Elektrisch ontwerp nieuwe machine door PDM

PDM werd ingehuurd voor het ontwerpen van de elektrische infrastructuur van een geheel nieuwe machine voor de medische markt. Andere bedrijven waren verantwoordelijk voor de algehele productontwikkeling, mechanisch ontwerp, ontwerp van de behuizing, de look & feel, de IO-boards en software, en voor de fabricage en assemblage ervan.

Projectaanpak

Voor het ontwerpen van de elektrische infrastructuur doorliep PDM standaard-ontwerpfasen:

  1. Systeemarchitectuur
  2. Concept ontwerp
  3. Gedetailleerd ontwerp
  4. Oplevering productietekeningen
  5. Bestellen en assemblage
  6. Testen.

PDM paste het bekende V-model toe voor het ontwikkelen van complexe machines (zie figuur “V-model”).

V-Model.png

Figuur 1 – V model.

Het elektrisch ontwerp betreft de gehele E-architectuur van de machine, inclusief stroomvoorziening, PCBA's voor netverdeling, bekabeling, elektrische veiligheid en advies over E-componenten (bijv. motoren en sensoren). De bijbehorende documentatie bestond uit modulespecificaties, E-tekeningen, 3D-ontwerpen (bekabeling) en testspecificaties. Bovendien zorgde PDM voor ondersteuning bij montage en integratie. PDM speelde ook een actieve rol bij het testen en certificeren van elektromagnetische compatibiliteit (EMC). Na afloop van de opdracht bleef PDM beschikbaar voor het oplossen van vraagstukken (in een adviserende rol).

Het PDM-team bestond uit een elektromechanische hoofdontwerper (voor het 3D-ontwerp), een elektrotechnisch architect, een elektrotechnisch ontwerper (voor E-tekeningen) en een projectmanager.

Tijdens het proces werd samengewerkt met verschillende leveranciers van elektrische componenten, zoals kabels. Het team werkte nauw samen met het mechanisch ontwerpteam van de klant, met name wat betreft de bekabeling bij de talrijke dynamische verbindingen in de machine (in combinatie met bewegende delen). PDM heeft enige tijd een mechanisch engineer uitbesteed aan het mechanische team van de klant.

Hoge complexiteit

Het project werd in meerdere opzichten gekenmerkt door een hoge complexiteit:

  • Er waren zes ontwerppartners bij betrokken.
  • Het betrof een geheel nieuw ontwerp, waarbij niet kon teruggegrepen op iets dat al bestond.
  • Vanwege gebruikersvereisten was sprake van een relatief kleine machine, wat het ontwerpteam voor grote uitdagingen stelde.
  • Er was veel tijdsdruk om een korte time-to-market te realiseren.
  • Het ontwerpteam werd geconfronteerd met veel veranderingen om de betrouwbaarheid en veiligheid van de machine te waarborgen.
  • De machine moet gebruikt kunnen worden in een vochtige omgeving (vochtbestendig).

Verbetering van de machine

PDM presenteerde verschillende voorstellen om het E-ontwerp van het oorspronkelijke ontwerp van de machine te verbeteren, waarvan de meeste werden geïmplementeerd. We noemen drie voorbeelden.

Ten eerste stelde PDM voor de machine te vereenvoudigen door in plaats van meerdere voedingen met verschillende voltages één spanning (24 volt) te gebruiken.

Ten tweede stelden de E-experts van PDM een gedecentraliseerde IO-architectuur voor in plaats van een gecentraliseerde. In het gedecentraliseerde ontwerp heeft elke module zijn eigen IO-kaart. Dit resulteerde in minder complexe bekabeling en de mogelijkheid om elke module afzonderlijk te testen en te kwalificeren voordat deze in de machine werd gemonteerd.

Het laatste voorbeeld betreft de nabijheidssensoren die gebruikt worden om de bewegende delen aan te sturen. Deze sensoren maken ‘homing’ echter erg arbeidsintensief, omdat ze geen absoluut nulpunt hebben. De E-experts van PDM hebben encoders aan het ontwerp toegevoegd die het terugkeren naar de oorspronkelijke positie (‘homing’) tijdens integratie en testen veel gemakkelijker maken. Bovendien komt het gebruik van encoders van pas tijdens de after-sales service en kalibratie.

Het project heeft geresulteerd in een machine waarmee gebruikers veel tijd kunnen besparen. De machine is aangemeld voor CE-markering. PDM is gevraagd om betrokken te worden bij de ontwerpfase voor de industrialisatie van de machine; het opschalen van de productie vereist enkele ontwerpverbeteringen.


  • Deel deze pagina: