود.
یک شتابسنج مورد استفاده برای پایش ماشینآلات ممکن است به جهتگیری خاصی نیاز داشته باشد. همچنین ممکن است لازم باشد از فنهای لرزان یا قطعات مغناطیسی سوئیچینگ ایزوله شود.
یک بخش ولتاژبالا ممکن است به جداسازی از رابطهای ولتاژپایین نیاز داشته باشد. پارتیشنهای مکانیکی یا ویژگیهای اتصال زمین ممکن است بر چیدمان نهایی تأثیر بگذارند.
کنترلهایی که برای کاربر در نظر گرفته شدهاند باید در دسترس باقی بمانند. کانکتورهای تشخیصی داخلی ممکن است به دسترسی تکنسین نیاز داشته باشند، اما نیازی به دهانهٔ خارجی ندارند.
این ترکیب از اولویتهای الکتریکی و مکانیکی، سلسلهمراتب جانمایی را ایجاد میکند.
اول، قطعاتی را جانمایی کنید که رابطهای خارجی ثابتی دارند. این قطعات شامل کانکتورها، نمایشگرها، کلیدها، نشانگرها، آنتنها و حسگرهای خارجی هستند.
دوم، قطعات مرتبط با ویژگیهای مکانیکی یا حرارتی را جانمایی کنید. این قطعات ممکن است شامل هیتسینکها، نقاط اتصال زمین شاسی، ترانسفورمرهای سنگین یا قطعات متصل به پدهای حرارتی باشند.
سوم، قطعاتی را جانمایی کنید که از نظر الکتریکی حیاتی هستند. طبقات توان، نوسانسازها، بخشهای ورودی آنالوگ، حافظه و رابطهای پرسرعت اغلب الزامات سختگیرانهای برای چیدمان دارند.
در نهایت، قطعات انعطافپذیر مانند مقاومتها، خازنهای کوچک و قطعات منطقی عمومی را جانمایی کنید.
این سلسلهمراتب اختلالات بعدی را کاهش میدهد. جابهجایی یک کانکتور پس از مسیریابی ممکن است دهها تغییر در مسیرها را ضروری کند. جابهجایی یک قطعهٔ غیرفعال معمولاً بازکاری بسیار کمتری ایجاد میکند.
ناهمراستایی کوچک USB میتواند به بازطراحی بزرگی منجر شود
پس از جانمایی اولیه، PCB کامل باید در مجموعهٔ مکانیکی سهبعدی قرار داده شود.
در دستگاه نمونه، این بررسی نشان میدهد که کانکتور USB با دهانهٔ محفظه همراستا نیست.
شکل 4. جایگذاری اولیه کانکتور USB با دهانه مکانیکی مطابقت ندارد.
تداخل ساده به نظر میرسد. بااینحال، اثر آن به زمان کشفش بستگی دارد.
پیش از مسیربندی، کانکتور معمولاً با تلاش محدودی قابل جابهجایی است. شماتیک بدون تغییر باقی میماند. ممکن است قطعات مجاور به مقدار کمی نیاز به جابهجایی داشته باشند.
پس از مسیربندی، جابهجایی کانکتور میتواند زوجهای تفاضلی، مسیرهای برگشت زمین، ترکهای توان، حفاظبندی و قطعات مجاور را مختل کند.
پس از ساخت نمونه اولیه، این تغییر ممکن است به بازنگری جدید PCB و نمونه اولیه دیگری از محفظه نیاز داشته باشد.
پس از ساخت ابزار، تداخل کانکتور میتواند به مشکلی عمده تجاری تبدیل شود.
به همین دلیل، اعتبارسنجی جایگذاری قطعات حیاتی باید پیش از آغاز مسیربندی دقیق انجام شود.
رابط را پیش از قفلکردن چیدمان الکتریکی اصلاح کنید
تیم مکانیک تداخل را بررسی میکند و دستورالعملهای دقیق اصلاحی ارائه میدهد. در این مثال، کانکتور USB باید به سمت مخالف برد منتقل شود و تقریباً 100 میل در امتداد محور Y جابهجا شود.
طراح الکتریکی موقعیت قطعه را بهروزرسانی میکند و PCB را به مجموعه مکانیکی بازمیگرداند.
شکل 5. جایگذاری اصلاحشده کانکتور همتراز با دهانه محفظه.
کانکتور اکنون بهدرستی همتراز است، اما همترازی بهتنهایی کافی نیست.
تیم باید ورود کابل را شبیهسازی کند. دوشاخههای USB تجاری ابعاد مختلفی در قسمت روکش قالبگیریشده دارند. دهانهای که یک کابل را میپذیرد ممکن است کابل دیگری را نپذیرد.
عمق کانکتور نیز باید بررسی شود. کانکتوری که بیش از حد داخل محفظه قرار گرفته باشد ممکن است مانع درگیری کامل شود. کانکتوری که بیش از حد بیرون قرار گرفته باشد ممکن است تحت بار مکانیکی قرار گیرد.
هر زبانه نصب یا ویژگی حفاظتی باید هنگام لحیمکاری و بازرسی در دسترس باقی بماند.
دهانه محفظه نیز ممکن است به رلیف لبه نیاز داشته باشد. هندسه تیز میتواند به کابلها آسیب بزند یا با ورود زاویهدار تداخل ایجاد کند.
این اعتبارسنجی، بررسی بصری همترازی را به ارزیابی عملی قابلیت استفاده تبدیل میکند.
قطعات حیاتی باید پیش از مسیربندی ترکها قفل شوند
پس از تأیید همه قطعات دارای محدودیت خارجی و قطعات حیاتی از نظر مکانیکی، باید موقعیت آنها قفل شود.
قفلکردن از جابهجایی تصادفی در فرایند بهینهسازی الکتریکی جلوگیری میکند. همچنین اعلام میکند که هر تغییر بعدی به بازبینی میانرشتهای نیاز دارد.
سپس مهندس برق میتواند سیگنالها را پیرامون رابطهای ثابت مسیربندی کند.
دستگاههای کماهمیتتر میتوانند جابهجاپذیر باقی بمانند. مقاومتها، خازنها و سایر قطعات کوچک اغلب میتوانند برای بهبود جریان مسیرها یا کاهش تراکم جابهجا شوند.
مدارهای پرسرعت به توجه دقیق نیاز دارند. زوجهای تفاضلی باید هندسهای کنترلشده داشته باشند. مسیرهای کلاک باید کوتاه بمانند. جریانهای برگشتی باید صفحات مرجع پیوسته داشته باشند.
مسیرهای توان باید جریان موردنیاز را پشتیبانی کنند. رلیف حرارتی، وزن مس، تعداد وایاها و عرض هادی باید مناسب باشند.
ممکن است نواحی آنالوگ به جداسازی از بخشهای توان سوئیچینگ نیاز داشته باشند. ورودیهای حساس باید از قطعات مغناطیسی پرنویز و لبههای سریع دیجیتال دور باشند.
این الزامات الکتریکی باید بدون نقض محدودیتهای مکانیکی تعریفشده قبلی برآورده شوند.
PCB مسیردهیشده باید به مجموعه مکانیکی بازگردد
تکمیل مسیردهی ترکها به فرایند الکترومکانیکی پایان نمیدهد. برد نهاییِ مسیردهیشده باید به مدل سهبعدی محصول بازگردد.
این بهروزرسانی نهایی ممکن است شامل قطعاتی باشد که هنگام مسیردهی جابهجا شدهاند. همچنین ممکن است نواحی مسی بازبینیشده، سختافزار نصب افزودهشده، قطعات شیلدینگ، کانکتورهای آزمون یا ویژگیهای تولیدی را دربر بگیرد.
تیم مکانیک باید یک بررسی کامل دیگر برای تداخل انجام دهد.
این بررسی باید فاصله قطعه تا دیواره، بستهشدن درپوش، دسترسی به بستها، مسیردهی کابل، فضای برچسب و توالی مونتاژ را ارزیابی کند.
ممکن است PCB داخل محفظه جا بگیرد، اما نصب آن عملاً غیرممکن باشد. برای مثال، ممکن است کانکتور USB لازم کند برد ابتدا با زاویه وارد شود و سپس روی برجستگیهای نصب پایین آورده شود.
میتوان از Fusion 360 برای بررسی این حرکت درون محفظه استفاده کرد. مهندسان میتوانند تشخیص دهند که آیا دیوارهها، ریبها یا کانکتورهای مجاور مسیر ورود را مسدود میکنند یا خیر.
این نوع استدلال درباره مونتاژ پویا ضروری است. یک مدل ثابتِ بدون برخورد، تولیدپذیر بودن محصول را تضمین نمیکند.
توالی مونتاژ بخشی از معماری محصول است
هر محصول الکترومکانیکی یک توالی مونتاژ دارد؛ چه این توالی از پیش برنامهریزی شده باشد و چه در خط تولید کشف شود.
یک توالی مناسب امکان نصب قطعات را بدون جابهجایی بیشازحد، تغییر شکل موقت یا ابزارهای تخصصی فراهم میکند.
یک توالی نامناسب ممکن است اپراتورها را مجبور کند کابلها را بهشدت خم کنند، چند قطعه را همزمان نگه دارند یا بستهای پنهان را نصب کنند.
تیم طراحی باید توالی موردنظر را پیش از انتشار نهایی مستند کند.
برای دستگاه نمونه، یک توالی ممکن میتواند چنین باشد:
نمایشگر و قطعات پنل جلویی را نصب کنید.
جکهای سیمکشیشده را محکم کنید و کابلهای آنها را مسیردهی کنید.
PCB را با زاویه موردنیاز وارد کنید.
کانکتور USB را با دهانه کناری همراستا کنید.
برد را روی برجستگیهای نصب پایین بیاورید.
پیچهای PCB را با استفاده از گشتاور تأییدشده نصب کنید.
سیمکشی داخلی را متصل کنید و مهار کشش را بررسی کنید.
محفظه را ببندید و آزمون عملکردی را انجام دهید.
بررسی دیجیتالی این مراحل میتواند مشکلات دسترسی را پیش از آمادهسازی مستندات تولید آشکار کند.
فضای آزاد کانکتور باید شامل قطعه جفتشونده نیز باشد
یکی از اشتباهات رایج طراحی، مدلسازی کانکتور برد و مدلنکردن دوشاخه جفتشونده آن است.
ممکن است پریز کاملاً داخل محفظه جا بگیرد، اما مجموعه کابل واقعی ممکن است به فضای بسیار بیشتری نیاز داشته باشد.
کانکتورهای صنعتی اغلب شامل پیچهای قفلکننده، ضامنها، روکشهای مهار کشش یا خروجیهای زاویهدار هستند. ترمینالبلوکها به فضای خمکردن هادی و دسترسی ابزار نیاز دارند.
ممکن است کانکتورهای اترنت برای ضامن RJ45 به فضای خالی نیاز داشته باشند. کانکتورهای دایرهای ممکن است برای سفتکردن دستی به فضا نیاز داشته باشند. ترمینالهای قابلجداشدن باید برای بیرونکشیدن فضای کافی داشته باشند.
بنابراین، بازبینیهای طراحی باید شامل اجزای جفتشونده نماینده باشند.
برای محصولاتی که از چندین تأمینکننده کابل استفاده میکنند، تیم باید بزرگترین پوشش حجمی تأییدشده کانکتور را مدلسازی کند. این کار مشکلات سازگاری در محل استفاده را کاهش میدهد.
شعاع خم کابل نیز اهمیت دارد. یک کابل انعطافپذیر همیشه نمیتواند بلافاصله پس از خروج از کانکتور تغییر مسیر دهد. خمکردن بیشازحد ممکن است به هادیها آسیب برساند یا در بلندمدت تنش ایجاد کند.
این ملاحظات برای تجهیزات صنعتی حرکت، کنترل و ارتباطات اهمیت ویژهای دارند. مهندسانی که سختافزار جایگزین را ارزیابی میکنند، ممکن است لازم باشد دسترسی به کانکتورها را در میان پلتفرمهای مختلف درایو و کنترل حرکت نیز مقایسه کنند.
طراحی حرارتی باید از مرحله جانمایی آغاز شود
مدیریت گرما را نمیتوان تا تکمیل محفظه به تعویق انداخت.
مبدلهای توان، پردازندهها، راهاندازهای موتور، تجهیزات ارتباطی و نور پسزمینه نمایشگر همگی ممکن است گرما تولید کنند. محل قرارگیری آنها بر دماهای موضعی و جریان هوای کلی اثر میگذارد.
برگههای داده قطعات ممکن است محدودههای دمای کاری را مشخص کنند. بااینحال، دمای هوای اطراف همیشه نشاندهنده دمای پیوند داخلی نیست.
منابع گرمایی نزدیک به هم میتوانند نقاط داغ موضعی ایجاد کنند. یک محفظه آببندیشده ممکن است گرما را به دام بیندازد. دیوارههای پلاستیکی ممکن است رسانش حرارتی اندکی داشته باشند.
Fusion 360 امکان میدهد مدل مکانیکی شامل هیتسینکها، منافذ تهویه، پدهای حرارتی و مسیرهای رسانا باشد.
چیدمان برد مدار چاپی میتواند از مدیریت حرارتی از طریق پخش گرما در مس، ویاهای حرارتی و جداسازی قطعات پشتیبانی کند.
چندین پرسش باید بررسی شوند:
گرما از کجا وارد محفظه میشود؟
آیا همرفت طبیعی میتواند هوا را در حجم داخلی به جریان بیندازد؟
آیا قطعات حساس به دما نزدیک منابع اصلی گرما قرار گرفتهاند؟
آیا گرما میتواند به شاسی یا دیواره محفظه منتقل شود؟
آیا گردوغبار، رطوبت یا الزامات قانونی مانع تهویه خواهند شد؟
آیا محصول به خنککاری با فن نیاز دارد و خرابی فن چگونه تشخیص داده خواهد شد؟
طراحی حرارتی اغلب به مصالحه نیاز دارد. نزدیکتر کردن یک قطعه توان به دیواره محفظه ممکن است رسانش گرما را بهبود دهد، اما مسیریابی الکتریکی را پیچیده کند.
یک مدل یکپارچه این مصالحهها را برای همه رشتههای مهندسی آشکار میکند.
سازگاری الکترومغناطیسی بُعد مکانیکی نیز دارد
سازگاری الکترومغناطیسی اغلب بهعنوان مسئلهای مربوط به مسیریابی روی برد مدار چاپی در نظر گرفته میشود. در عمل، طراحی محفظه تأثیر زیادی بر انتشار امواج و مصونیت دارد.
محل قرارگیری کانکتورها بر کوپلینگ کابلها تأثیر میگذارد. اتصال شیلد بر مسیرهای جریان فرکانسبالا اثر دارد. درزهای محفظه ممکن است به شکافهای تابشکننده تبدیل شوند.
کابلهای برق و سیگنال نباید بهاجبار از یک مسیر محدود مشترک عبور داده شوند. اتصالات آنالوگ حساس ممکن است به جداسازی از هادیهای موتور یا هادیهای سوئیچینگ نیاز داشته باشند.
یک محفظه فلزی ممکن است محافظت ایجاد کند، اما فقط زمانی که درپوشها، درزها، بستها و نقاط اتصال به زمین بهدرستی طراحی شده باشند.
یک محفظه پلاستیکی ممکن است به شیلد داخلی، پوششهای رسانا، کانکتورهای فیلترشده یا کنترل دقیق مد مشترک نیاز داشته باشد.
اتصالات ارت حفاظتی و زمین شاسی باید از نظر مکانیکی قابلاعتماد باقی بمانند. یک نقطه اتصال زمین نباید به نفوذ در رنگ یا فشار تماس کنترلنشده وابسته باشد.
مدل PCB باید اتصالات شاسی و نواحی اتصال شیلد را مشخص کند. مدل مکانیکی باید مسیرهای کمامپدانس تا محفظه را حفظ کند.
این ویژگیها باید پیش از آزمونهای انطباق نمونه اولیه بررسی شوند. تغییرات دیرهنگام الکترومغناطیسی میتوانند هم بر PCB و هم بر قالبابزار محفظه تأثیر بگذارند.
قابلیت سرویسپذیری به فضایی نیاز دارد که در شماتیک دیده نمیشود
ممکن است محصولی قابلیت تولید داشته باشد، اما نگهداری آن دشوار باشد.
تکنسینهای سرویس ممکن است به فیوزها، باتریها، حافظه جداشدنی، درگاههای عیبیابی، ترمینالبلوکها یا ماژولهای ارتباطی قابل تعویض نیاز داشته باشند.
طراحی مکانیکی باید فضای کافی برای دستها، ابزارها و قطعات جایگزین فراهم کند.
ممکن است یک فیوز قابل مشاهده باشد، اما برداشتن آن با انبردست استاندارد غیرممکن باشد. یک پیچ ترمینال ممکن است پشت دستهای از کابلها قرار گرفته باشد. یک کانکتور عیبیابی ممکن است به برداشتن کل PCB نیاز داشته باشد.
دسترسی برای سرویس باید با استفاده از پوششهای واقعی ابزار در مدلسازی لحاظ شود.
طراحان باید شرایط محیطی کار را نیز در نظر بگیرند. تکنسینهای صنعتی ممکن است دستکش بپوشند. نور ممکن است محدود باشد. تجهیزات ممکن است همچنان داخل یک تابلو کنترل نصب بمانند.
کانکتورها باید قابل شناسایی باشند. قطببندی باید از插入 نادرست جلوگیری کند. برچسبها باید پس از سیمکشی همچنان قابل مشاهده بمانند.
وقتی قابلیت سرویسپذیری از ابتدا در نظر گرفته شود، پشتیبانی از محصول در سراسر عمر کاری آن آسانتر میشود.
تحلیل تلرانس از اطمینان کاذب به هندسه بینقص CAD جلوگیری میکند
مدلهای دیجیتال معمولاً ابعاد اسمی را نشان میدهند. قطعات فیزیکی همیشه شامل تغییرات هستند.
تلرانسهای مسیریابی PCB، تلرانس سوراخها، جمعشدگی محفظه قالبگیریشده، لقی بستها، موقعیت کانکتور و تغییرات مونتاژ همگی میتوانند بر جاگیری تأثیر بگذارند.
کانکتوری که در حالت اسمی همراستا است، ممکن است در تولید از راستا خارج شود. بردی که فقط بهسختی از یک دیواره فاصله دارد، ممکن است در برخی مونتاژها با آن تماس پیدا کند.
بنابراین رابطهای حیاتی به حاشیههای تلرانس نیاز دارند.
تیم طراحی باید زنجیرههای ابعادی بین ویژگیهای نصب و رابطهای خارجی را شناسایی کند. همراستایی کانکتورها باید بر اساس همان مبناهای مکانیکی استفادهشده هنگام مونتاژ تعیین شود.
سوراخهای نصب ممکن است با فاصله آزاد کنترلشده طراحی شوند تا امکان تنظیم فراهم شود. دهانهها ممکن است به فضای اضافی پیرامون کانکتورهای تجاری نیاز داشته باشند.
بااینحال، فاصله آزاد بیشازحد میتواند ظاهر، حفاظت در برابر نفوذ یا پشتیبانی مکانیکی را کاهش دهد.
تحلیل تلرانس به مهندسان کمک میکند بهجای اتکا به بازرسی چشمی، طراحی متعادلی انتخاب کنند.
طراحی برای تولید باید هم برد و هم محفظه را پوشش دهد
طراحی PCB برای تولید باید شامل فاصلهگذاری مسیرها، حلقههای پیرامونی، اندازه سوراخها، فاصله آزاد ماسک لحیم، فاصلهگذاری قطعات و الزامات مونتاژ باشد.
طراحی مکانیکی برای تولید شامل ضخامت دیواره، زوایای شیب، دسترسی ابزار برش، شعاع خم، رفتار مواد و روشهای اتصال است.
تولید الکترومکانیکی هر دو حوزه را ترکیب میکند.
برای مثال، یک کانکتور ممکن است به لحیمکاری موجی نیاز داشته باشد. محل قرارگیری آن در محفظه باید با فرایند لحیمکاری و تمیزکاری بعدی سازگار بماند.
یک قطعه بلند ممکن است هنگام بازرسی نوری خودکار سایه ایجاد کند. یک براکت مکانیکی ممکن است دسترسی به یک نقطه آزمون را مسدود کند.
کانکتورهای فشاری نیروی واردکردن ایجاد میکنند. برد و محفظه باید بتوانند این نیرو را بدون خمش بیش از حد تحمل کنند.
قطعات سنگین ممکن است هنگام ارتعاش به مهار اضافی نیاز داشته باشند. چسبها، گیرهها یا براکتها ممکن است به فضای داخل محفظه نیاز داشته باشند.
پوشش کانفورمال ممکن است به نواحی ممنوعه در اطراف کانکتورها، نقاط آزمون و کنتاکتهای اتصال زمین نیاز داشته باشد.
آزمایش تولید ممکن است به دسترسی پینهای پوگو نیاز داشته باشد. فیکسچرهای آزمایش به نقاط مرجع مکانیکی قابلاعتماد و نواحی تماس بدون مانع نیاز دارند.
این الزامات باید پیش از رسیدن محصول به مرحله نهایی عرضه اضافه شوند.
مطالعه موردی صنعتی: نود پایش از راه دور ماشینآلات
یک نود فشرده پایش وضعیت را در نظر بگیرید که نزدیک ماشینآلات دوار نصب شده است.
این دستگاه ممکن است سیگنالهای ارتعاش، دما و سرعت را جمعآوری کند. همچنین ممکن است از طریق اترنت صنعتی یا شبکه دیگری در کارخانه ارتباط برقرار کند.
طراحی الکتریکی شامل آمادهسازی سیگنالهای آنالوگ، پردازش، ایزولاسیون، ارتباطات، تبدیل توان و مدارهای حفاظتی است.
طراحی مکانیکی باید گلندهای کابل، اتصال شیلد، آببندی محفظه، جهت نصب و قرارگیری در معرض شرایط محیطی را پوشش دهد.
ورودیهای حسگر باید از مدارهای توان پرنویز جدا بمانند. اتصال شیلد کابلها به یک راهبرد مشخص نیاز دارد. محفظه باید فضای کافی برای سیمکشی میدانی و شعاع خم کابل فراهم کند.
یک کانکتور ممکن است از نظر الکتریکی درست باشد، اما برای تکنسینهایی که دستکش پوشیدهاند مناسب نباشد. یک محفظه فشرده ممکن است هزینه را کاهش دهد، اما دسترسی به ترمینالها را دشوار کند.
این نود ممکن است به یک سطح نصب صلب نیز نیاز داشته باشد. ارتعاش مکانیکی ماشین میتواند بر قطعات الکترونیکی حساس داخلی اثر بگذارد.
بازبینی یکپارچه به تیم اجازه میدهد این تعاملات را پیش از ساخت سختافزار تحلیل کند.
مهندسانی که با سامانههای موجود کارخانه کار میکنند، ممکن است نیازهای یکپارچهسازی فیزیکی اجزای پایش ماشینآلات مختلف را نیز مقایسه کنند.
مطالعه موردی صنعتی: گیتوی فشرده کنترل سروو
نمونه دوم، گیتویای است که کنترلر یک ماشین را به چندین درایو سروو متصل میکند.
این واحد ممکن است دارای پورتهای اترنت صنعتی، ارتباطات سریال ایزوله، ورودیهای دیجیتال، نشانگرهای وضعیت و ورودی برق ۲۴ VDC باشد.
کانکتورهای ارتباطی به دسترسی از پنل جلویی نیاز دارند. چراغهای وضعیت باید با لایتپایپها یا پنجرههای مشاهده همراستا باشند. کانکتور برق به فضای لازم برای سیمکشی نیاز دارد.
پردازنده و تجهیزات شبکه ممکن است گرمای متمرکزی تولید کنند. قطعات ایزولاسیون موانعی برای جانمایی ایجاد میکنند. سیگنالهای پرسرعت به مسیریابی کنترلشده نیاز دارند.
محفظه ممکن است روی ریل DIN نصب شود. این امر محدودیتهایی برای عرض، دسترسی به ضامن و تجهیزات مجاور ایجاد میکند.
یک محفظه باریک جذاب به نظر میرسد، زیرا فضای کابینت را ذخیره میکند. بااینحال، عرض ناکافی ممکن است کانکتورها را به چند وجه منتقل کند و سیمکشی را پیچیده سازد.
Fusion 360 میتواند ارزیابی شکل برد، جهتگیری کانکتور، نصب ریل و ترتیب مونتاژ را در یک مدل محصول پشتیبانی کند.
تیم میتواند طراحی تکبردی را با بردهای رویهمچیده مقایسه کند. طراحی رویهمچیده ممکن است عرض را کاهش دهد، اما پیچیدگی کانکتورها و تراکم حرارتی را افزایش میدهد.
وقتی هندسه الکتریکی و مکانیکی به هم مرتبط باقی بمانند، ارزیابی این موازنهها آسانتر میشود.
مطالعه موردی صنعتی: ورودی/خروجی توزیعشده برای محیطهای سخت
یک واحد ورودی/خروجی توزیعشده چالش یکپارچهسازی دیگری ایجاد میکند.
این محصول ممکن است ورودیهای دیجیتال، کانالهای آنالوگ، خروجیهای رله، ارتباطات و آمادهسازی توان را ترکیب کند.
سیمکشی میدانی به فضای قابلتوجهی برای ترمینالها نیاز دارد. مرزهای ایزولاسیون بر چیدمان PCB تأثیر میگذارند. قطعات رله ممکن است باعث نگرانیهایی درباره ارتفاع و گرما شوند.
اگر محفظه به درجه حفاظت بالایی در برابر نفوذ نیاز داشته باشد، دهانههای خارجی باید به حداقل برسند. کانکتورها، واشرهای آببندی و گلندهای کابل بخشی از راهبرد آببندی میشوند.
جداکنندههای مکانیکی ممکن است ولتاژهای خطرناک را از تجهیزات الکترونیکی کمولتاژ جدا کنند. فواصل خزشی و هوایی موردنیاز باید در سراسر PCB و محفظه حفظ شوند.
ماده محفظه باید در برابر مواد شیمیایی، ارتعاش، تغییرات دما و در صورت لزوم، تابش فرابنفش مقاومت کند.
تیمهای خدمات ممکن است لازم باشد تجهیزات الکترونیکی را بدون قطع سیمکشی میدانی تعویض کنند. این الزام میتواند به استفاده از ترمینال جداشدنی یا معماری واحد پایه منجر شود.
چنین تصمیمی بر انتخاب کانکتور، شکل PCB، قالبسازی محفظه و هزینه محصول تأثیر میگذارد.
مدلسازی اولیه الکترومکانیکی به تیم کمک میکند این انتخابهای معماری را پیش از تبدیل شدن به تعهدات پرهزینه ارزیابی کند.
مدیریت تغییر بهاندازه تبادل هندسه اهمیت دارد
یک پلتفرم یکپارچه تبادل فایلها را کاهش میدهد، اما تیمها همچنان به کنترل منظم بازنگریها نیاز دارند.
هر رابط اصلی باید مالک مشخصی داشته باشد. دهانه محفظه ممکن است متعلق به تیم مکانیک باشد، در حالی که فوتپرینت کانکتور به تیم برق تعلق دارد.
تغییر هر یک از این موارد باید باعث بررسی هر دو گروه شود.
نقاط عطف طراحی میتوانند وضعیتهای کنترلشدهای ایجاد کنند:
وضعیت مفهومی: هندسه در زمان بررسی معماری همچنان انعطافپذیر باقی میماند.
وضعیت رابط: شکل کلی برد، کانکتورها، نمایشگرها و نقاط نصب تحت کنترل قرار میگیرند.
وضعیت مسیریابی: مکان قطعات حیاتی قفل شده است.
وضعیت اعتبارسنجی: بررسیهای حرارتی، مکانیکی، الکتریکی و تولید تکمیل شدهاند.
وضعیت انتشار: دادههای تولید با مدل یکپارچهٔ تأییدشده مطابقت دارند.
هر وضعیت باید مشخص کند چه تغییراتی مجاز هستند و چه کسی باید آنها را تأیید کند.
تیمها باید از نسخههای مدیریتنشدهٔ هندسهٔ صادرشده اجتناب کنند. یک فایل STEP که روی رایانهٔ محلی ذخیره شده است، میتواند بهسرعت منسوخ شود.
یادداشتهای بازبینی باید بهجای صرفاً بیان جابهجایی یک قطعه، تأثیر فنی را شرح دهند. یادداشت باید توضیح دهد چرا قطعه جابهجا شده و کدام رابطها دوباره اعتبارسنجی شدهاند.
بررسیهای میانرشتهای باید از رابطهای محصول پیروی کنند
بسیاری از بررسیهای طراحی بر اساس حوزهٔ تخصصی سازماندهی میشوند. مهندسان برق شماتیک را بررسی میکنند. مهندسان مکانیک محفظه را بررسی میکنند. طراحان PCB چیدمان را بررسی میکنند.
بررسیهای الکترومکانیکی باید در عوض بر رابطها تمرکز کنند.
بررسی اتصالدهنده باید محل اتصالدهنده، هندسهٔ دهانه، فاصلهٔ کابل، شیلدینگ، آببندی، برچسبگذاری و دسترسی برای مونتاژ را دربر بگیرد.
بررسی نمایشگر باید ناحیهٔ فعال، زاویهٔ دید، فشار نصب، مسیریابی کابل، وضوح نوری و تعویض در سرویس را دربر بگیرد.
بررسی حرارتی باید تلفات قطعات، پخششدن گرما در مس، جریان هوا، رسانش در محفظه، شرایط محیطی و حدود دما را دربر بگیرد.
بررسی اتصال به زمین باید مرجع مدار، اتصال شاسی، شیلدهای کابل، تماس بستها و الزامات مقرراتی را دربر بگیرد.
این روش مبتنی بر رابطها، مشکلاتی را آشکار میکند که ممکن است بررسیهای تخصصی آنها را از دست بدهند.
چکلیست عملی بررسی الکترومکانیکی
پیش از آغاز مسیریابی، موارد زیر را بررسی کنید:
طرح کلی PCB با پوستهٔ مکانیکی تأییدشده مطابقت دارد.
سوراخهای نصب با برآمدگیهای محفظه و سختافزار همراستا هستند.
ناحیههای ممنوعهٔ حیاتی تعریف و درک شدهاند.
اتصالدهندهها با دهانههای خود همراستا هستند.
دوشاخههای جفتشونده فضای کافی برای وارد کردن و خارج کردن دارند.
نمایشگرها، کلیدها و نشانگرها بهدرستی همراستا هستند.
قطعات بلند و سنگین فضای آزاد کافی دارند.
دستگاههای حرارتی مسیر مشخصی برای دفع گرما دارند.
مسیریابی کابل و شعاع خم در نظر گرفته شدهاند.
ابزارهای مونتاژ میتوانند به هر بست موردنیاز دسترسی پیدا کنند.
پس از مسیریابی، موارد اضافی زیر را بررسی کنید:
هیچ قطعهای وارد ناحیهٔ ممنوعهٔ مکانیکی نشده است.
برد میتواند مسیر ورود موردنظر را طی کند.
محفظه بدون فشردهسازی کابل بسته میشود.
بستها را میتوان با استفاده از ابزارهای تولید نصب کرد.
نقاط آزمون همچنان در دسترس هستند.
ویژگیهای اتصال به زمین و شیلدینگ همچنان حفظ شدهاند.
مجوزهای مقرراتی به خطر نیفتادهاند.
بازبینی تأییدشدهٔ PCB با مجموعهٔ مکانیکی مطابقت دارد.
بستهٔ تولید با مدل محصول اعتبارسنجیشده مطابقت دارد.
آزمایش نمونهٔ اولیه باید فرضیات دیجیتال را تأیید کند
یکپارچهسازی دیجیتال خطر را کاهش میدهد، اما نیاز به نمونههای اولیه را از بین نمیبرد.
نمونههای اولیهٔ فیزیکی رفتار مواد، انعطافپذیری کابل، حس اتصالدهنده، میزان دید نمایشگر، دسترسی به بستها و تغییرات مونتاژ را آشکار میکنند.
نمونهٔ اولیهٔ اول باید بهعنوان ابزاری برای اعتبارسنجی، نه یک واحد نمایشی، در نظر گرفته شود.
مهندسان باید هر تعامل پیشبینینشدهای را ثبت کنند. حتی دشواری جزئی در مونتاژ ممکن است در تیراژهای بالاتر به مشکلی عمده در تولید تبدیل شود.
بازبینی نمونهٔ اولیه باید شامل نمایندگانی از تیمهای برق، مکانیک، تولید، کیفیت و خدمات باشد.
تیم باید مجموعهٔ فیزیکی را مستقیماً با مدل یکپارچهٔ CAD مقایسه کند.
هر مغایرتی ممکن است نشاندهندهٔ مدل نادرست قطعه، بازنگری منسوخ، انحراف تولید یا فرضیهٔ ناقص دربارهٔ تلرانس باشد.
اصلاحات باید به مدل دیجیتال بازگردانده شوند. نمونهٔ اولیه نباید به منبعی جداگانه برای تغییرات ثبتنشده تبدیل شود.
Fusion 360 بیشترین ارزش را کجا ارائه میدهد
Fusion 360 زمانی ارزش ویژهای ارائه میدهد که تصمیمهای طراحی الکتریکی و مکانیکی همچنان ارتباط نزدیکی با یکدیگر داشته باشند.
دستگاههای فشرده سود میبرند، زیرا تعارضهای هندسی کوچک میتوانند بر کل معماری اثر بگذارند.
محصولات دارای رابطهای خارجی متعدد سود میبرند، زیرا جانمایی کانکتورها، نمایشگرها، کلیدها و نشانگرها باید همگام باقی بماند.
تجهیزات صنعتی با تیراژ پایین سود میبرند، زیرا تیمها ممکن است برای هر حوزهٔ مهندسی پلتفرم سازمانی جداگانه نداشته باشند.
نمونههای اولیهای که بهسرعت توسعه مییابند سود میبرند، زیرا طراحی ممکن است در مراحل ابتدایی آزمون مرتباً تغییر کند.
محصولات دارای محفظههای سفارشی سود میبرند، زیرا ویژگیهای مکانیکی میتوانند مستقیماً به نیازهای PCB پاسخ دهند.
این پلتفرم از گردشکار پیوستهتری نیز پشتیبانی میکند. هندسهٔ مکانیکی میتواند PCB را تعریف کند. جانمایی الکتریکی میتواند به محفظه بازگردد. هر دو تیم میتوانند همان زمینهٔ محصول را بررسی کنند.
این پیوستگی تعداد خروجیگرفتنهای دستی را کاهش میدهد و خطر بررسی هندسهٔ منسوخ را محدود میکند.
یکپارچهسازی جایگزین قضاوت مهندسی نمیشود
یک پلتفرم طراحی مشترک بهطور خودکار محصولی قابلاعتماد تولید نمیکند.
مدلهای دقیق قطعات همچنان ضروریاند. نواحی ممنوعه باید بهدرستی تعریف شوند. محدودیتهای الکتریکی باید رعایت شوند. تلرانسهای مکانیکی باید واقعبینانه باشند.
مهندسان باید فرایندهای تولید، مواد، الزامات مقرراتی و شرایط محیط واقعی را نیز درک کنند.
تشخیص خودکار تداخل میتواند جامدات همپوشان را شناسایی کند. اما ممکن است پیچ غیرقابلدسترسی، خمشدن نامناسب کابل یا فرایند سرویس گیجکننده را تشخیص ندهد.
تحلیل حرارتی به فرضیات منطقی دربارهٔ توان و مواد وابسته است. عملکرد الکترومغناطیسی همچنان به قضاوت تخصصی در طراحی و آزمون فیزیکی نیاز دارد.
نرمافزار هماهنگی را بهبود میدهد؛ اما جایگزین مسئولیت فنی نمیشود.
روشی کارآمدتر برای توسعهٔ محصول
یک فرایند قابلاعتماد الکترومکانیکی را میتوان در چند مرحلهٔ مرتبط خلاصه کرد.
با عملکرد محصول و طراحی صنعتی شروع کنید. نحوهٔ استفاده، نصب، اتصال و سرویس محصول را مشخص کنید.
پوستهٔ مکانیکی را ایجاد کنید. دیوارههای محفظه، ویژگیهای نصب، رابطهای کاربری و محدودیتهای نصب را شامل کنید.
خط پیرامونی PCB را بر اساس این پوشش تعیین کنید. سوراخهای نصب، برشها و نواحی ممنوعه را نیز در نظر بگیرید.
شماتیک را توسعه دهید و قطعاتی را انتخاب کنید که از نظر فیزیکی اعتبارسنجی شدهاند.
ابتدا قطعاتی را که از نظر مکانیکی ثابت هستند جانمایی کنید. کانکتورها، نمایشگرها، کلیدها، نشانگرها و رابطهای حرارتی را بررسی کنید.
PCB اولیه را به مجموعه مکانیکی بازگردانید. پیش از مسیریابی، تمام تداخلهای اصلی را برطرف کنید.
موقعیت قطعات حیاتی را ثابت کنید. چیدمان سیگنال، توان و اتصال زمین را تکمیل کنید.
PCB مسیریابیشده را برای اعتبارسنجی نهایی مکانیکی بازگردانید.
ترتیب مونتاژ، دسترسی برای سرویس، رفتار حرارتی، تلرانسها و الزامات ساخت را بررسی کنید.
نمونههای اولیه را بسازید و آنها را با مدل دیجیتال تأییدشده مقایسه کنید.
دادههای تولید را تنها پس از همگامسازی پیکربندیهای الکتریکی و مکانیکی منتشر کنید.
نتیجهگیری
یکپارچهسازی الکترومکانیکی صرفاً بررسی سازگاری در مرحله نهایی نیست؛ بلکه فرایندی پیوسته در مهندسی است که با معماری محصول آغاز میشود و تا انتشار برای ساخت ادامه مییابد.
تقریباً هر محصول الکترونیکی به ارتباط موفق میان PCB، محفظه، کانکتورها، کنترلها، سیمکشی، سامانه حرارتی و روش مونتاژ وابسته است.
Fusion 360 با نگهداشتن طراحی مکانیکی، تعریف PCB، جانمایی قطعات و اعتبارسنجی سهبعدی در یک محیط متصل، از این ارتباط پشتیبانی میکند.
گردشکار عملی با طراحی صنعتی و توسعه محفظه آغاز میشود. تیم مکانیک شکل PCB را تعیین میکند. تیم الکتریکال قطعات را انتخاب و جانمایی میکند. سپس برد کامل برای بررسی تداخل به مدل مکانیکی بازگردانده میشود.
تنها پس از اعتبارسنجی رابطهای حیاتی باید مسیریابی دقیق آغاز شود. سپس PCB مسیریابیشده باید برای بررسی نهایی مونتاژ، فاصلهها، حرارتی و ساخت بازگردانده شود.
این رویکرد تحویلهای غیرضروری بین تیمها را کاهش میدهد، سردرگمی ناشی از بازبینیها را محدود میکند و تعارضها را پیش از رسیدن به ساخت یا ابزارسازی شناسایی میکند.
مهمترین نتیجه صرفاً کار سریعتر با CAD نیست؛ بلکه ارتباط مهندسی بهتر است.
وقتی تیمهای الکتریکی و مکانیکی بر اساس یک تعریف مشترک از محصول کار میکنند، تصمیمهای طراحی در بستر خود قابل مشاهده میشوند. یک کانکتور دیگر فقط یک نماد شماتیک نیست؛ بلکه به رابط الکتریکی، دهانه مکانیکی، مسیر کابل، نقطه اتصال شیلد، ویژگی مونتاژ و ملاحظهای برای سرویس تبدیل میشود.
این دیدگاه گستردهتر به تیمها کمک میکند محصولاتی بسازند که بهدرستی جا بگیرند، بهطور قابلاعتماد مونتاژ شوند، ایمن کار کنند و در سراسر عمر مفیدشان کاربردی باقی بمانند.
اطلاعات بیشتر درباره قابلیتهای یکپارچه مکانیکی و الکترونیکی Autodesk Fusion 360 از طریق منبع رسمی محصولات Autodesk Fusion 360 در دسترس است.