Создание интеллектуальных электрических систем

Нервная система интеллектуальных и обменивающихся данными изделий

В эпоху Интернета вещей электроника все чаще появляется в изделиях, которые всегда были чисто механичес­кими. Благодаря электронным компонентам «умные» изделия собирают информацию об окружающей среде, обрабатывают ее, реагируют на ситуацию и обмениваются данными. Все перечисленные функции являются крайне важными.

Для их выполнения одной электроники недостаточно. Электронные компоненты должны соединяться друг с другом и функционировать, как единое целое. Сигналы от датчиков идут на встроенные управляющие блоки, которые отправляют сигналы на приводы. В платформах Интернета вещей данные передаются по проводам на сетевые антенны. Жгуты электропроводки — это нервная система современных изделий, и они важны не меньше, чем электронные блоки, которые они соединяют.

Ограничения в процессе конструирования

Разработка электрической системы — это не просто прокладка проводов и подключение разъемов. Инженеры­электрики проектируют системы, отвечающие заданным условиям. Сечение проводников подбирается в соответствии с передаваемой мощностью, требованиями сети, а также так, чтобы обеспечить надежную передачу сигналов. Выбираемые элементы и разъемы должны соответствовать отраслевым нормам и стандартам.

Электропроводка столь же важна, как и электронные блоки, которые она соединяет

По завершении проектирования электрической части выполняется трассировка электросистемы по механичес­ким узлам, что требует взаимодействия с инженерами­механиками. Необходимо проверять длины проводов и следить за тем, чтобы при трассировке не возникали электромагнитные помехи. На разработку налагается масса ограничений, а весь циклически выполняемый процесс все больше основывается на совместной работе специалистов.

Инженеры-электрики проектируют системы, отвечающие заданным требованиям

Если предприятие специализировалось на разработке только механических изделий, то проектирование электрических систем становится для него непростой задачей. Как правило, такие организации не знакомы с оптимальными процессами и правилами разработки. Нередко им не хватает не только необходимых знаний, опыта и квалификации, но и подходящих инструментов проектирования. Эти проблемы приходится устранять как можно быстрее, чтобы успешно перейти в эпоху Интернета вещей и приступить к выпуску «умных» изделий.

Примитивные, разрозненные системы

Большинство компаний старается как можно быстрее перейти к разработке «умных» и подключенных к компьютерным сетям изделий, применяя простые и легкодоступные системы проектирования, к которым относятся:

• универсальные приложения для разработки электросхем, в которых выполняется проектирование электрических систем;
• 2D­системы автоматизированного проектирования (CAD), используемые для трассировки проводов и жгутов по механическим узлам изделия;
• электронные таблицы для подготовки спецификаций и проведения расчетов.

Чисто технически этого набора инструментов вполне достаточно для проектирования электрических сетей, однако у таких систем имеются серьезные недостатки, что создает риски для всего процесса разработки изделия.

Отсутствие интеллектуальной интеграции

Одна и та же деталь или узел должны синхронно отображаться на электросхеме, чертеже механического узла и в конструкторской спецификации. Однако проблема заключается в том, что эти приложения не связаны друг с другом. Если деталь исключается из механической части проекта, ее приходится вручную убирать из двух остальных систем. Это же относится и к внесению изменений (изменение цвета провода, замена клеммы и др.) вручную сразу в трех приложениях, что значительно повышает риск появления ошибок.

Невозможность проведения функционального анализа

Контроль функционирования электрических систем — очень важная задача. Инженеры могут, например, обнаружить, что при одновременном включении трех выключателей обязательно сгорит предохранитель. Крайне необходимо выявлять подобные проблемы на самых ранних этапах, а не в ходе проведения испытаний.

Большинство компаний стремится как можно быстрее перейти к разработке «умных» и подключенных к компьютерным сетям изделий

В рассматриваемых трех примитивных системах проектирования отсутствуют какие­либо инструменты анализа для виртуального контроля работоспособности электрических систем в различных состояниях. Это создает значительные трудности при разработке изделий.

Отсутствие автоматизации

Приложения никак не интегрированы между собой, что не позволяет автоматизировать процессы передачи информации с этапа проектирования электрооборудования на этап трассировки электропроводки по механичес­ким узлам. Инженерам­механикам приходится вручную разбираться с документацией на электрическую систему, чтобы выяснить, где и какие провода требуется проложить.

Хотя рассматриваемые три приложения просты в применении и часто уже имеются в наличии, их использование не позволяет предприятиям выполнять проекты в срок и в рамках бюджета.

Модули Solid Edge Wiring и Harness Design

Solid Edge — это пакет доступных и удобных инструментов, позволяющих решать все задачи разработки изделий. Применительно к проектированию электромеханичес­ких систем Solid Edge выполняет 3D­моделирование механических узлов, по которым прокладываются жгуты и провода.

Модули Solid Edge Wiring и Harness Design предназначены для разработки электросхем и совместной работы с инженерами­механиками над оптимизацией общей конструкции изделия. Модули поддерживают единство данных на всех этапах — от построения электросхем до констру­ирования жгутов проводки. В результате принять неверное проектное решение становится просто невозможно.

Модуль Solid Edge Electrical Routing — специализированная среда для эффективного проектирования проводки, трассировки проводов и объединения их в жгуты и кабели при работе со сборками в Solid Edge.

Все модули не только обладают широкой функциональностью, но и полностью интегрированы между собой, что предоставляет целый ряд существенных преимуществ.

Интеллектуальная ассоциативность проектной документации

При добавлении в один документ элементы соответствующим образом добавляются и в другие документы. Например, если проставить новый элемент на электросхеме, то он появится в 3D­сборке соответствующего механического узла, а также в конструкторской спецификации, а изменение цвета провода на 3D­сборке механического узла отобразится на электросхеме и в спецификации. Иными словами, одно изменение распространяется на все документы. В результате устраняется человеческий фактор и минимизируется вероятность появления ошибок.

Автоматизированный функциональный анализ

Модули проектирования электрических систем в Solid Edge интеллектуально учитывают тип каждого элемента. Например, система «знает», что разъем соединяется с клеммой на конкретном компоненте, а провод передает сигнал от вывода одного компонента к выводу другого.

Полное описание электрической системы создается по мере добавления новых элементов на схему, что позволяет автоматизировать численное моделирование функциональных состояний. Если виртуально включить три выключателя, система сообщит, что при этом перегорит предохранитель. Такая автоматизация на основе интеллектуального подхода значительно упрощает проведение функционального анализа.

В результате резко снижается вероятность того, что ошибки перейдут на следующие этапы и помешают всему процессу разработки.

Модули Solid Edge Wiring и Harness Design обладают широкими возможностями

Автоматизированная передача информации

Благодаря тесной интеграции информация по электричес­ким системам комплексно передается на этап разработки механических узлов. Инженеры­механики получают четкий перечень проводов, которые следует проложить.

Все вносимые изменения двунаправленно передаются между электрической и механической частями проекта. В результате процесс проектирования автоматизируется, а производительность резко повышается.

Широкие возможности модулей Solid Edge Wiring и Harness Design позволят предприятию избежать многочисленных циклов изготовления опытных образцов и проведения испытаний, а следовательно, реализовать проекты вовремя и с меньшими затратами.