为什么我们不能齐头并进呢？合作式电气与机械产品设计的规则

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机械与电气设计人员之间的合作和协作是开发创新型机电产品的绝对必要条件。但是，为什么有些团队能够成功实现这一目标，而有些团队却遭遇失败呢？为什么有些多专业团队能够齐头并进，而有些却连完成工作都力不从心呢？成功的集成式多专业团队拥有正确的机电产品开发理念，并且遵循了一些有助于确保成功的通用基本规则。

engineering.com 针对 265 名设计团队成员进行了调查，以确定他们如何集成电气CAD (ECAD) 与机械 CAD (MCAD) 设计，通过遵守一些基本规则来合作开发成功的机电产品。此背景信息介绍了本电子书中列出的一些材料。ECAD 与 MCAD 之间的相似性和差异有些比较明显，有些则并不那么明显。成功的产品开发团队会接受这些相似之处，并通过共同努力来克服差异。电气和机械设计工程师需要具有正确的心态，才能更紧密地合作以确保实现成功，但同时还需要集成的 ECAD 和 MCAD 工具以及支持系统。

本电子书介绍了产品思维模式的重要性，它可以通过消除界限以推动在公司内部制定明智决策，并通过遵循一些经证明可行的简单规则来确保机电产品开发流程的一致性。

规则1：确保设计团队可以采用普遍共享的数据进行交流

要将复杂的机电产品推向市场，需要跨专业团队以不同的节奏开展工作并满足不同的需求，同时引入新的方法和实践。但是，所有团队都必须彼此保持同步。许多组织都很难跟上日益加快的机电产品开发需求/变化步伐，尤其是当他们的团队使用过时的系统和流程并各自为战时。如果存在（而且必然会出现）以自我为中心的情况，或者事先没有明确定义项目及其目标，孤岛问题将尤其严重。此类问题可能会导致部门之间彼此隐瞒信息，进而对跨专业设计团队和最终产品造成不利影响。

在设计机电产品时，孤立存在的 MCAD 和 ECAD知识、经验和各项期望将无法发挥作用 — 交换的跨专业知识太少，从而影响到整体设计决策。机电产品开发需要采用完全协作式的方法，并且全球团队都必须能够共享和访问实时数据。各支团队必须在整个产品开发生命周期内协同工作。在实现最佳产品价值方面，公司采用的解决方案是关键的差异因素。基于文档的过时方法会延迟进度，而发展的进步则来自于对需求定义以及工程和管理流程进行数字现代化。逐步集成的团队并不是将这些颠覆性技术视为一种威胁，而是视为机遇，他们对待变革的方式是接受而不是挑战。在复杂的制造行业中，类似这样的团队可以采取具体措施来帮助他们管理复杂性、高效协调，并且更快速地完成开发和验证。

规则2：缩小 ECAD 与 MCAD 之间的差距

显然，ECAD 和 MCAD 流程及其各自生成的物料清单之间都存在差异，但也存在一些相似之处，比如说，它们都包含部件或零件。ECAD 与 MCAD 作为一个整体协同工作的关键在于双向工作流程。当机械一端创建或更改某些内容时，电气一端将会注意到这些创建或更改的影响，这可能会影响到整体机电设计，他们也将相应改变以作出调整。当电气一端发生改变时，情况同样如此，机械一端也会受到影响。

双向工作流程还可确保实时设计协作、互操作性和灵活性，尤其是对于那些不可避免的最后时刻设计变更。要使双向工作流程有效运行，必须使用单一来源的零件库。这是一个包含原理图符号、2D 封装图和 3D 模型的通用库，可提供单一且紧密结合的事实来源。

规则3：数字化工具必须具有跨工程专业的兼容性

如果工具之间无法彼此“交流”、互不关联，还造成无法实施双向工作流程，则会导致出现重大问题。例如，机械一端的变更不会反映在电气一端，反之亦然。电气与机械工具不兼容的一些原因包括：

• 设计工具可以解决设计流程的特定方面（例如电气或机械），但不支持全面的机电设计。

• 针对不同的环境设计并应用了不同的工具，而未考虑它们与其他专业的交互。因此，它们使用互不兼容的表示方法，可能需要从一种工具手动转换到另一个工具。

• 一个专业的各类抽象概念、推理和问题解决方法通常不受另一个专业的支持。由于用户界面、基本算法和设计模式不同，因此不能保证来自不同供应商的设计工具可以兼容并协同工作。尽管电气和机械设计具有一些相似性，但它们之间的差异也可能导致不兼容，这一事实让此问题变得更加复杂。

另一方面，来自 SOLIDWORKS 这样同一家供应商的电气和机械设计应用程序更有可能相互兼容，也更有可能与开发机电产品的工作流程兼容。

规则4：最大程度地减少数据转换开销并实现成果最大化

假设从设计到制造的流程实现无缝连接，就能帮助各方控制成本并缩短上市时间。但是，现实往往并不那么完美。大多数常见流程都存在一个瓶颈，就是当某种格式的 3DMCAD 或 ECAD 数据在另一个 CAD 套件中读取时，会出现错误和不准确情况。在不同的 CAD 套件之间准确转换 CAD 文件通常都必不可少。如果数据转换不正确，则在产品开发的后续步骤中将遇到困难。例如，错误可能会迫使一个团队花费许多工时来使 CAD 文件变得可读，之后还要花费额外的时间来进行设计优化和变更。这样会产生重大影响。首先，它会增加成本高昂的工程工作，这意味着更高的财务成本和交期延迟。其次，它会给工作带来不必要的复杂性。幸运的是，SOLIDWORKS 提供了一种集成工具，可以通过电气与机械团队的协同工作来最大程度地减少与数据转换相关的问题，从而降低此类风险和成本。

规则5：解决久拖不决的问题——互操作性

涉及到数据转换，对机电产品开发造成问题的另一项主要挑战是互操作性。简而言之，工程数据互操作性就是通过数据转换和传输在不同系统中重复使用数据的能力。此类数据可以是 3D（实体模型）、2D（工程图）或文本，但目标是允许以增加产品开发生命周期价值的方式在不同的利益相关方之间传输工程信息。有效数据互操作性的一些特点包括：

• 数据只需创建一次，即可转换并传输到其他系统。

• 数据转换以标准为基础，以实现一致性、可预测性并降低风险。

• 保持数据完整性，以在 ECAD 和 MCAD 系统中实现准确性、一致性和完整性。

• 各家公司使用来自同一家供应商的最佳实践和软件工具，以确保互操作性。

互操作性方面的挑战进一步加剧，因为对于提供工程信息以进行支持的需求不断增长，超出了单个软件应用程序的生命周期。

换个角度来思考一下：假设 ECAD 或 MCAD 软件应用程序的关联性将保持 10 年；而由其设计的产品的使用寿命可能为 50 年或更长。挑战进一步加剧，因为对于提供工程信息以进行支持的需求不断增长，超出了单个应用程序的生命周期。事实上，在遥远的未来，另一个系统很可能无法解释该数据。如果企业没有做好应对未来的准备，不能实现数据互操作性，则会存在重大风险。但是有一些方法可以降低风险，包括：

• 在决策过程中实施基于标准的互操作性思维，

• 制定数据后备计划和应用程序报废计划，

• 在收购前分析和评估竞争对手应用程序提供商提供的应用程序功能，

• 选择应用程序生态系统并坚持运用，

• 避免任何应用程序定制，以及

• 遵守预定义的计划。

幸运的是，SOLIDWORKS 通过提供一个产品套件来适应当今和未来的 EC A D 和MCAD 互操作性，几乎可以消除所有风险。

规则6：了解优化产品开发流程的行业最佳做法

大家都知道协作是一件好事，而良好的协作则是在正确的时间将数据传递到正确的人员，而不是杂乱无章的文件、文件夹和单个文档。目的明确的协作可以确保交流顺畅，并专注于手头的工作。

尽管这种情况现在理所当然，但只要有可能就应重复使用 I P。不要将重复使用仅限制于软件代码，因为您可以（并且应该）在新开发开始时重新调整整个 I P 块的用途，例如设计对象、规格、测试和验证文档、数据表内容和流程信息。通过将目的明确的协作集成到产品开发流程中，团队可以确信他们只使用最新且经过审批和验证的信息。借助包括重复使用 IP 在内的最佳做法，组织可以拥有明确且可信的模板，以确保将来取得成功。根据 engineering.com 进行的调查，大多数产品开发团队都表示，由于电气和机械设计要素之间的不兼容性而损失时间并面临挑战。

 

超过 80% 以上的受访者表示，机电设计的一个主要关注点是部件之间的干涉。电子装配体必须变得越来越小，使这一情况进一步加剧。在消费品领域中，尤其如此。减小整体包装体积是第二大问题。此处的最佳设计做法围绕着一个事实，就是微处理器、传感器、内存、电源和散热管理子系统将容纳在更小的封装中，但同时还要做到成本更低、耗电量更小。这些要求在整个供应链中都会产生连锁效应。子系统供应商不仅需要预测成品的功能，还需要遵循发布计划和零部件成本。

规则7：选择正确的 ECAD 和 MCAD 软件工具来完成工作

很明显，电气和机械 C A D 软件包之间的更好集成可以减少设计团队为解决这些问题所花费的时间。最终，它可以缩短整体设计周期时间，并带来更高质量的产品。要想获得成功，将产品设计的电气和机械方面集成到一起的单一设计数据事实来源非常关键。

在调查中，83% 的受访者表示，如果他们拥有集成了电气和机械设计的系统，其设计团队就能节省时间。换而言之，更好的电气和机械集成能使开发工作发挥最大作用。

此外，41% 的受访者表示，他们的团队可以节省 10% 以上的总设计时间。这一机遇可以推动团队寻找机会，以更好地整合这些流程。软件供应商也意识到了这一机遇，而包括SOLIDWORKS 在内的多家供应商最近都在电气和机械集成方面取得了重大进步。

研究显示，电气和机械设计集成可以缩短开发周期时间。其他研究表明，产品团队在缩短产品开发时间方面一直承受着压力。调查显示，最有效的方法之一是部署集成的电气和机械设计流程，并利用可完善流程的适当软件进行支持。要取得成功，机电设计团队使用的软件工具集必须能够：

• 提供集成的电气和机械设计，

• 在数据和流程方面使 ECAD 与 MCAD 紧密配合，反之亦然，

• 顺利且无损地交换数据，

• 在 MCAD 和 ECAD 之间提供关联。

规则8：使用一流工具实施集成方法

有多种 ECAD 和 MCAD 工具都具有可确保机电产品开发成功所需的功能。这些工具利用电气和机械团队之间的同步设计环境满足多用户和跨专业项目的需求，以便轻松地将按原理图定义的电气系统实施到 3D CAD 模型中。通过在双向、多用户环境中使用高级数据库技术，多个电气和机械工程师可以实时同时处理同一项目。

SOLIDWORKS 提供的工具可用于完成这些复杂任务，包括：ECAD-MCAD 协作：通过使用可共享、比较、更新和跟踪电气设计数据的工具在电气CAD (ECAD) 和机械 CAD (MCAD) 设计人员之间共享数据，从而使用户能够快速解决电气-机械集成问题。

从 E C A D 链接到 3D C A D：链接到 3D 装配体的电气原理图有助于验证装配是否正确；规划所有电线、电缆和线束布线；并在装配之前计算所有电线长度。

公共 ECAD 和 MCAD 数据库：ECAD 原理图应该双向链接，并允许多用户实时交互。ECAD 和 MCAD 共用一个数据库，确保一致性并促进单个、统一的物料清单的创建。

电缆、线束、管道和管路布线：用于在各种系统和应用中简化布线设计和文档的工具。

库管理：将原理图、PCB 和机械零部件库组合到一个位置并进行管理。

受管的 MCAD-ECAD ECO 流程：ECAD 与 3D CAD 之间受管的 ECO 流程可将电路板形状、组件放置、安装孔和切口的变更在 ECAD 和 MCAD 之间来回推送，同时确保整体设计同步。

版本控制：在软件内直接管理和比较设计文件的所有历史记录和变更，并在确切了解变

更内容和变更执行人的基础之上更好地控制设计变更。

规则9：成功实现 ECAD/MCAD 集成

成功创建涉及多个专业的产品的公司必须具有：

• 清晰的交流渠道，以实现有效协作；

• 实时/并行流程，而不是串行；

• 适用于每个专业并与其他专业相结合的工具；

• 功能强大、可靠、可扩展且安全的集成工具。

要取得成功，机电开发团队需要获得企业层面的支持，这可能需要改变企业文化和工作方式，这绝不是一件容易的事情。尽管不是绝对保证，但遵循上述规则可大大提高成功开发质量更高、符合预算的创新产品的可能性。有了优秀的员工和集成合适的工具，才能实现这一切。

有一个巨大的机会可以节省时间和开发更好的产品，这样将促使团队寻找机会来更好地集成电气和机械流程。软件供应商越来越意识到了这一机遇，而包括SOLIDWORKS 在内的多家公司都在电气/机械集成方面取得了重大进步。

随着对更快进入市场的关注不断加大，机电产品制造商可以通过使业务目标与跨专业团队的发展保持一致来获得优势。此外，最佳软件工具这一新焦点也会显著影响开发，这种影响在未来将会进一步加剧。在这种新模式下，将会使用集成工具在开发日益复杂的机电产品过程中应对挑战以实现创新，而有重点的跨职能协作正是关键推动因素。