Tích hợp cơ điện trong Fusion 360: Quy trình thiết kế sản phẩm thực tiễn

Thiết kế điện và cơ khí không còn là những lĩnh vực tách biệt

Kỹ thuật cơ điện thường gắn liền với các thiết bị riêng lẻ như rơ-le, solenoid, công tắc tơ, động cơ và bộ truyền động. Trong mỗi ví dụ, năng lượng điện tạo ra chuyển động hoặc điều khiển một tác động cơ học.

Quá trình phát triển sản phẩm hiện đại vượt xa những thành phần riêng lẻ này. Hiện nay, hầu hết mọi sản phẩm điện tử đều phụ thuộc vào sự phối hợp chặt chẽ giữa thiết kế công nghiệp, kỹ thuật cơ khí, kỹ thuật điện và phát triển bo mạch in.

Không thể thiết kế bo mạch một cách tách biệt khỏi vỏ. Các đầu nối phải thẳng hàng với những lỗ mở bên ngoài. Nút nhấn phải nằm phía sau các bề mặt có thể tiếp cận. Màn hình phải vẫn nhìn thấy được qua khung viền. Các lỗ lắp đặt phải khớp với các trụ lắp cơ khí. Các linh kiện phát nhiệt phải duy trì trong giới hạn nhiệt chấp nhận được.

Vỏ cũng không thể được hoàn thiện nếu chưa hiểu rõ PCB. Chiều cao linh kiện ảnh hưởng đến khoảng hở bên trong. Đường đi của cáp ảnh hưởng đến hình dạng thành vỏ. Khả năng tiếp cận để bảo trì quyết định vị trí đặt nắp. Tương thích điện từ có thể đòi hỏi lớp chắn, các đặc điểm nối đất hoặc sự tách biệt giữa mạch nguồn và mạch tín hiệu.

Mối quan hệ này thể hiện mức độ tích hợp cơ điện cao hơn. Nó kết nối cấu trúc vật lý của sản phẩm với hệ thống điện mang lại chức năng cho sản phẩm.

Hình 1. Một cụm cơ điện điển hình kết hợp PCB, vỏ, công tắc, đầu nối và các chi tiết liên kết cơ khí.

Trong một cụm lắp ráp điển hình, PCB có thể được cố định vào vỏ đúc bằng bốn vít. Hai nút nhấn có thể thẳng hàng với các lỗ trên mặt trước. Một giắc giao tiếp có thể đi xuyên qua một lỗ khác. Mọi đặc điểm đều phải khớp chính xác trước khi bắt đầu sản xuất.

Chỉ vài milimét sai lệch cũng có thể khiến việc lắp ráp không thực hiện được. Một đầu nối có thể va vào thành vỏ. Màn hình có thể nằm ngoài vùng quan sát. Một lỗ lắp đặt có thể chồng lên vùng đồng. Một linh kiện có thể khiến nắp không đóng được.

Những lỗi này gây tốn kém vì thường vẫn bị che giấu cho đến khi nguyên mẫu vật lý được lắp ráp. Đến lúc đó, PCB có thể đã được chế tạo. Vỏ có thể đã được gia công hoặc đúc. Đồ gá và khuôn dụng cụ tùy chỉnh có thể đã được đặt hàng.

Môi trường thiết kế tích hợp giúp các kỹ sư phát hiện những xung đột này khi sản phẩm vẫn chỉ tồn tại dưới dạng hình học số.

Vì sao quy trình bàn giao kỹ thuật truyền thống tạo ra những rủi ro có thể tránh được

Các sản phẩm cơ điện thường có sự tham gia của nhiều chuyên gia. Mỗi chuyên gia làm việc từ một góc nhìn kỹ thuật khác nhau và quản lý những ràng buộc thiết kế khác nhau.

Nhà thiết kế công nghiệp xác định diện mạo tổng thể, cách người dùng tương tác, hình dạng và môi trường vận hành dự kiến. Vai trò này quyết định sản phẩm nên trông như thế nào và mọi người sẽ cầm, sử dụng sản phẩm ra sao.

Kỹ sư cơ khí chuyển ý tưởng đó thành một kết cấu có thể sản xuất. Cần xem xét độ dày thành, lựa chọn vật liệu, chi tiết siết, gân, trụ lắp, gioăng kín, bản lề và các giá đỡ bên trong.

Kỹ sư điện phát triển kiến trúc mạch. Công việc này bao gồm chuyển đổi nguồn, điều hòa tín hiệu, xử lý, truyền thông, bảo vệ và mạch giao tiếp.

Nhà thiết kế PCB chuyển sơ đồ nguyên lý thành một bo mạch có thể sản xuất. Linh kiện phải được bố trí, đường mạch phải được đi, các mặt phẳng phải được tạo và các quy tắc chế tạo phải được đáp ứng.

Sau đó, các kỹ sư sản xuất sẽ xem xét trình tự lắp ráp, khả năng tiếp cận dụng cụ, dung sai, điểm kiểm tra, ghi nhãn và hiệu quả sản xuất.

Mỗi bộ phận có thể sử dụng một nền tảng phần mềm riêng. Nhóm cơ khí có thể trao đổi các tệp STEP. Nhóm PCB có thể gửi biên dạng bo mạch qua DXF. Vị trí linh kiện có thể được xem xét bằng bảng tính, ảnh chụp màn hình hoặc nhận xét qua email.

Cách tiếp cận phân mảnh này tạo ra một số vấn đề lặp đi lặp lại:

Hình học trở nên lỗi thời. Một nhóm có thể tiếp tục làm việc trên phiên bản vỏ hoặc PCB cũ hơn.

Ý đồ thiết kế trở nên không rõ ràng. Một lỗ mở cơ khí có thể trông như có thể di chuyển, dù nó gắn với một đầu nối bên ngoài cố định.

Thay đổi đòi hỏi phải xuất tệp nhiều lần. Mỗi bản sửa đổi tạo ra một tệp khác, một lần bàn giao khác và thêm một cơ hội gây nhầm lẫn.

Việc kiểm tra giao thoa diễn ra quá muộn. Các mô hình cơ khí và điện có thể chỉ được kết hợp gần cuối quá trình phát triển.

Quyền sở hữu trở nên phân mảnh. Các nhóm có thể không biết mô hình nào thể hiện cấu hình sản phẩm đã được phê duyệt.

Do đó, một quy trình hiệu quả phải cung cấp nhiều hơn khả năng tương thích tệp. Quy trình đó phải duy trì mối quan hệ đáng tin cậy giữa PCB, vỏ, các đặc điểm cơ khí và hình học của linh kiện.

Ví dụ thực tế: Vỏ thiết bị y tế nhỏ gọn

Hãy xem xét một thiết bị y tế nhỏ gọn được thiết kế trong Autodesk Fusion 360. Sản phẩm gồm một màn hình LCD nhỏ, bốn nút nhấn tròn, một đầu nối vuông, hai giắc cắm hướng ra phía trước và một đầu nối USB ở bên cạnh.

Vỏ sử dụng kiểu dáng công nghiệp thiên về công năng. Bề mặt bên ngoài dựa trên các bề mặt đơn giản, cạnh bo tròn và các góc lượn được tiết chế. Cấu trúc bên trong gồm các gân, trụ lắp, giá đỡ và các chi tiết giữ cáp.

Hình 2. Vỏ thiết bị y tế được chuẩn bị để tích hợp PCB và các linh kiện có dây.

Sản phẩm có vẻ khá đơn giản. Tuy nhiên, ngay cả một vỏ nhỏ cũng đòi hỏi nhiều quyết định được phối hợp chặt chẽ.

Màn hình LCD phải thẳng hàng với cửa sổ quan sát phía trước. Vùng hiển thị hoạt động phải vẫn nhìn thấy được dù có sai số lắp ráp. Cáp màn hình cũng cần đủ không gian để uốn cong.

Các nút nhấn cần được bố trí với khoảng cách phù hợp. Thân công tắc phải vừa phía sau tấm mặt trước. Hành trình của chúng phải tương thích với các nắp nút đúc hoặc màng nhấn bên ngoài.

Đầu nối USB phải nằm ở độ sâu chính xác. Phích cắm cáp phải đi vào mà không va vào vỏ. Phần mở cũng cần đủ khoảng hở cho các loại vỏ cáp thương mại khác nhau.

Hai giắc cắm phía trước có thể cần đai ốc hoặc phần cứng giữ. Dụng cụ lắp ráp phải tiếp cận được các chi tiết siết này mà không bị PCB hoặc thành bên trong cản trở.

Các trụ lắp PCB phải đỡ bo mạch mà không tạo ra ứng suất quá mức. Các lỗ vít của chúng phải tránh xa đồng, đường mạch và các linh kiện gần đó.

Vỏ cũng phải cung cấp đủ không gian cho dây dẫn, nhãn, vật liệu cách điện và dung sai sản xuất.

Ví dụ này minh họa tại sao việc tích hợp sản phẩm không thể đơn giản hóa thành việc đặt một bo mạch hình chữ nhật vào trong hộp.

Bắt đầu từ Không gian Cơ khí Bên trong, Không phải Kích thước Bo mạch Tùy ý

Giai đoạn chính thức đầu tiên là xác định hình dạng PCB. Quyết định này nên tuân theo không gian cơ khí bên trong thay vì một lựa chọn điện tùy ý.

Kỹ sư cơ khí bắt đầu bằng cách xác định không gian có thể sử dụng bên trong vỏ. Các trụ lắp, độ dày thành, gân, chi tiết siết, màn hình, công tắc, đầu nối và rãnh cáp làm giảm diện tích bo mạch khả dụng.

Bo mạch đặt quá gần thành vỏ có thể gây ra vấn đề khi lắp ráp. Dung sai sản xuất có thể gây tiếp xúc không thường xuyên. Mép bo mạch cũng có thể cần thêm khoảng hở cho việc ghép bảng hoặc định tuyến.

Fusion 360 cho phép kỹ sư tạo một mặt phẳng dựng lệch so với các bề mặt lắp PCB. Sau đó, biên dạng bo mạch có thể được phác thảo trực tiếp trên mặt phẳng đó.

Biên dạng nên bao gồm nhiều hơn chu vi bên ngoài. Các lỗ lắp, khe, vùng hạn chế, phần khoét và vùng cấm cơ khí nên được xác định sớm.

Bản phác thảo kết quả có thể được chuyển đổi thành PCB để sử dụng trong môi trường điện tử Fusion. Việc này tạo ra mối quan hệ ban đầu giữa mô hình cơ khí và thiết kế điện.

Hình 3. Bản phác thảo cơ khí được chuyển thành định nghĩa PCB hai chiều.

Cách tiếp cận này giúp kỹ sư điện xác định hình dạng bo mạch dựa trên hình học thực tế của sản phẩm. Nó tránh việc tạo ra một PCB sau đó buộc phải thay đổi không cần thiết đối với vỏ.

Biên dạng bo mạch nên được xem như một giao diện được kiểm soát. Mọi thay đổi sau đó có thể ảnh hưởng đến vị trí linh kiện, đi dây mạch, chi phí sản xuất, khả năng tiếp cận khi lắp ráp và đặc tính điện từ.

Trước khi chốt biên dạng, kỹ sư cơ khí nên kiểm tra một số vấn đề.

Có thể đưa bo mạch vào vỏ mà không nghiêng quá mức không gian cho phép không?

Có thể lắp mọi vít bằng dụng cụ dự định không?

Các đầu nối ở mép bo mạch có thể tiếp cận được sau khi lắp ráp không?

Có đủ không gian cho dây dẫn và bán kính uốn của cáp không?

Các linh kiện dễ vỡ có được bảo vệ khỏi tải cơ học không?

Có thể tháo bo mạch khi bảo trì mà không cần ngắt kết nối các cụm lắp ráp không liên quan không?

Biên dạng PCB tốt nhất không phải lúc nào cũng là biên dạng lớn nhất có thể. Một bo mạch nhỏ hơn đôi chút có thể đơn giản hóa việc lắp ráp, cải thiện luồng khí và tạo thêm dung sai quanh các đầu nối.

Các vùng cấm cơ khí phải thể hiện rõ ý đồ thiết kế

Chỉ riêng biên dạng bo mạch không thể thể hiện mọi hạn chế vật lý. Mô hình cơ khí cũng nên xác định các thể tích mà linh kiện, đồng hoặc chi tiết siết chặt không được phép chiếm.

Ví dụ, một vít vỏ có thể đi xuyên qua khu vực PCB. Đội ngũ điện phải chừa đủ khoảng hở quanh đầu và thân vít.

Một gân đúc có thể chiếm không gian phía trên một khu vực của bo mạch. Các linh kiện cấu hình thấp có thể vừa bên dưới, trong khi tụ điện hoặc đầu nối cao thì không.

Cáp màn hình có thể quét ngang qua bo mạch trong quá trình lắp ráp. Các linh kiện nằm trên đường đi đó có thể làm hỏng cáp hoặc cản trở việc lắp đặt.

Một ngăn pin có thể dùng chung một mặt của vỏ. Đường đưa pin vào phải luôn thông thoáng, ngay cả khi pin không xuất hiện trong mô hình lắp ráp cuối cùng.

Các hạn chế này nên được thể hiện dưới dạng hình học vùng cấm có chủ đích. Không nên phụ thuộc vào các ghi chú không chính thức hoặc ảnh chụp màn hình.

Các nhà thiết kế điện cũng cần hiểu lý do đằng sau từng hạn chế. Một vách kết cấu cố định khác với một đặc điểm thẩm mỹ có thể di chuyển. Một ranh giới khoảng cách rò được quy định khác với một vùng ưu tiên để tiếp cận khi bảo trì.

Ý đồ thiết kế rõ ràng giúp các nhóm thương lượng thay đổi một cách hợp lý. Điều này ngăn kỹ sư xem mọi đặc điểm hình học đều cứng nhắc như nhau.

Việc lựa chọn linh kiện phải bao gồm xác thực kiểu đóng gói vật lý

Sau khi nhận định nghĩa bo mạch, kỹ sư điện xây dựng hoặc hoàn thiện sơ đồ nguyên lý. Linh kiện được lựa chọn dựa trên yêu cầu điện, khả năng cung ứng, tình trạng vòng đời, chi phí và hiệu năng.

Tuy nhiên, một linh kiện phù hợp về điện vẫn có thể không phù hợp về cơ khí.

Bộ chuyển đổi nguồn có thể đáp ứng yêu cầu về điện áp và dòng điện nhưng vượt quá chiều cao cho phép. Đầu nối có thể có đúng số lượng chân nhưng sử dụng hướng lắp không tương thích. Tụ điện có thể vừa với bo mạch nhưng khiến không thể đóng vỏ.

Vì vậy, mọi thiết bị quan trọng phải được liên kết với một mô hình vật lý chính xác.

Mô hình phải thể hiện đúng kích thước thân, vị trí chân, mặt phẳng lắp đặt, hướng cài của đầu nối và chiều cao linh kiện tối đa.

Chất lượng mô hình rất quan trọng. Một khối chữ nhật đơn giản có thể hỗ trợ phát hiện va chạm cơ bản, nhưng có thể không thể hiện chuyển động của chốt, khoảng hở cho phần bọc đúc của cáp, khả năng tiếp cận vít hoặc sai khác trong sản xuất.

Các linh kiện có tương tác bên ngoài cần được đặc biệt chú ý:

Đầu nối phải thẳng hàng với các lỗ mở và cho phép cắm cáp.

Màn hình phải thẳng hàng với cửa sổ, viền và các bề mặt cảm ứng.

Công tắc phải tương thích với cơ cấu truyền động cơ khí và hành trình cần thiết.

Đèn LED phải thẳng hàng với ống dẫn sáng hoặc các lỗ mở trên bảng điều khiển.

Bộ tản nhiệt phải cách xa thành vách và không được cản trở luồng không khí.

Máy biến áp và cuộn cảm có thể gây ra các vấn đề về chiều cao, trọng lượng và rung động.

Các cầu đấu yêu cầu không gian đấu dây và khoảng trống để thao tác tua vít.

Các linh kiện cần bảo trì yêu cầu không gian tháo lắp và khả năng tiếp cận của con người.

Khi đã chọn vỏ linh kiện, có thể bố trí chúng ở cả hai mặt PCB. Sau đó, bo mạch có thể được xem xét như một cụm lắp ráp ba chiều.

Các quyết định bố trí không chỉ bị chi phối bởi kết nối điện

Việc bố trí linh kiện thường được mô tả là một bài toán tối ưu hóa về điện. Các nhà thiết kế giảm độ dài đường mạch, quản lý đường hồi dòng, tách các mạch gây nhiễu và đặt các linh kiện chống nhiễu gần tải của chúng.

Những yếu tố đó vẫn rất quan trọng. Tuy nhiên, hình học của vỏ tạo ra một nhóm ràng buộc khác.

Một bộ điều chỉnh điện áp có thể cần đặt gần đầu vào pin. Nó cũng có thể cần luồng không khí hoặc khả năng truyền nhiệt đến vỏ.

Một đầu nối giao tiếp có thể cần thẳng hàng với lỗ mở bên ngoài. Vị trí của nó có thể trở thành cố định về mặt cơ khí trước khi bắt đầu đi dây.

Một gia tốc kế dùng để giám sát máy móc có thể yêu cầu hướng cụ thể. Nó cũng có thể cần được cách ly khỏi quạt rung hoặc các linh kiện từ tính chuyển mạch.

Một khu vực điện áp cao có thể cần được tách khỏi các giao diện điện áp thấp. Các vách ngăn cơ khí hoặc đặc điểm nối đất có thể ảnh hưởng đến cách sắp xếp cuối cùng.

Các bộ điều khiển dành cho người dùng phải luôn có thể tiếp cận. Các đầu nối chẩn đoán bên trong có thể cần kỹ thuật viên tiếp cận nhưng không cần lỗ mở bên ngoài.

Sự kết hợp giữa các ưu tiên về điện và cơ khí này tạo nên một hệ thống phân cấp trong bố trí.

Đầu tiên, bố trí các linh kiện có giao diện bên ngoài cố định. Những linh kiện này gồm đầu nối, màn hình, công tắc, đèn báo, ăng-ten và cảm biến bên ngoài.

Thứ hai, bố trí các linh kiện gắn với đặc điểm cơ khí hoặc nhiệt. Những linh kiện này có thể gồm bộ tản nhiệt, các điểm nối đất khung máy, máy biến áp nặng hoặc các linh kiện gắn vào đệm tản nhiệt.

Thứ ba, bố trí các linh kiện quan trọng về điện. Các tầng công suất, bộ dao động, mạch đầu vào tương tự, bộ nhớ và các giao diện tốc độ cao thường có yêu cầu bố trí nghiêm ngặt.

Cuối cùng, bố trí các linh kiện linh hoạt như điện trở, tụ điện nhỏ và các linh kiện logic thông dụng.

Thứ tự này giúp giảm gián đoạn về sau. Di chuyển một đầu nối sau khi đi dây có thể buộc phải thay đổi hàng chục đường mạch. Di chuyển một linh kiện thụ động thường gây ra ít công việc làm lại hơn nhiều.

Một sai lệch nhỏ của USB có thể dẫn đến việc thiết kế lại quy mô lớn

Sau khi bố trí ban đầu, toàn bộ PCB cần được đưa vào cụm cơ khí ba chiều.

Trong thiết bị ví dụ, quá trình kiểm tra này cho thấy đầu nối USB không thẳng hàng với lỗ mở trên vỏ.

Hình 4. Vị trí ban đầu của đầu nối USB không khớp với lỗ mở cơ khí.

Xung đột có vẻ đơn giản. Tuy nhiên, tác động của nó phụ thuộc vào thời điểm phát hiện.

Trước khi định tuyến, thường có thể di chuyển đầu nối với ít công sức. Sơ đồ nguyên lý vẫn không thay đổi. Các linh kiện lân cận có thể chỉ cần định vị lại một chút.

Sau khi định tuyến, việc di chuyển đầu nối có thể làm gián đoạn các cặp vi sai, đường hồi tiếp mass, đường nguồn, lớp che chắn và các linh kiện lân cận.

Sau khi chế tạo nguyên mẫu, thay đổi này có thể đòi hỏi một phiên bản PCB mới và một nguyên mẫu vỏ khác.

Sau khi làm khuôn, xung đột đầu nối có thể trở thành một vấn đề thương mại nghiêm trọng.

Đây là lý do việc xác thực vị trí các linh kiện quan trọng phải được thực hiện trước khi bắt đầu định tuyến chi tiết.

Hiệu chỉnh giao diện trước khi khóa bố trí điện

Nhóm cơ khí xem xét xung đột và đưa ra hướng dẫn hiệu chỉnh chính xác. Trong ví dụ này, đầu nối USB phải được chuyển sang phía đối diện của bo mạch và dịch khoảng 100 mil theo trục Y.

Kỹ sư thiết kế điện cập nhật vị trí linh kiện và trả PCB về cho cụm cơ khí.

Hình 5. Vị trí đầu nối đã được hiệu chỉnh, căn chỉnh với lỗ mở trên vỏ.

Đầu nối hiện đã căn chỉnh chính xác, nhưng chỉ căn chỉnh thôi là chưa đủ.

Nhóm nên mô phỏng việc cắm cáp. Các phích cắm USB thương mại có kích thước phần bọc đúc khác nhau. Một lỗ mở nhận được một loại cáp có thể không nhận được loại khác.

Cũng cần xem xét độ sâu của đầu nối. Đầu nối đặt quá sâu bên trong vỏ có thể không cắm khớp hoàn toàn. Đầu nối đặt quá xa bên ngoài có thể chịu tải cơ học.

Mọi tai gắn hoặc đặc điểm che chắn đều phải vẫn có thể tiếp cận trong quá trình hàn và kiểm tra.

Lỗ mở trên vỏ cũng có thể cần được bo mép. Hình học sắc nhọn có thể làm hỏng cáp hoặc cản trở việc cắm theo góc.

Việc xác thực này chuyển đổi kiểm tra căn chỉnh trực quan thành đánh giá khả năng sử dụng thực tế.

Cần khóa các linh kiện quan trọng trước khi định tuyến đường mạch

Sau khi tất cả linh kiện bị ràng buộc bởi bên ngoài và có tính chất quan trọng về cơ khí được phê duyệt, cần khóa vị trí của chúng.

Việc khóa ngăn không cho linh kiện vô tình bị di chuyển trong quá trình tối ưu hóa điện. Việc này cũng cho biết rằng mọi thay đổi về sau đều cần được xem xét liên ngành.

Sau đó, kỹ sư điện có thể định tuyến tín hiệu xung quanh các giao diện cố định.

Các linh kiện ít quan trọng hơn có thể vẫn được phép di chuyển. Điện trở, tụ điện và các linh kiện nhỏ khác thường có thể dịch chuyển để cải thiện luồng đường mạch hoặc giảm tắc nghẽn.

Mạch tốc độ cao đòi hỏi sự chú ý cẩn thận. Các cặp vi sai phải duy trì hình học được kiểm soát. Đường tín hiệu xung nhịp nên ngắn. Dòng hồi tiếp phải có các mặt phẳng tham chiếu liên tục.

Các đường cấp nguồn phải chịu được dòng điện yêu cầu. Khoảng hở nhiệt, độ dày đồng, số lượng via và bề rộng đường dẫn phải phù hợp.

Các vùng mạch tương tự có thể cần được tách khỏi các phần nguồn chuyển mạch. Các đầu vào nhạy cảm nên tránh xa các linh kiện từ tính gây nhiễu và các cạnh chuyển mạch số nhanh.

Các yêu cầu về điện này phải được đáp ứng mà không vi phạm những ràng buộc cơ khí đã xác định.

PCB đã đi dây phải được đưa trở lại cụm cơ khí

Hoàn tất việc đi dây các đường mạch không có nghĩa là kết thúc quy trình cơ điện. Bo mạch đã đi dây hoàn chỉnh phải được đưa trở lại mô hình sản phẩm ba chiều.

Bản cập nhật cuối cùng này có thể bao gồm các linh kiện đã dịch chuyển trong quá trình đi dây. Nó cũng có thể bao gồm các vùng đồng được sửa đổi, phần cứng lắp đặt được bổ sung, các bộ phận che chắn, đầu nối kiểm tra hoặc các đặc điểm phục vụ sản xuất.

Nhóm cơ khí nên thực hiện lại một lượt kiểm tra giao thoa hoàn chỉnh.

Việc xem xét nên kiểm tra khoảng hở giữa linh kiện và thành vỏ, khả năng đóng nắp, khả năng tiếp cận vít, đường đi cáp, không gian dành cho nhãn và trình tự lắp ráp.

PCB có thể vừa bên trong vỏ nhưng vẫn không thể lắp đặt. Ví dụ, đầu nối USB có thể yêu cầu đưa bo mạch vào theo một góc trước khi hạ xuống các trụ lắp.

Có thể sử dụng Fusion 360 để kiểm tra chuyển động này qua bên trong vỏ. Kỹ sư có thể xác định liệu các thành vỏ, gân hoặc đầu nối lân cận có chặn đường đưa bo mạch vào hay không.

Kiểu tư duy lắp ráp động này là thiết yếu. Một mô hình không có va chạm ở trạng thái tĩnh không đảm bảo sản phẩm có thể sản xuất được.

Trình tự lắp ráp là một phần của kiến trúc sản phẩm

Mọi sản phẩm cơ điện đều có một trình tự lắp ráp, dù trình tự đó được lập kế hoạch trước hay được phát hiện trên dây chuyền sản xuất.

Một trình tự tốt cho phép lắp các linh kiện mà không cần thao tác quá nhiều, làm biến dạng tạm thời hoặc sử dụng dụng cụ chuyên dụng.

Một trình tự không hợp lý có thể buộc công nhân phải uốn cáp quá gấp, giữ nhiều bộ phận cùng lúc hoặc lắp các chi tiết cố định bị che khuất.

Nhóm thiết kế nên ghi lại trình tự dự kiến trước khi phát hành bản thiết kế cuối cùng.

Đối với thiết bị ví dụ, một trình tự khả thi có thể là:

Lắp màn hình và các linh kiện mặt trước.

Cố định các giắc đã đấu dây và đi dây cáp của chúng.

Đưa PCB vào theo góc yêu cầu.

Căn chỉnh đầu nối USB với lỗ mở bên hông.

Hạ bo mạch xuống các trụ lắp.

Lắp vít PCB với mô-men siết đã được phê duyệt.

Kết nối hệ thống dây bên trong và xác minh bộ phận giảm lực căng.

Đóng vỏ và tiến hành kiểm tra chức năng.

Việc xem xét các bước này trên môi trường kỹ thuật số có thể phát hiện vấn đề tiếp cận trước khi chuẩn bị tài liệu sản xuất.

Khoảng hở của đầu nối phải bao gồm cả linh kiện ghép nối

Một lỗi thiết kế phổ biến là dựng mô hình đầu nối trên bo mạch nhưng không dựng phích cắm ghép nối với nó.

Ổ cắm có thể vừa khít bên trong vỏ. Tuy nhiên, cả cụm cáp thực tế có thể cần nhiều không gian hơn đáng kể.

Đầu nối công nghiệp thường có vít khóa, lẫy, ống chụp giảm lực căng hoặc đầu ra góc. Cầu đấu cần không gian uốn dây dẫn và tiếp cận dụng cụ.

Các đầu nối Ethernet có thể cần khoảng hở cho lẫy RJ45. Đầu nối tròn có thể cần không gian để siết bằng tay. Các đầu nối dạng terminal tháo rời phải có đủ chỗ để rút ra.

Vì vậy, các buổi đánh giá thiết kế nên bao gồm những linh kiện ghép nối đại diện.

Đối với các sản phẩm sử dụng nhiều nhà cung cấp cáp, nhóm nên mô hình hóa kích thước bao lớn nhất của đầu nối được phê duyệt. Điều này giúp giảm các vấn đề về khả năng tương thích tại hiện trường.

Bán kính uốn cáp cũng rất quan trọng. Cáp mềm không phải lúc nào cũng có thể bẻ ngay sau khi rời khỏi đầu nối. Uốn quá mức có thể làm hỏng dây dẫn hoặc gây ứng suất lâu dài.

Những vấn đề này đặc biệt quan trọng đối với thiết bị chuyển động, điều khiển và truyền thông công nghiệp. Các kỹ sư đánh giá phần cứng thay thế cũng có thể cần so sánh khả năng tiếp cận đầu nối giữa các nền tảng truyền động và điều khiển chuyển động khác nhau.

Thiết kế nhiệt nên bắt đầu trong giai đoạn bố trí

Không thể trì hoãn việc quản lý nhiệt cho đến khi hoàn thiện vỏ.

Bộ chuyển đổi công suất, bộ xử lý, bộ điều khiển động cơ, thiết bị truyền thông và đèn nền màn hình đều có thể sinh nhiệt. Vị trí của chúng ảnh hưởng đến nhiệt độ cục bộ và luồng không khí tổng thể.

Bảng dữ liệu của linh kiện có thể quy định giới hạn nhiệt độ vận hành. Tuy nhiên, nhiệt độ không khí xung quanh không phải lúc nào cũng phản ánh nhiệt độ mối nối bên trong.

Các nguồn nhiệt đặt gần nhau có thể tạo ra những điểm nóng cục bộ. Vỏ kín có thể giữ nhiệt lại. Thành nhựa có thể dẫn nhiệt rất kém.

Fusion 360 cho phép mô hình cơ khí bao gồm bộ tản nhiệt, các lỗ thông gió, miếng đệm nhiệt và đường dẫn dẫn nhiệt.

Bố trí PCB có thể hỗ trợ quản lý nhiệt thông qua việc phân tán nhiệt bằng đồng, via nhiệt và tách biệt linh kiện.

Cần xem xét một số câu hỏi:

Nhiệt đi vào vỏ từ đâu?

Đối lưu tự nhiên có thể di chuyển không khí qua thể tích bên trong không?

Các linh kiện nhạy cảm với nhiệt có được đặt gần những nguồn nhiệt lớn không?

Nhiệt có thể truyền vào khung máy hoặc thành vỏ không?

Bụi, hơi ẩm hoặc các yêu cầu quy định có ngăn cản việc thông gió không?

Sản phẩm có cần làm mát bằng quạt không, và sẽ phát hiện lỗi quạt như thế nào?

Thiết kế nhiệt thường đòi hỏi sự đánh đổi. Đưa một linh kiện công suất đến gần thành vỏ có thể cải thiện khả năng dẫn nhiệt nhưng làm định tuyến điện phức tạp hơn.

Mô hình tích hợp giúp mọi bộ phận nhìn thấy những đánh đổi này.

Tương thích điện từ cũng có khía cạnh cơ khí

Tương thích điện từ thường được xem là vấn đề định tuyến PCB. Trên thực tế, thiết kế vỏ ảnh hưởng đáng kể đến phát xạ và khả năng miễn nhiễm.

Vị trí đầu nối ảnh hưởng đến hiện tượng ghép cáp. Cách kết thúc lớp chắn ảnh hưởng đến đường đi của dòng điện tần số cao. Các mối ghép của vỏ có thể trở thành các khe phát xạ.

Không nên ép cáp nguồn và cáp tín hiệu đi qua cùng một lối đi chật hẹp. Các kết nối analog nhạy cảm có thể cần được tách khỏi dây dẫn động cơ hoặc dây dẫn chuyển mạch.

Vỏ kim loại có thể tạo lớp che chắn, nhưng chỉ khi nắp, mối ghép, chi tiết siết và các điểm nối đất được thiết kế đúng.

Vỏ nhựa có thể cần lớp chắn bên trong, lớp phủ dẫn điện, đầu nối có bộ lọc hoặc biện pháp kiểm soát chế độ chung cẩn thận.

Các kết nối đất bảo vệ và đất khung phải duy trì độ tin cậy cơ học. Điểm nối đất không nên phụ thuộc vào việc xuyên qua lớp sơn hoặc áp lực tiếp xúc không được kiểm soát.

Mô hình PCB nên xác định các điểm nối với khung và các vùng kết thúc lớp chắn. Mô hình cơ khí nên duy trì các đường dẫn trở kháng thấp đến vỏ.

Các đặc tính này nên được xem xét trước khi thử nghiệm tuân thủ nguyên mẫu. Những thay đổi điện từ muộn có thể ảnh hưởng đến cả khuôn PCB và khuôn vỏ.

Khả năng bảo trì đòi hỏi không gian không thể hiện trên sơ đồ nguyên lý

Một sản phẩm có thể sản xuất được nhưng khó bảo trì.

Kỹ thuật viên bảo trì có thể cần tiếp cận cầu chì, pin, bộ nhớ tháo rời, cổng chẩn đoán, các khối đầu nối hoặc mô-đun truyền thông có thể thay thế.

Thiết kế cơ khí phải cung cấp đủ không gian cho tay, dụng cụ và các bộ phận thay thế.

Một cầu chì có thể nhìn thấy nhưng không thể tháo bằng kìm tiêu chuẩn. Vít đầu nối có thể nằm phía sau một bó cáp. Một đầu nối chẩn đoán có thể yêu cầu tháo toàn bộ PCB.

Việc tiếp cận để bảo trì nên được mô hình hóa bằng không gian thao tác thực tế của dụng cụ.

Nhà thiết kế cũng nên xem xét các điều kiện thực tế. Kỹ thuật viên công nghiệp có thể đeo găng tay. Ánh sáng có thể bị hạn chế. Thiết bị có thể vẫn được lắp bên trong tủ điều khiển.

Các đầu nối cần dễ nhận biết. Cơ cấu phân cực phải ngăn việc cắm sai. Nhãn phải vẫn nhìn thấy sau khi đi dây.

Khi khả năng bảo trì được tính đến từ sớm, sản phẩm cuối cùng sẽ dễ được hỗ trợ hơn trong suốt vòng đời vận hành.

Phân tích dung sai ngăn ngừa sự tự tin sai lầm vào hình học CAD hoàn hảo

Mô hình kỹ thuật số thường thể hiện các kích thước danh nghĩa. Các bộ phận vật lý luôn có sai lệch.

Dung sai đi dây PCB, dung sai lỗ, độ co ngót của vỏ đúc, độ rơ của chi tiết liên kết, vị trí đầu nối và sai lệch lắp ráp đều có thể ảnh hưởng đến độ vừa khít.

Một đầu nối được căn chỉnh theo kích thước danh nghĩa có thể bị lệch khi sản xuất. Một bo mạch vừa đủ hở so với vách có thể chạm vào vách trong một số cụm lắp ráp.

Do đó, các giao diện quan trọng cần có biên dung sai.

Nhóm thiết kế nên xác định các chuỗi kích thước giữa các đặc tính lắp đặt và các giao diện bên ngoài. Vị trí căn chỉnh đầu nối nên được tham chiếu từ cùng các chuẩn cơ khí được sử dụng trong quá trình lắp ráp.

Các lỗ lắp đặt có thể sử dụng khoảng hở được kiểm soát để cho phép điều chỉnh. Các khe mở có thể cần thêm không gian xung quanh các đầu nối thương mại.

Tuy nhiên, khoảng hở quá lớn có thể làm giảm tính thẩm mỹ, khả năng bảo vệ chống xâm nhập hoặc độ nâng đỡ cơ học.

Phân tích dung sai giúp kỹ sư lựa chọn thiết kế cân bằng thay vì dựa vào kiểm tra bằng mắt.

Thiết kế để sản xuất phải bao quát cả bo mạch và vỏ

Thiết kế PCB để sản xuất bao gồm khoảng cách giữa các đường mạch, vành khuyên, kích thước lỗ khoan, khoảng hở lớp chống hàn, khoảng cách giữa các linh kiện và các yêu cầu lắp ráp.

Thiết kế cơ khí phục vụ sản xuất bao gồm độ dày thành, góc thoát khuôn, khả năng tiếp cận của dao cắt, bán kính uốn, đặc tính vật liệu và phương pháp bắt giữ.

Sản xuất cơ điện kết hợp cả hai lĩnh vực.

Ví dụ, một đầu nối có thể cần hàn sóng. Vị trí của nó trong vỏ phải vẫn tương thích với quy trình hàn và công đoạn làm sạch sau đó.

Một linh kiện cao có thể tạo vùng khuất trong quá trình kiểm tra quang học tự động. Giá đỡ cơ khí có thể chặn lối tiếp cận một điểm kiểm thử.

Các đầu nối lắp ép tạo ra lực chèn. Bo mạch và vỏ phải chịu được lực đó mà không bị biến dạng quá mức.

Các linh kiện nặng có thể cần được giữ thêm trong quá trình rung động. Keo dán, kẹp hoặc giá đỡ có thể cần không gian trong vỏ.

Lớp phủ bảo vệ có thể cần các vùng cấm xung quanh đầu nối, điểm kiểm thử và tiếp điểm nối đất.

Kiểm thử sản xuất có thể cần khả năng tiếp cận bằng chốt pogo. Đồ gá kiểm thử cần các chuẩn định vị cơ khí đáng tin cậy và các vùng tiếp xúc không bị cản trở.

Các yêu cầu này nên được bổ sung trước khi sản phẩm được phát hành chính thức.

Nghiên cứu điển hình công nghiệp: Nút giám sát máy móc từ xa

Hãy xem xét một nút giám sát tình trạng nhỏ gọn được lắp gần máy móc quay.

Thiết bị có thể thu thập các tín hiệu rung động, nhiệt độ và tốc độ. Thiết bị có thể giao tiếp qua Ethernet công nghiệp hoặc một mạng nhà máy khác.

Thiết kế điện bao gồm xử lý tín hiệu analog, xử lý dữ liệu, cách ly, truyền thông, chuyển đổi nguồn và mạch bảo vệ.

Thiết kế cơ khí phải đáp ứng các tuyến cáp, đầu cuối của vỏ chống nhiễu, việc làm kín vỏ, hướng lắp đặt và điều kiện môi trường.

Các đầu vào cảm biến nên được tách khỏi các mạch nguồn gây nhiễu. Vỏ cáp cần có chiến lược kết nối được cân nhắc kỹ lưỡng. Vỏ phải có đủ chỗ cho việc đi dây tại hiện trường và bán kính uốn.

Một đầu nối có thể đúng về mặt điện nhưng không phù hợp với kỹ thuật viên đang đeo găng tay. Vỏ nhỏ gọn có thể giảm chi phí nhưng lại khiến việc tiếp cận các đầu nối đầu cuối trở nên khó khăn.

Nút này cũng có thể cần một bề mặt lắp đặt cứng vững. Rung động cơ học từ máy có thể ảnh hưởng đến các linh kiện điện tử nhạy cảm bên trong.

Việc xem xét tích hợp cho phép nhóm phân tích các tương tác này trước khi chế tạo phần cứng.

Các kỹ sư làm việc với hệ thống nhà máy hiện có cũng có thể so sánh nhu cầu tích hợp vật lý của những thành phần giám sát máy móc khác nhau.

Nghiên cứu điển hình công nghiệp: Gateway điều khiển servo nhỏ gọn

Một ví dụ khác là một gateway kết nối bộ điều khiển máy với một số bộ truyền động servo.

Thiết bị có thể chứa các cổng Ethernet công nghiệp, giao tiếp nối tiếp cách ly, đầu vào kỹ thuật số, đèn chỉ báo trạng thái và đầu vào nguồn 24 VDC.

Các đầu nối truyền thông cần có khả năng tiếp cận từ mặt trước. Đèn LED trạng thái phải thẳng hàng với ống dẫn sáng hoặc cửa sổ quan sát. Đầu nối nguồn cần có không gian để đi dây.

Bộ xử lý và các thiết bị mạng có thể tạo ra nhiệt tập trung. Các linh kiện cách ly tạo ra rào cản bố trí. Tín hiệu tốc độ cao cần được đi dây có kiểm soát.

Vỏ có thể được lắp trên thanh ray DIN. Điều này tạo ra các hạn chế về chiều rộng, khả năng tiếp cận chốt và thiết bị lân cận.

Một vỏ hẹp có vẻ hấp dẫn vì tiết kiệm không gian trong tủ. Tuy nhiên, chiều rộng không đủ có thể buộc các đầu nối phải bố trí trên nhiều mặt và làm phức tạp việc đi dây.

Fusion 360 có thể hỗ trợ đánh giá hình dạng bo mạch, hướng đầu nối, lắp đặt trên thanh ray và trình tự lắp ráp trong cùng một mô hình sản phẩm.

Nhóm có thể so sánh thiết kế một bo mạch với các bo mạch xếp chồng. Thiết kế xếp chồng có thể giảm chiều rộng nhưng làm tăng độ phức tạp của đầu nối và mật độ nhiệt.

Những đánh đổi này dễ đánh giá hơn khi hình học điện và cơ khí vẫn được liên kết.

Nghiên cứu trường hợp công nghiệp: I/O phân tán cho môi trường khắc nghiệt

Một thiết bị I/O phân tán tạo ra một vấn đề tích hợp đầy thách thức khác.

Sản phẩm có thể kết hợp đầu vào số, kênh analog, đầu ra rơ-le, truyền thông và điều hòa nguồn.

Hệ thống dây hiện trường cần không gian đầu nối đáng kể. Các ranh giới cách ly ảnh hưởng đến bố trí PCB. Các linh kiện rơ-le có thể gây ra vấn đề về chiều cao và nhiệt.

Nếu vỏ yêu cầu cấp bảo vệ chống xâm nhập cao, các lỗ mở bên ngoài phải được giảm thiểu. Đầu nối, gioăng và đầu siết cáp trở thành một phần của chiến lược làm kín.

Các vách ngăn cơ khí có thể tách các mức điện áp nguy hiểm khỏi phần điện tử điện áp thấp. Khoảng cách rò điện và khoảng cách phóng điện bắt buộc phải được duy trì trên cả PCB và vỏ.

Vật liệu vỏ phải chịu được hóa chất, rung động, thay đổi nhiệt độ và tia cực tím khi cần thiết.

Các nhóm dịch vụ có thể cần thay thế phần điện tử mà không ngắt hệ thống dây hiện trường. Yêu cầu này có thể dẫn đến kiến trúc đầu nối đầu cuối hoặc đế thiết bị có thể tháo rời.

Một quyết định như vậy ảnh hưởng đến việc lựa chọn đầu nối, hình dạng PCB, khuôn vỏ và chi phí sản phẩm.

Mô hình hóa cơ điện ngay từ đầu giúp nhóm đánh giá các lựa chọn kiến trúc này trước khi chúng trở thành những cam kết tốn kém.

Quản lý thay đổi cũng quan trọng như trao đổi hình học

Một nền tảng tích hợp giúp giảm việc chuyển giao tệp, nhưng các nhóm vẫn cần kiểm soát phiên bản chặt chẽ.

Mỗi giao diện chính cần có người phụ trách được xác định rõ ràng. Phần mở trên vỏ có thể thuộc nhóm cơ khí, trong khi footprint của đầu nối thuộc nhóm điện.

Thay đổi ở một trong hai hạng mục phải kích hoạt việc xem xét của cả hai nhóm.

Các mốc thiết kế có thể thiết lập những trạng thái được kiểm soát:

Trạng thái ý tưởng: hình học vẫn linh hoạt trong khi kiến trúc đang được nghiên cứu.

Trạng thái giao diện: biên dạng bo mạch, đầu nối, màn hình và các điểm lắp đặt được kiểm soát.

Trạng thái đi dây: vị trí của các linh kiện quan trọng đã được cố định.

Trạng thái xác nhận: các kiểm tra về nhiệt, cơ khí, điện và khả năng sản xuất đã hoàn tất.

Trạng thái phát hành: dữ liệu sản xuất khớp với mô hình tích hợp đã được phê duyệt.

Mỗi trạng thái nên xác định những thay đổi nào được phép và ai phải phê duyệt chúng.

Các nhóm nên tránh những bản sao hình học đã xuất mà không được quản lý. Một tệp STEP được lưu trên máy tính cục bộ có thể nhanh chóng trở nên lỗi thời.

Ghi chú phiên bản nên mô tả tác động kỹ thuật thay vì chỉ nêu rằng một linh kiện đã được di chuyển. Ghi chú cần giải thích lý do di chuyển và những giao diện nào đã được xác nhận lại.

Các cuộc rà soát liên ngành nên tuân theo các giao diện của sản phẩm

Nhiều cuộc rà soát thiết kế được tổ chức theo từng chuyên môn. Kỹ sư điện rà soát sơ đồ nguyên lý. Kỹ sư cơ khí rà soát vỏ. Kỹ sư thiết kế PCB rà soát bố trí mạch.

Thay vào đó, các cuộc rà soát cơ điện nên tập trung vào các giao diện.

Rà soát đầu nối nên bao gồm vị trí đầu nối, hình dạng lỗ mở, khoảng hở cho cáp, che chắn, làm kín, ghi nhãn và khả năng tiếp cận khi lắp ráp.

Rà soát màn hình nên bao gồm vùng hiển thị, góc nhìn, áp lực lắp đặt, đường đi của cáp, độ rõ quang học và việc thay thế khi bảo trì.

Rà soát nhiệt nên bao gồm tổn hao của linh kiện, sự lan truyền nhiệt qua đồng, luồng khí, sự dẫn nhiệt qua vỏ, điều kiện môi trường và giới hạn nhiệt độ.

Rà soát nối đất nên bao gồm điểm tham chiếu mạch, liên kết với khung máy, lớp chống nhiễu của cáp, tiếp xúc của ốc vít và các yêu cầu theo quy định.

Phương pháp dựa trên giao diện này cho thấy những vấn đề mà các cuộc rà soát theo từng chuyên môn có thể bỏ sót.

Danh sách kiểm tra thực tế cho việc rà soát cơ điện

Trước khi bắt đầu đi dây, hãy xác minh các mục sau:

Biên dạng PCB khớp với không gian cơ khí đã được phê duyệt.

Các lỗ lắp thẳng hàng với trụ lắp của vỏ và phần cứng.

Các vùng cấm quan trọng đã được xác định và hiểu rõ.

Các đầu nối thẳng hàng với các lỗ mở của chúng.

Phích cắm ghép nối có đủ không gian để cắm và tháo.

Màn hình, công tắc và đèn chỉ báo được căn chỉnh chính xác.

Các linh kiện cao và nặng có đủ khoảng hở.

Các thiết bị tản nhiệt có đường thoát nhiệt được xác định rõ.

Đường đi của cáp và bán kính uốn đã được xem xét.

Dụng cụ lắp ráp có thể tiếp cận mọi ốc vít cần thiết.

Sau khi đi dây, hãy xác minh thêm các mục sau:

Không có linh kiện nào di chuyển vào vùng cấm cơ khí.

Bo mạch có thể đi theo đường đưa vào dự kiến.

Vỏ đóng lại mà không chèn ép cáp.

Có thể lắp ốc vít bằng dụng cụ sản xuất.

Các điểm kiểm tra vẫn có thể tiếp cận.

Các tính năng nối đất và che chắn vẫn nguyên vẹn.

Các khoảng cách an toàn theo quy định vẫn được đảm bảo.

Phiên bản PCB được phê duyệt khớp với cụm cơ khí.

Gói dữ liệu sản xuất khớp với mô hình sản phẩm đã được xác nhận.

Việc kiểm thử mẫu thử cần xác nhận các giả định kỹ thuật số

Tích hợp kỹ thuật số giúp giảm rủi ro, nhưng không loại bỏ nhu cầu chế tạo mẫu thử.

Mẫu thử vật lý cho thấy đặc tính vật liệu, độ linh hoạt của cáp, cảm giác khi cắm đầu nối, khả năng quan sát màn hình, khả năng tiếp cận ốc vít và sai lệch trong quá trình lắp ráp.

Mẫu thử đầu tiên nên được xem là công cụ xác nhận thay vì một mẫu trình diễn.

Kỹ sư nên ghi lại mọi tương tác bất ngờ. Ngay cả khó khăn nhỏ trong lắp ráp cũng có thể trở thành vấn đề lớn trong sản xuất hàng loạt.

Việc đánh giá nguyên mẫu nên có đại diện từ các nhóm điện, cơ khí, sản xuất, chất lượng và bảo dưỡng.

Nhóm nên đối chiếu trực tiếp cụm lắp ráp thực tế với mô hình CAD tích hợp.

Mọi sai khác có thể cho thấy mô hình linh kiện không chính xác, phiên bản đã lỗi thời, sai lệch trong sản xuất hoặc giả định dung sai chưa đầy đủ.

Các hiệu chỉnh nên được cập nhật vào mô hình kỹ thuật số. Không nên để nguyên mẫu trở thành một nguồn riêng chứa các sửa đổi không được ghi chép.

Những trường hợp Fusion 360 mang lại giá trị lớn nhất

Fusion 360 đặc biệt hữu ích khi các quyết định thiết kế điện và cơ khí vẫn liên kết chặt chẽ.

Các thiết bị nhỏ gọn được hưởng lợi vì những xung đột hình học nhỏ có thể ảnh hưởng đến toàn bộ kiến trúc.

Các sản phẩm có nhiều giao diện bên ngoài được hưởng lợi vì vị trí của đầu nối, màn hình, công tắc và đèn báo phải luôn được đồng bộ.

Thiết bị công nghiệp sản xuất số lượng nhỏ được hưởng lợi vì các nhóm có thể không có nền tảng doanh nghiệp riêng cho từng chuyên ngành kỹ thuật.

Các nguyên mẫu được phát triển nhanh được hưởng lợi vì thiết kế có thể thay đổi thường xuyên trong giai đoạn thử nghiệm ban đầu.

Các sản phẩm sử dụng vỏ tùy chỉnh được hưởng lợi vì các đặc điểm cơ khí có thể đáp ứng trực tiếp các yêu cầu của PCB.

Nền tảng cũng hỗ trợ quy trình làm việc liên tục hơn. Hình học cơ khí có thể xác định PCB. Vị trí linh kiện điện có thể được cập nhật trở lại vào vỏ. Cả hai nhóm có thể xem xét cùng một bối cảnh sản phẩm.

Tính liên tục này làm giảm số lần xuất thủ công và hạn chế rủi ro xem xét hình học đã lỗi thời.

Tích hợp không thay thế phán đoán kỹ thuật

Một nền tảng thiết kế dùng chung không tự động tạo ra một sản phẩm đáng tin cậy.

Vẫn cần có các mô hình linh kiện chính xác. Phải xác định đúng các vùng cấm. Phải tuân thủ các ràng buộc điện. Dung sai cơ khí phải thực tế.

Kỹ sư cũng phải hiểu các quy trình sản xuất, vật liệu, yêu cầu quy định và điều kiện thực tế.

Tính năng tự động phát hiện giao thoa có thể xác định các khối rắn chồng lấn. Tính năng này có thể không nhận ra một vít không thể tiếp cận, một đoạn uốn cáp không đạt yêu cầu hoặc quy trình bảo dưỡng khó hiểu.

Phân tích nhiệt phụ thuộc vào các giả định hợp lý về công suất và vật liệu. Hiệu suất điện từ vẫn đòi hỏi phán đoán thiết kế chuyên môn và thử nghiệm thực tế.

Phần mềm cải thiện khả năng phối hợp. Phần mềm không thay thế trách nhiệm kỹ thuật.

Phương pháp phát triển sản phẩm hiệu quả hơn

Một quy trình cơ điện đáng tin cậy có thể được tóm tắt qua một số giai đoạn liên kết với nhau.

Bắt đầu với chức năng sản phẩm và thiết kế công nghiệp. Xác định cách sản phẩm được sử dụng, lắp đặt, kết nối và bảo dưỡng.

Tạo không gian bao cơ khí. Bao gồm thành vỏ, các chi tiết lắp đặt, giao diện người dùng và những hạn chế khi lắp đặt.

Xác định đường bao PCB dựa trên không gian đó. Bao gồm các lỗ lắp, phần khoét và các vùng cấm.

Phát triển sơ đồ mạch và lựa chọn các linh kiện đã được xác thực về mặt vật lý.

Bố trí trước các linh kiện được cố định về mặt cơ khí. Kiểm tra đầu nối, màn hình, công tắc, đèn báo và các giao diện nhiệt.

Đưa PCB ban đầu trở lại cụm cơ khí. Xử lý mọi va chạm lớn trước khi đi dây.

Cố định vị trí của các linh kiện quan trọng. Hoàn tất bố trí đường tín hiệu, nguồn và tiếp địa.

Đưa PCB đã đi dây trở lại để xác nhận cơ khí lần cuối.

Xem xét trình tự lắp ráp, khả năng tiếp cận để bảo trì, ứng xử nhiệt, dung sai và các yêu cầu sản xuất.

Chế tạo nguyên mẫu và so sánh chúng với mô hình kỹ thuật số đã được phê duyệt.

Chỉ phát hành dữ liệu sản xuất sau khi cấu hình điện và cơ khí được đồng bộ.

Kết luận

Tích hợp cơ điện không phải là bước kiểm tra tính tương thích ở giai đoạn cuối. Đó là một quy trình kỹ thuật liên tục, bắt đầu từ kiến trúc sản phẩm và tiếp diễn đến khi phát hành cho sản xuất.

Gần như mọi sản phẩm điện tử đều phụ thuộc vào mối liên kết hiệu quả giữa PCB, vỏ máy, đầu nối, bộ điều khiển, hệ thống dây, hệ thống nhiệt và phương pháp lắp ráp.

Fusion 360 hỗ trợ mối liên kết này bằng cách duy trì thiết kế cơ khí, định nghĩa PCB, bố trí linh kiện và xác thực ba chiều trong một môi trường kết nối.

Quy trình thực tế bắt đầu từ thiết kế công nghiệp và phát triển vỏ máy. Nhóm cơ khí xác định hình dạng PCB. Nhóm điện lựa chọn và bố trí linh kiện. Bo mạch hoàn chỉnh được đưa trở lại mô hình cơ khí để kiểm tra va chạm.

Chỉ sau khi các giao diện quan trọng được xác nhận mới nên bắt đầu đi dây chi tiết. Sau đó, PCB đã đi dây phải được đưa trở lại để kiểm tra lần cuối về lắp ráp, khoảng hở, nhiệt và sản xuất.

Cách tiếp cận này giảm các khâu bàn giao không cần thiết, hạn chế nhầm lẫn do sửa đổi và phát hiện xung đột trước khi chúng ảnh hưởng đến chế tạo hoặc làm khuôn.

Kết quả quan trọng nhất không chỉ là công việc CAD nhanh hơn. Đó là khả năng trao đổi kỹ thuật tốt hơn.

Khi các nhóm điện và cơ khí làm việc trên cùng một định nghĩa sản phẩm, các quyết định thiết kế trở nên rõ ràng trong ngữ cảnh. Một đầu nối không còn chỉ là một ký hiệu sơ đồ mạch. Nó trở thành giao diện điện, lỗ mở cơ khí, đường đi của cáp, điểm che chắn, đặc tính lắp ráp và mối quan tâm về bảo trì.

Tầm nhìn tổng thể hơn đó giúp các nhóm tạo ra những sản phẩm lắp vừa vặn, lắp ráp đáng tin cậy, vận hành an toàn và vẫn thiết thực trong suốt vòng đời sử dụng.

Thông tin thêm về các khả năng cơ khí và điện tử tích hợp của Autodesk Fusion 360 có tại tài nguyên sản phẩm Autodesk Fusion 360 chính thức.